
在洁净室中减少碳排放:为何真空红外加热法如此有效
说实话,半导体制造过程非常耗能。为了防止材料氧化或受到污染,必须要在真空环境中进行操作,而这无疑给温度控制带来了巨大挑战。
大多数人采用电阻式加热方式。但问题在于,为了将晶圆加热到所需温度,不得不对整个腔体进行加热。这就好比为了加热一片披萨而把家里的所有的加热器都打开一样,实在是一种浪费。
我们则采用不同的方法——使用与真空环境兼容的红外灯来直接加热晶圆。这样既不会产生不必要的热量,也不会加热空气,从而大大降低洁净室的碳排放。
物理学原理(无需复杂解释)
在真空环境中,不存在对流现象,因此热量不会四处扩散。此时,只能依靠辐射和传导来传递热量。
我们使用短波辐射,因为它能够真正渗透到材料内部,而不是仅仅在表面反射。这种方式效率极高。
由于能够更快地将晶圆加热到所需温度,机器就不必一直处于高功率运转状态。这样,每片晶圆所需的电能就会减少,电费也会相应降低。
工程上的挑战
不过,这里有个难题:普通灯泡会释放气体。在超高真空环境中,这种情况简直就是灾难——哪怕有少量的杂质进入,也会导致生产结果出现问题。
为了解决这个问题,我们使用了高纯度的石英外壳以及可靠的密封装置。
不过,还需要注意功率密度的问题。因为在没有空气的情况下,热量无法从灯泡外壳中散出,所以灯泡很容易过热。务必确保冷却系统足够完善。如果冷却系统不完善,灯泡就会更快损坏。虽然这只是个小问题,但它决定了系统能否长期稳定运行。
让“绿色制造”成为现实
从传统的整体加热方式转变为精准的红外加热方式,意味着不必再应对复杂的温度控制问题。这样一来,实现“绿色工厂”的目标就容易多了,因为只需减少维持稳定状态所需的能量即可。如此一来,既能够实现高速生产,又不会造成大量能源浪费。
其实,这只不过是更换了更有效的加热设备而已。并没有什么神奇之处,只是利用了更好的物理原理罢了。