บนสายการผลิต 300 mm หลังจากที่ spin dryer หยุดหมุน wafer ยังคงเปียกอยู่—น้ำติดอยู่ในฟีเจอร์ต่าง ๆ น้ำจับตัวเป็นหยดที่ขอบ ถ้าใช้ hot plate แบบธรรมดา ความเสี่ยงคืออุณหภูมิขึ้นช้าและไม่สม่ำเสมอ ทำให้น้ำยังเหลือเป็นหยดอยู่ หากใช้การเป่าลมอย่างรวดเร็ว ก็เสี่ยงต่อการเกิดฝุ่นละออง ไม่ว่าจะวิธีใด ชั้นลิโธกราฟีถัดไปก็มีโอกาสเกิด microcontaminant เพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่ออัตราผลิตได้
การทำให้ wafer แห้งไม่ใช่แค่ “สิ่งเสริม” แต่เป็นขั้นตอนควบคุมการกำจัดความชื้นที่ต้องมีโปรไฟล์ความร้อนซ้ำได้ สะอาด และคำนึงถึงต้นทุน ในกระบวนการ photoresist ความชื้นตกค้างส่งผลกระทบทั้ง soft bake และ hard bake ส่งผลให้การควบคุมมิติสำคัญ (critical dimension) และโปรไฟล์ผนังด้านข้างเริ่มเบี่ยงเบน แหล่งความร้อนต้องขึ้นอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว รักษาความสม่ำเสมอทั่ว wafer และไม่เพิ่มมลภาวะ
สิ่งที่สำคัญเชิงเทคนิค
Halogen IR emitters ให้รังสีคลื่นสั้นที่เข้าสู่โมเลกุลน้ำและวัสดุ wafer โดยตรง จึงให้ความร้อนอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องสัมผัส สำหรับการทำให้ wafer แห้ง เราใช้เส้นไส้ halogen ภายในซอง quartz ปรับแต่งสำหรับการตอบสนองความร้อนที่รวดเร็วและการส่งออกที่เสถียร เลือกความยาวคลื่นให้เหมาะสมกับการดูดซับของฟิล์มน้ำ แต่ต้องหลีกเลี่ยงการดูดซับเกินใน photoresist stack เพื่อป้องกันความเครียดความร้อนที่ไม่ต้องการบน resist
ความสม่ำเสมอทั่ว wafer คือสเปคแรกที่มีความสำคัญจริง ๆ เราออกแบบแผง emitter และออปติกให้พลังงานที่ตกกระทบมีความสม่ำเสมอระดับ wafer อยู่ในช่วง ±0.1°C นี่ไม่ใช่คำโฆษณา แต่เป็นเงื่อนไขขอบเขตที่ทำให้พฤติกรรม photoresist คาดการณ์ได้จากล็อตหนึ่งไปยังอีกล็อต การทำซ้ำได้ (repeatability) กำหนดไว้ที่ ±0.5°C ตลอดช่วงการทำงาน และเรายืนยันด้วยการวัดด้วย pyrometer ที่สอบเทียบแล้วและ thermocouple ที่แผนที่ในสภาพแวดล้อมการผลิต
ความเข้ากันได้กับ cleanroom เป็นข้อกำหนดพื้นฐาน housing ของ emitter ถูกออกแบบสำหรับ Class 1–100 โดยเลือกวัสดุที่ปล่อยก๊าซต่ำและลดการปล่อยฝุ่นละออง การตกแต่งผิวและซีลถูกจัดอันดับให้รองรับการทำความสะอาดแบบเปียกตามมาตรฐาน และชิ้นส่วนประกอบถูกออกแบบให้ทำความสะอาดในที่โดยไม่ต้องรื้อถอน การเกิดฝุ่นละอองในระหว่างใช้งานและบำรุงรักษาถูกควบคุมให้อยู่ในระดับที่สอดคล้องกับการควบคุม ISO Class 3–4 วัดเป็นจำนวนฝุ่นละอองต่อลูกบาศก์ฟุตที่ขนาด 0.1 μm ขึ้นไป
ความน่าเชื่อถือขึ้นอยู่กับเวลาทำงาน (uptime) และความเสถียรของการส่งออก เราทดสอบ halogen emitters สำหรับการทำงานต่อเนื่อง 24/7 โดยมีช่วงเวลาบำรุงรักษาที่กำหนดไว้ ไม่ใช่ downtime แบบไม่คาดคิด เราติดตามความแปรผันของการส่งออกตลอดหลายพันรอบความร้อน และอุปกรณ์ขับเคลื่อน (driver electronics) กำหนดสเปคสำหรับการควบคุมกระแสไฟฟ้าที่เสถียรเพื่อรักษาค่าที่ตั้งไว้แม้เกิดความแปรผันในสายการผลิต อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานเกิน 5,000 ชั่วโมงบนสาย pilot โดยอัตราการตกของกำลังไฟฟ้าน้อยกว่า 5% ภายใต้เงื่อนไขควบคุม
ประสิทธิภาพพลังงานไม่ใช่ข้อดีเสริม แต่เป็นความจริงของโรงงาน Halogen IR ส่งพลังงานตรงเข้าสู่เป้าหมาย จึงเสียความร้อนในชิ้นส่วนจับยึดและสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า เมื่อเทียบกับวิธีการพาความร้อนด้วยการพัดลม (convection) ทำให้อุณหภูมิถึงจุดที่ตั้งไว้ได้เร็วขึ้น ลดเวลารอและลดการใช้พลังงานต่อ wafer ผลที่ตามมาคือโหลดความเย็นใน cleanroom ลดลงและภาระ HVAC ลดลงด้วย
เหตุผลที่ระบบนี้เหมาะกับการผลิต
การทำ wafer แห้งในโรงงานผลิตถูกจำกัดด้วยสามประเด็นหลัก: เวลา, การปนเปื้อน และงบประมาณความร้อน wafer ต้องแห้งก่อนที่คิวจะล่าช้า ห้ามเพิ่มฝุ่นละออง และห้ามให้ photoresist ร้อนเกินไปหรือเกิดความเครียดความร้อนที่ทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอในการพิมพ์
Halogen IR ตอบโจทย์ทั้งสามข้อด้วยกลไกเดียว คือ การแผ่รังสีโดยตรง ระบบนี้ให้ความร้อนกับฟิล์มน้ำและพื้นผิว wafer โดยตรง โดยไม่ใช้ลมเป่าซึ่งอาจทำให้ฝุ่นละอองกระจาย การตอบสนองรวดเร็ว ทำให้รอบความร้อนสั้น ขั้นตอน soft bake และ hard bake ด้านหลังจึงมีความสม่ำเสมอมากขึ้น เพราะสภาพ wafer เข้ากระบวนการคงที่ ไม่มีความชื้นซ่อนเร้น ไม่มีหยดน้ำที่ขอบ
ในกลุ่มลิโธกราฟี ความสม่ำเสมอนี้ช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอของ critical dimension และลดงานซ้ำ ในการผนวกกับขั้นตอน spin-dry สามารถติดตั้ง IR step ทันทีหลังจาก spin cycle ก่อนที่ wafer จะเข้าสู่ track bay ผลลัพธ์คือวงจรความร้อนที่กระชับ ลดการสัมผัสกับสภาพแวดล้อม และลดโอกาสปนเปื้อน
การทำซ้ำของกระบวนการคือจุดที่ระบบนี้แสดงคุณค่าในสายการผลิต โปรไฟล์อุณหภูมิคงที่ในช่วง ±0.5°C และการส่งออกของ emitter เสถียรพอที่จะรองรับการควบคุมกระบวนการเชิงสถิติ (statistical process control) โดยไม่ต้องสอบเทียบบ่อยครั้ง ลดการเกิดความผิดพลาดและล็อตวิศวกรรม ทำให้แผนการผลิตน่าเชื่อถือ
ความเข้ากันได้กับ cleanroom ถูกออกแบบไว้ตั้งแต่ต้น ไม่ใช่แค่ติดตั้งเพิ่ม ชุด emitter รวมกับอินเทอร์เฟซเครื่องมือมาตรฐาน SEMI และวัสดุผ่านเกณฑ์การปล่อยก๊าซที่ปกป้องช่องสูญญากาศและแชมเบอร์กระบวนการ การบำรุงรักษาง่าย การเปลี่ยนหลอดไฟส่วนใหญ่ทำได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ และการทำความสะอาดออปติกเป็นไปตามมาตรฐาน cleanroom การวัดประสิทธิภาพฝุ่นละอองทำบนเครื่องมือจริง ไม่ใช่แค่ในสไลด์นำเสนอ
ผลประโยชน์ที่เห็นได้ชัด:
- เวลารอบลดลงเนื่องจากการตอบสนองความร้อนเร็ว
- พลังงานที่ใช้ต่อ wafer ลดลงเพราะความร้อนถูกส่งตรง
- ความเสถียรของโปรไฟล์ photoresist ดีขึ้นเพราะสภาพก่อนอบคงที่
- การเกิดฝุ่นละอองลดลงเพราะกระบวนการไม่สัมผัสและลดการปล่อยฝุ่น
สิ่งที่ต้องทราบตั้งแต่ต้น
Halogen IR emitters มีความแม่นยำ แต่ไม่ใช่แบบเสียบแล้วใช้ได้ทันทีโดยไม่มีการวางแผน ซอง quartz แข็งแรงแต่ไวต่อแรงกระแทกทางกลและแรงกระแทกความร้อนถ้าระบบไม่ควบคุมอัตราการเพิ่มอุณหภูมิ ให้จับคู่ emitter กับคอนโทรลเลอร์ที่จัดการโปรไฟล์การเพิ่มอุณหภูมิและปกป้อง filament ขณะสตาร์ท
การเชื่อมความร้อนกับเครื่องมือสำคัญ ต้องติดตั้ง emitter ให้เส้นทางรังสีสะอาดและโหลดความร้อนถูกจัดการอย่างเหมาะสม จัดระบบระบายความร้อนที่เพียงพอ—น้ำหรืออากาศบังคับ—เพื่อให้ชิ้นส่วนใกล้เคียงอยู่ในอุณหภูมิที่กำหนด หากไม่ควบคุมความร้อน เซนเซอร์และโพลิเมอร์ข้างเคียงจะเกิดการเปลี่ยนแปลงค่า
ความยาวคลื่นและความหนาแน่นพลังงานต้องสอดคล้องกับกระบวนการ หาก photoresist stack มีความไวต่อพลังงานสูง ให้ปรับพลังงาน emitter และเวลาการเปิดรับแสงตามนั้น เราสามารถจัดเตรียมข้อมูลแอปพลิเคชันสำหรับ resist stack ทั่วไปได้ แต่สูตรขั้นสุดท้ายขึ้นกับผู้ใช้ ควรทำ Design of Experiments เพื่อกำหนดโปรไฟล์ความร้อนสำหรับแต่ละฟิล์ม
การบำรุงรักษาคาดการณ์ได้ หลอด halogen มีอายุการใช้งานจำกัด และออปติกจะสะสมฟิล์มบาง ๆ ตามเวลา วางแผนการเปลี่ยนหลอดตามรอบและทำความสะอาดออปติกเป็นระยะ ระบบออกแบบให้เข้าถึงง่าย แต่ต้องจองช่วงเวลาบำรุงรักษา ในการติดตั้งภาคสนาม การบำรุงรักษาตามแผนใช้เวลานาที ไม่ใช่ชั่วโมง
การตรวจสอบยืนยันเป็นส่วนหนึ่งของการติดตั้ง ความสม่ำเสมอ ±0.1°C และการทำซ้ำ ±0.5°C เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการทำแผนที่อย่างถูกต้อง ใช้เซนเซอร์ที่สอบเทียบแล้ว และมีสภาพแวดล้อมเครื่องมือที่เสถียร เราสนับสนุนการตรวจสอบคุณสมบัติการติดตั้งและการทำงาน รวมทั้งการทำ thermal mapping ทั่วผิว wafer
ถ้าขั้นตอนทำให้ wafer แห้งยังเป็นจุดอ่อนในกระบวนการลิโธกราฟี การไล่หาอากาศที่เร็วขึ้นหรือแผ่นร้อนที่ร้อนขึ้นจะไม่แก้ปัญหา ใช้พลังงานที่เหมาะสม—อย่างแม่นยำ สะอาด และทำซ้ำได้ Halogen IR emitters ให้ความแม่นยำนั้นภายในข้อจำกัดของ cleanroom การผลิต เราออกแบบตามตัวเลขและพิสูจน์ในโรงงานผลิตจริง