Lý do phòng sạch bán dẫn thường có ánh sáng vàng
Trong các nhà máy sản xuất bán dẫn, ánh sáng vàng sẽ chỉ được sử dụng tại những khu vực xử lý vật liệu quang khắc nhất định, nhằm hạn chế nguy cơ phơi sáng ngoài ý muốn. Đây là yêu cầu liên quan đến quy trình chế tạo chip, không phải tiêu chí đánh giá độ sạch của phòng.
Với quá trình sản xuất, phần lớn các lớp vật liệu trên tấm nền (wafer) không chịu tác động từ ánh sáng phòng, ngoại trừ chất cản quang (photoresist). Vật liệu này được chế tạo để phản ứng với tia cực tím (UV) và các tia thuộc vùng bước sóng của màu tím và màu lam nhằm thúc đẩy phản ứng hóa học trong quá trình quang khắc.
Các bước sóng tử ngoại, màu tím và xanh lam trong ánh sáng trắng có thể vô tình làm phơi sáng photoresist và ảnh hưởng đến độ chính xác. Nếu sử dụng loại ánh sáng này trong khu vực quang khắc, hiện tượng phơi sáng nền sẽ xảy ra trên lớp chất cản quang, gây lỗi và làm biến dạng "hoa văn" mạch điện trên chip, dẫn đến sai lệch về kích thước và khiếm khuyết trên tấm wafer, làm giảm độ chính xác của quy trình và gây sụt giảm tỷ lệ thành phẩm.
Ngược lại, ánh sáng thuộc vùng màu vàng mang mức năng lượng ở ngưỡng không bị chất cản quang hấp thụ. Khi được lọc qua hệ thống, nguồn sáng này loại bỏ các bước sóng kích hoạt phản ứng hóa học, giúp bảo vệ lớp chất cản quang và duy trì độ chính xác của hoa văn trong lúc nhân sự thao tác với tấm wafer.
Một hệ thống sản xuất bán dẫn trong phòng sạch tại Trung tâm Chuyển giao và Đổi mới Bán dẫn Quốc gia dành cho Gallium Nitride (NSTIC) ở Singapore. Ảnh: Bảo Lâm
Để phát ra nguồn sáng vàng, nhà máy sản xuất bán dẫn sử dụng hệ thống đèn LED phát bức xạ vùng màu hổ phách hoặc nguồn sáng gắn bộ lọc quang học nhằm chặn các bước sóng dưới 500 nanomet (nm). Ngưỡng "cắt" bước sóng này được xác định dựa trên mức độ phản ứng của loại chất cản quang đưa vào dây chuyền.
Hiện nay, các nhà máy bán dẫn sử dụng hệ thống đèn LED vùng màu hổ phách để tiết kiệm năng lượng, duy trì sự ổn định và kiểm soát thông số. Một số cơ sở cũ vẫn sử dụng đèn huỳnh quang tích hợp bộ lọc quang học.
Khi ngành bán dẫn chuyển sang quy trình quang khắc dùng tia cực tím bước sóng siêu ngắn, hay công nghệ quang khắc siêu cực tím (EUV), yêu cầu về chiếu sáng trong phòng chế tạo không thay đổi. Trong quy trình EUV, chất cản quang vẫn phản ứng với các bước sóng dưới 500 nm, do đó hệ thống chiếu sáng vùng màu vàng tiếp tục được duy trì.
Tuy nhiên, nguồn sáng vùng màu vàng hoặc màu hổ phách chỉ bắt buộc tại khu vực quang khắc (photolithography), nơi xử lý các hợp chất phản ứng với tia cực tím và ánh sáng thuộc dải màu lam. Thực tế, ở những phân khu hoặc loại hình phòng chế tạo khác, các dải sóng ánh sáng được đưa vào vận hành không giống nhau. Ánh sáng trắng thông thường chiếm phần lớn ở khu vực lắp ráp, kiểm tra lỗi (testing), đóng gói (packaging)... giúp kỹ sư quan sát chi tiết trên vật liệu và hạn chế tình trạng mỏi mắt.
Trong khi đó, nguồn sáng thuộc dải màu đỏ được bố trí trong các phòng chế tạo có ứng dụng tia laser. Chúng có đặc điểm chặn nhiều dải bước sóng hơn so với nguồn sáng vùng màu vàng, giúp bảo vệ vật liệu có ngưỡng phản ứng quang học ở mức thấp. Ngoài ra, trong một số phòng chế tạo quang học hoặc phục vụ nghiên cứu, nguồn sáng thuộc dải màu lục hoặc đơn sắc khác được sử dụng để tạo độ tương phản khi kỹ sư kiểm tra vết xước hoặc hạt bụi trên bề mặt vật liệu bằng mắt thường.
Có thể kết luận, dải sáng vùng màu vàng là lựa chọn được áp dụng tại các nhà máy vì đáp ứng đồng thời hai mục tiêu: ngăn chặn phản ứng trên lớp chất cản quang và duy trì tầm nhìn cho nhân sự vận hành.
TS Đỗ Anh Tuấn
Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu Singapore (A*STAR)
Thêm VnExpress trên Google
