กระบวนการผลิตเวเฟอร์

กระบวนการผลิตเวเฟอร์

หน่วยวิจัยด้านกระบวนการผลิตเวเฟอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยธรรม ศาสตร์ได้ทำความร่วมมือกับ I/UCRC in HDD Advanced Manufacturing  สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ในการดำเนินการประสานงานกับสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ในด้านกระบวนการผลิตเวเฟอร์ ตั้งแต่วันที่ 17 เมษายน 2551 เป็นต้นมา ในวันนี้ได้เสนอจัดตั้ง หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีการผลิตหัวเขียนอ่านและเวเฟอร์ (Magnetic Head and Wafer Fabrication Technology Research Unit) ร่วมกันทำงานกับ ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) ภายใต้สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) และภาคเอกชนคือ บริษัท เวสเทิร์น ดิจิตอล (ประเทศไทย) จำกัด เพื่อวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตหัวเขียนอ่านและเวเฟอร์ นำไปสู่การสร้างบุคลากรที่มีความสามารถในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตหัวเขียนอ่านและเวเฟอร์ เพื่อเตรียมความพร้อมการย้ายฐานการผลิตเวเฟอร์ ซึ่งเป็นส่วนต้นน้ำของอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสก์จากต่างประเทศมายังประเทศไทย และช่วยรักษาฐานการผลิตเดิมไว้ในประเทศด้วย ผมได้ทำการเรียบเรียงข้อมูลต่อไปนี้จากรายงานของผศ. ดร. วิโรจน์  ลิ่มตระการ หัวหน้าหน่วยวิจัยดังกล่าว

กระบวนการผลิตเวเฟอร์ ประกอบด้วยหลายกระบวนการและหลายขั้นตอนรวมกัน โดยแผ่นเวเฟอร์ คือแผ่นที่ประจุวงจรอิเลคทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อนำมาใช้ได้ในอุตสาหกรรมอิเลคทรอนิกส์ ไม่ว่าจะเป็น อุตสาหกรรม Semiconductor และอุตสาหกรรมขั้นสูงอย่างฮาร์ดดิสต์ไดร์ฟ จากการศึกษาพบว่ากระบวนการหลักๆ มีดังต่อไปนี้

                    1  Wet cleans
2  Photolithography
3  Ion implantation
4  Dry etching
5  Wet etching
6  Plasma ashing
7  Thermal treatments
7.1  Rapid thermal anneal
7.2  Furnace anneals
7.3  Thermal oxidation
8  Chemical vapor deposition (CVD)
9  Physical vapor deposition (PVD)
10 Molecular beam epitaxy (MBE)
11 Electrochemical Deposition (ECD). See Electroplating
12 Chemical-mechanical planarization (CMP)
13 Wafer testing (where the electrical performance is verified)
14 Wafer backgrinding

วัสดุที่นำมาใช้เป็น Substrate ในอุตสาหกรรม Semiconductor และอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสต์ไดร์ฟมีความแตกต่างกัน โดยส่วนใหญ่ เวเฟอร์จะเกิดจากแผ่น ซิลิกอล แต่สำหรับอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสต์ไดร์ฟจะใช้เป็นอลูมิเนียมเป็นวัสดุส่วนประกอบหลัก ทั้งนี้เนื่องจากข้อจำกัดของอุตสาหกรรมนั้นๆ หากพิจารณาอุตสาหกรรมเวเฟอร์ในประเทศไทย มักจะอยู่ในรูปของ อุตสาหกรรม Semiconductor เป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นข้อมูลและแหล่งความรู้ที่ได้จะมีมากในเรื่องของ ซิลิกอลเป็น Substrate เป็นส่วนใหญ่ แต่เนื่องจากขั้นตอนการผลิตของทั้งสองอุตสาหกรรม มีความใกล้เคียงกัน ต่างกันที่วัสดุ Substrate เท่านั้น ทำให้ผู้ศึกษา ศึกษากระบวนการผลิตเวเฟอร์ โดยอ้างอิงจากการผลิต Semiconductor แต่มีละเอียดที่แตกต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น ขบวนการ Ion implantation ซึ่งเป็นกระบวนการทางวัสดุวิศวกรรมที่จะปลูกถ่าย ion จากวัสดุ ที่เราต้องการ ไปยังโลหะ เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะ ซึ่งถูกใช้ในการทำ Semiconductor device fabrication และในการทำ metal finishing ซึ่งสามารถทำได้ทั้ง chemical change and structural change in the crystal structure ของ target สามารถถูกทำลาย หรือเสียหายได้ ลักษณะเป็นการยิง ion ไปยังวัสดุที่ต้องการใส่เพื่อนำ ion นั้นๆ ไปใส่ในอีกวัสดุหนึ่ง เรียกตำแหน่งนั้นว่า Dose โดยส่วนใหญ่จะใช้พลังงานอยู่ที่ 10-500 keV(1,600 to 80,000 aJ) ต่ำกว่านี้ก็สามารถใช้ได้ แต่มีความลึกของ ion น้อยมาก และ ion จะกองรวมกัน ส่วนมากกว่านี้ก็ใช้ได้ แต่จะทำให้เกิดความเสียหายมาก และบางครั้งงานของเราก็เพียงเล็กน้อยเท่านั้น พลังงานในแต่ละช่วงและส่วนประกอบนั้นสามารถคำนวณหาความลึกที่ ion เจาะลงไปในวัสดุได้ ความลึกเฉลี่ย เรียกว่า Ion range มีค่าอยู่ระหว่าง 10 nm – 1 um ซึ่งจะมีประโยชน์อย่างมากในการเปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุ บริเวณใกล้ๆกับผิวพลังงานของ ion อาจเกิดความสูญหายได้ในระหว่างการเดินทาง ทั้งในการชนกันของอะตอม หรือการโคจรผ่านการทับกันของ อิเล็กตรอน ซึ่งใน process ต่อเนื่องเราเรียกการสูญเสียพลังงานที่ผ่านมาว่า Stopping

นักศึกษาที่ได้รับทุนรัฐบาลศึกษาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี บางท่านเคยปรารภว่ากลับมาเมืองไทยไม่ค่อยมีงานที่น่าตื่นเต้นและยากๆทางเทคนิคทำ ผมเชื่อว่าศูนย์วิจัยเวเฟอร์ อุตสาหกรรมฮาร์ดดิสค์นี้ คงเปลี่ยนมิติความคิดเหล่านี้ได้แน่นอนครับ

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th