赤外線半導体加熱における適切な温度制御の実現
もし、半導体製造プロセスの環境負荷を削減したいのであれば、古くから使われてきた抵抗式のオーブンに頼るのはやめなければなりません。そうしたオーブンはエネルギーを多く消費します。代わりに赤外線ヒーターを使えば、部屋全体を温めるのではなく、ウェーハ自体を直接加熱できるのです。
しかし、問題があります。単にスイッチを入れるだけではうまくいきません。無計画にこのシステムを使えば、トラブルが起こります。ウェーハの表面の微妙な温度変化に対応しつつ、ヒーターが壊れないようにするには、急激な温度変動にも耐えられる熱電対と、高真空環境でも問題なく機能する装置が必要です。
「温度遅れ」という問題
グリーンファクトリーを実現するためには、赤外線ヒーターを使って迅速に加熱します。これは速いのですが、「温度遅れ」という問題が生じます。
センサーが大きすぎると、反応が遅くなります。実際のウェーハの温度に追いつかないのです。センサーが「高温だ」と判断する頃には、既に目標値を超えてしまっています。結果としてエネルギーが無駄になり、さらに悪いことに、高価なウェーハが廃棄されてしまいます。
これを解決するために、薄壁の熱電対を使用します。通常はKタイプまたはNタイプです。熱容量を低く保つことで、PIDコントローラーがリアルタイムで正確なデータを得られます。また、信号が乱れないように、断熱材も使用します。
統合時の課題
これらのセンサーをヒーターに組み込むのは、必ずしも簡単ではありません。赤外線ヒーターからは電磁干渉が発生します。注意しないと、そのノイズによって測定値が乱れてしまいます。
信号をきれいに保つために、遮蔽されたツイストペアケーブルを使用します。これなら問題ありません。
しかし、代償があります。細いプローブは速いですが、壊れやすいのです。高温環境ではすぐに劣化してしまいます。単純に「設定して忘れる」わけにはいきません。メンテナンス計画にセンサーの交換も含める必要があります。そうしないと、測定値が乱れてしまいます。
なぜこれが地球にとって重要か
測定が正確であれば、必要最低限のワット数でヒーターを動かすことができます。過剰な加熱もなく、エネルギーの無駄もありません。
これにより、一般的なヒーターが精密なツールに変わります。ウェーハ1枚あたりの電力消費量が減り、冷却システムもそれほど負担を感じることはありません。全体的に効率的に動作します。