赤外線半導体ヒーターにおける適切な温度制御
もし、半導体製造工場での二酸化炭素排出を減らしたいのであれば、古くから使われてきた抵抗式ヒーターに頼るのはやめなければなりません。そのようなヒーターでは温度上昇が遅すぎます。そこで、赤外線ランプシステムを利用するようになりました。これらのシステムなら、目標温度に到達するのがずっと速く、また電力の消費も大幅に削減できます。
しかし、問題もあります。ウェハーが損傷しないようにするには、赤外線ランプの出力が急速に変化しても対応できるような熱電対が必要です。
フィードバックループの課題
赤外線ランプは瞬時に大量の熱を放出します。もし熱電対の反応が遅ければ、センサーが気づく前に目標温度を超えてしまいます。そうなると、ウェハーが損傷してしまいます。
これを防ぐために、高品質なタイプKやNの熱電対を使用します。これにより、PIDコントローラーは実際の温度データを得て、出力を適切に調整できます。そうすれば、温度が設定値の周りで上下に振動するという問題も解決されます。
環境への対処
クリーンルームでは、ガスの漏れが大きな問題です。わずかな汚染物質の漏れでも、全体の製品がダメになってしまいます。そのため、ミネラル絶縁処理を施したケーブルを使用します。これにより、すべてをしっかりと封じ込めることができます。
また、プローブの配置も重要です。プローブを適当な場所に置くだけではダメです。実際のウェハー表面を測定する必要があります。周囲の空気やランプからの熱を測定してはいけません。高圧電源線からのノイズを避けるために、精密な機械的調整が必要です。
トレードオフ
ここが難しい点です。速度を上げると、何かしらの代償が伴います。
ケーブルが細ければ、プローブの反応が速くなります。良いことのように思えますが、実際にはそうではありません。細いプローブは高温環境下で劣化しやすく、早く壊れてしまいます。つまり、センサーの反応速度と、交換する頻度のバランスを取る必要があります。ミリ秒単位の応答時間を求めるなら、センサーの交換を頻繁に行う覚悟が必要です。
一方で、うまく調整できれば、工場の環境はより良好になります。チャンバー全体を加熱するのではなく、ワークピース自体のみを加熱することができます。これにより、1枚のウェハーあたりの電力消費量が削減され、カーボンニュートラルの目標を達成しやすくなります。