IR加熱を使って適切な温度制御を実現するには
半導体製造工場の炭素排出量を削減したいのであれば、古い抵抗式ヒーターに頼るのはやめなければなりません。赤外線ランプシステムに切り替えることが理想的です。なぜなら、赤外線はウェーハ自体に直接熱を与えるため、周囲のものを温めるためのエネルギーの無駄遣いがないからです。
ただし、問題点もあります。赤外線加熱は非常に速いのです。本当に速いのです。もし温度測定の速度がその速さに追いつかなければ、ウェーハが壊れてしまいます。
遅延の問題
標準的な熱電対では、遅延が生じやすいのです。この業界では、3秒の遅延だけでも大きな問題となり、ウェーハ全体が台無しになってしまいます。
これを解決するために、私たちは細径で高感度なセンサーを使用します。こうすることで、センサー自体の温度だけでなく、ウェーハ表面の実際の状態を正確に把握できます。
ノイズや故障の対処
半導体製造装置はノイズが多いです。つまり、電気的なノイズが発生しやすいのです。赤外線電源からのEMIがミリボルト信号に混入してしまうと、大変な問題になります。そのため、遮蔽されたケーブルを使用してノイズを防ぎます。
また、センサーの材質も重要です。Kタイプの熱電対は一般的ですが、室温と800℃の間を繰り返し切り替えると、その性能が低下したり、壊れてしまったりします。そのため、NタイプやRタイプのセンサーを使用します。これらのセンサーの方が長期間にわたって安定して動作します。
「グリーンファクトリー」の現実
より効率的な「グリーンファクトリー」を実現するためには、より厳格な精度が求められます。エネルギーを節約できますが、かつての単純な方式ではなくなってしまいます。
これらの精密なセンサーは壊れやすいです。ランプの交換時に少しでも不注意に扱えば、センサーの先端が折れたり曲がったりしてしまいます。そうなると、PID制御が正常に機能しなくなります。
また、センサーの配置も重要です。センサーを赤外線源から離れた場所に設置すると、空気の温度しか測定できません。近い場所に設置する必要がありますが、その際、配線が直接赤外線のビームに当たらないようにしなければなりません。そうでないと、寄生加熱が起こり、測定値が不正確になってしまいます。
さらに、冷却システムも適切でなければなりません。筐体が熱を吸収してしまうと、ウェーハがないにも関わらずセンサーが「高温」と表示してしまいます。つまり、熱密度をうまくバランスさせる必要があるのです。