IR半導体加熱における適切な温度管理
もし実際にチップ製造においてカーボンニュートラルの目標を達成したいのであれば、抵抗炉を使って巨大なチャンバー全体を加熱するのはやめなければなりません。それは無駄遣いです。赤外線ランプシステムに切り替えることが正解です。そうすればウェーハに直接熱を与えることができます。
しかし、問題点もあります。赤外線の加熱速度は非常に速いのです。このような急速な温度上昇に対応するためには、正確な温度を測定できる熱電対やピロメータが必要です。
フィードバックループ
このシステムでは、熱電対は単なる温度計として機能するだけではありません。実際には、廃棄されるウェーハを防ぐための「保険」としての役割を果たします。
一般的には、高品質なタイプKやタイプNのセンサーを使用します。なぜかというと、これらのセンサーは赤外線ランプがもたらす急激な温度上昇にも対応できるからです。もしセンサーの反応が遅ければ、目標温度を超えてしまいます。そうなると、ドーパントの分布が乱れ、シリコンが使えなくなってしまいます。そのため、PIDループを安定させ、予測可能にするためには、ミリ秒単位の迅速な反応が求められます。
熱とドリフトの対処
半導体製造装置の内部は、ハードウェアにとっては悪夢のような環境です。極度の高温と真空状態が存在します。
配線が焼けてしまうのを防ぐために、インコネルやステンレス鋼で覆われた絶縁ケーブルを使用します。しかし、もう一つ問題があります。それが「ドリフト」です。
これは、時間が経つにつれて精度が徐々に低下していく現象です。一見些細に思えますが、センサーの精度が2℃でも低下してしまうと、生産される製品が台無しになってしまいます。これは避けたい問題です。そのため、500時間ごとに校正を行うことをお勧めします。そうすれば、問題が発生する前に対処できます。
トレードオフ
これをカーボンニュートラルなシステムに組み込むと、さまざまな問題が生じます。主に、ランプの電源からの電磁干渉です。遮蔽されていないケーブルを使用すると、測定値にノイズが混入し、正確なデータが得られなくなります。
また、常に何らかの妥協が必要です。高感度なセンサーは優れたデータを提供しますが、壊れやすいです。精度を求める代わりに、耐久性を犠牲にしているのです。もし大量生産を行っていて、振動が多い場合は、センサーをしっかりと固定する必要があります。そうでないと、振動でセンサーが壊れてしまいます。