半導体製造において、適切な温度を維持するためのIR加熱の活用
近年、どの工場でも炭素中和が求められています。そのため、赤外線加熱ランプの使用が増えてきています。これらのランプは、従来の対流式オーブンのように部屋全体を加熱するのではなく、必要な場所だけに熱を集中させるのです。
しかし、問題点もあります。IRランプは非常に高温になります。正確な温度を測定するためのセンサーがなければ、危険な状況になります。少しでも間違えると、ランプが壊れたり、最悪の場合はウェーハ全体がダメになってしまいます。
熱フィードバックの問題
半導体製造では、温度の上昇が急激です。そのため、迅速に反応できるセンサーが必要です。もしセンサーの精度が少しでも低下すると、PIDコントローラーが過剰に反応してしまい、基板に大きな熱ストレスがかかります。それが本当の問題の始まりです。
適切なセンサーの選択
プロセスでどれだけ高温になるかによって、通常は白金系またはタイプKのセンサーを使用します。しかし、重要なのは材料だけではなく、センサーをどこに配置するかも重要です。センサーがランプからの直接の放射熱を検出してしまうと、誤った高い値が出てしまいます。これを防ぐために、セラミックシールドや特別なマウントを使用します。これによって、光ではなく実際の部品の温度を正確に測定できます。
無視できないトレードオフ
常に妥協が必要です。ミリ秒単位の迅速な反応を得るためには、より薄いセンサーケースが必要です。しかし、高温環境では、薄いケースはすぐに劣化してしまいます。つまり、速度とセンサーの寿命のバランスを取る必要があります。
私のアドバイスは、6ヶ月ごとに校正を行うことです。もし校正を怠ってしまうと、設定温度に達するまでランプが長時間稼働し続けるため、エネルギー効率が低下してしまいます。
また、配線に関しても注意が必要です。IR電源はノイズが多く、信号を乱してしまいます。そのため、ツイストペアのシールドケーブルを使用しましょう。そうしないと、温度測定値が不安定になり、ヒーターが適切な温度を見つけるのに時間を費やし、エネルギーを無駄にしてしまいます。