IR半導体システムにおける適切な温度管理
もし、半導体製造プロセスにおける炭素排出量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加熱装置に頼るのはやめるべきです。代わりに、目的を絞った赤外線加熱を利用するのが良いでしょう。しかし、中性化目標を達成したいのであれば、エネルギーの無駄遣いは許されません。
そこで役立つのが熱電対です。これは単なる機器内に埋め込まれた部品ではなく、システム全体の「心臓部」のような存在です。それによって、高価なウェーハをダメにすることを防ぎ、エネルギーが無駄に部屋中に散逸するのを防ぐのです。
センサーの応答速度の問題
私たちは、赤外線ランプからの熱流量を監視するために高精度な熱電対を使用します。赤外線加熱はほぼ即座に効果を発揮するため、センサーも同様に迅速に反応しなければなりません。もし熱電対の応答が少しでも遅れると、PIDコントローラーが過剰に反応してしまいます。そうなると、ウェーハ上に「ホットスポット」ができてしまいます。これは望ましいことではありません。
運転時の温度に応じて、一般的にはタイプKやタイプNの熱電対を使用します。個人的には、長時間にわたって高温状態を維持する場合は、タイプNの方が適していると思います。タイプKよりも酸化やドリフトの影響を受けにくいからです。
熱の管理
「グリーンファクトリー」の環境でこれらのセンサーを使用するには、熱密度を適切に管理する必要があります。高出力の赤外線ランプは、狭い空間内で莫大な熱を発生させますが、同時に多くの輻射熱も放出されます。注意しないと、その熱によって近くの配線が損傷してしまいます。
そのため、熱電対の配線をしっかりと保護する必要があります。なぜかというと、ランプの電源からのEMIがミリボルトの測定値を乱してしまうからです。これは避けたい問題です。また、センサーの配置も重要です。センサーを遠すぎる場所に置くと、測定値に遅れが生じます。逆に、ランプに近すぎると、センサーが輻射エネルギーを吸収してしまい、実際にはない高い数値が出てしまいます。
正確性の現実
正直に言えば、完璧なセンサーなど存在しません。高精度な熱電対は、炭素排出量を削減するために必要なデータを提供してくれますが、メンテナンスが必要です。頻繁な校正が必要であり、繰り返される熱サイクルによって徐々に精度が低下してしまいます。厳格な校正スケジュールを守らないと、苦労して得た省エネ効果は台無しになってしまいます。