スマートファブでの適切なIR加熱の実現方法
スマートファブを構築するということは、単にロボットを設置して「インダストリー4.0」と呼ぶだけではありません。重要なのは、どのようにして熱を制御するかという点です。
もし依然として従来型の抵抗加熱方式を使っているのであれば、不必要に手間がかかります。私たちの経験では、高効率な赤外線加熱方式が最善の選択肢です。なぜかというと、この方式ではウェーハに直接触れないからです。接触しないため、汚染や機械的なストレスも発生しません。これこそが、何も壊さずに生産能力を向上させる唯一の方法です。
距離と熱量のバランス
ただし、IRエミッターをウェーハのすぐ近くに置くわけにはいきません。距離が近すぎると、シリコンが変形してしまいます。一方、距離を離しすぎると、チャンバーの壁面を加熱するだけでエネルギーが無駄になります。つまり、適切な距離を見つけるのが難しいのです。私たちは、ウェーハが実際に受け入れられる熱量に基づいて、最適な距離を計算します。
一般的には短波長のIRを使用します。なぜなら、急速に加熱できるからです。しかし、その速さは冷却システムに大きな負担をかけます。反射される放射熱に対応できる冷却システムを用意しなければ、センサーや配線が破損してしまいます。これは誰もが避けたい問題です。
スマートに運用する方法
現代の生産ラインでは、「一度設定すれば何もしなくて済む」という考え方は危険です。私たちは、これらのIRシステムをクローズドループPIDコントローラーやリアルタイム温度計と連携させています。これにより、ウェーハ表面で実際に何が起こっているかに応じて、数ミリ秒以内に出力を調整することができます。
最良な点は、加熱の履歴がデータとして記録されることです。もし製造過程で問題が発生しても、何が起こったのか推測する必要はありません。温度曲線を見ればすぐにわかります。また、設計もモジュール化されているため、生産能力を上げたい場合は、エミッターアレイを交換するだけで済みます。真空チャンバー全体を分解してやり直す必要はありません。
コストとのトレードオフ
高ワット数のIRエミッターを使えば、非常に高い熱密度を得られますが、それには代償が伴います。電源や石英製のケースに大きな負荷がかかります。非常に安定した電圧が必要です。電圧が少しでも不安定になると、ウェーハ上で微細な温度変動が生じます。小さなことのように思えますが、この業界では、ちょっとしたことが大きな問題になりがちです。