なぜIR硬化装置には優れた反射器が必要なのか
半導体製造プロセスで「グリーン化」を図るということは、古くて非効率的な対流式オーブンを使わないようにすることを意味します。今では、ウェーハの表面に直接熱を与えるIR硬化方式が利用されています。しかし、問題は、ランプだけではエネルギーが無駄になってしまうという点です。適切な反射器がなければ、エネルギーの半分が装置のフレームに消費されてしまいます。これは明らかに非効率的です。
熱を正しく届ける方法
IRランプの働きを考えてみてください。ランプは360度全方位に熱を放出します。しかし、私たちが重視するのは、基板上に届く熱だけです。
ここで役立つのが、金コーティング済みや高純度アルミニウム製の反射器です。これらの反射器は、無駄になったエネルギーを取り込み、再びウェーハに戻してくれます。単純な仕組みですが、これにより、より多くの熱を得ることができ、電力消費も大幅に削減できます。その結果、ウェーハの加熱時間が短縮され、電気代も大幅に節約できます。
「十分に近い」という考え方の危険性
このような装置を設計する際には、反射器の曲率をランプの焦点距離に完全に合わせる必要があります。数ミリメートルでもずれてしまうと、熱点が発生します。熱点は大変な問題で、ウェーハの硬化が不均一になったり、最悪の場合はウェーハが変形してしまい、廃棄せざるを得なくなります。そのため、酸化したり、鏡面の光沢が失われたりしないような材料が使用されます。
トレードオフ
反射率が高いほどエネルギーを節約できますが、同時に熱が集中してしまいます。高ワット数の短波ランプを使用する場合、反射器自体が過熱してしまう可能性があります。そのため、冷却ファンや水冷式のケースを上手く活用する必要があります。そうしないと、ランプの端が破損してしまいます。しかし、うまく調整すれば、大きな違いが生じます。数時間かかっていたウェーハの加熱時間が数秒に短縮されます。また、装置のサイズも小さくなり、製品に触れていない空気を加熱するためのエネルギーの無駄もなくなります。これは、より効率的な作業方法です。