残留応力を緩和するアニール工程の急速熱処理における赤外線高温モニタリング

アニール処理（アニーリング）は、ウェハーを高温で加熱し、その電気的特性を変更することでシリコンの残留応力を緩和する半導体製造において重要な工程です。この方法の根幹をなす高速熱処理（Rapid Thermal Process , RTP）は、ドーパントの活性化や結晶の修復を拡散を最小限に抑えて実現し、プロセスの効率を向上させます。

従来、アニール処理は慣習的な抵抗加熱型のチューブ炉を使用し、不活性雰囲気下で行われてきました。通常のアニール工程の温度範囲は900 ～ 1100℃で、ポリシリコン（多結晶シリコン）のアニールの場合は下限が約700℃まで拡張されます。ドーパントの活性化や結晶損傷の修復を目的としたファーネスアニールでは、900℃で30分程度の時間を要します。

高温短時間アニール（Rapid Thermal Annealing , RTA）はこの工程を進化させた技術であり、シリコンウェハーを1000℃を超える高温に数秒間加熱し、その後ゆっくりと冷却することで熱衝撃やウェハー破損を防ぐものです。この技術の進化により、効率的な製造プロセスが実現できます。

施設によっては、石英管ランプ、誘導加熱、抵抗コーティングなど、さまざまな熱処理方法が採用されています。

高速熱処理(RTP)におけるシリコンの放射率と熱均一性の課題ナビゲーション

シリコンの放射率は温度、波長、表面特性によって変化し、異なる波長域に跨り複雑な挙動を示します。

誘導加熱や抵抗加熱を利用する装置では、半導体プロセスのin-situおよびインラインでの温度モニタリングにCT ratio放射温度計がよく利用されます。このコンパクトでフレキシブルな光ファイバーを備えたCT ratioは制御基板とセンサーヘッドが分離しており、狭いスペースやアクセスが難しい領域にも設置可能です。また、最高315℃までの高温環境、振動、化学物質への曝露など、過酷な条件にも耐えられる設計になっています。

2色式パイロメーターは、異なる２つの波長の光の強度を比較することで、放射率の変動や光学的な干渉、光路の遮蔽によるエラーを低減します。ソフトウェアのスマート比率モードは、シリコンの放射率の変化にも対応することができ、２つの波長で放射率が同じように変化しない場合でも正確な測定を可能にします。

半導体産業では依然として赤外線ランプヒーターを使用したり、ウェハーを加熱した熱塊の近くに配置したりする方法が採用されています。石英管ヒーターを使用すると、シリコンの特定波長における高い放射率の恩恵を受ける一方で、正確な温度測定に課題があります。ランプヒーターは１µm付近のエネルギーを放射しますが、この波長では赤外線センサーがウェハーではなく石英管を検出してしまう可能性があります。また、シリコンは低温では長波長赤外線に透明である一方、高温では不透明になります。このようなアプリケーションでは、１µm付近で動作する赤外線放射温度計は適しておらず、従来の長波長赤外線センサーが必要です。スリットを通して熱均一性を測定するには、複数のパイロメーターまたは赤外線セーモグラフィーカメラのラインスキャナーモードを使用することが可能です。

Optris赤外線放射温度計と優れた技術サポートで半導体プロセスを最適化

光ファイバー式のCT ratioは、受動的なセンシングヘッドを備えており、過酷な環境への設置に優位性があります。制御回路をリアクター（反応炉）の過酷な条件から遠ざけることで、耐久性と長寿命を確保します。また、非接触型の測定システムはプロセスへの干渉を避け、汚染のリスクを排除できます。非常に高い温度で潜在的に危険な環境では、光ファイバー技術が正確で安全な温度測定を維持するために不可欠です。

Optrisの赤外線放射温度計は、信頼性が高く、コストパフォーマンスにも優れています。他社製品の半分の価格でありながら、正確で一貫した温度データを提供します。そのため、性能を妥協することなく経済的な選択肢が可能です。また、短納期を実現しており、迅速な実装と開発サイクルに対応可能です。さらに、Optrisの継続的な技術サポートにより、問題が迅速に解決され、プロセスの最適化において専門的な知識を活用できます。この包括的なアプローチは、即時的な成功だけでなく長期的なパートナーシップも育みます。