半導体製造工場での炭素排出削減：なぜ赤外線加熱が効果的か
もし、半導体製造工場を真にカーボンニュートラルにしようと思うなら、熱の扱い方を無視することはできない。
従来の対流式オーブンや抵抗加熱器は、ウェハに触れる前に、エネルギーの半分を空気やチャンバーの壁を温めるために消費してしまう。まるで、キッチン全体を温めて、その中の一つのエンドウ豆だけを温めようとするようなものだ。これでは炭素排出量が増え、大量の電力が無駄になってしまう。
そこで役立つのが赤外線ランプだ。すべてを温めるのではなく、ウェハ自体を直接加熱するのだ。
重要なのは、エネルギーがどこに行くかということです。
赤外線システムは、電磁波を放出し、その波が表面に当たった瞬間にのみ熱に変わる。つまり、無駄に大量のエネルギーを真空チャンバー内に投入する必要はないのだ。
さらに、波長を調整することで、熱がどの程度深く浸透するかをコントロールできる。これにより、加熱サイクルの時間が大幅に短縮される。そして、この業界では、サイクルが速ければ、1枚のウェハあたりの電力消費量も少なくて済む。それだけだ。
ハードウェアの面から見ると
グリーンファクトリーでこのシステムを使うためには、高いワット密度が必要だ。私たちは石英ハロゲン管を使用している。なぜなら、即座に反応するからだ。スイッチを入れるとすぐに熱が発生し、スイッチを切れば熱は消える。つまり、機械が停止している間も無駄に電力が消費されることはない。
しかし、問題点もある。大量のエネルギーを狭い空間に詰め込むと、非常に高温になってしまう。高密度の赤外線アレイを設置する場合、冷却システムをしっかり整備する必要がある。もしそれが適切でなければ、周囲の電子機器が破壊されてしまう。
地球に与える影響
ガス焚きの炉や旧式の電気ヒーターを赤外線アレイに置き換えることで、1単位あたりの消費電力が大幅に減少する。特に、硬化処理や乾燥処理、アニーリングの際に大きな効果が得られる。
最良な点は、通常、既存の設備をそのまま利用できることだ。全ての設備を取り壊す必要はない。不必要な熱容量を排除することで、全体の工場の消費電力が減少する。そうすれば、炭素排出目標を達成しつつ、生産能力も維持できるのだ。