Chapter 1
半導体製造で温度管理が重要な理由
半導体製造では、材料の状態や反応、成膜、拡散、熱処理などに温度が関係します。 工程によっては、温度条件のわずかな変化が製品特性や工程の再現性に影響するため、 目標温度に近づけるだけでなく、同じ条件を安定して再現できることが重要です。
温度条件が品質・歩留まりに影響する
半導体製造では、工程ごとに材料へ与える熱履歴や温度条件が異なります。 温度が適切に管理されていないと、工程条件のばらつきや品質差の原因となる場合があります。
そのため、温度を測ることだけでなく、設定条件との比較、温度履歴の記録、 異常の監視、必要に応じた制御までを一連の流れとして考えることが重要です。
工程条件の再現性には温度の安定が欠かせない
同じ製造条件を繰り返し使うためには、工程の状態を安定して再現できることが重要です。 その中でも温度は、設備条件やワーク条件、センサの取り付け状態などによって変化するため、 どの位置の温度を管理するのかを明確にする必要があります。
温度を測るだけでなく、記録・監視・制御まで考える
一時点の測定値だけでは、異常がいつ発生したのか、どのように変化したのかを確認できない場合があります。 温度履歴を記録し、必要に応じて警報や遠隔監視につなげることで、工程異常の発見や原因確認に役立てられます。
半導体製造における計測全体の考え方については、 「半導体計測とは？」 もあわせてご覧ください。
Chapter 2
半導体製造のどの工程で温度管理が必要なのか
半導体製造では、工程によって温度の管理方法や測定対象が異なります。 ここでは、温度管理を考える際に代表的な工程を整理します。
結晶成長・単結晶引上げ
結晶成長では、高温域の温度を安定して測定することに加え、 測定位置や観察条件、炉内環境などを考慮する必要があります。
成膜・熱処理・アニール
昇温、保持、冷却などの温度条件を安定して管理し、 工程の再現性や品質確認につなげることが重要です。
設備の制御条件だけでなく、実際の測定位置や温度履歴も確認する必要があります。
CMP・研磨
研磨工程では、接触しにくい対象や変化の速い現象を測定する場面があります。 非接触温度測定やリアルタイム監視が候補になる場合があります。
Chapter 3
半導体製造の温度を正しく測るには
半導体製造で温度を測る場合、「温度計があるから測れる」と考えるのではなく、 測定対象、測定位置、温度範囲、応答性、接触の可否、周囲環境などを整理することが重要です。
接触式温度センサを使う場面
対象にセンサを取り付けられる場合や、対象の温度を直接測定したい場合には、 熱電対や測温抵抗体などの接触式温度センサが候補になります。
高温工程では、センサの材質、保護構造、設置位置、挿入深さ、交換性なども確認する必要があります。
放射温度計を使う場面
対象物に触れにくい場合や、高温物体、移動する対象、表面温度を測定したい場合には、 放射温度計による非接触温度測定が候補になります。
選定時には、温度範囲、測定距離、標的サイズ、放射率、測定窓、周囲環境などを確認します。
炉内温度・ウェーハ温度・表面温度を分けて考える
制御器が見ている温度と、実際に管理したいワークやウェーハの温度が一致するとは限りません。 どの場所の温度を工程管理の基準とするのかを明確にすることが重要です。
温度分布・多点測定・温度履歴を管理する
炉内や設備内には位置による温度差が生じる場合があります。 一点の温度だけでは見えない温度ムラを確認するには、多点測定や温度分布の確認が有効です。
また、異常発生時の原因確認や品質記録のためには、温度履歴を記録しておくことも重要です。
温度計測機器を選ぶときの確認項目
| 確認項目 | 確認したい内容 |
|---|---|
| 測定対象 | 炉内、ウェーハ、結晶、表面、設備周辺など、どこを測るのか。 |
| 温度範囲 | 通常温度だけでなく、ピーク温度や異常時の温度も含めて確認する。 |
| 測定位置 | どこを代表温度として管理するのか、取り付け可能かを確認する。 |
| 接触可否 | 対象物にセンサを接触させられるか、非接触測定が必要か。 |
| 応答速度 | 温度変化をどの速さで追う必要があるか。 |
| 記録・監視 | 履歴保存、警報、遠隔監視、レポート作成などが必要か。 |
| 校正・証明 | 品質保証、監査、顧客要求などから、どの程度の証明が必要か。 |
温度計測機器の全体的な選び方については、 「温度計測機器の選び方」 もあわせてご覧ください。
Chapter 4
測定値の信頼性を支える校正
半導体製造で温度測定値を工程管理、品質保証、監査、研究開発などに利用する場合、 「その測定値をどこまで信頼できるのか」を説明できることが重要になります。
なぜ半導体製造では測定値の信頼性が重要なのか
温度条件を工程の判断に利用している場合、測定器の指示値がずれていると、 実際の状態と記録された値に差が生じる可能性があります。 そのため、用途に応じて測定器の状態や測定値の信頼性を確認することが必要です。
校正と調整・点検は同じではない
校正は、測定器の示す値と基準となる値との関係を確認する作業です。 校正そのものが、測定器の指示値を修正することを意味するわけではありません。
実際の運用では、校正結果に応じて調整や交換を検討する場合があります。 校正、点検、調整をそれぞれの目的に応じて整理することが重要です。
トレーサビリティとは何か
測定値の信頼性を説明するためには、使用する標準器や校正結果が、 どの基準につながっているのかを確認することがあります。 品質保証や監査対応では、必要な証明書やトレーサビリティの範囲を事前に整理しておくと、 校正方法を選びやすくなります。
校正周期はどう考えるのか
校正周期は、すべての測定器を一律に決めるのではなく、 使用環境、使用頻度、重要度、過去の校正結果、要求事項などを踏まえて検討することが重要です。
JCSS校正と一般校正をどう使い分けるか
必要な証明レベルは、測定器の用途や顧客要求、監査要件などによって異なります。 すべての測定器を同じ方法で校正するのではなく、必要な範囲を整理して選ぶことが重要です。
校正そのものの基本については、 「校正とは？」 で詳しく解説しています。
Chapter 5
半導体製造の温度管理でよくある課題
表示温度は安定しているのに品質が安定しない
センサが見ている温度と、実際に管理したいワークや設備の温度が一致していない可能性があります。 測定位置や測定方法を見直すことが重要です。
測定データはあるが、後から原因を追えない
測定値をその場で確認するだけでなく、温度履歴、警報、設備状態などを記録しておくと、 異常発生時の原因確認や再発防止に活用しやすくなります。
Chapter 6
チノーが支援できる半導体の温度管理
チノーは、半導体製造の温度管理に関わる温度センサ、放射温度計、記録計、調節計、 温湿度監視、校正装置・標準センサ、校正サービスなどを組み合わせて、 測定から管理までを支援します。
| 役割 | 主な機器・サービス | 考え方 |
|---|---|---|
| 測る | 温度センサ、放射温度計、熱画像計測装置 | 測定対象、温度範囲、測定位置、接触可否、応答速度などから方式を選定します。 |
| 記録する | 記録計、データロガー | 温度履歴や異常時のデータを残し、工程確認や原因調査に活用します。 |
| 監視する | 監視システム、無線機器 | 温湿度や設備状態を継続的に確認し、異常や変化を把握します。 |
| 制御する | 調節計、計装システム | 測定値をもとに工程条件を調整し、目標温度へ近づけます。 |
| 校正する | 温度校正装置、標準センサ、校正サービス | 測定値の信頼性や要求される証明レベルを確認し、品質管理を支えます。 |
半導体製造を詳しく知る
温度管理を詳しく知る
Chapter 7
半導体製造の温度管理を検討するときに確認したいこと
温度計測や監視の検討では、製品名から探すよりも、 先に測定対象や工程条件を整理しておくと必要な構成を考えやすくなります。
| 確認項目 | 整理しておきたい内容 |
|---|---|
| 工程・測定対象 | 結晶成長、CVD、拡散、熱処理、CMP、保管、クリーンルームなど、どこを測るのか。 |
| 温度範囲 | 通常温度、ピーク温度、異常時温度など、必要な測定範囲。 |
| 測定位置 | 炉内、ウェーハ、結晶、表面、設備周辺など、どこを代表値として管理するのか。 |
| 接触可否 | 接触式で測れるか、非接触測定が必要か。 |
| 応答速度 | 温度変化をどの程度の速さで追う必要があるか。 |
| 記録・監視 | 履歴保存、警報、遠隔監視、レポートなどが必要か。 |
| 校正・証明 | 品質保証、監査、顧客要求などから、どの程度の証明が必要か。 |
FAQ
よくある質問
半導体製造では、なぜ温度管理が重要なのですか？
結晶成長、拡散、CVD、熱処理など、温度条件が工程の状態や再現性に関わる工程が多いためです。 温度を測定し、必要に応じて記録、監視、制御まで含めて管理することが重要です。
半導体製造ではどのような温度計を使いますか？
熱電対などの接触式温度センサや、放射温度計などの非接触式温度計測が候補になります。 測定対象、温度範囲、測定位置、接触可否、応答速度などから選定します。
炉内温度とワーク温度は同じですか？
必ずしも同じとは限りません。センサの位置、炉内の温度分布、ワークの材質や形状などによって、 制御器が見ている温度と実際に管理したい対象の温度に差が生じる場合があります。
温度計はなぜ校正するのですか？
測定器の示す値と基準となる値との関係を確認し、測定値の信頼性を維持するためです。 品質管理や監査、工程条件の比較などで測定値を利用する場合は、用途に応じた校正管理を検討します。
すべての温度計をJCSS校正にする必要がありますか？
必ずしも一律に決める必要はありません。 測定器の用途、品質保証上の重要度、顧客要求、監査要件などを踏まえて、 必要な証明レベルを検討することが重要です。
どのような情報があれば温度計測機器を選びやすくなりますか？
測定対象、温度範囲、測定位置、必要精度、接触可否、応答速度、 記録・監視の要否、校正・証明書の必要性などを整理すると、検討を進めやすくなります。
