シーメンス法によるシリコン製造プロセスにおける温度管理の重要性

純粋なポリシリコンは、集積回路や太陽電池の製造において最も一般的に使用される材料です。ポリシリコンは、シーメンス法と呼ばれる化学気相成長（CVD）プロセスに基づいて製造されます。この方法は比較的高価で時間がかかるものの、高純度で高品質のポリシリコンを製造できるため、世界のポリシリコン製造の約75%がこの技術に依存しています。特に中国の低コストプラントの増加により、経済的にも実用性が高まっています。

シーメンス法は、約0.5 ～ 1.5%の不純物を含む冶金用シリコンを使用します。このシリコンを精製するために、まずは細かく粉砕され、塩化水素と反応させることでトリクロロシラン（三塩化シラン、TCS）という揮発性の高い液体を生成します。TCSは沸点が31.8℃と低いため、蒸留によって精製されます。精製されたTCSは、次の工程で化学蒸着（CVD）リアクターに導入されます。このリアクター内の細いシリコンフィラメントが電気的に加熱され、最大1150℃に達します。この高温下でTCSが分解し、シリコンがフィラメント上に蒸着して直径150 ～ 200mmのポリシリコンロッドを形成します。この工程はエネルギーを大量に消費しますが、高い純度を達成するために重要な工程です。

温度管理はシーメンス法全体、特にCVDの段階で極めて重要です。シリコンロッドは成長中一定の温度を維持する必要があり、過熱やロッドの融解の可能性を防ぐために慎重な電力調整が不可欠です。温度を一定に保つことで、TCSからシリコンフィラメント上へのシリコンの堆積が均一に進行し、ポリシリコン構造に欠陥が生じるのを防ぎます。また、過熱を避けることは、ロッドの融解によるプロセス全体の中断を防ぐためにも不可欠です。

結晶成長プロセスの性質上、シリコンロッドの温度を従来の接触式温度センサーでモニタリングすることは不可能です。赤外線による温度温度観察は、この時間がかかりエネルギーを大量に消費する高コストのプロセスを管理するための唯一の選択肢となります。

シーメンス法における赤外線パイロメーターを用いた信頼性の高いシリコン温度測定の実現

シリコンの放射率は、温度、波長、表面特性によって変動し、異なるスペクトル範囲わたって複雑で動的な挙動を示します。シリコンの温度を測定するためには、放射率が温度変化に対して安定している１µm付近の短波長赤外線を使用することが推奨されます。特に、２つの波長の比で測定を行う2色式放射温度計は、視野全体をターゲットで埋める必要がなく、ロッド温度を測定できるため有利です。また、水素ガスが存在する場合には、防爆ハウジングと組み合わせて使用することができます。

光ファイバー方式のCT ratio２色式赤外線放射温度計は、基材や蒸着されたポリシリコン膜の温度測定に有効です。センサーヘッドと制御基板が別になった２ピース構造のパイロメーターはコンパクトで、柔軟な光ファイバーを装備しており、狭い場所やアクセスが難しい場所にも設置が可能です。また、高温環境や振動、化学薬品への暴露といった過酷な使用条件でも動作するよう設計されています。2色式パイロメーターのは、２つの異なる波長の光強度を比較することで正確な温度測定を実現し、放射率の変動や光学的な干渉、光路内の減衰といった要因による誤差を低減します。

一部の施設では、放射率の変動に影響を受けやすい単色赤外線放射温度計を使用することを好む場合があります。このような施設では温度の精度よりもシーメンス法における再現性を重視しています。しかし、２色式放射温度計に搭載されたスマート比率モードは、放射率や比率の変化を学習し、２つの波長での放射率が異なる変化をする場合でも正確な測定を可能にします。

ポリシリコン（多結晶シリコン）成長プロセスにおける
耐久性、経済性、信頼性のある赤外線温度測定ソリューション

能動型センサーヘッドを備えた光ファイバー式CT ratioは、厳しい環境での設置に非常に有利です。このパイロメーターは、電子基板を反応器の有害な作業環境から遠ざけることができ、耐久性と長寿命を確保します。非接触での測定はプロセスへの干渉を防ぎ、汚染リスクを排除します。極めて高温で危険な周囲環境を考慮すると、光ファイバー技術は正確かつ安全な温度測定を維持する上で欠かせません。

Optrisの赤外線放射温度計は信頼性が高いだけでなく、非常にコストパフォーマンスに優れています。同等製品の半分の価格ながら、正確で一貫した温度データを提供しており、性能を損なうことなく経済的な選択肢を提供します。また、センサーのリードタイムが短縮されており、迅速な導入と開発サイクルの短縮が可能です。

さらに、Optrisの継続的な技術サポートは、問題解決に向けた迅速な対応が可能で、顧客がプロセスの最適化を継続できるよう支援します。このような包括的なアプローチは即時の成功を保証するだけでなく、長期的なパートナーシップを育むものでもあります。