真空チャンバー内の「オーブン効果」を防ぐ方法
半導体製造工場で働いたことがある人なら、この問題の深刻さはよくわかるでしょう。ウエハを加熱する必要がありますが、真空チャンバー全体をオーブンのようにしてしまってはいけません。
通常の加熱方法では、熱があらゆる方向に広がります。真空状態では、そのエネルギーはチャンバーの壁に向かってしか行き場がありません。これは大変な問題です。装置の表面が危険なほど高温になり、シール部品も熱ストレスによって損傷してしまいます。これは単なる無駄なエネルギー消費です。
実際にどう対処するか
私たちは、特定の赤外線ランプを使って、熱を必要な場所に集中させます。反射材や特殊なコーティングを用いることで、放射エネルギーを一方向に送り込むのです。
これは、裸の電球の代わりに懐中電灯を使うようなものです。エネルギーがあらゆる方向に散らばるのではなく、目的の場所に直接届きます。そうすれば、基板だけが必要な熱を受け取り、他の部分は低温のままです。これにより、ハードウェアへの負荷が大幅に軽減されます。
バランスの取り方
ただ、できるだけ高ワット数のランプを使えばいいわけではありません。冷却システムが実際に何を処理できるかを考慮する必要があります。
高密度の発光体は、温度を非常に速く上昇させるので便利です。しかし、多くの電力を消費します。そのため、目標温度を超えないように、精密な制御装置を併用する必要があります。
もし、方向制御なしに高ワット数のランプを使った場合、数分以内に壁面の温度が急上昇してしまいます。エネルギーを集中させることで、各内部面に重たい水冷装置を設置する必要がなくなります。これにより、機器の構造がよりシンプルになります。
実際の課題
完璧なものはありません。これらの方向制御用ランプにも欠点があります。
反射コーティングは、ランプを最大出力で動作させ続けると劣化してしまいます。数千時間使用した後、出力が少し低下することがあります。
これは致命的な問題ではありませんが、工程を設計する際には考慮する必要があります。古いランプを新しいもののように使おうとして電力を強くすると、フィラメントが早く壊れてしまいます。定期的にランプの状態をチェックしておけば問題ありません。