熱の無駄遣いを止めよう：なぜ半導体製造装置にはアルミニウム製の反射器が必要なのか
IRランプの問題点は、熱があらゆる方向に放出されることです。360度全方向にエネルギーが散逸してしまいます。しかし、半導体製造装置では、ウェーハに届く熱だけが重要です。
反射器がなければ、エネルギーの半分が無駄になってしまいます。その熱は単に消えるわけではなく、装置の筐体に吸収されてしまいます。やがて、内側の壁面が非常に高温になり、作業員が火傷する危険性があります。また、精密な機械のフレームも変形してしまいます。これは良くない状況です。
熱を適切な場所に導く
この問題を解決するために、高純度のアルミニウム製の反射器を使用します。金属を放物線形や楕円形に曲げることで、IR波に「こちらに向かって」と指示するのです。そうすることで、エネルギーが正確に目的の場所に集中し、装置の他の部分は冷たく保たれます。これは簡単な対策ですが、大きな効果があります。
なぜアルミニウムなのか？
アルミニウムを選ぶ理由は、高温下でも変形せず、短波や中波のIR光を鏡のように反射するからです。重要なのは表面の研磨処理です。光子が金属の中に吸収されず、表面から反射されるようにしなければなりません。
ただし、計算を慎重に行う必要があります。高出力のランプを狭い反射器に入れると、レーザーのように集中した高温領域ができてしまいます。もし対象物が近すぎると、温度設定値に達する前に過剰な熱が発生してしまいます。
「高温壁」の問題を解決する
これらの装置を設計する際の主な目的は、装置の表面を冷たく保つことです。後方への放射を遮断することで、筐体が巨大なヒートシンクとして機能するのを防ぎます。そうすれば、大型の冷却ファンを使ったり、内壁に水冷システムを搭載する必要もありません。
ただし、注意すべき点があります。アルミニウムは酸化する性質があります。腐食性のある環境で使用すると、その輝きが失われます。反射率が低下すると、再び熱が漏れ出し、壁面が高温になってしまいます。定期的に拭き掃除や交換を行えば、すべてを適切な方向に保つことができます。