機械を加熱するのではなく、基板上に直接熱を与えましょう
もしカーボンナノチューブ（CNT）の加工を経験したことがある人なら、熱管理の難しさを知っているはずです。多くの人々は、すべてを通常のオーブンで加熱しようとしますが、それはまるで、キッチン全体を温めることでピザ1枚だけを温めようとするようなものです。これはエネルギーの無駄遣いです。さらに悪いことに、半導体製造装置の内部が炉のようになってしまいます。基板を一定の温度に保つために、装置の壁面が非常に高温になってしまうのです。そんな環境で作業をするのは誰も望みません。
だからこそ、私たちは指向性赤外線加熱を採用しました。
実際の動作原理
これは、スペースヒーターの代わりに懐中電灯を使うようなものです。対流型の加熱では熱風があちこちに拡散しますが、赤外線ランプは電磁波を直線的に放出します。このエネルギーをCNTの成長領域に直接当てるのです。熱はその場所に留まります。装置の壁面はランプの光の範囲にないため、冷たいままです。これにより、化学気相成長法（CVD）に必要な強い熱を得ることができ、実験室全体をサウナのようにすることはありません。
難しい点：出力のバランスを取ること
高ワット数の赤外線を使用すると、状況は一層複雑になります。小さな空間に大量のエネルギーが集中してしまうのです。そのため、短波長のエミッターを使用します。これにより、熱が装置のフレームに浸透するのを防ぎます。重要なのは、正確な焦点を計算して、熱が適切な場所に行くようにすることです。しかし、単純に出力を最大にするわけにはいきません。あまりに多くのエネルギーを狭い範囲に集中させると、基板ホルダーが変形したり、ランプが壊れたりします。冷却装置が十分な性能を持っていないと、熱が本来いけない場所に移動してしまいます。
なぜこれが便利か
最も良い点は、作業環境が安全になることです。壁面から熱が放出されないので、作業員は周囲の温度を気にせずにメンテナンスやウェーハの装着を行うことができます。また、オーブンでは得られないほどの制御性もあります。チャンバーの壁面がどうなっているかを気にすることなく、基板の温度を調整できます。これが、ウェーハ全体で均一なCNTの成長を実現する秘訣です。