なぜ、CNTの製造に赤外線加熱を採用したのか
カーボンナノチューブを作るには、熱が不可欠です。正確に言えば、化学気相成長法（CVD）を実現するためには、適切な温度勾配が必要です。
長い間、人々は抵抗加熱式の炉を使ってきました。しかし、問題点があります。そのような炉では、チャンバー全体や空気、壁面など、あらゆるものが高温になってしまいます。これは無駄なエネルギーの消費です。
そこで、私たちは赤外線加熱ランプを使い始めました。なぜでしょうか？赤外線は空気に影響を与えず、エネルギーを直接基板に届けるからです。これにより、より効率的で、迅速な処理が可能になります。
エネルギーを必要な場所に送る
クリーンルームでは、機器全体を高温にする必要はありません。重要なのは、ワークピースが所定の温度に達し、その状態を維持することです。
赤外線ランプを使えば、非常に高い熱密度を得ることができます。波長を調整することで、エネルギーを吸収する基板の特定の部分に集中させることができます。つまり、チャンバーが温まるのを待つ時間が少なくなり、実際の加工時間が増えます。また、1時間もかけて温度を上げたり下げたりする必要がないため、ウェーハ1枚あたりの電力代も削減できます。
実際の仕組み
私たちは、タングステンフィラメントと高純度の石英ケースを使ってこの装置を作っています。CNTの製造には、通常、短波長の赤外線を使用します。これにより、触媒層の奥深くまでエネルギーが届き、そこで反応が起こります。
また、精度の高いPIDコントローラーを使って温度を制御します。出力を上げて処理を早めようとする誘惑に駆られるかもしれませんが、注意が必要です。出力を過度に上げると、フィラメントが壊れたり、石英が熱応力で破損したりする可能性があります。
つまり、出力密度と、真空チャンバーが冷却をどれだけうまく行えるかをバランス良く調整する必要があります。
より小さな環境負荷
「グリーンファクトリー」という言葉がよく使われますが、私たちにとっては単なる流行語ではありません。実際のプロセスの環境負荷を減らすことが重要です。
対流に頼らず、目的を絞った赤外線放射を利用することで、施設のHVACや冷却水システムの負担を大幅に軽減できます。これは、半導体の製造における炭素排出量を減らす簡単な方法です。
ウェーハの搬送も速くなり、電力代も節約できます。ただ一つ注意点があります。ランプが最初に点灯したときの急激な電力の増加に、電源が対応できるかを確認してください。