基板の温度制御

質問

ある種の基板の表面温度制御を考えています。
Fused silica（石英ガラス）を一様に加熱（1℃程度）したいのです。基板は最大で数十cmの大きさです。
一様の度合いにも色々あるのでしょうが、大まかでも構いませんので、『基板の加熱』という名目にこだわらず、世の中にはどのような加熱手法があるのかご教示頂けると幸いです。

回答No.1

denebola · ベストアンサー

ガラス厚や、大気中か真空中といった環境条件、表面が隠れてもいいのかといった制約条件が分からないので適当なアドバイスか分かりませんが。
加熱方法として用いられているのは、ヒートプレートを設置して直接加熱を行う、恒温漕などで大気を通して熱伝達する、ランプなどによる赤外線輻射で加熱する、レーザ・電子線などで照射して加熱すると行ったところでしょうか。このうち、もっとも一般的な方法はヒートプレートかと思います。基板がほぼフラットで、アスペクト比が十分大きければ（厚さに対して基板径が大きければ）、この方法でほぼ一様加熱できると思います。次に一般的なのはランプ加熱ですが、一様加熱は制御が難しいと思います。

お礼

情報不足の点お詫びいたします。
最終的には
・厚さは少なくとも20mmで、それよりも分厚いかもしれない
・真空中
・表面が隠れてはいけない。また表面は精密加工されているので、接触は避けなければならない。
という風に考えています。構想ですので不確定な部分は多々ありますが…。

アスペクト比も比較的大きく、基板は（高い精度で）フラットですので、一度ヒートプレートの方法を調べてみたいと思います。

回答No.3

hagiwara_m

少々の追加のコメントです。

>・厚さは少なくとも20mmで、それよりも分厚いかもしれない
>・真空中

ということですと、厚さ方向の温度分布も相当心配です。厳密を要求するということであれば、片面から加熱して反対面から熱が逃げるという状況では駄目で、容器壁全体を目的温度に保ち、中の基盤と輻射熱平衡の状態にする方法しかないように思います。真空容器を丸ごと恒温オイルバス（または熔融金属バス）に入れてしまうのが一番良いのですが、、

回答No.2

hagiwara_m

一応実験物理をやっている者としてお答えします。

石英は熱伝導が良くないので、電熱ヒーターなどに直接乗せると、かなりの温度むらが予想されます。

（目的には叶わないかも知れませんが）、最善は、温度制御した液体中にジャブ浸けにすることです（容器壁になるべく触れないようにする）。沸点に達しているか、あるいは固液共存状態の液体中に浸した石英板なら、かなり正確な一様温度が実現できるでしょう。

輻射がメインに効くような高い温度領域では、均熱帯の広い特大の電気炉（の中心）に入れて加熱するのも有効でしょう。

これらができないなら、厚くて基盤より大きい銅板などに張り付け、銅板の裏から加熱することです。銅板でサンドイッチにできればなお良いです。

どうしても、基盤を直接加熱したいのであれば、赤外線輻射を利用したイメージ炉方式が良いのではないでしょうか。

お礼

ご回答頂きありがとうございます。

残念ながら、目的上液体にジャブ浸けするというのはできません。ただそのような方法があるということを初めて知りました。勉強になります。

銅版の裏から加熱するという方法が非常に興味深いです。また赤外線輻射を利用した方法についても一度調査してみます。

No.1のdenebolaさんのご回答と併せて、糸口が見えたようで大変助かりました。ありがとうございました。