10 – 輻射を利用したヒータの加熱解析

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概要

半導体製造装置として用いられる石英加熱ヒータは熱の輻射現象を利用した加熱装置です。熱輻射とは、熱伝達のメカニズムのひとつであり、温度差のある離れた物体間の電磁波の伝播による熱輸送のことを示し、真空中でも伝熱することができます。コイルに電流を通電し加熱されたヒータの近くに被加熱体を置くことで、被加熱体に熱を伝え均一に加熱することを目的とします。
温度を均一に加熱できるか否かはヒータの生じる発熱や被加熱体の3次元的な形状の効果をきちんと扱う必要がありますので、熱解析を行います。
ここでは、ヒータと被加熱体間の熱輻射現象を用いた熱解析を行い、遮蔽板の有無における被加熱体の温度分布の違いを求めています。

温度分布

遮蔽板の有無による被加熱体の温度分布(レンジ幅は同じ)を図1および図2、被加熱体表面の中心(距離150(mm))との温度差を図3に示します。
この結果より、遮蔽板の有無により温度の絶対値に差はあるものの、遮蔽板なしの場合はヒータからの熱輻射により被加熱体へ直に熱伝達が行われるため温度ムラが生じています。一方、遮蔽板ありの場合は遮蔽板の均熱効果により被加熱体へ一様に熱伝達が行われています。

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