왜 반도체 공장에서는 열풍 대신 적외선을 사용하는가?
반도체 가공 작업에 관여해본 사람이라면, 기존의 열풍 방식의 단점을 잘 알고 있을 것입니다. 원리적으로는 거대한 공기 덩어리를 가열하여 그 열을 웨이퍼에 효율적으로 전달하려는 것입니다. 하지만 이 방식에는 지연 시간이 있습니다. 마치 에어히터로 방을 따뜻하게 하는 것과 같아서, 공기가 먼저 따뜻해져야만 웨이퍼도 따뜻해집니다.
적외선 난방은 이러한 중간 단계를 생략합니다. 에너지를 직접 기판에 전달하기 때문에, 공기가 따뜻해질 때까지 기다릴 필요가 없습니다.
시간은 계속 흘러갑니다
열풍 방식의 가장 큰 문제는 바로 대기 시간입니다. 챔버가 안정될 때까지 몇 분, 혹은 그보다 더 오랜 시간을 기다려야 합니다. 정말 힘든 일입니다.
반면 적외선 램프는 “즉시 작동”합니다. 스위치를 켜면 몇 초 만에 원하는 온도에 도달합니다. 대량 생산 환경에서는 이 점이 매우 중요합니다. 베이킹 과정에서 30초라는 시간을 줄이는 것은 사소해 보일 수 있지만, 수천 번의 작업을 고려하면 엄청난 양의 생산성 향상이 됩니다.
원하는 곳에 정확하게 열을 전달하기
300mm 웨이퍼에서 발생하는 “차가운 부분” 문제도 있습니다. 열풍 방식을 사용할 경우, 가장자리가 중심부보다 늦게 따뜻해지지 않도록 전체 공기 흐름 시스템을 복잡하게 설계해야 합니다.
하지만 적외선 방식은 다릅니다. 램프를 특정 위치에 배치함으로써 원하는 부분에 정확하게 열을 전달할 수 있습니다. 이렇게 하면 공기를 많이 움직일 필요가 없어서 열 분포를 더욱 정밀하게 조절할 수 있습니다.
게다가 장비도 더 작아집니다. 크고 무거운 송풍기나 덕트를 없앨 수 있으므로, 클린룸의 공간도 절약됩니다.
단점도 있습니다
물론 적외선 방식에도 단점이 있습니다. 열이 너무 집중되기 때문에, PID 컨트롤러를 제대로 설정하지 않으면 웨이퍼 표면이 손상될 수 있습니다. 따라서 빠른 반응 속도를 가진 온도 센서가 필요합니다.
또한 전력 문제도 있습니다. 램프는 점화되는 순간 많은 전류를 소모합니다. 만약 전력 공급 장치가 오래되거나 성능이 부족하다면, 문제를 해결하기 위해 여러 번 차단기가 작동할 수 있습니다.