적외선 가열과 강제 공기 순환 가열: 웨이퍼를 가열하는 데 어떤 방식이 적합할까?
뜨거운 공기를 사용하는 방식에서 적외선 가열 방식으로 전환하는 것은 단순히 부품을 교체하는 것 이상의 의미를 가집니다. 이는 에너지를 웨이퍼 표면에 전달하는 방식 자체가 완전히 바뀐다는 것을 의미합니다.
먼저 강제 공기 순환 방식을 생각해보세요. 이 경우 대류 현상에 의존해야 하므로, 공기가 웨이퍼 표면을 따뜻하게 만드는 모든 역할을 해야 합니다. 이 방식도 효과적이긴 하지만 속도가 매우 느립니다. 반면 적외선 가열 방식은 다릅니다. 이 방식은 복사 에너지를 이용해 웨이퍼 표면에 직접 에너지를 전달합니다.
시간이 중요합니다
공기는 열을 전달하는 능력이 매우 낮습니다. 대류식 오븐을 사용할 때는 오븐 내부의 온도가 적정 수준에 도달할 때까지 시간이 오래 걸립니다. 마치 큰 냄비의 물이 끓을 때까지 기다리는 것과 같죠. 하지만 적외선 램프는 그러한 중간 과정을 건너뛰어 에너지를 순식간에 웨이퍼 표면에 전달합니다. 반도체 분야에서는 몇 분이 걸리던 가열 과정이 몇 초 만에 완료됩니다. 정말 빠른 속도입니다.
그리고 이는 매우 중요합니다. 왜냐하면 웨이퍼가 ‘위험한 상태’에 빠지는 것을 막아주기 때문입니다. 즉, 웨이퍼 표면에 원치 않는 화학 반응이나 산화가 일어나는 것을 방지할 수 있습니다.
적절한 온도 유지
우리는 정밀한 적외선 센서를 사용하여 모든 것을 제어합니다. 공기 순환 방식의 경우, 300mm 웨이퍼 표면에 난류나 ‘추운 부분’이 생길 수 있으며, 이는 처리하기 매우 까다로운 문제입니다. 하지만 적외선 배열을 사용하면 열을 특정 부위에 집중시킬 수 있습니다. 웨이퍼의 가장자리 부분이 너무 빨리 식는다면, 그 부위에 더 많은 에너지를 공급하여 균형을 맞출 수 있습니다. 이렇게 하면 웨이퍼가 변형되는 것을 막을 수 있습니다. PID 제어 시스템을 적절히 설정하면, 웨이퍼 전체 표면의 온도를 ±1°C 범위 내로 유지할 수 있습니다. 이는 거의 완벽한 제어 수준입니다.
단점도 있습니다
물론 모든 것이 좋은 것만은 아닙니다. 적외선 가열 방식은 냉각 장치에 상당한 부담을 줍니다. 고밀도 램프는 엄청난 양의 열을 발생시키기 때문입니다. 만약 케이스가 그러한 열을 견딜 수 없다면, 센서가 손상되거나 부품들이 변형될 수 있습니다. 따라서 가열하지 않으려는 부품들을 보호하기 위해서는 효과적인 방열 장치가 필요합니다.
결국, 우리는 공기 순환 방식의 장점을 포기하고,보다 정밀한 전기 제어와 훨씬 빠른 작업 속도를 얻는 대가를 치르는 셈입니다. 대부분의 사람들에게는 이러한 대가가 충분히 가치 있는 것입니다.