왜 웨이퍼 가공에 강제 공기 난방 대신 적외선 난방을 사용하는가?
반도체 가공 분야에서 일해본 사람이라면 기다리는 시간이 얼마나 짜증나는지 잘 알 것입니다. 특히, 뜨거운 공기를 이용해 웨이퍼의 온도를 올리는 데 걸리는 시간이 문제입니다.
문제는 강제 공기 난방이 너무 느리다는 점입니다. 결국 뜨거운 공기를 웨이퍼 주위로 불어넣어서 그 열이 웨이퍼에 효과적으로 전달되기를 기다리는 것뿐입니다. 이로 인해 열 전달에 시간이 오래 걸리고, 작업 효율도 떨어집니다.
반면 적외선 난방은 공기를 사용하지 않고 전자기파를 이용해 웨이퍼에 직접 열을 전달합니다.
마치 따뜻한 바람에 손을 비비며 몸을 따뜻하게 하는 것과, 모닥불 앞에 서서 몸을 따뜻하게 하는 것의 차이와 같습니다.
속도 면에서 보면, 공기는 열을 전달하는 데 매우 형편없습니다. 팬을 사용할 경우, 공기가 먼저 따뜻해지기를 기다려야 하고, 그 후에야 그 열이 웨이퍼에 전달됩니다. 반면 적외선 램프를 사용하면 에너지가 거의 즉시 웨이퍼 표면에 도달합니다.
즉, 준비 시간을 수분에서 몇 초로 줄일 수 있습니다. 24시간 내내 공장을 가동한다면, 이렇게 절약된 시간들이 빠르게 누적됩니다. 더 많은 웨이퍼를 처리할 수 있으며, 추가적인 공간이나 장비를 구입할 필요도 없습니다.
게다가 제어도 훨씬 용이합니다. 적외선 센서를 사용하여 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 기존의 열전대는 물리적 접촉이 필요하고 반응 속도도 느립니다. 반면 적외선 센서는 웨이퍼 표면의 발열량만을 측정합니다. 문제가 생기면 즉시 전력을 조절할 수 있습니다.
이렇게 하면 웨이퍼의 가장자리가 타버리고 중심부는 여전히 따뜻한 ‘과도한 가열’ 상황을 피할 수 있습니다.
하지만 이건 그냥 간단히 사용할 수 있는 방법은 아닙니다. 단점도 있습니다. 적외선 난방은 엄청난 열량을 방출합니다. 이러한 빠른 속도는 하드웨어에 부담을 줄 수 있습니다. 만약 케이스나 냉각 시스템이 그 열을 감당할 수 없다면 문제가 생길 수 있습니다. 냉각 시스템이 부족하면 웨이퍼가 변형되거나 센서가 손상될 수도 있습니다.
따라서 이 방식을 사용하기 전에 반드시 열 관리 방안을 다시 검토해야 합니다.
그렇긴 하지만, 대량 생산 환경에서는 이것이 현재 표준적인 방법입니다. 팬의 단순함을 포기하고 속도를 얻는 것이죠. 이 분야에서는 속도가 곧 모든 것입니다.