진공 상태에서도 적절한 열을 공급하는 방법: 적외선 기술
반도체 웨이퍼를 다룰 때 가장 원하지 않는 것은 먼지나 이물질이 웨이퍼의 품질을 해치는 것입니다. 하지만 그렇다고 해서 열을 공급하지 않을 수는 없습니다. 문제는 진공 상태에서는 공기가 없어서 뜨거운 공기를 주위에 불어넣을 수 없다는 점입니다.
이때 바로 진공 환경에 적합한 적외선 히터가 필요합니다. 주변 환경을 따뜻하게 하는 대신, 에너지를 직접 목표물에 전달하는 것입니다. 이 방식은 깨끗하고 효율적이며, 진공 상태를 방해하지도 않습니다.
물리적 원리 (교과서적 설명은 생략)
대류를 이용할 수 없으므로, 복사 에너지가 유일한 해결책입니다. 보통 단파 적외선 램프를 사용합니다. 왜냐하면 단파 램프는 장파 램프보다 훨씬 빠르게 물질을 가열할 수 있기 때문입니다.
도구를 선택할 때는 전력 밀도를 고려해야 합니다. 고출력의 석영 소자를 사용하면 몇 초 만에 원하는 온도에 도달할 수 있습니다. 정말 빠릅니다. 이러한 속도 덕분에 처리 시간도 단축됩니다. 물건이 따뜻해질 때까지 기다릴 필요가 없으므로, 웨이퍼당 소비되는 전력도 줄어듭니다. 간단하죠.
주의해야 할 점들: 재료와 가스 방출
여기서는 아무런 램프나 사용할 수 없습니다. 일반 유리는 진공 상태에서는 문제가 많습니다. 스트레스로 인해 깨지거나, 불순물이 방출되어 웨이퍼의 품질을 해칠 수 있습니다.
그래서 우리는 고순도의 합성 석영을 사용합니다. 또한 텅스텐 필라멘트를 사용하여 급격한 가열 및 냉각 과정에서 램프가 파손되는 것을 방지합니다. 심지어 밀봉 부품과 연결부도 진공 환경에 적합해야 합니다. 작은 누수라도 발생하면 챔버 내 압력이 떨어져 매우 비싼 손해가 발생할 수 있습니다.
하지만 가장 중요한 것은 열 축적입니다. 램프 주변으로 열이 빠져나갈 공기가 없기 때문에, 램프 자체가 과열됩니다. 수냉 장치가 제대로 작동하지 않으면 챔버의 밀봉이 손상될 수 있습니다. 이는 반드시 피해야 할 문제입니다.
탄소 배출과 비용 절감
기존의 방식은 저항식 오븐을 사용합니다. 즉, 웨이퍼를 따뜻하게 하기 위해 큰 철 덩어리를 가열해야 합니다. 이는 엄청난 에너지 낭비입니다.
적외선 기술을 사용하면 실제로 가열이 필요한 부분만 가열하면 됩니다. 챔버의 나머지 부분은 그대로 두고 웨이퍼에만 집중할 수 있습니다. 열량이 줄어들면 한 배치당 소비되는 전력도 줄어듭니다. 성능을 저하시키지 않고도 공장을 더 친환경적으로 만들 수 있는 간단한 방법입니다.