더 이상 오븐을 기다리지 마세요: 반도체 가공에서 IR 가열이 왜 우월한가
만약 여전히 강제 공기 순환 방식을 사용하고 있다면, 매일 “시간에 대한 비용”을 지불하는 셈입니다.
강제 공기 순환 방식은 어떻게 작동할까요? 먼저 공기를 가열한 다음, 그 공기가 웨이퍼를 가열해 주길 기다립니다. 이는 매우 비효율적인 방법입니다. 지연이 발생하기 때문입니다. 마치 복도 건너편에 있는 히터로 방을 따뜻하게 하려는 것과 같습니다.
반면 IR 가열은 그런 중간 단계를 생략합니다. 전자기파를 이용해 에너지를 직접 웨이퍼에 전달합니다. 공기가 따라잡을 필요가 없습니다.
속도의 차이는 엄청납니다.
뜨거운 공기를 사용할 경우, 열관성 때문에 온도를 변화시키는 데 오랜 시간이 걸립니다. 보통 몇 분이 필요합니다. 하지만 IR 램프는 몇 초 만에 목표 온도에 도달합니다.
이것이 바로 급속 열처리(RTP)가 효과적인 이유입니다. 만약 온도를 초당 100°C씩 상승시켜야 한다면, 대류 방식으로는 도저히 따라갈 수 없습니다. 물리적으로 불가능합니다. 하지만 IR 방식은 즉시 그 일을 해냅니다.
하지만 주의해야 할 점이 있습니다. 속도가 너무 빠르면 목표 온도를 초과할 수 있습니다. 여기서는 “충분히 가까운 온도”로 만족할 수 없습니다. 고속 센서가 필요합니다. 보통 K타입이나 플래티넘-로듐 센서를 사용하며, 이 센서들은 웨이퍼 표면에 직접 접촉해야 합니다.
센서는 가벼워야 합니다. 센서가 너무 커지면 추가적인 지연이 발생합니다. 컨트롤러가 온도가 상승했다는 것을 알아차릴 때쯤이면 이미 웨이퍼가 손상될 수 있습니다.
하지만 이건 마법이 아닙니다. 타협점도 있습니다.
IR은 방향성이 있습니다. 강제 공기 순환 방식은 chamber 내부의 온도를 균일하게 만들어주지만, IR의 경우 램프 배열이 제대로 설정되지 않으면 “열점”이 생길 수 있습니다. 따라서 온도를 조절할 때 더욱 신중해야 합니다.
또한 열 부하도 문제입니다. 고출력 IR 램프는 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 만약 냉각 장치가 제대로 작동하지 않으면 전자 부품들이 손상될 수 있습니다.
그래도, 더 많은 웨이퍼를 처리하고 싶은 사람들에게는 IR 가열이 최고의 선택입니다. 20분이 걸리던 작업을 30초 만에 처리할 수 있습니다.