왜 반도체 제조 공정에서는 적외선 가열이 강제 공기 순환 방식보다 우수한가요?
반도체 처리 작업을 해본 사람이라면, 기다리는 시간이 얼마나 짜증나는지 잘 알 것입니다.
오랫동안 우리는 강제 공기 순환 방식에 의존해왔습니다. 즉, 뜨거운 공기를 주변으로 불어넣어 열을 전달하는 방식이죠. 하지만 이 방식에는 문제가 있습니다. 공기를 먼저 데우고, 그 다음에 그 공기가 웨이퍼를 데워야 합니다. 마치 집을 따뜻하게 하려고 먼저 진입로를 데우는 것과 같습니다. 너무 많은 시간이 소요됩니다.
적외선 가열은 이러한 문제를 해결합니다. 중간 단계를 생략함으로써, 에너지를 직접 웨이퍼에 전달할 수 있습니다.
시간은 항상 소중합니다
이 업계에서는 시간이란 결코 충분히 확보할 수 없는 자원입니다. 강제 공기 순환 방식을 사용할 경우, 열충격을 피하기 위해 긴 준비 및 냉각 시간이 필요합니다. 너무 느립니다.
반면 적외선 램프는 몇 초 만에 목표 온도에 도달합니다.
이것이 바로 급속 열처리(RTP)의 장점입니다. 적외선은 표면을 관통하기 때문에, 열이 거의 즉시 전달됩니다. 굳이 방 전체가 뜨거워질 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 바로 사용할 수 있습니다.
실제로 반응이 빠른 제어 기능
가장 좋은 점은 제어 기능입니다. 우리는 정밀한 적외선 센서를 사용하여 웨이퍼 표면의 온도를 실시간으로 모니터링합니다. 온도가 변하면, 컨트롤러가 즉시 전력을 조절합니다. 과열되는 일도 없습니다.
강제 공기 순환 방식과 비교해보면, 공기는 ‘열관성’이 큽니다. 공기가 뜨거워진 후에는 스위치를 끄더라도 즉시 식지 않습니다. 계속해서 열이 발생합니다. 반면 적외선을 사용하면 빠르게 온도 차이를 만들어낼 수 있으며, 열을 빠르게 줄일 수 있습니다. 마치 외과 수술처럼 정확합니다.
현실적인 문제점들
물론 적외선 가열도 완벽하지는 않습니다. 몇 가지 문제점이 있습니다.
가장 큰 문제는 빛의 전달 경로입니다. 웨이퍼의 모양이 이상하거나, 빛을 가로막는 장치가 있다면, 특정 부분이 차가워질 수 있습니다. 따라서 램프 배열을 신중하게 설계해야 합니다.
또한, 파워 밀도가 매우 높기 때문에, 냉각 시스템에도 투자를 아껴서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 다른 장비들도 손상될 수 있습니다.
하지만 솔직히 말해서, 이러한 단점들보다는 장점이 훨씬 큽니다. 대부분의 대량 생산 시설들은 이미 적외선 가열 방식을 도입했습니다. 20분이 걸리는 가열 과정을 20초로 줄일 수 있다면, 더 이상 다른 방법을 고민할 필요가 없습니다.