왜 반도체 처리 과정에서 강제 공기 순환 방식을 IR 방식으로 바꾸는가?
만약 이전 세대의 청정실에서 작업해본 적이 있다면, 그 방식이 어떤 것인지 잘 알 것입니다. 오래된 방식의 카트를 사용하여 뜨거운 공기를 불어넣어 웨이퍼의 온도를 유지합니다.
문제는 속도가 너무 느리다는 점입니다. 강제 공기 순환이란 대류 현상에 의존하는 방식인데, 결국은 공기가 서서히 웨이퍼를 따뜻하게 만들기를 기다려야 합니다. 고성능 처리 라인에서는 이러한 지연 시간이 단순히 성가신 것이 아니라, 비용적으로도 큰 부담이 됩니다.
IR과 대류 방식의 진정한 차이점
적외선 히팅의 장점은 공기를 이용하지 않는다는 점입니다. 전자기파를 직접 웨이퍼에 조사함으로써 열을 발생시킵니다. 단파 적외선 램프를 사용하면 거의 즉시 열이 발생하기 때문에, 웨이퍼의 온도가 빠르게 상승합니다.
게다가 강제 공기 순환 방식은 청정실의 HVAC 시스템과 계속 싸워야 하는데, IR 방식은 그런 문제가 없습니다. 에너지를 정확히 필요한 곳에 집중시킬 수 있기 때문입니다. 이로 인해 웨이퍼를 한 공정 단계에서 다른 단계로 옮길 때 열 변동이 발생하지 않습니다.
어려운 점과 해결 방법
단순히 히터를 제거하고 적외선 램프를 설치하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 적절한 전력 밀도를 맞춰야 합니다. 고출력 램프는 작은 공간에 많은 열을 생성하기 때문에, 램프와 웨이퍼 사이의 거리가 조금만 잘못되어도 특정 부위가 과열될 수 있습니다. 이는 좋지 않은 결과를 초래합니다.
안정적인 상태를 유지하기 위해서는 PID 컨트롤러를 사용하는 것이 좋습니다. 정확한 타이밍이 없으면 실리콘에 과도한 열이 가해져 열충격이 발생할 수 있습니다. 또한 카트 자체도 중요합니다. 열을 견딜 수 있는 구조여야 하며, 청정실의 경보 시스템을 작동시키지 않아야 합니다.
실제로 얻을 수 있는 혜택
점점 더 많은 대규모 반도체 공장들이 IR 방식으로 전환하고 있습니다. 왜냐하면 이 방식이 물리 법칙에 맞는 방식이기 때문입니다. 열 상승에 따른 지연 시간을 없애면, 시간당 처리할 수 있는 웨이퍼의 수가 증가합니다. 간단히 말해, 복잡한 공기 순환 방식을 버리고 정확한 에너지를 활용할 수 있게 되는 것입니다.