IR 가열을 최대한 활용하는 방법
반도체 제조 과정에서는 시간이 곧 모든 것입니다. 오랫동안 우리는 열공기를 이용해 가열해왔지만, 솔직히 말해서 효율이 낮습니다. 마치 헤어드라이어로 방을 데우려는 것과 같아서, 오랜 시간이 걸릴 뿐만 아니라 열이 같은 지점에 반복적으로 전달되지도 않습니다.
그래서 우리는 적외선(IR) 가열 방식으로 전환했습니다. 적외선은 공기의 흐름에 영향을 주지 않고, 바로 목표물에 열을 전달합니다. 매우 빠른 속도로요.
하지만 문제가 있습니다. 단순히 램프만으로는 충분하지 않습니다. 실제로 효과적으로 가열하려면 정밀하게 설계된 알루미늄 반사판이 필요합니다.
열이 실제로 어디로 가는가?
일반적인 IR 램프는 에너지를 모든 방향으로 방출합니다. 즉, 360도로 열이 퍼집니다. 반사판이 없다면, 기계의 내부를 데우는 데 에너지의 절반이 낭비됩니다. 이는 엄청난 낭비입니다.
우리는 고순도 알루미늄 반사판을 사용하여 그 낭비된 에너지를 다시 작업물로 보냅니다. 반사판의 형태가 중요합니다. 특정 지점에 열을 집중시키고 싶다면 포물선 형태가 적합합니다. 균일한 열을 원한다면 원통형이 좋습니다. 이것이 바로 손전등과 스포트라이트의 차이입니다. 몇 분이 아닌 몇 초 만에 목표 온도에 도달할 수 있습니다.
왜 알루미늄을 사용하는가?
알루미늄은 적외선 스펙트럼과 잘 어울립니다. 알루미늄 표면을 연마하거나 아노다이징 처리하면, 열이 흡수되지 않고 반사됩니다. 하지만 반사판 자체가 너무 뜨거워지면 변형될 수 있으며, 그러면 문제가 생깁니다.
또한 반사판의 위치도 매우 중요합니다. 만약 램프가 제대로 위치하지 않으면 ‘hot spot’이 생깁니다. 이러한 불균일한 부분들로 인해 기판이 변형되거나 웨이퍼가 망가질 수 있습니다. 아주 작은 틈이지만, 큰 문제가 될 수 있습니다.
실제적인 딜레마
열공기 대신 IR 가열을 사용하면 공간을 훨씬 효율적으로 활용할 수 있습니다. 거대한 송풍기나 복잡한 덕트 시스템을 없앨 수 있습니다. 기계도 더 작아지고, 준비 시간도 단축됩니다.
하지만 이것만으로는 충분하지 않습니다. IR 가열을 위해서는 명확한 ‘시야선’이 필요합니다. 만약 부품에 깊은 구멍이나 복잡한 형태가 있다면, IR 빛은 그곳에 도달할 수 없습니다. 공기는 그곳으로 들어갈 수 있지만, 빛은 모퉁이를 돌 수 없습니다. 그러므로 그림자가 생기지 않도록 램프의 위치를 신중하게 선택해야 합니다. 만약 특정 지점을 놓친다면, 그 부분은 차가워지게 되고, 결국 공정의 효율성이 떨어집니다.