왜 무연 반도체 제조에 적외선을 사용하는가?
반도체 산업도 점차 환경 친화적인 방식으로 전환되고 있습니다. 우리는 유해한 화학 물질을 사용하는 건조 공정이나 납을 사용하는 방식을 버리고 있습니다. 바로 이때 적외선이 유용하게 사용됩니다. 적외선은 ‘친환경적인’ 제조 방식을 원하는 사람들에게 최적의 해결책입니다. 왜냐하면 휘발성 용매를 사용할 필요가 없으며, 클린룸에서 많은 에너지가 소모되는 것도 줄일 수 있기 때문입니다.
열을 가하는 방식
일반적인 대류 오븐을 생각해보세요. 오븐은 공기를 가열한 다음, 그 열이 부품을 가열합니다. 이 방식은 느리고 에너지 낭비가 심합니다.
반면 적외선은 전자기파를 이용해 에너지를 직접 웨이퍼 표면에 전달합니다. 공기가 가득한 큰 금속 상자를 따뜻하게 만들기 위해 에너지를 낭비할 필요가 없습니다. 이 덕분에 가열 시간이 매우 빨라집니다. 특히 섬세한 포토레지스트나 무연 납땜제와 같이 ‘완벽한 온도’를 유지해야 하는 경우에는 이러한 빠른 속도가 매우 중요합니다.
‘골디락스 거리’
엔지니어들에게는 적외선 램프와 웨이퍼 사이의 거리를 정확하게 조절하는 것이 중요합니다.
램프가 너무 가까우면 웨이퍼가 손상될 수 있습니다. 반대로 너무 멀으면 열이 웨이퍼에 제대로 전달되지 않아 생산 속도가 느려집니다.
보통은 파장에 따라 이 거리를 조절합니다. 단파는 표면을 가열하는 데 효과적이고, 중파는 더 깊은 곳까지 열을 전달합니다. 결국 램프의 강도와 웨이퍼의 열용량을 균형 있게 조절해야 합니다. 고강도 램프는 빠르긴 하지만, 목표 온도를 초과하지 않도록 PID 제어 시스템을 잘 관리해야 합니다.
단점
적외선을 사용하면 웨이퍼를 가열하는 데 드는 에너지를 크게 줄일 수 있지만, 그 열은 다른 곳으로 전달됩니다. 바로 냉각 시스템입니다.
램프가 많은 열을 방출하기 때문에, 냉각 시스템도 그에 맞게 설계되어야 합니다. 팬이나 물 jacket가 제대로 작동하지 않으면 램프의 전극이 과열되어 빠르게 손상될 수 있습니다.
이것은 일종의 타협입니다. 실제 제작 과정에서는 에너지를 절약할 수 있지만, 기계 주변의 열을 관리하기 위해 더 많은 노력이 필요합니다. 하지만 납과 화학 물질을 없애기 위해서는 이러한 대가를 치를 가치가 있습니다.