왜 반도체 제조 공장들이 오븐 대신 적외선을 사용하는가?
최근 반도체 제조 공장을 방문해보셨다면 분명히 눈치채셨을 것입니다. 그 크고 무거운 대류식 오븐들이 점점 사라지고 있습니다. 사람들은 적외선을 이용한 경화 방식으로 전환하고 있습니다. 왜냐하면, 작은 실리콘 부품을 건조시키기 위해 온 방 전체를 가열하는 것은 에너지 낭비일 뿐입니다. 적외선은 직접 기판에 작용하기 때문에, 요즘에는 “친환경적”이거나 “납이 없는” 제품들이 거의 항상 적외선 기술을 사용합니다.
물리적 원리는 매우 간단합니다.
대류식 오븐의 경우, 공기를 가열하여 벽을 따뜻하게 만든 다음, 그 열이 결국 부품을 가열합니다. 이를 위해서는 강력한 팬이 필요하며, 열도 벽을 통해 많이 손실됩니다. 반면 적외선은 전자기파를 사용하기 때문에, 에너지가 직접 포토레지스트나 접착제에 전달됩니다. 속도도 매우 빠릅니다. 단파 적외선을 사용하면 더 깊은 곳까지 열이 전달되므로, 두꺼운 층의 재료도 손상시키지 않고 경화시킬 수 있습니다.
청결하고 납이 없는 환경 유지
납이 없는 솔더나 폴리머를 사용할 때는 주의가 필요합니다. 온도를 조금만 잘못 설정해도 웨이퍼가 변형되거나 문제가 생길 수 있습니다. 이때가 바로 클로즈드-루프 PID 컨트롤러가 유용한 순간입니다. 이 장치는 적외선 램프와 함께 작동하여 특정 온도를 유지해줍니다. 게다가, 용매나 오존을 생성하는 요소도 없으며, 연소도 일어나지 않습니다. 그저 전기가 광자로 변환되는 것뿐입니다. 매우 간단합니다.
단점도 있습니다.
오븐을 그냥 제거하고 적외선 장치를 설치한다고 해서 모든 것이 완벽하게 작동하는 것은 아닙니다. 열 밀도가 훨씬 높기 때문에, 설계에 약간의 오차가 있으면 웨이퍼가 변형될 수 있습니다. 따라서 초점 거리를 정확히 설정하고 반사 장치를 사용하여 기계 본체가 손상되지 않도록 주의해야 합니다.
마지막으로, 전력 소비량을 확인해보세요. 적외선을 사용하면 에너지 비용을 30~50% 줄일 수 있습니다. 하지만 램프가 처음 켜질 때 발생하는 급격한 전력 증가에 대비할 수 있는 전력 회로가 필요합니다.