반제품의 탄소 배출을 줄이는 방법: IR 가열이 왜 효과적인가
반도체를 제조할 때는 열이 매우 중요한 요소입니다. 하지만 기존의 방식은 솔직히 말해 낭비가 심합니다. 대부분의 전통적인 저항식 히터들은 웨이퍼를 적절한 온도로 만들기 위해 방 안의 모든 곳을 가열합니다. 마치 한 잔의 커피를 데우기 위해 집 전체를 데우는 것과 같습니다.
이때 바로 진공 상태에서 작동하는 IR 가열기가 유용합니다. IR 가열기는 공기를 가열하는 대신 에너지를 직접 웨이퍼에 전달합니다.
물리학적 원리
진공 상태에서는 공기를 이용해 열을 전달할 수 없습니다. 따라서 열전도와 복사에 의존할 수밖에 없습니다. 우리는 실리콘과 갈륨 나이트라이드가 흡수하고자 하는 정확한 파장의 빛을 내도록 IR 램프를 조정했습니다. 그 결과, 웨이퍼는 매우 빠르게 가열됩니다. 가열 시간을 줄이면 불필요하게 에너지를 낭비하지 않게 됩니다. 그야말로 더 효율적인 방법입니다.
“친환경 공장”을 실현하기
“친환경 이니셔티브”에 대한 이야기는 자주 듣지만, 대개는 단지 기업의 홍보용 표현에 불과합니다. 실제로는 에너지 낭비를 줄이는 것이 중요합니다.
구식 오븐들은 아무것도 하지 않을 때에도 몇 시간 동안 계속 뜨거운 상태를 유지합니다. 반면 IR 램프는 즉시 켜졌다 꺼집니다. 더 이상 에너지를 낭비할 필요가 없습니다.
다만 주의해야 할 점이 있습니다. 청결을 유지하기 위해 고순도 석영으로 만든 케이스를 사용하지만, 전력을 너무 세게 공급해서는 안 됩니다. 너무 많은 전력을 작은 공간에 공급하면 웨이퍼에 열응력이 생길 수 있습니다. 따라서 PID 컨트롤러를 잘 조절해야 합니다.
장단점
기존의 히터를 IR 가열기로 교체하면 더 많은 에너지를 절약할 수 있습니다. 공간을 늘릴 필요 없이 더 많은 양의 반도체를 생산할 수 있습니다.
하지만 단점도 있습니다. 바로 전력 공급 문제입니다. IR 시스템은 안정적으로 작동하기 위해 고주파 스위칭 전원 공급장치가 필요합니다. 만약 전력망이 오래된 경우, 신호 노이즈가 발생할 수 있습니다. 하지만 적절한 필터링을 통해 이 문제를 해결할 수 있습니다.
전선 연결만 제대로 되면 에너지 절약 효과는 분명합니다. 단순히 KPI를 달성하는 것뿐만 아니라, 전체 생산 공정의 탄소 배출량도 줄일 수 있습니다.