왜 IR 경화 장비에는 효과적인 반사체가 필요한가?
반도체 공장에서 ‘친환경적인 방식’을 채택한다는 것은, 구식의 대류식 오븐들을 버리는 것을 의미합니다. 요즘에는 웨이퍼 표면에 직접 열을 가할 수 있는 적외선(IR) 경화 방식이 사용됩니다. 하지만 문제는, 단독으로 사용되는 램프는 에너지를 낭비하는 셈입니다. 적절한 반사체가 없으면, 에너지의 절반이 기계의 구조물에 낭비됩니다. 이는 전혀 효율적이지 않습니다.
열을 정말로 필요한 곳에 전달하기
적외선 램프는 모든 방향, 즉 360도로 열을 방출합니다. 하지만 우리가 관심 있는 것은 웨이퍼에 닿는 열뿐입니다.
이때 금으로 코팅된 반사체나 고순도 알루미늄 반사체가 유용합니다. 이러한 반사체들은 낭비된 에너지를 다시 웨이퍼 쪽으로 반사시킵니다. 간단한 방법이지만, 더 많은 와트수가 필요하지 않아도 열량을 높일 수 있습니다. 그 결과, 가열 속도가 빨라지고 전력 비용도 줄어듭니다.
‘충분히 가깝다’는 것의 위험성
이러한 반사체를 설계할 때는 반사체의 곡률이 램프의 초점 거리와 완벽하게 일치해야 합니다. 만약 몇 밀리미터만큼 차이가 생겨도, 열이 집중되는 부분이 생깁니다. 그렇게 되면 웨이퍼가 고르게 경화되지 않거나, 최악의 경우 웨이퍼가 변형되어 폐기해야 합니다. 그래서 우리는 산화되거나 반사율이 떨어지지 않는 재료를 사용합니다.
타협점
더 높은 반사율은 에너지를 절약해주지만, 동시에 열이 집중될 수도 있습니다. 고전력의 단파 램프를 사용할 경우, 반사체 자체가 과열될 수 있습니다. 그러니 쿨링 팬이나 수랭식 케이싱을 잘 활용해야 합니다. 그렇지 않으면 램프가 손상될 수 있습니다.
하지만 제대로 설계한다면, 그 차이는 엄청납니다. 시간을 오래 기다릴 필요 없이 몇 초 만에 가열이 가능해집니다. 또한, 웨이퍼에 닿지 않는 공기를 가열하는 데 드는 에너지도 줄어듭니다. 이는 훨씬 더 효율적인 방법입니다.