왜 바이오센서 제작에 적외선 경화 방식을 사용하는가?
바이오센서를 제작할 때는 접착제나 포토레지스트를 경화시키는 과정이 매우 까다롭습니다. 재료를 경화시키기 위해서는 열이 필요하지만, 기판이 손상될 위험도 있습니다.
그래서 우리는 적외선 램프를 사용합니다. 거대한 오븐 안의 공기를 가열하는 대신, 적외선은 에너지를 직접 재료로 전달합니다. 이 방식은 훨씬 효율적이고 깔끔합니다.
에너지 사용 면에서 보면…
전통적인 대류식 오븐의 경우, 오븐 벽과 부품 주변의 공기를 가열하기 위해 많은 비용과 전력이 듭니다. 이는 낭비에 불과합니다.
적외선 방식을 사용하면 센서 재료가 특정 파장대의 에너지를 흡수하도록 할 수 있습니다. 따라서 실제로 가열이 필요한 부분만을 가열하게 됩니다. 이는 단순히 환경 친화적인 이미지를 만들기 위한 것이 아니라, 웨이퍼당 사용되는 전력량을 줄이는 효과도 있습니다.
재료 보호
문제는 바이오센서에 사용되는 폴리머들이 과도한 열을 견디지 못한다는 점입니다. 온도가 조금이라도 너무 높아지면 유기층이 손상될 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 우리는 파장을 조절합니다. 보통 단파나 중파를 사용하여 열이 정확히 필요한 부분까지만 전달되도록 합니다. 그렇게 하면 기판이 변형되는 것을 막을 수 있습니다. 게다가, 열이 전달되는 속도도 매우 빠릅니다. 그래서 센서가 열 스트레스를 받는 시간도 줄어들어 센서의 성능이 더욱 좋아집니다.
단점도 있습니다…
적외선 방식은 빠르지만, 조건에 따라 문제가 생길 수 있습니다. 열이 너무 집중되면 ‘핫 스팟’이 발생할 수 있습니다. 램프와 웨이퍼 사이의 거리를 제대로 조절하지 않으면 표면이 손상될 수 있습니다.
이를 방지하기 위해 우리는 클로즈드-루프 PID 컨트롤러를 사용합니다. 이를 통해 표면 온도를 ±2°C 범위 내로 유지할 수 있습니다. 이러한 제어가 없다면 적외선의 빠른 속도가 오히려 문제가 될 수 있습니다.
가장 좋은 점은?
구식의 가스 오븐을 적외선 배열로 대체함으로써 VOC 배출을 줄일 수 있으며, 연소 연료도 완전히 없앨 수 있습니다. 이 방식은 대부분의 청정실 환경에도 쉽게 적용될 수 있습니다.