진공 상태에서의 적절한 열 공급 방법
반도체를 생산할 때는 엄청난 양의 열이 필요하지만, 웨이퍼가 오염되는 것은 절대 용납될 수 없습니다. 일반적인 저항식 히터로는 이러한 요구를 충족시킬 수 없습니다.
그래서 우리는 진공 환경에 적합한 적외선 램프를 사용합니다. 이 램프들은 열을 매개체 없이 직접 목표물에 전달해줍니다. 이 방식은 훨씬 효율적입니다. 게다가, 불필요하게 에너지를 낭비하지 않아 ‘친환경 공장’을 운영하려는 사람들에게는 큰 장점이 됩니다.
물리적 원리
진공 상태에서는 대류가 일어나지 않습니다. 그래서 방사선만이 열을 전달하는 수단이 됩니다. 단파 적외선을 사용하면 재료를 훨씬 빠르게 통과할 수 있습니다. 이 방식의 장점은 에너지를 정확하게 목표물에 집중시킬 수 있다는 것입니다. 웨이퍼 하나를 가열하기 위해 전체 진공 챔버를 가열할 필요가 없으므로 에너지 소비가 줄어들고 효율성이 높아집니다.
하지만 전력 밀도에 주의해야 합니다. 적절한 석영 코팅이 없는 상태에서 고출력 램프를 진공 상태에 넣으면 필라멘트가 금방 손상될 수 있습니다. 그래서 우리는 고순도 석영을 사용하여 가스 배출을 막습니다. 그렇지 않으면 진공 상태가 깨져서 웨이퍼가 오염될 수 있습니다. 이건 정말 좋지 않은 상황입니다.
공장 내부의 청소
여전히 구식 오븐형 히터를 사용한다면, 큰 챔버가 온도에 도달하기까지 오랜 시간이 걸린다는 것을 알고 있을 것입니다. 하지만 적외선 램프를 사용하면 몇 초 만에 원하는 온도에 도달할 수 있습니다. 이 방식은 지구와 비용 면에서 두 가지 이점이 있습니다. 첫째, 최대 전력 수요가 줄어듭니다. 둘째, HVAC 시스템이 방을 식히는 데 드는 노력이 훨씬 줄어듭니다.
단점들
적외선 가열도 완벽한 해결책은 아닙니다. 강도가 너무 높아서, 램프의 형태가 웨이퍼와 완벽하게 맞지 않으면 과열된 부분이 생길 수 있습니다. 모든 부분의 온도를 균일하게 유지하려면 정교한 PID 컨트롤러가 필요합니다.
또한, 램프에서 나오는 방사선을 처리할 수 있는 냉각수 시스템도 반드시 있어야 합니다. 그렇지 않으면 진공 상태가 깨져서 웨이퍼가 오염될 수 있습니다. 적절한 간격을 유지하지 않으면 주말마다 가스켓을 교체해야 할 수도 있습니다.