왜 반도체 제조에는 진공 적외선 가열이 열풍 가열보다 더 효과적인가?
반도체 처리 작업을 해본 사람이라면, 기다리는 시간이 얼마나 짜증나는지 잘 알 것입니다. 특히, 재료가 충분히 가열될 때까지 기다리는 시간 말입니다.
오랫동안 우리는 열풍을 이용해 가열해왔습니다. 하지만 문제는 공기가 단지 중간 매개체에 불과하다는 점입니다. 공기를 가열하면 그 공기가 웨이퍼의 표면을 가열하는데, 이 과정은 매우 느리고 비효율적입니다.
하지만 진공 상태에서는 그러한 중간 매개체가 없습니다. 공기가 전혀 없으므로, 적외선 램프를 사용하여 에너지를 직접 웨이퍼에 전달할 수 있습니다. 기다릴 필요도, 우회할 필요도 없습니다.
“시간 낭비” 문제
전통적인 열풍 가열 방식은 열적 인덕턴스가 매우 큽니다. 마치 헤어드라이어로 수영장을 데우려는 것과 같습니다. 환경을 준비하는 데 엄청난 시간이 소요됩니다. 이러한 “시간 낭비”는 프로세스 시작 및 종료 시 생산성을 크게 저하시킵니다.
반면, 적외선 가열기는 그러한 과정을 건너뛸 수 있습니다. 광자들이 즉시 목표물에 도달합니다.
신속한 열처리의 가능성
신속한 열처리(RTP)에서는 이러한 장점이 더욱 두드러집니다. 몇 분이 걸리던 처리 시간을 몇 초로 줄일 수 있습니다. 이제는 더 이상 팬이나 열교환기가 준비될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 바로 작업을 시작할 수 있습니다.
문제점들
그렇다고 해서 그냥 전구를 진공 챔버에 넣으면 되는 것은 아닙니다. 가스 유출 문제도 고려해야 합니다. 밀폐성이 좋지 않거나 특수한 소재가 아니라면, 오염물질이 웨이퍼에 닿을 수 있습니다. 이는 정말 최악의 상황입니다.
또한, 전력 균형도 중요합니다. 고출력의 램프는 강력한 열을 발생시키지만, 램프가 웨이퍼에 너무 가까이 있으면 과열되는 문제가 생깁니다. 초점 거리와 웨이퍼의 열량 사이의 균형을 잘 맞춰야 합니다. 너무 많은 에너지를 너무 빨리 웨이퍼에 가하면 웨이퍼가 변형되거나 열충격을 받을 수 있습니다.
모든 것을 고려한 설계
가장 좋은 점은 적외선 가열기에는 거대하고 부피가 큰 공기 duct가 필요 없다는 것입니다. 공간도 훨씬 적게 차지합니다.
게다가, 지역별로 온도를 조절할 수도 있습니다. 강제 대류로 인해 발생하는 불균일한 온도 분포 대신, 웨이퍼의 여러 부분에 따라 온도를 조절할 수 있습니다.
단, 냉각 시스템도 주의해야 합니다. 챔버의 벽면이 방사열을 흡수하기 때문에, 이를 감당할 수 있는 냉각 시스템이 필요합니다. 그렇지 않으면 진공 펌프가 과열될 수 있습니다.