반도체 제조 공정에서 적외선 가열을 통해 올바른 온도를 유지하는 방법
요즘에는 모두가 공장 내에서 탄소 중립을 실현하려고 노력하고 있습니다. 그래서 적외선 가열 장치가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이 장치들은 기존의 대류식 오븐과 달리, 방 전체를 가열하는 대신 필요한 부분만을 정확하게 가열합니다.
하지만 한 가지 문제가 있습니다. 적외선 램프는 매우 빠르게 열을 발생시킵니다. 만약 정밀한 온도 센서가 없다면, 위험한 상황이 발생할 수 있습니다. 조금만 실수해도 램프가 손상될 수 있으며, 더 나쁜 경우에는 웨이퍼 전체가 망가질 수도 있습니다.
열 피드백 문제
반도체 제조 공정에서는 온도가 급격하게 변합니다. 따라서 이러한 급격한 온도 변화를 제대로 감지할 수 있는 센서가 필요합니다. 만약 센서의 오차가 조금이라도 생긴다면, PID 컨트롤러가 과도하게 반응하게 되고, 그로 인해 기판에 엄청난 열 스트레스가 가해집니다. 이것이 바로 문제가 시작되는 지점입니다.
적절한 센서 선택
공정에서 발생하는 열의 정도에 따라, 보통 백금 기반 센서나 타입 K 센서를 사용합니다. 하지만 중요한 것은 재질뿐만 아니라 센서를 어디에 위치시키느냐도 중요합니다. 센서가 램프의 직접적인 광선을 감지하는 것이 아니라, 실제 작업물의 온도를 측정할 수 있도록 해야 합니다. 그래야만 정확한 온도를 측정할 수 있습니다. 이를 위해 세라믹 차폐재나 특수한 마운트를 사용합니다. 이것이 바로 센서가 빛이 아닌 작업물의 온도를 측정할 수 있는 유일한 방법입니다.
무시할 수 없는 타협점들
항상 타협이 필요합니다. 밀리초 단위의 빠른 반응 속도를 얻으려면 센서의 외피를 얇게 만들어야 합니다. 하지만 문제는, 두께가 얇은 센서는 고온 환경에서 빠르게 손상된다는 것입니다. 결국 속도와 센서의 내구성 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.
제 조언은 6개월마다 센서를 교정하는 것입니다. 만약 센서의 오차를 방치한다면, 설정된 온도에 도달하기 위해 램프가 더 오랫동안 작동해야 하므로 에너지 효율이 떨어집니다.
또한, 케이블에 관한 팁도 있습니다. 적외선 전원 공급 장치는 잡음이 많아서 신호를 방해할 수 있습니다. 그러므로 차폐된 케이블을 사용하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 온도 측정값이 계속 변동하게 되고, 히터는 올바른 온도를 찾기 위해 계속 노력하게 되어 에너지를 낭비하게 됩니다.