진공 적외선을 활용한 반도체 가공 과정에서의 탄소 배출 감소
반도체를 제조할 때는 정밀도가 매우 중요합니다. 하지만 고진공 환경에서 이를 수행하는 것은 에너지 관점에서 보면 엄청난 부담이 됩니다. 대부분의 공장들은 여전히 저항식 난방 방식을 사용하는데, 이는 마치 전체 냄비를 데워서 그 안에 있는 작은 완두콩만을 데우려는 것과 같습니다. 이 방식은 속도가 매우 느리고, 엄청난 양의 에너지가 낭비되며, 탄소 발자국도 급격히 증가합니다.
우리는 다른 방법을 사용합니다. 진공 환경에 적합한 적외선 램프를 사용하여 웨이퍼나 기판에 직접 열을 가합니다. 에너지 낭비가 없으며, 불필요한 요소도 없습니다.
물리적 원리
진공 상태에서는 공기를 통해 열이 전달될 수 없습니다. 따라서 복사열만이 유일한 방법입니다.
핵심은, 목표물이 실제로 흡수하고자 하는 특정 파장의 빛을 이용하는 것입니다. 진공 챔버의 벽을 오랫동안 데우는 대신, 에너지를 바로 필요한 곳, 즉 웨이퍼에 직접 전달하는 것입니다.
이러한 방식은 간단해 보이지만, 웨이퍼당 소요되는 전력량을 현저히 줄여줍니다.
지구를 해치지 않는 공장을 만드는 방법
“친환경 공장”을 만들고 싶다면, 열 용량 문제를 고려해야 합니다.
무거운 가열 요소는 따뜻해지는 데 오랜 시간이 걸리고, 식는 데도 마찬가지입니다. 반면, 적외선 램프는 열 관성이 거의 없습니다. 스위치를 켜기만 하면 몇 초 만에 원하는 온도에 도달합니다.
그렇게 되면 더 이상 무한정 기다릴 필요가 없습니다. 동일한 작업을 수행하기 위해 기계가 작동하는 시간도 줄어듭니다. 이는 효율적인 방법입니다.
하지만 우리는 단순히 속도만을 고려하지 않았습니다. 진공 상태에서의 반복적인 가열은 장비에 큰 부담을 줍니다. 가스가 빠져나가는 문제도 있어서, 웨이퍼들이 망가질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 고순도 석영과 특수 밀폐 장치를 사용합니다. 이렇게 하면 챔버가 깨끗해지고, 폐기물도 줄어듭니다.
타협점에 대한 솔직한 이야기
어떤 장비도 완벽한 해결책은 아닙니다.
적외선 램프는 가열 과정에서 에너지를 크게 절약해주지만, 강렬한 열이 발생합니다. 만약 냉각 장치가 제대로 작동하지 않으면, 그 열이 진공 밀폐 장치를 손상시키거나 센서를 망가뜨릴 수 있습니다.
단순히 와트 수를 높인다고 해서 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 램프의 출력과 시스템의 열 배출 능력을 균형 있게 조절해야 합니다. 그렇지 않으면 에너지 비용 대신 수리 비용만 발생할 뿐입니다.