적외선 반도체 가열에서 온도를 정확하게 조절하는 방법
만약 반도체 공장에서 탄소 배출을 줄이고 싶다면, 구식의 저항식 히터에 의존하는 것을 그만두어야 합니다. 그런 히터들은 반응 속도가 너무 느립니다. 그래서 우리는 적외선 램프 시스템을 사용합니다. 이 방식은 목표 온도에 훨씬 빠르게 도달할 수 있으며, 에너지 낭비도 거의 없습니다.
하지만 문제가 있습니다. 웨이퍼가 손상되지 않도록 하려면, 적외선 광원의 반응 속도에 맞춰 작동할 수 있는 정밀한 온도 센서가 필요합니다.
피드백 루프의 문제점
적외선 램프는 순간적으로 엄청난 양의 열을 방출합니다. 만약 온도 센서의 반응 속도가 느리다면, 센서가 반응하기 전에 이미 목표 온도를 초과해버립니다. 그렇게 되면 웨이퍼가 손상됩니다.
이를 방지하기 위해 고성능의 K형 또는 N형 온도 센서를 사용합니다. 이 센서들은 PID 컨트롤러에 실시간 데이터를 제공하여 전력 공급을 조절할 수 있도록 해줍니다. 그렇게 하면 온도가 설정된 값 주위에서 계속 오르내리는 현상을 막을 수 있습니다.
환경 문제
클린룸에서는 가스 누출이 큰 문제입니다. 조금이라도 오염물질이 유입되면 전체 제품이 망가집니다. 그래서 우리는 광물 절연 처리가 된 케이싱을 사용합니다. 이렇게 하면 모든 것이 단단히 밀폐됩니다.
위치도 중요합니다. 프로브를 아무 곳에나 설치해서는 안 됩니다. 프로브는 웨이퍼 표면의 온도를 측정해야 하며, 주변 공기나 램프에서 나오는 열은 측정해서는 안 됩니다. 고전압 전원선으로부터 발생하는 잡음을 방지하기 위해서는 정밀한 기계적 조정이 필요합니다.
타협점
문제는 속도와 비용 사이의 타협입니다. 더 얇은 케이싱을 사용하면 프로브의 반응 속도가 빨라집니다. 좋은 일 같지만, 사실 그렇지 않습니다. 그런 얇은 프로브들은 고온 환경에서 쉽게 손상되어 더 빨리 고장납니다. 따라서 센서의 반응 속도와 센서를 자주 교체해야 하는 빈도 사이의 균형을 맞춰야 합니다. 밀리초 단위의 반응 속도가 필요하다면, 센서를 더 자주 교체해야 합니다.
하지만 장점도 있습니다. 이 방법을 제대로 활용하면 공장의 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 전체 챔버를 데우는 데 드는 에너지를 줄여서, 오직 웨이퍼 자체만을 가열할 수 있습니다. 그렇게 하면 웨이퍼당 소모되는 전력량을 줄일 수 있으며, 탄소 중립 목표를 실현하는 데 도움이 됩니다.