IR 가열을 활용한 효과적인 온도 제어
반도체 공장의 탄소 발자국을 줄이고 싶다면, 더 이상 기존의 저항식 히터에 의존해서는 안 됩니다. 대신 적외선(IR) 램프를 사용하는 것이 좋습니다. 왜냐하면 적외선 램프는 웨이퍼에 직접 열을 가하기 때문에 주변의 다른 부분까지 에너지가 낭비되지 않습니다.
하지만 문제가 있습니다. 적외선 가열은 매우 빠릅니다. 만약 온도 측정값이 그러한 빠른 변화 속도를 따라잡지 못한다면, 웨이퍼가 손상될 수 있습니다.
지연 문제
일반적인 열전대는 너무 느립니다. 반도체 생산 과정에서 3초의 지연이라도 큰 문제가 됩니다. 그렇게 되면 웨이퍼들이 망가질 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 우리는 얇고 민감도가 높은 센서를 사용합니다. 이렇게 하면 센서 자체의 온도가 아니라, 웨이퍼 표면의 실제 온도를 정확하게 측정할 수 있습니다.
노이즈와 센서 손상 문제
반도체 장비는 전기적으로 매우 시끄럽습니다. 적외선 전원 공급 장치는 EMI를 밀리볼트 신호에 섞어버릴 수 있습니다. 이는 큰 문제입니다. 우리는 차폐된 케이블을 사용하여 이러한 간섭을 방지합니다.
재료에 대해서도 고려해야 합니다.
K형 열전대는 흔하게 사용되지만, 실온과 800°C 사이를 반복적으로 오갈 때 성능이 떨어지거나 손상될 수 있습니다. 그래서 우리는 N형이나 R형 열전대를 선호합니다. 이들은 장기간 사용해도 성능이 유지됩니다.
“친환경 공장”의 현실
더 효율적인 “친환경 공장”을 만들려면 더욱 엄격한 허용 오차가 필요합니다. 에너지를 절약할 수는 있지만, 기존의 단순한 방식은 사라집니다.
이러한 정밀 센서들은 매우 섬세합니다. 램프를 교체할 때 조금만 실수해도 센서가 손상될 수 있습니다. 그러면 PID 제어 시스템이 제대로 작동하지 않습니다.
또한 센서의 위치도 중요합니다. 센서를 적외선 원천으로부터 너무 멀리 두면 공기의 온도만 측정됩니다. 센서는 가까이 있어야 하지만, 선들이 직접적인 열광선에 닿지 않도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 부가적인 열이 생겨 측정값이 잘못될 수 있습니다.
마지막으로, 냉각 시스템도 제대로 작동해야 합니다. 만약 케이스가 열을 흡수한다면, 웨이퍼가 없어도 센서는 “따뜻하다”고 판단할 수 있습니다. 결국 핵심은 열 밀도를 잘 조절하는 것입니다.