왜 우리는 대류식 오븐 대신 적외선을 이용하는가?
반도체 클린룸에서 일해본 사람이라면 대류식 오븐의 단점을 잘 알고 있을 것입니다. 이 오븐들은 부피가 크고, 작동 속도도 느립니다. 게다가 몇 개의 웨이퍼를 건조시키기 위해 온실 전체를 가열해야 합니다. 이는 매우 낭비적인 방식입니다.
그래서 우리는 적외선을 이용한 경화 방식으로 전환했습니다. 공기를 가열하는 대신, 적외선은 직접 기판에 에너지를 전달합니다. 이 방식은 더 깨끗하고 빠르며, 오늘날 ‘친환경적’이거나 납이 없는 제품들이 가능해진 이유이기도 합니다.
물리적 원리
대류식 오븐이 어떻게 작동하는지 생각해보세요. 뜨거운 공기를 주변으로 보내는 방식입니다. 하지만 공기에는 미세한 입자들이 섞여 있어서, 그 공기를 뜨겁게 유지하려면 엄청난 에너지가 필요합니다.
반면 적외선은 전자기파를 이용하여 에너지를 직접 포토레지스트나 접착제에 전달합니다. 그 결과, 반응 시간이 현저히 줄어듭니다. 몇 시간이 걸리던 처리 과정이 몇 분으로 줄어듭니다. 전력 비용도 절약되고, 웨이퍼도 훨씬 빠르게 처리됩니다.
납이 없는 재료를 사용할 때의 문제점
문제는 납이 없는 납땜제나 접착제는 기존의 납이 포함된 재료들보다 훨씬 높은 온도가 필요하다는 것입니다.
뜨거운 공기를 이용해 그러한 온도를 만들려면 오랜 시간이 걸립니다. 게다가 기판 전체가 손상될 위험도 있습니다. 적외선을 이용하면 특정 파장을 선택하여 코팅을 통과시켜 정확히 필요한 위치에 열을 전달할 수 있습니다. 그렇게 하면 주변 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있습니다.
클린룸에서의 활용
적외선 히터는 크기가 작아서 큰 장점입니다. ISO 등급을 유지하기 위해 복잡한 덕트나 강력한 여과 시스템이 필요하지 않습니다.
하지만 주의해야 할 점도 있습니다. 적외선은 매우 강력하기 때문에, 컨베이어 벨트에 문제가 생기거나 센서에 이상이 생기면 기판이 순식간에 손상될 수 있습니다. 그래서 웨이퍼가 경화 구역을 빠져나오는 즉시 열을 빼주는 냉각 시스템이 필요합니다. 그렇지 않으면 기판이 변형될 수 있습니다.
안심하고 사용하기 위해 우리는 일반적으로 폐쇄형 PID 제어기를 사용합니다. 이를 통해 표면 온도를 ±2°C 범위 내로 유지할 수 있어서 예측할 수 있습니다.