적외선 반도체 가열에서 올바른 열 피드백을 얻는 방법
만약 우리가 반도체 공장의 탄소 발자국을 줄이고 싶다면, 더 이상 구식의 저항식 오븐에 의존해서는 안 됩니다. 그러한 오븐들은 에너지를 많이 소비합니다. 적외선 가열기를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 전체 방을 데우는 대신 웨이퍼 자체를 직접 가열하기 때문입니다.
하지만 문제는, 그냥 스위치를 켜고 결과를 기대할 수는 없다는 점입니다. 이러한 시스템을 제대로 조절하지 않으면 문제가 생길 수 있습니다. 웨이퍼의 특정 부분만을 정확하게 가열하려면, 급격한 온도 변화와 고진공 환경에서도 문제없이 작동할 수 있는 센서가 필요합니다.
“열 지연” 문제
친환경적인 공장을 만들 때는 적외선 램프를 사용하여 빠르게 열을 공급합니다. 이 방식은 빠르긴 하지만 “열 지연”이라는 문제를 야기합니다. 센서가 너무 크면 반응이 느려집니다. 센서가 웨이퍼의 실제 온도를 감지할 때쯤이면 이미 목표 온도를 초과해버립니다. 그러면 에너지가 낭비되고, 더욱 심각한 것은 값비싼 웨이퍼들이 폐기물이 되어버린다는 것입니다.
이 문제를 해결하기 위해, 우리는 얇은 벽으로 된 센서를 사용합니다. 일반적으로 K형이나 N형 센서를 사용합니다. 열 용량을 낮추면 PID 컨트롤러가 실시간으로 정확한 데이터를 얻을 수 있습니다. 또한, 과도한 열로 인해 신호가 왜곡되는 것을 막기 위해 광물 절연재도 사용합니다.
통합의 어려움
이러한 센서들을 히터에 장착하는 것은 항상 쉽지는 않습니다. 적외선 전원 공급 장치에서 발생하는 전자파 간섭으로 인해 센서의 데이터가 왜곡될 수 있습니다. 주의하지 않으면 센서의 데이터가 급격하게 변동할 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 우리는 차폐된 케이블을 사용합니다. 이 방법이 가장 효과적입니다. 하지만 단점도 있습니다. 얇은 센서는 빠르긴 하지만 내구성이 떨어집니다. 고온 환경에서는 금방 손상됩니다. 그래서 센서를 그냥 방치해둘 수는 없습니다. 정기적으로 센서를 교체해주거나, 그렇지 않으면 데이터의 오차가 생길 수 있습니다.
이것이 지구에 미치는 영향
센서가 정확하게 작동한다면, 필요한 최소한의 전력만 사용하면 됩니다. 더 이상 에너지가 낭비되지 않습니다. 이렇게 하면 단순한 히터가 고정밀 도구가 됩니다. 웨이퍼당 사용되는 전력도 줄어들고, 냉각 시스템도 그만큼 덜 힘들어집니다. 모든 것이 더 효율적으로 작동하게 됩니다.