적외선 가열 vs. 강제 열풍 가열: MEMS 웨이퍼를 더 효과적으로 건조하는 방법
MEMS 제조 공장에서 일해본 사람이라면 잘 알고 있겠지만, 습식 에칭이나 세척 작업 후에는 웨이퍼에 남아 있는 수분을 반드시 제거해야 합니다. 현재도 많은 공장들이 여전히 강제 열풍 가열 방식을 사용하고 있습니다. 물론 이 방식도 효과는 있지만, 속도가 너무 느립니다.
최근에는 점점 더 많은 엔지니어들이 적외선 가열 방식으로 전환하고 있습니다. 그 이유는 바로 기다리는 시간을 줄이기 위해서입니다.
“열풍을 기다리는 것의 문제점”
열풍 가열의 단점은 처리 속도가 매우 느리다는 것입니다. 먼저 공기를 가열해야 하고, 그 공기가 다시 챔버를 가열하고, 그 다음에야 웨이퍼가 가열됩니다. 중간 단계가 너무 많다는 뜻입니다. 대량 생산 환경에서는 이러한 지연이 큰 병목 현상이 됩니다.
반면 적외선 가열은 이러한 과정을 생략합니다. 방 전체를 따뜻하게 만드는 대신, 방사 에너지가 직접 웨이퍼 표면에 도달합니다. 이를 위해 단파 적외선 발광체를 사용합니다. 이 발광체는 물 분자를 즉시 진동시켜 증기로 변환시킵니다. 더 이상 블로어가 적절한 온도에 도달할 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 건조 시간이 몇 분에서 단 몇 초로 줄어듭니다. 정말 큰 차이입니다.
공간 절약 효과
게다가, 대류 오븐 대신 적외선 가열 장치를 사용하면 공간을 상당히 절약할 수 있습니다. 거대한 덕트나 큰 크기의 블로어도 필요 없습니다. 필요한 것은 안정적인 전력 공급과 제대로 작동하는 제어 시스템뿐입니다.
보통 이러한 시스템은 석영으로 감싸서 깨끗하게 유지합니다. 에너지 전달이 매우 빠르고 집중되기 때문에, 웨이퍼를 컨베이어를 통해 이동시킬 수도 있습니다. 더 이상 웨이퍼들을 한 곳에 모아놓고 전부 완전히 건조될 때까지 기다릴 필요가 없습니다.
단점: 강력한 열의 위험성
적외선 가열은 빠르긴 하지만, 너무 강력할 수도 있습니다. 발광체가 적절한 위치에 설치되지 않으면 과열된 부분이 생길 수 있습니다. 이는 위험한 상황을 초래할 수 있습니다. 한 부분에 너무 많은 열이 가해지면 얇은 MEMS 막이 변형될 수 있으며, 불균일한 건조 결과가 나올 수도 있습니다.
센서 피드백 시스템도 신중하게 선택해야 합니다. PID 컨트롤러가 제대로 작동하지 않으면 목표 온도를 초과하여 센서가 손상될 수도 있습니다. 결국, 천천히, 부드럽게 웨이퍼를 가열하는 방식 대신 훨씬 빠르고 집중적인 열을 사용하는 셈입니다. 하지만 열을 잘 관리해야 합니다.