팹 내에서의 탄소 배출 감소: 왜 적외선 가열이 효과적인가?
반도체 제조 공장들은 탄소 중립이라는 목표를 달성하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 하지만 웨이퍼 건조 단계에서 엄청난 양의 에너지가 낭비되고 있습니다.
저는 이런 상황을 자주 목격합니다. 공장들은 여전히 대형 대류식 오븐이나 구식 가열 요소를 사용하고 있습니다. 이는 비효율적인 방식입니다. 사실 중요한 것은 웨이퍼뿐인데, 오히려 전체 공간과 주변 공기를 가열하는 데 막대한 에너지가 소모됩니다.
적외선 감사의 진짜 효과
제가 팹에 들어가 건조 공정을 점검할 때 가장 먼저 확인하는 것은 ‘열 지연 현상’입니다.
생각해보세요: 대류식 가열 방식은 매우 느립니다. 먼저 공기를 가열해야 하고, 그 다음에야 공기가 웨이퍼를 가열합니다. 시간이 오래 걸립니다. 반면 적외선은 중간 단계를 생략하고 전자기파를 통해 에너지를 웨이퍼 표면에 직접 전달합니다.
단파 적외선을 사용하면 기계의 벽이나 주변 공기에 에너지가 낭비되는 것을 막을 수 있습니다. 그 결과, 웨이퍼당 필요한 에너지량이 줄어듭니다. 그게 전부입니다.
올바른 설정 방법과 문제점
그렇다고 해서 그냥 히터를 바꾸기만 하면 될까요? 그렇지 않습니다.
탄소 발자국을 줄이려면 파장을 정확히 맞춰야 합니다. 만약 적외선 발생기의 파장이 웨이퍼나 건조하려는 물질의 특정 흡수 스펙트럼에 맞지 않으면, 그냥 전기만 낭비될 뿐입니다.
우리는 보통 고밀도 석영 램프를 사용합니다. 왜냐하면 이 램프들은 빠르게 가열되고 식기 때문입니다. 배치 간에 기다리는 동안 히터가 계속 최대 출력으로 작동할 필요가 없습니다.
하지만 문제는, 고강도 적외선은 매우 뜨거워진다는 점입니다. 특히 램프의 끝부분이 뜨거워집니다. 만약 냉각 팬이나 수랭 장치를 제대로 갖추지 않으면, 마운팅 브라켓이 변형되거나 커넥터가 손상될 수 있습니다. 이는 원치 않는 문제입니다.
“친환경” 지표에 미치는 영향
대류식 가열 방식 대신 적외선을 사용하면, 계산 결과가 훨씬 좋아집니다.
단위당 소비되는 킬로와트시가 줄어듭니다. 건조 장치가 차지하는 공간도 줄어듭니다. 또한 히터가 짧은 시간만 작동하기 때문에, 전력 소비도 줄어듭니다. 그 결과 CO2 배출량도 줄어듭니다.
웨이퍼 처리 속도도 빨라지고, 탄소 배출량도 줄어듭니다. 정말 윈-윈입니다.