적외선 가열 vs. 강제 공기 순환: 클린룸에서 진짜 중요한 것은 무엇인가?
반도체 정밀 가공을 하는 사람이라면 열 관리의 어려움을 잘 알고 있을 것입니다. 우리 대부분은 강제 공기 순환 방식을 사용해 왔습니다. 즉, 공기를 가열한 다음 그 공기가 부품을 따뜻하게 해주길 기다리는 것이죠. 하지만 이 방식에는 시간적 지연이 있습니다. 너무 느립니다.
적외선 가열 방식은 그러한 중개 단계를 생략합니다. 공기를 기다릴 필요 없이 에너지가 직접 부품으로 전달됩니다.
시간에 대해 말해보겠습니다.
고정밀 제조 환경에서는 부품의 온도를 빠르게 상승시키고 내리는 것이 매우 중요합니다. 강제 공기 순환 방식은 다소 느립니다. 챔버 전체가 안정된 상태가 될 때까지 기다려야 하기 때문입니다. 이는 큰 병목 현상입니다.
반면 적외선 가열 방식은 몇 초 만에 원하는 온도에 도달합니다. 거의 즉각적입니다. 모든 웨이퍼나 부품에 대해 이러한 시간을 줄일 수 있다면, 전체 작업 시간도 크게 단축됩니다. 실제로 훨씬 빠르다는 것입니다.
그리고 ‘혼란’ 문제도 있습니다.
강제 공기 순환 방식은 공기가 움직이면서 혼란을 일으킵니다. 아무리 좋은 HEPA 필터를 사용해도, 고속으로 움직이는 뜨거운 공기는 클린룸 내에 혼란을 일으킵니다. 그 결과 불필요한 입자들이 생기고, 그 입자들이 원하지 않는 곳에 떨어집니다.
적외선 가열기는 그런 문제가 없습니다. 송풍기나 덕트가 없으므로 불필요한 입자들이 생기지 않습니다. 따라서 작업 환경이 더 깨끗해지고, 장비도 방의 절반을 차지하지 않습니다.
하지만 모든 것이 완벽한 것은 아닙니다.
적외선 가열 방식에도 단점이 있습니다. 방향성이 있기 때문에, 공기와 같은 ‘따뜻한 커버’ 효과를 얻을 수 없습니다. 주의하지 않으면 열이 집중되는 부분이 생길 수 있습니다. 또한 부품의 모양이 특이할 경우, 에너지를 고르게 분산시키기 위해 반사판을 설치해야 합니다.
또한 전력 밀도를 잘 관리해야 합니다. PID 컨트롤러를 제대로 조절하지 않으면, 고출력 램프가 얇은 부품을 순식간에 손상시킬 수 있습니다.
제 조언은, 온도를 너무 높이지 않도록 빠르게 반응하는 서미스터를 사용하는 것입니다. 그리고 램프 하우징을 위한 적절한 냉각 시스템도 꼭 설치해야 합니다. 그렇지 않으면 램프가 자주 고장 나서 자주 교체해야 할 것입니다.