반도체 제조 과정에서의 열 관리를 더 지속 가능하게 만들기 (그리고 문제를 줄이기)
칩 제조 분야에서 탄소 중립을 실현하려는 노력이 점점 더 활발해지고 있습니다. 이제는 옛날식의 가열 장치 대신 적외선을 이용한 가열 방식이 많이 사용되고 있습니다. 당연한 일이죠. 거대한 공간 전체를 가열할 필요가 없으니, 열을 웨이퍼 표면에 직접 가하는 것이 훨씬 효율적입니다.
하지만 문제는, 이 방식이 제대로 작동하려면 배선이 매우 견고해야 한다는 점입니다. 특히 테플론(PTFE)으로 코팅된 배선이 필요합니다. 만약 그런 배선이 극심한 온도 변화를 견디지 못한다면, 전체 시스템이 망가집니다.
열 관리의 어려움
이러한 가열 장치 내부에서는 배선이 고강도의 적외선 램프와 직접 접촉하게 됩니다. 그래서 엄청난 열이 발생합니다.
PTFE를 사용하는 이유는, 약 260°C까지는 변형되지 않기 때문입니다. 만약 일반적인 PVC나 실리콘을 사용한다면 문제가 생깁니다. 그러한 소재들은 녹거나 가스가 발생할 수 있으며, 이는 클린룸에서는 치명적인 문제입니다. 게다가 PTFE는 절연 효과가 좋아서, 열이 가장 심한 곳에서도 단락이 발생하지 않습니다.
수천 번의 가열 주기를 견딜 수 있는 배선이 필요합니다. 왜냐하면 절연재가 파괴되면 아크가 발생하고, 그러면 기계가 작동을 멈추게 되기 때문입니다. 이는 누구도 원하지 않는 상황입니다.
타협점
고전류를 처리해야 하므로, 배선의 특성도 중요합니다. 테플론은 매끄러워서 마찰 계수가 낮아서, 케이스 내의 좁은 통로를 쉽게 통과할 수 있습니다. 하지만 완벽한 것은 아닙니다.
PTFE는 딱딱해서 실리콘처럼 쉽게 구부러지지 않습니다. 너무 좁은 공간에 넣으면 램프 단자의 납땜 부분에 엄청난 스트레스가 가해집니다. 그러므로 케이블 관리 시 충분한 여유 공간을 두어야 합니다.
전체적인 관점
적외선 시스템과 고온에 견딜 수 있는 PTFE 배선을 함께 사용하면, “무용한 가열”으로 인한 에너지 낭비를 줄일 수 있습니다. 작동 속도가 빨라지고, 전력 소비도 줄어듭니다. 웨이퍼당 사용되는 전력도 줄어듭니다. 이는 생산 속도를 늦추지 않으면서도 친환경적인 공장을 만드는 간단하고 실용적인 방법입니다.