MEMS 웨이퍼 건조: 왜 적외선을 사용하는가?
MEMS 센서를 다룰 때는 매우 신중해야 합니다. 웨이퍼에 남아 있는 수분은 한 방울도 있어서는 안 되지만, 너무 강하게 가열하면 그 미세한 구조들이 파괴될 수 있습니다.
오랫동안 우리는 단순히 뜨거운 공기를 사용해 웨이퍼를 건조시켰습니다. 하지만 솔직히 말해서 이 방법은 너무 느립니다. 그래서 우리는 적외선을 이용한 건조 방식으로 전환하고 있습니다. 왜냐하면 아무도 웨이퍼가 마르기를 기다리느라 하루의 절반을 낭비하고 싶어하지 않기 때문입니다.
속도 차이는 엄청납니다.
뜨거운 공기를 사용할 경우, 먼저 공기를 가열해야 하고, 그 공기가 웨이퍼 전체에 퍼지도록 해야 합니다. 이 과정은 상당히 느립니다. 반면 적외선은 다릅니다. 적외선은 복사 에너지이므로, 에너지가 웨이퍼에 거의 즉시 도달합니다. 공기가 따뜻해질 때까지 기다릴 필요가 없으며, 지연도 없습니다. 바쁜 생산 환경에서는 몇 분이 걸리던 건조 과정이 몇 초로 줄어듭니다.
하지만 그렇다고 해서 무작정 강하게 가열해서는 안 됩니다.
만약 너무 강하게 가열하면 웨이퍼의 가장자리가 변형되거나 열應力이 생겨 웨이퍼가 손상될 수 있습니다. 그래서 우리는 파장을 신중하게 선택합니다. 짧은 파장의 적외선을 사용하면 에너지가 더 깊이 침투하여 빠르게 건조됩니다. 이것이 바로 빠른 건조를 위해 필요한 방법입니다.
하지만 진짜 문제는 제어입니다. 우리는 PID 제어기를 사용하여 열이 어떻게 상승하는지 조절합니다. 너무 빠르게 가열하면 웨이퍼 내부의 수분이 급격히 팽창하여 MEMS 막이 손상될 수 있습니다. 따라서 부드럽게 열이 상승하는 것이 중요합니다.
단점도 있습니다.
적외선은 매우 빠르지만, “시선이 닿는 곳”에서만 작용합니다. 뜨거운 공기는 주변을 감싸지만, 적외선은 보이는 곳만을 가열할 뿐입니다. 만약 웨이퍼의 형태가 이상하거나 깊은 구조가 있다면, 특정 부분이 차가워질 수 있습니다. 그러므로 램프와 반사판을 정확하게 배치하여 웨이퍼의 모든 부분이 골고루 가열되도록 해야 합니다.
또한, 냉각 시스템도 중요합니다. 너무 강하게 가열하면 엄청난 열이 발생합니다. 만약 냉각 시스템이 제대로 작동하지 않으면, 전체 챔버의 온도가 상승하여 환경을 안정화하기가 어려워집니다.