왜 우리가 CNT를 가열할 때 적외선을 사용하게 되었는가?
반도체 처리 과정에 관심이 있는 분이라면, 뜨거운 공기를 이용한 가열 방식이 얼마나 비효율적인지 잘 알고 있을 것입니다. 기계를 켜고, 기다리고, 또 기다려야 합니다. 결국 기판의 온도를 적절한 수준으로 올리기 위해 방 전체를 데워야 하는 셈입니다. 이 방법은 매우 느리고 비효율적이며, 시간 낭비에 불과합니다.
그래서 우리는 적외선 가열 방식을 선택했습니다. 공기를 통해 열을 전달하는 대신, 적외선은 에너지를 직접 목표물에 전달합니다. 마치 난방기를 통해 집 전체가 따뜻해지기를 기다리는 것과 달리, 햇볕이 비치는 곳에 서 있는 것과 같습니다.
기다리는 시간이 사라졌습니다
뜨거운 공기를 이용한 가열의 가장 큰 문제는 반응 속도가 너무 느리다는 것입니다. 설정된 온도에 도달하기까지 몇 분, 때로는 몇 시간이 걸립니다. 하지만 적외선을 사용하면 몇 초 안에 원하는 온도에 도달할 수 있습니다.
탄소 나노튜브를 성장시킬 때는 시간이 매우 중요합니다. 고품질의 나노튜브를 얻으려면 매우 정확한 온도 조절이 필요합니다. “온도 상승” 과정을 생략함으로써, 우리는 불필요한 시간 낭비를 줄일 수 있었습니다. 이제는 기계 자체를 가열하는 대신, 실제로 가열해야 할 부품만을 가열하게 됩니다. 이는 작업 효율성을 크게 향상시킵니다.
실제로 어떻게 설치하는가?
기판의 두께에 따라 단파 혹은 중파 적외선 발생기를 사용합니다. 이러한 램프들은 크기는 작지만 강력한 열을 발생시킵니다.
가장 좋은 점은, 이 램프들을 구역별로 제어할 수 있다는 것입니다. 팬으로도 해결할 수 없는 웨이퍼의 차가운 부분들을 해결하기 위해 이 방식을 사용할 수 있습니다. 열을 필요한 곳에 집중시키면, 재료가 그 에너지를 흡수하여 진동하기 시작하고, 나노튜브가 훨씬 빠르게 생성됩니다.
주의해야 할 점들
물론, 적외선 가열에도 문제점들이 있습니다.
이 램프들은 엄청난 열을 발생시킵니다. 만약 기계의 구조가 이에 적합하지 않다면, 기계의 프레임이 변형되거나 센서가 손상될 수 있습니다. 그래서 우리는 다른 부품들이 손상되지 않도록 적절한 냉각 장치를 추가해야 했습니다.
또한, 기존의 설정 그대로 사용할 수는 없습니다. 열이 너무 빠르게 전달되기 때문에, 기존의 PID 제어 방식을 사용하면 온도가 목표치를 훨씬 넘어설 수 있습니다. 안정적인 온도를 유지하려면 훨씬 더 빠른 컨트롤러가 필요합니다.