[논문]건식 세정기용 전원장치 개발

김수석; 원충연; 최대규; 최상돈

건식 세정기용 전원장치 개발
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반도체 생산 공정에 있어, 저압 화학적 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)과 프라즈마 강화 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 후 발생된 환경 유해 가스를 효과적으로 세정하기 위한 장비인 건식 세정기(dry scrubber)의 전원장치에 대한 연구이다. 주 전력회로는 1500W, 스위칭주파수 100kHz의 위상 변위 풀 브리지(Phase Shift Full-Bridge)방식의 인버터와 100kHz 저역 통과 필터 및 임피던스 변환기로 구성되었다 모드해석과 모의실험을 통하여 회로방식의 타당성을 확인하였고 50$\Omega$ dummy load 및 chamber 실험을 통하여 다양한 부하조건에서도 프라즈마를 안정되게 발생시킬 수 있음을 확인하였다.

In this Paper, the development of the power supply for dry scrubber is discussed. 1500w, 100kHz power supply Is designed and tested. The main power stage is used for the FB PWM inverter with an LC filter in the secondary circuit. The operation characteristics of power supply are verified by simulation and experimental results.

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문제 정의

산업 현장에서 사용되는 고주파 전원 장치는 그 사용 목적에 따라 수~수십 kHz의 주파수를 사용하고 용량은 수백W~수kW급으로 그 종류가 다양하다. 본 논문은 그 중 저압 화학적 기상 증착 (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)과 프라즈마 강화 화학적 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 후 발생된 환경 유해 가스를 효과적으로 세정하기 위한 장비인 건식 세정기 (dry scrubber)의 전원 장치에 대한 연구이다.
환경 유해 가스를 효과적으로 세정하기 위한 장비인 건식 세정기(dry scrubber)의 전원 장치에 대해 연구하였다.

제안 방법

모의실험은 80% 시비율에서 수행하였으며 실험은 최대 출력 시(1500W)의 정상 상태 특성과 기동 특성, 그리고 챔버 실험 시에는 다양한 임피던스 상태에서 프 라즈마 발생에 따른 효율 특성 실험을 수행하였다.
본 논문에서 주전력회로는 1500W, 스위칭주파수 100kHz의 위상 변위 풀 브리지 (Phase Shift Full- Bridge) 방식의 인버터와 100kHz 저 역 통과 필터 및 임피던스 변환기로 구성되었다. 모드해석과 모의실험을 통하여 회로 방식의 타당성을 확인하였고 502 dummy load 및 chamber 실험을 통하여 다양한 부하 조건에서도 프라즈마를 안정되게 발생시킬 수 있음을 확인하였다.

성능/효과

개발된 전원 장치는 챔버 내의 환경(가스 압력 및 가스의 성분)의 변화에 따라 임피던스 변환기를 이용하여 적절히 전원의 임피던스를 조절할 수 있음으로 최대 전력 공급 시 90% 이상의 효율을 얻을 수 있었다. 개발된 전원 장치는 전원 장치의 전압과 전류 위상이 변할 경우(임피던스가 부 정합된 상태)에서 누설인덕 턴스 1弘에 충분한 에너지가 축적됨으로써 4개의 주 스위치 모두 영 전압 조건에서 운전이 이루어지며 이때 전원 장치는 안전 운전 영역에서 정상적으로 동작될 수 있음을 확인하였다.
개발된 전원 장치는 챔버 내의 환경(가스 압력 및 가스의 성분)의 변화에 따라 임피던스 변환기를 이용하여 적절히 전원의 임피던스를 조절할 수 있음으로 최대 전력 공급 시 90% 이상의 효율을 얻을 수 있었다. 개발된 전원 장치는 전원 장치의 전압과 전류 위상이 변할 경우(임피던스가 부 정합된 상태)에서 누설인덕 턴스 1弘에 충분한 에너지가 축적됨으로써 4개의 주 스위치 모두 영 전압 조건에서 운전이 이루어지며 이때 전원 장치는 안전 운전 영역에서 정상적으로 동작될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서 주전력회로는 1500W, 스위칭주파수 100kHz의 위상 변위 풀 브리지 (Phase Shift Full- Bridge) 방식의 인버터와 100kHz 저 역 통과 필터 및 임피던스 변환기로 구성되었다. 모드해석과 모의실험을 통하여 회로 방식의 타당성을 확인하였고 502 dummy load 및 chamber 실험을 통하여 다양한 부하 조건에서도 프라즈마를 안정되게 발생시킬 수 있음을 확인하였다.
이상의 모의실험 및 실험 결과에 의해 전원 장치의 주 스위치 Qi, 02, Q3) Q4 모두 영 전압 스위칭이 정상적으로 이루어짐을 확인할 수 있으며 모의실험 및 실험 결과에 의하여 전원 장치의 출력 전압 고조파 성분이 제거됨을 확인함으로 저 역 필터의 설계가 적절함을 확인하였고 전원 장치의 기동 시 소프트 스타트가 원활히 이루어짐으로 기동 시 발생될 수 있는 돌입전류가 확실히 제한됨을 확인할 수 있다.
챔버 실험 시 효율 특성은 120m torr, 임피던스 200 g의 상태에서 반사 전력은 141[W], 90% 이상의 효율을 얻었다.

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