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RTP시스템의 프로파일작성을 위한 PID제어기 설계
PID controller design for profile of the RTP system 원문보기

대한전기학회 2000년도 하계학술대회 논문집 D, 2000 July 17, 2000년, pp.2548 - 2550  

홍성희 (성균관대학교 전기 전자 및 컴퓨터 공학부) ,  최수영 (성균관대학교 전기 전자 및 컴퓨터 공학부) ,  박기헌 (성균관대학교 전기 전자 및 컴퓨터 공학부)

초록
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RTP(Rapid Thermal Processing)은 IC제조 공정과 관련된 열처리 과정에 사용되는 단일 웨이퍼프로세스 기술이다. 반도체 웨이퍼를 고속 열처리할 때 웨이퍼별로 작은 반응실에서 가열, 가공, 냉각된다. 현재 사용되는 반도체 열처리장비는 고온로(furnace)에의해 대부분 이루어지지만, 시간이 많이 걸려서 주문형반도체 생산과 같은 다양한 종류의 웨이퍼를 소량 생산하는데는 부적절하다. 이에 매우 적은 시간이 소요되는 RTP장비가 많이 연구되고 있다. 그러나 RTP는 예기치 못한 몇 가지의 문제점을 일으킨다. 그중 하나는 웨이퍼 표면에 분포된 온도의 불 균일성이다. 이러한 불 균일성은 웨이퍼의 표면에 심각한 왜곡(distortion)을 일으켜 좋지 못한 결과를 가져오게 한다. 이번 논문의 목적은 RTP시스템을 수학적으로 모델링하고, 이를 이용하여 멀티 램프 시스템의 입력값을 조절하여 이미 배치된 램프에 대한 최적의 온도 균일도에 알맞은 각 램프입력을 구하여 램프 입력 프로파일을 만들고 또한 이를 이용하여 외란에 대한 PID 제어기 설계를 목표로 한다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 첫째로 RTP는 가열하기 전부터 기준온도에 대한 정보를 모두 알고 있으나, 일반적인 제어는 전적으로 causal이므로 기준온도에 대한 미래의 값을 예상할 수 없다. 둘째는 일반적인 제어는 수백 ℃의 온도오차나 1- 2°C 가량의 적은 오차까지도 둘 다 제어를 하도록 설계한다. 그러므로 두가지의 오차신호를 다 제어하는 것보 다 한가지의 오차만을 전담하여 제어하도록 하는 것이 훨씬 쉬운 방법일 것이다.
  • 이번 논문에서는 이미 확정된 램프구조를 가지고, 각각 의 램프파워를 조절하여 균일도를 유지하면서 기준온도 에 대한 웨이퍼의 온도상승이 이루어지고, 또한 각종 외 란에도 기준온도를 잘 추종하기위해 PID제어기를 설계 하였다. 또한 RTP의 가장 큰 문제점들 중의 하나였던, 짧은 구간동안의 온도 급상승으로 인한 제어기의 순간적인 기준온도와의 커다란 오차을 오픈루프와 폐루프의 두 가지 제어 방법으로 해결할 수 있게 하였다. 온도균일 도 문제와 기준 온도 추종문제를 모두 풀기 위해 최소 자승법을 이용한 램프파워를 모두 구하여, 이 프로파일된 데이터들을 입력하였다.
  • 가공 단계가 완료될 때까지 는 수십 초만이 필요하다. 램프의 파워는 각각 개별적으로, 혹은 그룹 천체가 동시에 웨이퍼의 온도제어를 위해 조절되어지는데, 이 논문에서 우리는 균일도를 잘 이루면서 기준입력에 따른 온도 추종이 잘 이루어지도록 개루프 형태와 폐루프 형태를 모두 이용하는 형태의 제어 방법을 사용한다.
  • 또한 RTP의 가장 큰 문제점들 중의 하나였던, 짧은 구간동안의 온도 급상승으로 인한 제어기의 순간적인 기준온도와의 커다란 오차을 오픈루프와 폐루프의 두 가지 제어 방법으로 해결할 수 있게 하였다. 온도균일 도 문제와 기준 온도 추종문제를 모두 풀기 위해 최소 자승법을 이용한 램프파워를 모두 구하여, 이 프로파일된 데이터들을 입력하였다. 이로 인해 처음에는 다중입 력 다중출력의 MIM。시스템이던 것이 SISO로 바뀌어 균일도 문제는 고려하지 않고, 온도 추종에만 작동하는 제어기를 설계하는 방식이므로, 기준 온도 추종문제에도 쉽게 이용할 수 있었다.
  • 이번 논문에서는 이미 확정된 램프구조를 가지고, 각각 의 램프파워를 조절하여 균일도를 유지하면서 기준온도 에 대한 웨이퍼의 온도상승이 이루어지고, 또한 각종 외 란에도 기준온도를 잘 추종하기위해 PID제어기를 설계 하였다. 또한 RTP의 가장 큰 문제점들 중의 하나였던, 짧은 구간동안의 온도 급상승으로 인한 제어기의 순간적인 기준온도와의 커다란 오차을 오픈루프와 폐루프의 두 가지 제어 방법으로 해결할 수 있게 하였다.
  • 하나는 온도 균일도를 유지하여야한다는 것이고, 다른 하나는 600C와 100CTC에서는 기체주입에도 불구하고 그 온도를 일정한 시간동안 유지하여야 한다. 전자의 조건은 이득 값의 조정으로 해결하였고, 후자의 조건은 PID 제어기를 이용하여 해결하고자 한다.
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