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반도체 공정용 Peltier Chiller 적용과정

작성자: greenthermo

조회: 2510 등록일: 2021-02-13

반도체 공정에 적용되는 Chiller의 발전과정을 다양한 관점에서 정리해 봤습니다.  2000년대 이전에서 초반까지 Main Tool(공정장비)의 보조적인 냉각장치 또는 열원보상의 개념으로 적용되었으며, 부대설비의 개념으로 관리 되었음을 알수 있습니다.  점차 공정챔버의 온도제어 관리조건에 따른 공정의 품질( Wafer Critical Dimension 산포 등)의 개선이 요구되는 과정에서 점차 부대설비, 보조장치의 개념에서 공정의 중요한 온도제어기술의 Needs를 구현하는 주요장치 및 시스템으로 발전해 옵니다.  중층(하부)에 위치했던 Chiller의 경우 공급온도(Supply Temp.)를 제어하여 Main Tool 특히 ESC로 순환시키며 공정 중에 발생된 열을 제거하는 용도로 사용되었습니다.  그러나 점차 미세회로의 선폭이 줄어들면서 공급온도(Supply Temp.) 제어방식의 한계에 부딛치게 됩니다. 챔버내에서 발생되는 급격한 온도변화와 점차 높아지는 열용량에 대응하기엔 수동적인 방식이었기에  온도의 편차를 줄일 수 없었고, ESC를 통과한 열매체의 온도를 제어하는 방식을 검토하여 요구하게 됩니다.  Return Temp. Control 방식을 적용하는 것이 반도체 공정용 Chiller에 있어서 2000년대 중요한 변환점이 됩니다.  온도제어의 기준이 변경되면서 다양한 변화를 가져옵니다.  더욱 빠른 열변환 반응속도, 온도제어 알고리즘에 대한 연구와 개발을 추진하게 되었던 것 같습니다.  PID Control을 이해하고 응용하기 위해서 많은 시도를 했었던 기억이 생생합니다.  온도제어 기준과 Trend가 변화한 것입니다. 단순히 차겁게, 뜨겁게가 아니라 정확하고 빠르게 목표온도로 안정화 시켜야되는 과제로 반도체 공정용 Chiller의 성능과 수준은 변화를 맞이하게 됩니다. 종래의 기술은 냉동기를 사용하여 열매체를 저장한 용기에서 1차로 차갑게 만들고 다시 히터를 사용하여  온도를 변환시키는 제어구조를 가지고 있었으며, Supply Temp. 제어에는 문제가 없었습니다.  그러나 Return Temp. 제어를 기준으로 했을때 온도를 제어하기 힘든 구조가 됩니다. Return 온도의 변화가 심하기 때문에 기존의 구성방식으로 온도의 변화를 따라잡기가 힘들기 때문입니다.  온도를 변환시키는 Source의 변화를 시도합니다. 종래의 냉동기 + Heater 구성에서 Peltier Module 이라는 새로운 구성요소를 개발하여 적용하기 시작합니다. 제어기에서 보내는 전기적 신호를 열적변화로 반영시키는 전자냉각,가열이 가능한 Source 가 ESC 온도제어에 적용되기 시작합니다.   열매체의 순환배관의 길이는 짧아지는 것만으로 온도변환 속도 즉 온도제어 속도가 증가되므로 점차 Peltier Chiller의  위치는 Main Tool에 근접하게 됩니다. 또한 상부의 Mail Tool 주변에 설치가 가능하려면 온도변환장치의 크기는 작아져야 됩니다. 밀집된 공간이므로 최소한의 설치공간만이 주어지기 때문이죠.    대략적으로 약 20여년 동안 지나온 과정을 간략하게 정리해 봤습니다.  아직도 더 많은 진보의 과정이 남아 있다고 생각합니다. 그리고 또 다른 방법과 아이디어를 고민합니다. 어떤 효과를 기대할 수 있는지..... <img src="/wysiwyg/PEG/se2_16131920420350.png" style="max-width:100%; height:auto;">

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