차세대 반도체 가열 장치를 위한 정확한 온도 데이터 확보하기
스마트 공장을 구축하고 있다면, 단순한 온도 모니터링만으로는 충분하지 않다는 것을 잘 알고 있을 것입니다. 실시간으로 PLC와 연동되어 세밀한 데이터를 제공하는 시스템이 필요합니다. 그래야만 오류를 최소화하고 예측 없이 작업을 진행할 수 있습니다. 반도체 가열 분야에서는 아주 작은 실수라도 웨이퍼가 손상되거나 도핑 물질의 분포가 불균일해질 수 있습니다. 이는 피해야 할 문제입니다.
센서의 중요성
모든 것은 합금에서 시작됩니다. 가열 온도에 따라 K타입 또는 S타입 열전대를 사용해야 합니다. S타입은 매우 높은 온도에서도 오차가 발생하지 않아 확산로에 적합합니다.
하지만 세상에서 가장 우수한 센서라도 위치가 잘못되면 아무런 소용이 없습니다. 프로브의 위치가 잘못되면 ‘쿨 스팟’이 생기고, 그러면 전체 웨이퍼가 폐기됩니다. 우리는 열 지연을 줄이는 데 집중합니다. 빠른 응답 속도는 PID 제어기가 과도하게 작동하는 것을 방지해 줍니다. 센서의 반응 속도가 너무 느려서 가열 요소가 손상되는 것을 아무도 원하지 않습니다.
데이터 전송
인더스트리 4.0은 멋지게 들리지만, 결국은 신호 처리에 관한 것입니다. 우리는 기존의 아날로그 계기를 버리고 디지털 신호를 사용하고 있습니다.
열전대와 고해상도 A/D 변환기를 함께 사용하면 각각의 열 주기에 대한 디지털 데이터를 얻을 수 있습니다. 이 데이터를 통해 가열 장치가 완전히 고장나기 전에 그 상태를 파악할 수 있습니다. 소프트웨어를 통해 문제를 파악한 후, 다음 작업 중에 교체를 진행하여 생산 라인을 계속 가동시킬 수 있습니다.
장단점
정밀도는 무료로 얻을 수 없습니다. 더 나은 데이터를 얻기 위해 더 많은 열전대를 사용할수록 배선이 복잡해집니다. 게다가 노이즈가 신호에 섞일 수도 있습니다.
전원 공급 장치로 인한 EMI를 막기 위해서는 차폐된 케이블이 필요합니다. 하지만 차폐를 너무 과하게 하면 센서의 응답 속도가 느려질 수 있습니다. 따라서 차폐의 정도와 제어 시스템이 안정적으로 작동하기 위해 필요한 샘플링 속도를 잘 조절해야 합니다.