KR101302156B1 - Calorie monitoring base temperature control system for semiconductor manufacturing equipment using thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템에 관한 것으로, 특히 열전소자 블록에 대한 에너지 밀도를 모니터링하여 비례적분미분(PID) 제어와 필요 열량에 따른 직접 제어를 선택 적용함으로써 회수 냉매의 온도와 열교환 환경에 대한 정보를 통해 반도체 제조 설비로부터 구동 전력 정보를 전달받지 못하거나 제한된 수준으로 전달받더라도 급격한 변화 패턴을 가진 반도체 제조 설비에 대한 최적 온도 제어가 가능하도록 한 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility. In particular, by monitoring the energy density of the thermoelectric element block, by selectively applying proportional integral derivative (PID) control and direct control according to the required calorific value The semiconductor manufacturing equipment enables the optimal temperature control of semiconductor manufacturing equipment with rapid change pattern even if the driving power information is not received from the semiconductor manufacturing equipment through limited temperature of recovered refrigerant and the heat exchange environment. The present invention relates to a thermoelectric temperature control system based on real-time calorie monitoring.
반도체 소자 기술이 점차 고도화되면서 반도체 제조 설비에 적용되는 장비의 제어정밀도 역시 중요해지고 있다. 이러한 반도체 제조 설비 중 기본이 되는 것이 반도에 제조 설비의 온도를 제어하기 위한 칠러(chiller)이다.As semiconductor device technology becomes more advanced, control precision of equipment applied to semiconductor manufacturing facilities is also becoming important. The basis of such semiconductor manufacturing equipment is a chiller for controlling the temperature of the manufacturing equipment on the peninsula.
이러한 반도체 제조 설비의 칠러는 냉매를 가열하거나 냉각시켜 온도를 제어하게 되는데, 기존에는 히터와 다양한 냉각 수단이 적용되어 냉매의 온도를 제어하였다.The chiller of such a semiconductor manufacturing facility controls a temperature by heating or cooling a coolant. In the past, a heater and various cooling means are applied to control the coolant temperature.
도 1은 저온과 고온의 두 채널 온도를 제어할 수 있는 칠러를 이용하여 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템의 예를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 칠러부(10)는 가열부와 냉각부를 각각 구비하며, 반도체 제조 설비인 부하(30)에 냉매를 공급 및 회수하는데, 특정 시점에 냉각부나 가열부 중 사용할 대상을 선택한 후 밸브 구성(20)의 바이패스 밸브를 적절히 조절하여 회수한 냉매를 즉시 냉각 혹은 가열한다. Figure 1 shows an example of a temperature control system for controlling the temperature of the semiconductor manufacturing equipment using a chiller that can control the temperature of the two channels of low temperature and high temperature, as shown in the
이러한 구성은 급격한 온도 변화에 신속하게 대응할 수 있으나, 부하(30)에 잔류하는 냉매의 회수 시 제어 방향과 반대 상태인 냉매가 회수되므로 칠러의 온도 변화가 커져 열충격이 상당하다. 따라서, 이를 해소하기 위해서는 큰 용량의 냉매 탱크(Reservoir)를 적용하여 열충격을 줄이게 되는데 이 경우 평시 에너지밀도가 높아져 전력소모가 커진다. 특히, 부하(30)인 반도체 제조 설비의 경우 보안상의 이유로 온도 제어 정보를 공유하지 않으므로 회수 냉매의 온도를 통해 간접적으로 온도 변화를 확인하여 제어를 실시해야 하기 때문에 효과적인 제어가 어렵다.Such a configuration can quickly respond to a sudden temperature change, but when the refrigerant remaining in the
도 2는 저온과 고온의 두 채널 온도를 제어할 수 있는 칠러를 이용하여 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템의 다른 예로서, 도시한 구성은 도 1의 바이패스 밸브 구성 대신 워터 박스(25)를 적용함으로써, 가열부와 냉각부를 적절히 동작시켜 배합에 의해 워터 박스(25)의 온도를 부하(30)에서 필요로 하는 온도로 조절하는 구성이다. 그러나, 이러한 구성 역시 부하(30)의 온도 변화에 의해 회수되는 냉매 온도와 제어해야 하는 온도 차이가 급격하게 발생하므로 높은 열충격이 발생하며, 일반적인 제어 방식(예를 들어, PID(proportional-integral -derivative) 제어)으로 대응할 경우 오버슈트나 언더슈트가 빈번하게 발생하여 제어가 어렵다.
FIG. 2 is another example of a temperature control system for controlling the temperature of a semiconductor manufacturing facility using a chiller capable of controlling two channels of low temperature and high temperature. The configuration shown in FIG. By applying 25), the heating section and the cooling section are properly operated to adjust the temperature of the
한편, 기존 칠러 구성 중 냉각부의 경우 기계적 방식을 이할 경우 부피가 크고 소음과 진동이 심하기 때문에 최근에는 소음이 작고 크기가 작으면서도 전자적으로 정밀한 제어가 가능한 열전소자를 이용하는 방식이 사용되고 있다.On the other hand, in the chiller configuration of the existing chiller, if the mechanical method is less than the volume and the noise and vibration is severe, recently, a method using a thermoelectric element capable of electronically precise control with a small noise and small size.
이러한 열전소자는 널리 알려진 펠티어(Peltier) 소자를 주로 이용하는데, 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 열에너지로 직접 변환할 수 있어, 비교적 간단한 구성으로 효과적인 냉각이 가능하기 때문에 냉각용도로 많이 사용되고 있다. 또한, 이러한 열전소자는 흡열면과 방열면을 구비하며, 열을 흡열면에서 방열면으로 이동시켜 냉각이 이루어지도록 하는데, 열전방향을 역전시킴으로써 가열도 가능하기 때문에 사실상 열전 소자는 가열과 냉각 모두에 사용할 수도 있다. 비록, 이렇게 단일 열전소자를 냉각과 가열에 모두 이용할 경우 극성 가변 상황에 의한 소자 파괴 문제나 정밀제어가 어려운 문제 등이 있으나, 이는 동 출원인의 등록특허 제10-081749호를 통해서 열전모듈의 극성을 전환하여 냉각 또는 가열모드로 절환 될 수 있도록 구성하고 PID(proportional integral derivative) 연산을 통해서 선형적 제어 정보를 아날로그 값으로 얻은 후, 극성에 대응되는 정보는 디지털로 관리하고 제어량은 아날로그 출력의 절대값으로 관리하도록 함으로써 히스테리시스를 최소화하면서 단일 열전소자를 냉각과 가열 모두에 사용할 수 있는 온도 제어 장치를 제시하였으므로, 이러한 열전소자를 이용함으로써 가열과 냉각 모두에 효율적으로 대응할 수 있게 된 상황이다.
The thermoelectric device mainly uses a well-known Peltier device, which can convert thermal energy into electrical energy or directly convert thermal energy into thermal energy, and thus it is widely used for cooling because it enables effective cooling with a relatively simple configuration. . In addition, the thermoelectric element has a heat absorbing surface and a heat dissipating surface, and the heat is transferred from the heat absorbing surface to the heat dissipating surface to perform cooling. Can also be used. Although a single thermoelectric device is used for both cooling and heating, there is a problem of device destruction due to a variable polarity situation or difficulty in precise control. After conversion, it is configured to switch to cooling or heating mode, and linear control information is obtained as analog value through PID (proportional integral derivative) operation.The information corresponding to polarity is managed digitally and the control amount is the absolute value of analog output. The thermoelectric device can be used to control a single thermoelectric element for both cooling and heating while minimizing hysteresis. Therefore, the thermoelectric device can efficiently cope with both heating and cooling.
하지만, 이렇게 열전소자를 이용하여 저온과 고온에 모두 대응하는 방식으로 반도체 제조 장비를 위한 냉매의 온도를 제어하는 경우 역시 반도체 제조 장비의 온도 변화가 급격하게 발생하는 상황에서는 상당한 열충격이 발생하여 PID 연산 시 오버슈트나 언더슈트가 빈번하게 발생하게 되므로 온도 제어 신뢰성이 낮아지게 된다.However, when the temperature of the refrigerant for semiconductor manufacturing equipment is controlled in such a manner as to correspond to both low temperature and high temperature by using a thermoelectric element, a significant thermal shock occurs when the temperature change of the semiconductor manufacturing equipment occurs suddenly. Overshoots or undershoots occur frequently, resulting in less reliable temperature control.
특히, 반도체 제조 장비는 보안을 위해서 정확한 내부 온도 제어 정보를 칠러측에 제공하지 않는 경우가 많으며, 제공한다 하더라도 극히 제한적으로만 제공하므로 칠러가 반도체 제조 장비의 온도 변화를 예측하거나 정확하게 알 수 없는 상황이다. 따라서, 반도체 제조 장비 중 예를 들어 웨이퍼를 수평하게 고정하는 정전척(ESC Chuck)과 같이 프로세스 진행에 따라 높은 RF 전력을 특정 패턴으로 가하여 장비 온도를 급격하게 가변하는 경우, 칠러에서는 이러한 온도 변화를 회수 냉매의 온도를 통해 간접적으로 확인하게 되므로 PID 제어를 이용할 경우 오버슈트나 언더슈트가 빈번히 발생한다. In particular, semiconductor manufacturing equipment often does not provide accurate internal temperature control information to the chiller side for security purposes, and even if provided, the chiller cannot predict or accurately change the temperature of semiconductor manufacturing equipment. to be. Therefore, in the case of semiconductor equipment, for example, an electrostatic chuck (ESC Chuck) that horizontally holds a wafer horizontally, when the equipment temperature is drastically changed by applying a high RF power in a specific pattern as the process proceeds, the chiller takes care of the temperature change. Overshoot or undershoot frequently occurs when PID control is used because it is indirectly confirmed through the temperature of the recovered refrigerant.
한편, 이러한 급격한 온도 변화에 대응하기 위해서, 회수 온도와 제어 온도의 편차를 기준으로 편차가 기준 이상인 경우 열전소자를 100% 동작시켜 급격한 온도 변화에 대응하도록 하는 방식을 적용하는 경우도 있으나, 이러한 방식을 도입한다 하더라도 단순한 온도 편차를 이용할 경우 편차가 발생하는 온도 대역별, 장비 상황별 특성을 정확하게 반영할 수 없기 때문에 그 동작 시점과 중단 시점에 대한 신뢰성이 낮아 불필요한 전력 소모가 심한 효율 문제가 발생하고, 다시 PID 제어로 복귀할 경우 100% 출력 상태에서 PID 제어로 복귀하게 되므로 PID 출력 오류가 빈번하게 발생하여 제어 방식 변경 영역에서 신뢰성이 낮아지는 문제가 있다.
On the other hand, in order to cope with such a sudden change in temperature, if the deviation is greater than the reference based on the deviation between the recovery temperature and the control temperature, a method of operating the
결국, 정밀 온도 제어가 가능한 열전소자를 이용하여 냉각과 가열 온도 제어를 실시하는 시스템으로서, 급격한 온도 변화가 발생 되면서도 그에 대한 정보가 공유되지 않거나 제한되는 반도체 제조 설비에 대해서도 열충격을 최소화하면서 신속하게 목표 온도 제어가 가능하도록 하는 것은 물론이고 소모 전력을 최적화하고, 기본 제어 방식인 PID 제어와 효과적으로 연동하여 제어 방식 변경 과정에서도 신뢰성이 유지되도록 하는 새로운 방식의 온도 제어 시스템이 요구되고 있다.
As a result, it is a system that performs cooling and heating temperature control by using a thermoelectric element capable of precise temperature control, and rapidly targets semiconductor minimization facilities that do not share or restrict information while sudden temperature change occurs. There is a need for a new type of temperature control system that not only enables temperature control but also optimizes power consumption and effectively works with PID control, a basic control method, to maintain reliability even during control system changes.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 회수 냉매를 제 1 열전소자 블록을 통해 1차적으로 냉온 제어한 후 냉매 탱크에 제공하고, 냉매 탱크의 냉매를 제 2 열전소자 블록을 통해 2차적으로 냉온 제어한 후 부하에 공급하도록 구성한 후, 상기 각 열전소자 블록들을 각각 PID(proportional integral derivative) 제어하되 각 열전소자 블록 및 열교환 환경에 대한 정보를 기준으로 필요 열량과 가용 열량을 실시간 모니터링하여 PID 제어에 의한 신속 대응이 어려운 경우 일측 열전소자 블록은 PID 제어를 중단하고 가용 열량에서 필요 열량을 제공하도록 직접 제어함으로써 열충격을 줄이면서 신속한 목표 온도 제어가 가능하도록 한 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템을 제공하는 것이다. An object of the embodiments of the present invention for improving the above-described problem is to provide the refrigerant tank after the first cold-temperature control of the recovered refrigerant through the first thermoelectric element block, the refrigerant in the refrigerant tank through the second
본 발명 실시예들의 다른 목적은 각 열전소자 블록에 대한 에너지 밀도를 실시간 모니터링하면서 PID 제어가 비효율적인 경우 PID 제어를 중단하고 필요한 열량을 해당 열전소자 블록이 제공하도록 직접 제어하되, 필요 열량 수준에 따라 제 1 열전소자 블록을 우선 직접제어하고, 부족한 경우 제 2 열전소자 블록도 직접제어하도록 함으로써, 단계적인 대응이 가능하도록 한 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the embodiments of the present invention is to monitor the energy density of each thermoelectric element block in real time while PID control is inefficient, the PID control is stopped and directly control the heating element block to provide the required amount of heat, according to the required calorie level By directly controlling the first thermoelectric element block, and directly controlling the second thermoelectric element block if not enough, it is to provide a thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility that enables stepwise response.
본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 PID 제어 중단 후 필요 열량에 따른 직접 제어를 실시하다가 다시 PID 제어로 복귀할 경우 PID 제어가 중단되는 기준 위치에서 제어를 시작하도록 함으로써 연산 종류 변경 시에도 출력 신뢰성을 유지할 수 있도록 한 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the embodiments of the present invention is to perform output control after the PID control stops and then return to PID control to start the control at the reference position where the PID control is stopped. It is to provide a thermoelectric temperature control system based on real-time calorie monitoring for semiconductor manufacturing facilities that can be maintained.
본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 열전소자 블록에 대한 에너지 밀도를 모니터링하여 PID 제어와 직접 제어를 선택 적용함으로써 회수 냉매의 온도와 열교환 환경에 대한 정보를 통해 반도체 제조 설비로부터 구동 전력 정보를 전달받지 못하거나 제한된 수준으로 전달받더라도 급격한 변화 패턴을 가진 반도체 제조 설비에 대한 최적 온도 제어가 가능하도록 한 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템을 제공하는 것이다.
Another object of the embodiments of the present invention is to monitor the energy density of the thermoelectric element block and apply PID control and direct control to receive driving power information from the semiconductor manufacturing facility through information on the temperature of the recovered refrigerant and the heat exchange environment. It is to provide a thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility that enables optimal temperature control of a semiconductor manufacturing facility having a sudden change pattern even if it is not received at a limited or limited level.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 반도체 제조 설비의 작용부하로부터 회수되는 냉매를 냉온 제어하는 제 1 열전소자 블록과; 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매를 수집하는 냉매 탱크와; 상기 냉매 탱크의 냉매를 냉온 제어하여 상기 작용부하에 공급하는 제 2 열전소자 블록과; 상기 작용부하로부터 회수되는 냉매 온도, 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매의 온도 및 상기 제 2 열전소자 블록을 통해 작용부하에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부와; 상기 제 1 열전소자 블록과 상기 제 2 열전소자 블록을 각각 PID(proportional integral derivative) 제어하는 PID 제어부와; 상기 온도 센서부의 측정값을 이용하여 산출되는 필요 열량과 상기 각 열전소자 블록의 가용 용량을 기준으로 기 설정된 값을 초과하는 경우 적어도 일측의 열전소자 블록의 PID 제어를 중단하고 상기 필요 열량을 제공하도록 상기 일측 열전소자 블록을 직접 제어하는 RTP(Recipe to Power) 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, the thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility according to an embodiment of the present invention is a first thermoelectric element for cold control of the refrigerant recovered from the working load of the semiconductor manufacturing facility A block; A refrigerant tank collecting refrigerant supplied through the first thermoelectric element block; A second thermoelectric element block for controlling the coolant of the coolant tank to be cooled and supplied to the working load; A temperature sensor unit for measuring a refrigerant temperature recovered from the working load, a temperature of the coolant supplied through the first thermoelectric element block, and a temperature of a coolant supplied to the working load through the second thermoelectric element block; A PID control unit for controlling the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element block respectively; To stop PID control of at least one thermoelectric element block and provide the required calorie value when the required heat amount calculated using the measured value of the temperature sensor unit and a preset value based on the available capacity of each thermoelectric element block are exceeded. And a control to power (RTP) control unit for directly controlling the one-side thermoelectric element block.
상기 RTP 제어부는 상기 일측 열전소자 블록을 직접 제어하다가 상기 일측 열전소자 블록에서 필요한 열량이 해당 블록의 가용 용량의 기 설정된 값 이하로 줄어드는 경우 상기 일측 열전소자 블록에 대한 제어를 상기 PID 제어부가 실시하도록 한다.The RTP controller controls the one thermoelectric block directly while the PID controller controls the one thermoelectric block when the amount of heat required by the one thermoelectric block decreases below a preset value of the available capacity of the block. do.
상기 일측 열전소자 블록이 상기 직접 RTP 제어부의 직접 제어 중단 후 다시 PID 제어될 경우 상기 PID 제어부는 상기 RTP 제어 중단의 기준이 되는 가용 용량의 기 설정된 값을 초기값으로 하여 PID 제어를 시작하도록 한다.When the one-side thermoelectric element block is PID controlled again after the direct control stop of the direct RTP control unit, the PID control unit starts PID control by setting a preset value of the available capacity, which is a reference for stopping the RTP control, as an initial value.
상기 RTP 제어부는 상기 일측의 열전소자 블록을 직접 제어할 경우 적어도 제어 초기에는 상기 필요 열량보다 높은 출력을 제공할 수 있다.When the RTP controller directly controls the thermoelectric element block of one side, the RTP controller may provide an output higher than the required amount of heat, at least in the initial stage of control.
상기 RTP 제어부는 상기 제 1 열전소자 블록을 우선적으로 직접 제어하며, 상기 제 1 열전소자 블록이 직접 제어되는 상황에서 상기 제 2 열전소자 블록의 필요 열량이 상기 제 2 열전소자 블록의 가용 용량의 기 설정된 값을 초과하는 경우 상기 제 2 열전소자 블록도 PID 제어를 중단시키고 직접 제어한다.The RTP controller preferentially directly controls the first thermoelectric element block, and in a situation in which the first thermoelectric element block is directly controlled, the required amount of heat of the second thermoelectric element block is based on the available capacity of the second thermoelectric element block. When the set value is exceeded, the second thermoelectric element block also stops PID control and directly controls the PID control.
한편, 상기 RTP 제어부는 직접 제어 시 상기 제 1 열전소자 블록에서 제 2 열전소자 블록의 순서로 순차적으로 직접 제어하고, 직접 제어 중단 후 PID 제어 복귀는 제 2 열전소자 블록에서 제 1 열전소자 블록의 순서로 실시하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the RTP controller directly controls the first thermoelectric element block sequentially in the order of the second thermoelectric element block in direct control, and after the direct control stops, the PID control returns to the first thermoelectric element block in the second thermoelectric element block. It is preferable to carry out in order.
상기 RTP 제어부는 상기 열전소자들에 대한 필요 열량이 제 2 열전소자 블록의 가용 용량의 범위에 속하는 경우 상기 PID 제어부를 통해 상기 제 1 열전소자 블록의 제어를 중단시키고 제 2 열전소자 블록만 PID 제어를 유지하도록 한다.The RTP controller stops the control of the first thermoelectric element block through the PID control unit and PID control only the second thermoelectric element block when the required heat amount for the thermoelectric elements falls within the available capacity of the second thermoelectric element block. To keep.
상기 RTP 제어부는 작용 부하로부터 작용 부하의 내부 온도나 작용 부하의 온도 변화를 유발하는 구동 전력 정보를 더 수신하여 각 열전소자 블록에 대한 필요 열량을 산출한다.The RTP control unit further receives driving power information that causes a change in the internal temperature of the working load or the temperature of the working load from the working load to calculate a required amount of heat for each thermoelectric element block.
상기 열전소자 블록에 대한 필요 열량은 사용 냉매의 비열, 유량, 밀도 및 열전소자가 냉온 제어해야 할 온도 편차를 이용하여 산출할 수 있다. The required amount of heat for the thermoelectric element block may be calculated using specific heat, flow rate, density, and temperature deviation of the thermoelectric element to be controlled at a low temperature.
여기서, 상기 RTP 제어부는 상기 사용 냉매의 비열, 유량, 밀도 정보를 에너지 연산 파라미터로 별도 입력받고, 상기 온도센서부의 냉매 온도와 해당 열전소자 블록의 제어 온도 정보를 통해 온도 편차를 구할 수 있다.Here, the RTP controller may separately receive specific heat, flow rate, and density information of the used refrigerant as an energy calculation parameter, and obtain a temperature deviation through the refrigerant temperature of the temperature sensor unit and the control temperature information of the thermoelectric element block.
상기 열전소자 블록의 가용 용량은 온도별 열전소자 블록의 최대 입력 전력 에 대한 가열 혹은 냉각 능력 특성 표나 특성 산출 식을 기준으로 산출될 수 있다.The available capacity of the thermoelectric element block may be calculated based on a heating or cooling capability characteristic table or characteristic calculation formula for the maximum input power of the thermoelectric element block for each temperature.
상기 RTP 제어부는 열전소자 블록에 대한 필요 열량이 해당 열전소자 블록의 가용 용량의 40~70% 사이의 기 설정된 값을 초과하거나 필요 열량을 제공하기 위한 가용 용량 내의 용량 변화량이 기 설정된 값을 초과할 경우 PID 제어 시간을 줄이기 위해 필요 열량에 대응하는 가용 용량 내 출력으로 해당 열전소자 블록을 즉시 제어하는 것이 바람직하다.The RTP controller may determine that the amount of heat required for the thermoelectric element block exceeds a preset value between 40 to 70% of the available capacity of the thermoelectric element block or the amount of change in capacity within the available capacity for providing the required amount of heat exceeds the preset value. In this case, it is desirable to immediately control the thermoelectric element block with the output in the available capacity corresponding to the required heat amount in order to reduce the PID control time.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 반도체 제조 설비의 작용부하로부터 회수되는 냉매를 냉온 제어하는 제 1 열전소자 블록과; 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매를 수집하는 냉매 탱크와; 상기 냉매 탱크의 냉매를 냉온 제어하여 상기 작용부하에 공급하는 제 2 열전소자 블록과; 상기 작용부하로부터 회수되는 냉매 온도, 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매의 온도 및 상기 제 2 열전소자 블록을 통해 작용부하에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부와; 상기 제 1 열전소자 블록과 상기 제 2 열전소자 블록을 각각 PID 제어하는 PID 제어부와; 사용 냉매의 비열, 유량, 밀도 정보를 에너지 연산 파라미터로 별도 입력받고, 상기 온도센서부의 냉매 온도와 제 1 열전소자 블록의 목표 제어 온도 정보를 통해 온도 편차를 구하여 상기 제 1 열전소자 블록에서의 필요 열량을 구하고, 상기 필요 열량이 상기 제 1 열전소자 블록의 가용 용량에서 기 설정된 기준을 초과하는 경우 상기 제 1 열전소자 블록의 PID 제어를 중단하고 상기 필요 열량을 제공하도록 상기 제 1 열전소자 블록을 직접 제어하는 RTP 제어부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility may include: a first thermoelectric element block for controlling the refrigerant recovered from an operating load of the semiconductor manufacturing facility by cold and hot control; A refrigerant tank collecting refrigerant supplied through the first thermoelectric element block; A second thermoelectric element block for controlling the coolant of the coolant tank to be cooled and supplied to the working load; A temperature sensor unit for measuring a refrigerant temperature recovered from the working load, a temperature of the coolant supplied through the first thermoelectric element block, and a temperature of a coolant supplied to the working load through the second thermoelectric element block; A PID controller configured to PID control the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element block; The specific heat, flow rate, and density information of the refrigerant used are separately input as energy calculation parameters, and the temperature deviation is obtained from the temperature sensor unit through the refrigerant temperature and the target control temperature information of the first thermoelectric element block, and thus the necessity in the first thermoelectric element block is required. The calorific value is calculated, and the first thermoelectric element block is interrupted to stop PID control of the first thermoelectric element block and provide the necessary calorie value when the required calorie value exceeds a predetermined reference value in the available capacity of the first thermoelectric element block. RTP control unit for controlling directly.
상기 RTP 제어부는 상기 제 1 열전소자 블록을 직접 제어하다가 상기 제 1 열전소자 블록에서 필요한 열량이 해당 블록의 가용 용량의 기 설정된 값 이하로 줄어드는 경우 상기 제 1 열전소자 블록에 대한 제어를 상기 PID 제어부가 실시하도록 한다.The RTP controller directly controls the first thermoelectric element block, and when the amount of heat required in the first thermoelectric element block is reduced to less than or equal to a preset value of the available capacity of the block, the PID control unit controls the first thermoelectric element block. Should be carried out.
상기 제 1 열전소자 블록이 상기 RTP 제어 중단 후 다시 PID 제어될 경우 상기 PID 제어부는 상기 RTP 제어 중단의 기준이 되는 가용 용량의 기 설정된 값을 초기값으로 하여 PID 제어를 시작할 수 있다.When the first thermoelectric element block is PID-controlled again after the RTP control stops, the PID controller may start the PID control by setting the preset value of the available capacity, which is the reference for the RTP control stop, as an initial value.
상기 RTP 제어부는 상기 제 1 열전소자 블록을 직접 제어할 경우 상기 필요 열량보다 높은 출력을 제공하도록 제어할 수 있다.The RTP controller may control to provide an output higher than the required amount of heat when directly controlling the first thermoelectric element block.
상기 RTP 제어부는 상기 제 1 열전소자 블록을 직접 제어하는 경우 상기 제 2 열전소자 블록에 대한 필요 열량과 가용 용량에서의 기 설정된 기준을 통해 상기 제 2 열전소자 블록에 대한 직접 제어도 선택적으로 실시할 수 있다.
When the RTP controller directly controls the first thermoelectric element block, the RTP controller may also selectively perform direct control on the second thermoelectric element block based on a predetermined reference value in the required heat quantity and available capacity of the second thermoelectric element block. Can be.
본 발명 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 회수 냉매를 제 1 열전소자 블록을 통해 1차적으로 냉온 제어한 후 냉매 탱크에 제공하고, 냉매 탱크의 냉매를 제 2 열전소자 블록을 통해 2차적으로 냉온 제어한 후 부하에 공급하도록 구성한 후, 상기 각 열전소자 블록들을 각각 PID 제어하되, 각 열전소자 블록 및 열교환 환경에 대한 정보를 기준으로 필요 열량과 가용 열량을 실시간 모니터링하여 PID 제어에 의한 신속 대응이 어려운 경우 일측 열전소자 블록은 PID 제어를 중단하고 가용 열량에서 필요 열량을 제공하도록 직접 제어함으로써 열충격을 줄이면서 신속한 목표 온도 제어가 가능한 효과가 있다.The thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility according to an exemplary embodiment of the present invention provides a refrigerant tank after cold and cold control of the recovered refrigerant through a first thermoelectric element block, and provides a refrigerant in the refrigerant tank. 2 After controlling the cold and hot secondary heat through the thermoelectric element block is configured to supply to the load, each of the thermoelectric element blocks PID control, based on the information about each thermoelectric element block and heat exchange environment, the required heat and available heat amount If it is difficult to respond quickly by PID control by real time monitoring, one-side thermoelectric element block directly stops PID control and provides the required heat from the available heat, thereby reducing thermal shock and enabling rapid target temperature control.
본 발명 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 각 열전소자 블록에 대한 에너지 밀도를 실시간 모니터링하면서 PID 제어가 비효율적인 경우 PID 제어를 중단하고 필요한 열량을 해당 열전소자 블록이 제공하도록 직접 제어하되, 필요 열량 수준에 따라 제 1 열전소자 블록을 우선 직접제어하고, 부족한 경우 제 2 열전소자 블록도 직접제어하도록 함으로써, 단계적인 대응을 통한 최적화된 대응이 가능한 효과가 있다.The thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility according to an embodiment of the present invention stops PID control when PID control is inefficient while monitoring the energy density of each thermoelectric element block in real time. Direct control of the block is provided, but the first thermoelectric element block is directly controlled according to the required heat level, and if the deficiency is insufficient, the second thermoelectric element block is directly controlled. .
본 발명 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 PID 제어 중단 후 필요 열량에 따른 직접 제어를 실시하다가 다시 PID 제어로 복귀할 경우 PID 제어가 중단되는 기준 위치에서 제어를 시작하도록 함으로써 연산 종류 변경 시에도 출력 신뢰성을 유지할 수 있는 효과가 있다.The thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility according to an embodiment of the present invention performs direct control according to the required calorie value after stopping PID control and then returns to PID control at a reference position where PID control is stopped. By starting, the output reliability can be maintained even when the operation type is changed.
본 발명 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템은 열전소자 블록에 대한 에너지 밀도를 모니터링하여 PID 제어와 직접 제어를 선택 적용함으로써 회수 냉매의 온도와 열교환 환경에 대한 정보를 통해 반도체 제조 설비로부터 구동 전력 정보를 전달받지 못하거나 제한된 수준으로 전달받더라도 급격한 변화 패턴을 가진 반도체 제조 설비에 대한 최적 온도 제어가 가능한 효과가 있어 높은 호환성과 범용성을 제공할 수 있다.
The thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility according to an embodiment of the present invention monitors the energy density of a thermoelectric element block, and selects PID control and direct control to provide information on the temperature of the recovered refrigerant and heat exchange environment. Through this, even if the driving power information is not received from the semiconductor manufacturing facility or is transmitted at a limited level, the optimum temperature control is possible for the semiconductor manufacturing facility having the rapid change pattern, thereby providing high compatibility and versatility.
도 1은 종래 가열과 냉각의 듀얼 채널 방식 칠러를 이용한 온도 제어 시스템의 예.
도 2는 종래 가열과 냉각의 듀얼 채널 방식 칠러를 이용한 온도 제어 시스템의 다른 예.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 열교환 구성을 보인 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 개요를 보인 개념도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어 방식을 설명하기 위한 제어 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 제어 구성을 보인 구성도.
도 7은 반도체 제조 설비의 온도 변화를 유발하는 구동 전력 패턴의 예.
도 8은 도 7의 구동 전력에 따른 반도체 제조 설비의 온도 변화 그래프.
도 9는 RTP(Recipe to Power) 제어 방식을 이용하는 경우의 열충격 감소를 보이는 그래프.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 블록의 가용 용량을 설명하기 위한 표.1 is an example of a temperature control system using a dual channel chiller of conventional heating and cooling.
2 is another example of a temperature control system using a dual channel chiller of conventional heating and cooling.
Figure 3 is a block diagram showing a heat exchange configuration of the temperature control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual view showing an outline of a temperature control system according to an embodiment of the present invention.
5 is a control block diagram for explaining a temperature control method according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a control configuration of a temperature control system according to an embodiment of the present invention.
7 is an example of a drive power pattern causing a change in temperature of a semiconductor manufacturing facility.
FIG. 8 is a graph of temperature change of a semiconductor manufacturing apparatus according to the driving power of FIG. 7.
9 is a graph showing a thermal shock reduction when using the RTP (Recipe to Power) control method.
10 is a table for explaining available capacity of a thermoelectric element block according to an embodiment of the present invention.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.
먼저, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 위한 온도제어 시스템의 냉매 공급 구성(100)을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 반도체 제조 설비에 대응되는 부하로부터 회수한 회수 냉매(coolant)를 1차적으로 냉온 제어하는 제 1 열전소자 블록(140)과, 상기 제 1 열전소자 블록(140)을 통해 공급되는 냉매를 수집하는 냉매 탱크(120)와, 상기 냉매 탱크(120)의 냉매를 냉온 제어하여 상기 부하에 공급하는 제 2 열전소자 블록(150)과, 상기 부하로부터 회수되는 냉매 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(111), 상기 제 1 열전소자 블록(140)을 통해 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(112) 및 상기 제 2 열전소자 블록(150)을 통해 부하에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 제 3 온도 센서(113) 및 실질적으로 냉매 탱크(120)의 냉매를 순환시키는 펌프(130)를 포함하여 구성된다.First, FIG. 3 illustrates a
도시된 구성에서, 상기 각 온도 센서들(111~113)은 다양한 온도 센서가 이용될 수 있으나, 본 실시예에서는 측온저항체 온도계(RTD:Resistance Temperature Detector)를 이용한다. In the illustrated configuration, each of the
상기 제 1 온도 센서(111)와 제 2 온도 센서(112)의 온도 편차를 통해서 실제 회수되는 냉매의 온도와 제 1 열전소자 블록(140)을 통해 냉온 제어된 냉매의 온도 편차를 확인할 수 있고, 상기 제 2 온도 센서(112)와 제 3 온도 센서(113)의 온도 편차를 통해서 1차 냉온 제어된 냉매와 제 2 열전소자 블록(150)을 통해 냉온 제어된 냉매의 온도 편차를 확인할 수 있다. Through the temperature deviation of the
여기서, 상기 냉매 탱크(120)와 펌프(130)에 의해 상기 제 1 열전소자 블록(140)을 통해 냉온 제어된 냉매의 온도와 상기 제 2 열전소자 블록(150)에 공급되는 냉매의 온도는 변화될 수 있는데, 외부 환경의 온도가 냉매에 영향을 줄 수 있고, 상기 펌프(130)가 동작하면서 냉매 온도를 다소 상승시키기도 한다. 따라서, 보다 정밀한 제어를 위해서는 상기 제 2 열전소자 블록(150)에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 추가적인 온도 센서를 더 부가할 수도 있다. 하지만, 이러한 온도 변화는 상기 제 1 열전소자 블록(140)과 제 2 열전소자 블록(150)을 각각 제어하는 PID 제어기의 설정 온도를 조절하는 것으로 대응 가능하므로 생략할 수도 있다. 본 실시예에서는 도시된 3개의 온도 센서를 이용하지만, 설명한 바와 같이 제 2 열전소자 블록(150)의 입력에 온도 센서를 추가하거나, 상기 부하 내에 부하의 실제 온도를 측정하는 센서를 추가하는 구성도 가능하다.Here, the temperature of the coolant controlled by the
한편, 도시된 제 1 열전소자 블록(140)과 제 2 열전소자 블록(150)은 각각 2개의 병렬 연결된 열전소자 모듈로 구성되는데, 이러한 실질적인 열전소자 블록의 구성은 가용 용량과 목적에 맞추어 다양하게 구성될 수 있다. 또한, 도시된 제 1 열전소자 블록(140)과 제 2 열전소자 블록(150)은 동일한 용량으로 구성되거나 상이한 용량으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전체 8KW급 냉각 용량을 제공하는 시스템을 구성할 경우 2KW 급 열전소자 모듈 2개를 병렬 연결한 4KW급 열전소자 블록을 2개 구성할 수 있다.Meanwhile, the first
도 4는 도 3의 구성을 간단히 블록화한 것으로, 도시한 바와 같이 회수되는 냉매를 1차적으로 냉온 제어하는 제 1 열전소자 블록(140)은 기본적으로 제 1 PID 제어 수단을 통해 PID 제어되고, 펌프(130)를 통해 1차 냉온 제어된 냉매를 2차적으로 냉온 제어하는 제 2 열전소자 블록(150)은 제 2 PID 제어 수단을 통해 PID 제어된다. 즉, 별도의 PID 제어 방식 열전소자 블록 제어가 중첩된 형태를 통해 기본적으로 열충격에 대한 내성을 가지도록 한다. FIG. 4 is a simplified block diagram of the configuration of FIG. 3. As shown in FIG. 4, the first
도 5는 상기 도 4의 구성에 대한 온도 제어 방식을 설명하기 위한 제어 구성도로서, 도시된 바와 같이 원하는 설정값(설정 온도)(SV:Set Value)에 대해 제 1 열전소자 블록과 제 2 열전소자 블록을 각각 제어하는 제 1PID 제어부(210)와 제 2PID 제어부(220) 및 이러한 PID 제어가 비효율적인 경우 상기 PID 제어를 대신하여 상기 제 1 열전소자 블록과 제 2 열전소자 블록을 직접 제어하는 RTP(Recipe to Power) 제어부(230)를 포함한다. FIG. 5 is a control diagram for explaining a temperature control method of the configuration of FIG. 4, and as illustrated, a first thermoelectric element block and a second thermoelectric element with respect to a desired set value (SV). RTP controlling the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element block directly in place of the PID control when the first
상기 제 1PID 제어부(210)는 1차 PID 제어를 위한 제 1 설정값(SV1)을 기준으로 제 1 열전소자 블록에 대한 가열 혹은 냉각 구동을 실시하는 H/C 구동부(201)를 제어하며, 이러한 제어에 따른 실제 온도(PV:Process Value)로 제 2 온도센서의 값(PV1)을 피드백 받아 PID 연산을 수행한다. The
상기 제 2PID 제어부(220) 역시 2차 PID 제어를 위한 제 2 설정값(SV2)를 기준으로 제 2 열전소자 블록에 대한 가열 혹은 냉각 구동을 실시하는 H/C 구동부(202)를 제어하며, 이러한 제어에 따른 실제 온도로 제 3 온도센서의 값(PV2)을 피드백 받아 PID 연산을 수행한다. The
한편, 이러한 제 1PID 제어부(210)의 제 1 설정값(SV1)과 제 2 설정값(SV2)은 안정적 동작을 위해 서로 편차(xT)가 있어야 한다. 상기 제 2 설정값(SV2)은 실질적인 부하 공급 냉매의 온도에 맞추어 설정되며, 제 1 설정값(SV1)은 상기 제 2 설정값(SV2)이 적용된 제 2PID 제어부(220)가 제어할 수 있는 범위로 설정되는데 그 편차는 환경에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 공급 온도를 25도로 맞추어야 하는 경우 회수되는 냉매 온도가 설정 값보다 낮다면 SV1은 24.5도로 설정하고 SV2는 25도로 설정할 수 있으며, 냉매 온도를 설정 값보다 높은 경우 SV1이 25.5도 SV2가 25도로 설정될 수 있으며, 이는 설정 온도가 정해지면 고정되거나 냉매의 온도 상태에 따라 가변될 수도 있다.Meanwhile, the first set value SV1 and the second set value SV2 of the
또한, 제어할 수준이 하나의 PID 제어부를 통해서도 충분히 제어가 가능한 상황인 경우 상기 제 1 PID 제어부(210)는 상기 H/C 구동부(201)의 구동을 중단하고 실질적인 제어를 제 2 PID 제어부(220)가 단독으로 실시하도록 하여 소비 전력을 줄일 수 있는데, 이러한 경우라도 상기 제 1 PID 제어부(210)에 의해 제어되는 제 1 열전소자 블록은 열교환기로 기본적인 동작을 수행할 수 있다.
In addition, when the level to be controlled is sufficiently controllable through one PID controller, the
회수 냉매의 온도 변화가 상기 제 2 열전소자 블록이나 상기 제 1 및 제 2 열전소자 블록을 PID 제어하더라도 대응할 수 있는 정도의 범위에 있는 일반적인 경우 상기 제 1PID 제어부(210)와 제 2 PID 제어부(220)는 해당 PID 제어부가 제어하는 열전소자 블록을 통해 원하는 제어 온도로 냉매의 온도를 유지할 수 있으나, 회수 냉매의 온도가 급격하게 증가하거나 혹은 급격하게 낮아져 제어해야 할 온도가 급격히 증가하거나 가열과 냉각이 전환되는 경우 PID 제어로는 설정 온도를 유지하는데 문제가 발생하게 된다. In the general case where the temperature change of the recovery refrigerant is within a range corresponding to the PID control of the second thermoelectric element block or the first and second thermoelectric element blocks, the first
즉, PID 제어로는 변화되는 온도에 대응할 수 없어 오버슈트나 언더슈트가 발생하거나 혹은 순차적으로 제어 수준을 가변하는 PID 제어 특성상 원하는 목표 온도로 제어하는데 상당한 시간이 필요할 것으로 예상되며 이러한 기간 동안 제어 출력이 불안정해질 것으로 판단되는 경우가 발생한다. In other words, PID control cannot cope with changing temperature, so overshoot or undershoot occurs, or due to the PID control characteristic of changing the control level sequentially, it is expected that a considerable time is required to control to the desired target temperature. There is a case where it is determined that this will become unstable.
이러한 경우 상기 RTP 제어부(230)가 상황에 따라 상기 제 1 PID 제어부(210)의 제어를 중단시키고 상기 H/C 구동부(201)를 직접 제어하고, 필요한 경우 추가적으로 제 2 PID 제어부(220)의 제어도 중단시키고 연결된 H/C 구동부(202)를 직접 제어한다. In this case, the
이러한 제어를 위해서 상기 RTP 제어부(230)는 단순히 상기 제 1 PID 제어부(210)의 제어 온도 편차(회수 냉매 온도 - 제 1 열전소자 블록에 의해 제어된 냉매 온도(제 1 온도센서 값 - 제 2 온도센서 값))나 제 2 PID 제어부(220)의 제어 온도 편차(제 1 열전소자 블록에 의해 제어된 냉매 온도 - 제 2 열전소자 블록에 의해 제어된 냉매 온도(제 2 온도센서 값 - 제 3 온도센서 값)) 만을 이용하여 PID 제어의 효율성을 판단하는 것이 아니라, 실제 제어가 필요한 열량을 실시간 계산하고 이를 각 열전소자 블록의 온도별 가용 용량(가열/냉각 능력)을 비교하는 것으로 필요한 열량이 기 설정된 가용 용량 수준(최대 가용 용량에 대한 기 설정된 수준, 예를 들어 50%)을 초과하는지 여부를 파악하여 이러한 실시간 열량 모니터링을 기반으로 RTP(Recipe to Power) 제어를 실시한다. For this control, the
이러한 RTP 제어를 위해서 상기 RTP 제어부(230)는 현재 요구되는 에너지( 열량)와 현재 온도에서 열전소자 블록이 제공할 수 있는 냉각 혹은 가열 용량을 기준으로 RTP 제어 시점과 상기 PID 제어부(210, 220) 대신 H/C 구동부(201, 202)에 제공할 전력을 생성하게 되는데, 이를 위해서 우선적으로 필요한 열량을 실시간 모니터링해야 한다. 이러한 열량 모니터링을 위해서 에너지 연산을 위한 파라미터를 이용한다. For the RTP control, the
도 3에 도시된 냉매(Coolant) 및 전기식 열전소자 블록의 구성에서, 열전소자 블록이 가열 또는 냉각해야 하는 열량은 냉매의 종류와 유량에 따라 가변되므로, 이를 고려한 필요 열량은 다음과 같이 구할 수 있다. 여기서 열량은 시간에 따라 제공되어야 하는 열량으로, 에너지 밀도에 해당된다.
In the configuration of the coolant and the electric thermoelectric element block shown in FIG. 3, the amount of heat that the thermoelectric element block needs to heat or cool varies depending on the type and the flow rate of the coolant, and thus the necessary heat amount considering this can be obtained as follows. . The calorie here is the calorie that must be provided over time, corresponding to the energy density.
[수학식 1][Equation 1]
열량(에너지 밀도)=비열*(유량*밀도)*온도편차
Calorie (energy density) = specific heat * (flow rate * density) * temperature deviation
상기 열량의 단위는 에너지 밀도를 의미하는 Kcal/hour이고, 비열은 Kcal/Kg℃이며, 유량은 ℓ/hour 이고, 밀도는 Kg/ℓ이다. 한편, 열량과 전력과의 관계는 1Kcal/hour = 1.163W이다.The unit of calorific value is Kcal / hour, meaning energy density, specific heat is Kcal / Kg ° C., flow rate is L / hour, and density is Kg / L. On the other hand, the relationship between calories and power is 1Kcal / hour = 1.163W.
따라서, RTP 제어부(230)는 에너지 연산 파라미터로 냉매의 비열, 유량 및 밀도에 대한 정보를 파라미터로 획득한 후 상기 PID 제어부들(210, 220)로부터 각 온도센서들의 정보 및 설정 값(SV1, SV2)을 획득하여 각 열전소자 블록이 제공해야 하는 열량이 해당 열전소자 블록의 가용 용량의 기 설정된 수준(40~70% 사이의 기 설정된 값이나 제어/환경에 따라 가변되는 값)에 속하는지 지속적으로 모니터링하여 상기 PID 제어부(210, 220)의 제어를 선택적으로 중단시키고 대응 열전소자 블록을 직접 제어한다. Therefore, the
예를 들어, 상기 RTP 제어부(230)는 필요한 열량이 해당 열전소자 블록의 가용 용량의 50%를 초과하는 경우 RTP 제어를 실시할 수 있는데, 급격한 온도 변화에 따라 필요한 용량이 급증하는 경우 PID 제어를 통해서 제어 출력이 이러한 50% 이상의 출력이 되도록 하려면 상당한 시간이 요구되어 출력이 불안정해지므로 이를 방지할 수 있다. 물론, 추가적으로 온도 변화의 급격한 정도를 더 판단하여 급격한 변화인 경우 RTP 제어를 실시하고, 급격하지 않은 온도 변화인 경우 가용 용량의 50%를 초과하더라도 PID 제어를 유지하도록 할 수도 있다.For example, the
그러나 PID 제어부가 중복 구성되므로 적어도 앞 단에서 열충격을 가능한 해소해 주면 후속되는 제 2 PID 제어부(220)는 PID 제어를 통해서 정밀한 능동 제어가 가능하게 되므로 상기 RTP 제어부(230)는 상기 제 1 열전소자 블록에서 필요한 열량이 가용 용량의 50%를 초과하는 경우 RTP 제어로 해당 제 1 열전소자 블록을 100% 출력으로 제어할 수도 있다.However, since the PID controller is redundantly configured, if the thermal shock is solved at least at the front end, the subsequent
한편, 상기 RTP 제어부(230)는 RTP 제어 중 필요 열량을 계속 모니터링하여 필요 열량이 해당 열전소자 블록 가용 용량의 50% 이하가 되는 경우 다시 PID 제어로 복귀하도록 RTP 제어를 중단하고 PID 제어부가 다시 동작하도록 하는데, 이때 상기 PID 제어부는 상기 동작 중단의 기준이 되었던 가용 용량의 50% 시점을 PID 제어 시작 시점으로 하여 동작하도록 한다. 이를 통해 제어 종류가 변경되더라도 출력값이 안정적으로 유지될 수 있다.On the other hand, the
상기 RTP 제어부(230)는 필요 열량의 실시간 모니터링을 통해 제 1 열전소자 블록을 우선적으로 RTP 제어하며, 이렇게 하더라도 대응이 어려운 경우 제 2 열전소자 블록 또한 RTP 제어하는데, 순차적 열충격 분산을 위해서 RTP 제어는 제 1 열전소자 블록, 제 2 열전소자 블록의 순서로 선택적 RTP 제어하며, PID 제어 복귀는 그 반대인 제 2 열전소자 블록에서 제 1 열전소자 블록의 순서로 실시한다. The
한편, 부하인 반도체 제조 장치가 구동 전력에 대한 정보나 내부 온도에 대한 정보를 제공한다면, 상기 RTP 제어부(230)는 해당 정보를 회수 냉매의 온도 정보를 더 보강하는 정보로 활용하거나 대응 패턴을 마련하여 좀 더 빠르게 온도 변화에 대응할 수 있다.
On the other hand, if the semiconductor manufacturing apparatus as a load provides information on driving power or information on internal temperature, the
이제, 좀 더 실질적인 예와 구성을 통해서 본 발명을 설명하도록 한다. Now, the present invention will be described through more practical examples and configurations.
도 6은 앞서 설명한 도 4 및 도 5의 구성을 좀 더 상세히 나타낸 온도 제어 시스템의 구성도로서, 도시한 바와 같이 제 1 열전소자 블록(410) 및 제 2 열전소자 블록(420)과, 회수 냉매의 온도와 상기 제 1 열전소자 블록(410)에 의해 냉온제어된 냉매의 온도를 피드백 받고 제 1 설정값(설정 온도)이 되도록 제 1 열전소자 블록(410)을 PID 제어하는 제 1 제어부(320)와, 상기 제 1 제어부(320)에 의해 제어되어 상기 제 1 열전소자 블록(410)을 가열 혹은 냉각 구동하는 H/C 구동부(330)와, 상기 제 2 열전소자 블록(420)에 의해 냉온 제어된 냉매의 온도를 피드백 받고 제 2 설정값이 되도록 제 2 열전소자 블록(420)을 PID 제어하는 제 2 제어부(340) 와, 상기 제 2 제어부(340)에 의해 제어되어 상기 제 2 열전소자 블록(420)을 가열 혹은 냉각 구동하는 H/C 구동부(350)를 포함한다. FIG. 6 is a configuration diagram of a temperature control system showing the configuration of FIGS. 4 and 5 described above in detail. As shown in FIG. 6, the first
또한, 설정값(설정 온도)(SV)을 제어 상황에 맞추어 제 1 설정값과 제 2 설정값으로 구분하며, 상기 제 1 제어부(320)와 제 2 제어부(340)의 제어 상황(온도 정보 및 제어 상황)을 관리하고 상기 그 제어를 중단하도록 하는 제어 정보 관리부(310)와, 상기 제어정보 관리부(310)로부터 제 1 설정값과 제 2 설정값 및 상기 제 1 제어부(320) 및 제 2 제어부(340)의 제어 상황 정보를 수집하고 냉매에 관한 파라미터 정보를 제공받아 현재 각 열전소자 블록에 대한 필요 열량을 연산하며, 각 열전소자 블록의 가용 용량과 그에 대한 설정 값을 기준으로 RTP 제어 필요 여부와 RTP 제어량을 파악하여 상기 제어 정보 관리부(310)를 통해 상기 제 1 제어부(320)와 제 2 제어부(340)의 제어를 중단하고 상기 H/C 구동부(330, 350)를 각각 직접 제어하거나 RTP 제어를 중단하고 상기 제어 정보 관리부(310)를 통해 상기 제 1 제어부(320)와 제 2 제어부(340)의 제어를 복귀시키는 제 3제어부(360)를 포함한다. In addition, the set value (set temperature) SV is divided into a first set value and a second set value in accordance with the control situation, and the control situation (temperature information and A control
여기서, 상기 제 3 제어부(360)는 필요한 경우 부하(430)로부터 구동 전력에 대한 정보를 획득하거나 부하 내부 온도(PV3)를 내부 온도 센서(431)로부터 전달 받아 RTP 제어에 활용할 수 있다. Here, if necessary, the
상기 제 3 제어부(360)의 구성을 좀 더 살펴보면, 우선 각 온도 센서들(RTD1, RTD2, RTD3)의 정보와 상기 PID 제어부(320, 340)의 제어 상태 및 냉매에 관한 파라미터 정보를 수집하는 상태 정보 수집부(361)와, 상기 상태 정보 수집부(361)에서 수집된 정보를 통해서 각 열전 소자 블록에 요구되는 열량(에너지 밀도)을 산출하는 에너지 연산부(362)와, 상기 에너지 연산부(362)에서 연산된 열량과 대응되는 열전 소자 블록의 가용 용량 및 그 설정 값을 비교하여 RTP 제어 필요성과 제어량을 파악하여 상기 제 1 제어부(320)나 제 2 제어부(340) 대신 열전 소자 블록을 제어하거나 제어를 중단하는 RTPC(RTP Control) 관리부(363)를 포함한다. Looking at the configuration of the
한편, 상기 제어 정보 관리부(310)는 설정값(SV)을 기준으로 제 1 설정값과 제 2 설정값을 결정하는데, 앞서 설명했던 것처럼 제 2 설정값은 설정값에 대응되도록 하면서 제 1 설정값은 그와 약간의 편차를 가지도록 한다. 또한, 상기 제 3 제어부(360)의 에너지 모니터링 값을 통해서 필요한 경우 상기 제 1 제어부(320)의 제어를 중단하고 제 2 제어부(340)로만 PID 제어를 수행하도록 할 수 있다. Meanwhile, the
더불어, 도시된 구성에서 제어 정보 관리부(310)와 제 3 제어부(360)는 구분되어 구성되지만, 실질적으로는 단일 구성으로 이루어질 수 있다.
In addition, although the control
상기 도 6의 구성을 통해서 부하(430)에 대한 온도를 제어하는 경우, 예를 들어 상기 부하(430)가 ESC 척이라고 가정하면, 상기 부하(430)는 RF 전력을 통해서 수시로 온도를 가변한다. In the case of controlling the temperature of the
도 7은 ESC 척의 RF 전력 패턴을 보인 예로서, 도시한 바와 같이 상당히 많은 열량이 부하에 가해지며 그에 따라 부하의 온도는 급격하게 변화되게 된다.FIG. 7 shows an example of the RF power pattern of the ESC chuck. As shown in FIG. 7, a considerable amount of heat is applied to the load, and thus the temperature of the load changes rapidly.
도 8은 도 7의 전력 패턴에 의해서 부하 내부의 온도가 변화되는 상태를 보인 것으로 도 6의 PV3 값에 해당한다.FIG. 8 illustrates a state in which a temperature inside the load is changed by the power pattern of FIG. 7, which corresponds to the PV3 value of FIG. 6.
이러한 RF 전력 패턴 값이 상기 도 6의 제어 정보 관리부(310)나 제 3 제어부(360)에 제공된다면 최적의 온도 제어 패턴을 미리 만들어 두고 그에 따라 제어할 수도 있겠지만, 실질적으로 반도체 장비 제조사는 칠러나 온도제어 시스템 제조사와 상이하며 그에 따라 내부 전력 제공 패턴에 대한 정보를 제공하지 않는다. 더불어, 도 8과 같은 온도 변화에 대한 직접적인 정보 역시 제공하는 경우가 매우 드물다.If the RF power pattern value is provided to the control
결국, RF 전력에 의해 도 8과 같이 급격하게 변화되는 부하의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해서 칠러는 회수 냉매의 온도만을 통해서 이에 대응하게 되는데, 온도가 급격하게 변화되는 PID 제어를 통해 효과적으로 대응하기 어렵다. 하지만, 이를 앞서 설명한 RTP 제어를 통해서 PID 제어로 급격한 변화에 대응하기 어려운 경우 PID 제어 대신 적절한 필요 열량(혹은 그 이상)으로 열전소자 블록을 직접 제어할 경우 온도 제어 신뢰성이 높아지며, 필요한 열량을 실시간 모니터링하여 그에 따라 적절한 순간 개입하여 실제 필요한 열량이나 용이한 제어를 위해 그 이상의 열량을 제공함으로써 최적으로 구동할 수 있게 되는 것은 물론이고 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.As a result, in order to maintain a constant internal temperature of the load which is suddenly changed by the RF power as shown in FIG. 8, the chiller responds only through the temperature of the recovered refrigerant, and effectively responds through PID control where the temperature is rapidly changed. it's difficult. However, if it is difficult to cope with rapid change by PID control through the RTP control described above, if the thermoelectric element block is directly controlled with the required heat amount (or higher) instead of PID control, the temperature control reliability is increased and the required heat amount is monitored in real time. Therefore, it is possible to minimize the unnecessary power consumption as well as to operate optimally by providing the appropriate amount of heat for easy control by actually intervening at an appropriate moment.
도 9는 앞서 설명한 도 8의 온도 변화에 대응하기 위한 도 6의 구성을 통해 제 1 열전소자 블록을 RTP 제어를 수행한 경우의 제어된 냉매 온도(PV1: 제 1 열전소자 블록을 통해 냉온제어된 냉매의 온도)를 보인 것이다. FIG. 9 illustrates a controlled refrigerant temperature (PV1) when the first thermoelectric element block is RTP controlled through the configuration of FIG. 6 corresponding to the temperature change of FIG. Temperature of the refrigerant).
설정값(SV)의 온도가 25도인 경우 부하 내부의 온도(PV3)가 급격하게 변화되는 경우 그에 따른 공급 냉매의 온도를 25도로 유지하기 위하여 온도가 급격하게 변화되는 시점에서 필요 열량을 모니터링한 결과 PID 제어로는 대응하기가 어려운 상태로 판단하여 일정 기간 RTP 제어를 실시한다. 이러한 RTP 제어는 실제 필요한 열량에 대응하여 제 1 열전소자 블록을 직접 제어하므로 도시된 바와 같이 냉온 제어된 냉매의 온도(PV1) 변화는 급격한 부하의 온도 변화에 비해 극히 안정적임을 알 수 있다. 이후, RTPC를 중단하고 다시 PID 제어를 통해 냉온제어하는 경우 온도 변화가 PID 제어 범위 내에 속할 정도의 수준이지만 냉매 온도(PV1)가 일부 불안정하게 출력됨을 알 수 있다. 하지만, 이 정도의 냉매 온도(PV1)와 설정 온도(SV)의 차이는 후속 구성된 제 2 열전소자 블록의 PID 제어를 통해서 충분히 안정적으로 출력할 수 있다. When the temperature of the set value SV is 25 degrees, when the temperature PV3 inside the load is suddenly changed, the necessary heat quantity is monitored at the time when the temperature is rapidly changed to maintain the temperature of the supply refrigerant accordingly. It is determined that it is difficult to cope with PID control, and RTP control is performed for a certain period of time. Since the RTP control directly controls the first thermoelectric element block in response to the actual amount of heat required, it can be seen that the temperature PV1 change of the cold-controlled refrigerant is extremely stable as shown in FIG. Afterwards, if the RTPC is stopped and cold controlled again through PID control, it can be seen that the temperature change is within the PID control range, but the refrigerant temperature PV1 is partially unstable. However, such a difference between the refrigerant temperature PV1 and the set temperature SV may be sufficiently stably output through PID control of the second thermoelectric element block.
도 10은 열전소자 블록에 대한 가용 용량 테이블을 보인 것으로, 열전소자 블록은 하나 이상의 열전소자 모듈을 이용하여 구성되며, 각 열전소자 모듈의 경우 온도에 따라 가열 능력과 냉각 능력에 대한 특성 정보를 확인할 수 있다. 이는 대부분의 경우 도시된 경우와 같이 표의 형태로 해당 특성 정보를 확인하고, 표 사이의 값은 적절한 비례 방식을 통해서 산출하게 된다. FIG. 10 shows an available capacity table for a thermoelectric element block. The thermoelectric element block is configured using one or more thermoelectric element modules. For each thermoelectric element module, the characteristic information on the heating capacity and the cooling capacity is determined according to temperature. Can be. In most cases, the characteristic information is checked in the form of a table as shown in the drawing, and the values between the tables are calculated through an appropriate proportional method.
도시된 가용 용량 테이블은 본 발명의 실시예에 적용된 2KW 급 열전소자에 대한 가용 용량 테이블을 나타낸 것으로, 예를 들어 20도인 경우 1942.40W의 전력을 가하면 최대 냉각 용량이 1519.85W이며, 극성을 반대로 하여 1796W를 가하면 3131.33W의 최대 가열 용량을 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다. The usable capacity table shown shows a usable capacity table for a 2KW thermoelectric element applied to an embodiment of the present invention. For example, when the power is 1942.40W at 20 degrees, the maximum cooling capacity is 1519.85W. It can be seen that adding 1796W can provide a maximum heating capacity of 3131.33W.
결국, 이러한 특성 정보를 활용할 경우 예를 들어 25도에서 해당 열전소자 블록을 통해서 1671.52W의 열량이 필요하다면 해당 열전소자에 1947.49W의 전력을 가하여 해당 열량을 만큼 냉매를 냉각시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 더불어 해당 전력이 최대 용량이기 때문에 2KW급 열전소자라고 하여 2000W의 전력을 가하더라도 1671.52W 이상의 열량을 제공할 수 없다는 것을 알 수 있으므로 25도에서 최대 냉각을 위해서는 1947.49W가 전력 소모 효율을 높일 수 있는 최적 전력임을 알 수 있다. 그에 따라 RTP 제어의 경우 최대로 동작할 경우 25도 2KW급 열전소자 모듈에는 1947.49W의 전력을 제공한다.
After all, if the characteristic information is utilized, for example, if a heat quantity of 1671.52W is needed through the thermoelectric element block at 25 degrees, it is possible to apply 1947.49W of electric power to the thermoelectric element to cool the refrigerant by the amount of heat. have. In addition, since the power is the maximum capacity, it can be seen that 2KW-class thermoelectric element cannot provide more than 1671.52W of heat even if 2000W of power is applied, so 1947.49W can increase power consumption efficiency for maximum cooling at 25 degrees. It can be seen that the optimum power. As a result, RTP control provides 1947.49W of power to a 25-degree 2KW thermoelectric module when operating at maximum.
이러한 RTP 제어에 대한 좀 더 상세한 예를 설명하면 다음과 같다. A more detailed example of such RTP control is as follows.
예를 들어, 도 6에 구성되는 열전소자의 용량은 총 8KW급(냉매 유량 30LPM)이며, 제 1 열전소자 블록은 2KW 열전소자 모듈을 병렬로 구성하고, 제 2 열전소자 블록도 동일하게 구성했다고 가정한다. For example, the capacities of the thermoelectric elements shown in FIG. 6 are 8 kW (refrigerant flow rate 30LPM) in total, and the first thermoelectric element block includes the 2 kW thermoelectric module in parallel, and the second thermoelectric element block is configured in the same way. Assume
예를 들어 설정값(SV)이 25도, 제 1설정값(SV1)이 26도, 제 2설정값(SV2)이 25도이며, 회수 냉매의 온도가 27도인 경우라면, 제 1 열전소자에서 필요한 열량을 소정의 파라미터를 기준으로 계산하면 온도 편차가 1도일 때 957.5W의 열량이 필요하다. 그리고, 제 2열전소자 역시 온도 편차가 동일하므로 957.5W의 열량이 필요하다.For example, if the set value SV is 25 degrees, the first set value SV1 is 26 degrees, the second set value SV2 is 25 degrees, and the temperature of the recovered refrigerant is 27 degrees, the first thermoelectric element may be If the required heat is calculated based on a predetermined parameter, a heat of 957.5 W is required when the temperature deviation is 1 degree. In addition, since the temperature difference is the same, the second thermoelectric element requires 957.5 W of heat.
한편, 각 열전소자 블록의 경우 가용 용량의 50% 이상의 열량이 필요한 경우 RTP 제어를 실시한다고 설정했다고 하면 다음과 같은 제어 방식을 예상할 수 있다. On the other hand, if each thermoelectric element block is set to perform RTP control when 50% or more of the available capacity of the heat capacity is required, the following control method can be expected.
우선, 현재 상황을 보면 제 1 열전소자 블록은 4KW급이므로 도 10의 표를 2배하여 확인해 보면 25도에서 냉각 최대 용량은 1671.52*2=3343.04W가 된다. 그렇다면 현재 필요한 열량으로 계산된 값은 957.5W이므로 최대 용량의 28.6% 정도에 해당하므로 PID 제어를 유지한다. First, in the current situation, since the first thermoelectric element block is 4KW class, the maximum capacity of the cooling is 1671.52 * 2 = 3343.04W at 25 degrees when double-checking the table of FIG. 10. If so, the calculated value is 957.5W, which is about 28.6% of the maximum capacity, so maintain PID control.
만일, 회수 냉매의 온도가 27.5도가 되는 경우라면, 순간적 필요 열량은 1436.25W가 된다. 제 1 열전소자 블록의 가용 냉각 용량인 3343.04W의 42.9%에 해당하므로 이러한 상황에서는 여전히 PID 제어가 유지될 수 있다. If the temperature of the recovered refrigerant is 27.5 degrees, the instantaneous required heat amount is 1436.25W. PID control can still be maintained in this situation as it corresponds to 42.9% of the available cooling capacity of 3343.04W of the first thermoelement block.
만일, 회수 온도가 갑자기 29도가 되는 경우라면, 순간적 필요 열량은 2872.5W가 된다. 제 1 열전소자 블록의 가용 냉각 용량인 3343.04W의 85.9%에 해당하므로 이 경우 28% 정도로 제어되던 상황에서 갑자기 85.9%로 출력해야 하는 상황이 된 것이다. PID 제어의 경우 28%에서 85.9% 출력이 되는 시간이 상당히 걸리며 그동안 출력은 불안정하게 되므로 PID 제어를 중단하고 RTP 제어를 실시한다. 즉, 85.9%의 출력이 되도록 제 1 열전소자 블록에 1672.89W를 직접 인가하며, 필요한 경우 100%의 출력이 되도록 1947.49W를 직접 인가할 수 있다. 이후, 회수 냉매 온도가 50% 출력인 경우의 회수 냉매 온도인 27.7도 이하가 되는 경우 RTP 제어를 중단하고 PID 제어로 복귀하도록 한다.If the recovery temperature suddenly reaches 29 degrees, the instantaneous required calorific value is 2872.5 W. Since it corresponds to 85.9% of the available cooling capacity of 3343.04W of the first thermoelectric element block, in this case, the output was suddenly output to 85.9% while being controlled at about 28%. In the case of PID control, it takes a long time from 28% to 85.9% output, and during that time, the output becomes unstable, so stop PID control and perform RTP control. That is, 1672.89W may be directly applied to the first thermoelectric element block to have an output of 85.9%, and 1947.49W may be directly applied to provide 100% of output if necessary. Thereafter, when the recovery refrigerant temperature reaches 27.7 degrees or less, which is the recovery refrigerant temperature when the output is 50%, the RTP control is stopped and the control returns to PID control.
만일, 회수 냉매의 온도가 제 1 열전소자 블록의 최대 용량을 초과하는 온도라면 제 1 열전소자 블록을 최대 용량으로 동작시키고, 제 2 열전소자 블록을 통해 초과되는 온도를 기준으로 상기와 같은 방식으로 PID 제어를 유지하거나 RTP 제어를 선택하여 실시할 수 있다.
If the temperature of the recovered refrigerant exceeds the maximum capacity of the first thermoelectric element block, the first thermoelectric element block is operated at the maximum capacity, and in the above manner based on the temperature exceeded through the second thermoelectric element block. This can be done by maintaining PID control or by selecting RTP control.
이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다. The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. .
100: 온도 제어 시스템의 열교환 구성 111~113: 온도센서
120: 냉매 탱크 130: 펌프
140: 제 1 열전소자 블록 150: 제 2 열전소자 블록
210: 제 1 PID 제어부 220: 제 2 PID 제어부
230: RTP 제어부 310: 제어 정보 관리부
320: 제 1 제어부 340: 제 2 제어부
330, 340: H/C 구동부 360: 제 3 제어부
410: 제 1 열전소자 블록 420: 제 2 열전소자 블록
430: 부하100: heat exchange configuration of
120: refrigerant tank 130: pump
140: first thermoelectric element block 150: second thermoelectric element block
210: first PID controller 220: second PID controller
230: RTP control unit 310: control information management unit
320: first control unit 340: second control unit
330, 340: H / C drive unit 360: third control unit
410: first thermoelectric element block 420: second thermoelectric element block
430: load
Claims (17)
상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매를 수집하는 냉매 탱크와;
상기 냉매 탱크의 냉매를 냉온 제어하여 상기 작용부하에 공급하는 제 2 열전소자 블록과;
상기 작용부하로부터 회수되는 냉매 온도, 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매의 온도 및 상기 제 2 열전소자 블록을 통해 작용부하에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부와;
상기 제 1 열전소자 블록과 상기 제 2 열전소자 블록을 각각 PID 제어하는 PID 제어부와;
상기 온도 센서부의 측정값을 이용하여 산출되는 필요 열량과 상기 각 열전소자 블록의 가용 용량을 기준으로 기 설정된 값을 초과하는 경우 적어도 일측의 열전소자 블록의 PID 제어를 중단하고 상기 필요 열량을 제공하도록 상기 일측 열전소자 블록을 직접 제어하는 RTP(Recipe to Power) 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템.
A first thermoelectric element block for controlling the cooling of the refrigerant recovered from the working load of the semiconductor manufacturing facility;
A refrigerant tank collecting refrigerant supplied through the first thermoelectric element block;
A second thermoelectric element block for controlling the coolant of the coolant tank to be cooled and supplied to the working load;
A temperature sensor unit for measuring a refrigerant temperature recovered from the working load, a temperature of the coolant supplied through the first thermoelectric element block, and a temperature of a coolant supplied to the working load through the second thermoelectric element block;
A PID controller configured to PID control the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element block;
To stop PID control of at least one thermoelectric element block and provide the required calorie value when the required heat amount calculated using the measured value of the temperature sensor unit and a preset value based on the available capacity of each thermoelectric element block are exceeded. Real-time calorie monitoring-based thermoelectric element temperature control system for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that it comprises a RTP (Recipe to Power) control unit for directly controlling the one-side thermoelectric element block.
The method of claim 1, wherein the RTP controller directly controls the one thermoelectric block, and when the amount of heat required in the one thermoelectric block decreases to less than or equal to a preset value of the available capacity of the block, the control of the one thermoelectric block is performed. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that the PID control unit to perform.
The method of claim 2, wherein when the one-side thermoelectric element block is PID controlled again after the direct control stop of the RTP control unit, the PID control unit starts PID control by setting a preset value of the available capacity, which is a criterion for stopping the RTP control, as an initial value. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility.
The thermoelectric device of claim 1, wherein the RTP control unit controls the thermoelectric element block of the one side to provide an output higher than the required amount of heat at least in the initial stage of control. Temperature control system.
The method of claim 1, wherein the RTP control unit directly preferentially directly controls the first thermoelectric element block, the required amount of heat of the second thermoelectric element block in the situation that the first thermoelectric element block is directly controlled the second thermoelectric element block The thermoelectric element temperature control system of a real-time calorie monitoring system for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that the second thermoelectric element block also stops and directly controls the PID control when the available value of the capacity exceeds.
The method of claim 5, wherein the RTP controller directly controls the first thermoelectric element block sequentially in the order of the second thermoelectric element block in direct control, and the PID control return after the direct control stops is performed in the first thermoelectric element in the second thermoelectric element block. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that the element block in order.
The method of claim 1, wherein the RTP control unit stops the control of the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element through the PID control unit when the amount of heat required for the thermoelectric element falls within the range of available capacity of the second thermoelectric element block. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that only the element block maintains PID control.
The semiconductor manufacturing method of claim 1, wherein the RTP controller further receives driving power information for causing a change in the internal temperature of the working load or a temperature change of the working load from the working load to calculate a required amount of heat for each thermoelectric element block. Thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for facilities.
The method of claim 1, wherein the required heat amount for the thermoelectric element block is calculated by using specific heat, flow rate, density, and temperature deviation of the thermoelectric element to be controlled at a low temperature. Thermoelectric temperature control system.
The method of claim 9, wherein the RTP control unit separately receives specific heat, flow rate, and density information of the used refrigerant as an energy calculation parameter, and obtains a temperature deviation from the refrigerant temperature of the temperature sensor unit and control temperature information of the thermoelectric element block. Thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for semiconductor manufacturing equipment.
According to claim 1, The available capacity of the thermoelectric element block based on real-time calorie monitoring for the semiconductor manufacturing equipment, characterized in that calculated based on the heating or cooling capacity characteristic table or characteristic calculation formula for the maximum input power of the thermoelectric element block for each temperature Thermoelectric temperature control system.
The method of claim 1, wherein the RTP control unit is characterized in that the required amount of heat for the thermoelectric element block exceeds the predetermined value between 40 to 70% of the available capacity of the thermoelectric element block or the amount of change in the available capacity to provide the required heat amount A thermoelectric temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that the thermoelectric block is immediately controlled with an output in the available capacity corresponding to the required calorific value in order to reduce the PID control time when the set value is exceeded.
상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매를 수집하는 냉매 탱크와;
상기 냉매 탱크의 냉매를 냉온 제어하여 상기 작용부하에 공급하는 제 2 열전소자 블록과;
상기 작용부하로부터 회수되는 냉매 온도, 상기 제 1 열전소자 블록을 통해 공급되는 냉매의 온도 및 상기 제 2 열전소자 블록을 통해 작용부하에 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부와;
상기 제 1 열전소자 블록과 상기 제 2 열전소자 블록을 각각 PID 제어하는 PID 제어부와;
사용 냉매의 비열, 유량, 밀도 정보를 에너지 연산 파라미터로 별도 입력받고, 상기 온도센서부의 냉매 온도와 제 1 열전소자 블록의 목표 제어 온도 정보를 통해 온도 편차를 구하여 상기 제 1 열전소자 블록에서의 필요 열량을 구하고, 상기 필요 열량이 상기 제 1 열전소자 블록의 가용 용량에서 기 설정된 기준을 초과하는 경우 상기 제 1 열전소자 블록의 PID 제어를 중단하고 상기 필요 열량을 제공하도록 상기 제 1 열전소자 블록을 직접 제어하는 RTP 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비를 위한 실시간 열량 모니터링 기반 열전소자 온도제어 시스템.
A first thermoelectric element block for controlling the cooling of the refrigerant recovered from the working load of the semiconductor manufacturing facility;
A refrigerant tank collecting refrigerant supplied through the first thermoelectric element block;
A second thermoelectric element block for controlling the coolant of the coolant tank to be cooled and supplied to the working load;
A temperature sensor unit for measuring a refrigerant temperature recovered from the working load, a temperature of the coolant supplied through the first thermoelectric element block, and a temperature of a coolant supplied to the working load through the second thermoelectric element block;
A PID controller configured to PID control the first thermoelectric element block and the second thermoelectric element block;
The specific heat, flow rate, and density information of the refrigerant used are separately input as energy calculation parameters, and the temperature deviation is obtained from the temperature sensor unit through the refrigerant temperature and the target control temperature information of the first thermoelectric element block, and thus the necessity in the first thermoelectric element block is required. The calorific value is calculated, and the first thermoelectric element block is interrupted to stop PID control of the first thermoelectric element block and provide the necessary calorie value when the required calorie value exceeds a predetermined reference value in the available capacity of the first thermoelectric element block. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that it comprises a direct control RTP control unit.
The method of claim 13, wherein the RTP controller directly controls the first thermoelectric element block, and when the amount of heat required in the first thermoelectric element block is reduced to be less than or equal to a preset value of the available capacity of the block. Real-time calorie monitoring-based thermoelectric element temperature control system for a semiconductor manufacturing facility, characterized in that to control the PID control unit.
The method of claim 14, wherein when the first thermoelectric element block is PID-controlled again after stopping the RTP control, the PID controller starts the PID control by setting a preset value of the available capacity, which is a reference for stopping the RTP control, as an initial value. A thermoelectric element temperature control system based on real-time calorie monitoring for a semiconductor manufacturing facility.
The thermoelectric temperature control system of claim 13, wherein the RTP controller controls the first thermoelectric element block to provide an output higher than the required calorific value when the first thermoelectric element block is directly controlled.
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