공장 내 온도를 정확하게 제어하는 방법
“스마트” 공장을 구축하려 한다면, 자동화가 가장 어려운 부분이 아니라는 것을 금방 깨닫게 됩니다. 진짜 문제는 데이터입니다. 실시간으로 정보를 제공해주는 시스템이 필요합니다. 반도체 가열 과정에서는 더 이상 추측에 의존하지 않고, 고밀도 적외선 센서와 정밀한 온도 센서를 함께 사용하여 데이터를 측정합니다. 이것이야말로 수동적인 검사 방식을 버리고 공정을 디지털화할 수 있는 유일한 방법입니다.
왜 적외선 센서를 사용하는가?
적외선 센서는 아무것에도 닿지 않아도 상태를 파악할 수 있기 때문에 훌륭합니다. 반응 속도도 매우 빠릅니다. 반면, 기존의 가열 장치는 전도 방식을 사용하기 때문에 반응 속도가 매우 느립니다. 적외선 센서는 웨이퍼 표면에 직접 닿아 즉시 데이터를 제공합니다.
우리는 공장의 설계 단계에서부터 이러한 적외선 센서를 활용하여 전체 기판에 열이 고르게 분배되도록 합니다. 만약 특정 부분이 과도하게 뜨거워진다면, 그 웨이퍼들은 모두 폐기될 수밖에 없습니다. 이는 누구도 원하지 않는 최악의 상황입니다.
온도 센서의 한계
적외선 센서는 전체적인 상황을 알려주지만, 온도 센서는 특정 지점에서의 실제 온도를 정확하게 알려줍니다.
문제는 센서의 특성입니다. 열 용량이 낮은 센서가 필요합니다. 만약 센서가 너무 크다면 반응 속도가 느려집니다. 그러면 PID 제어기가 목표 온도를 초과하여 작동하게 됩니다. 이는 정밀도를 저하시키는 문제를 일으킵니다.
디지털화의 단점
이러한 데이터를 모니터링 시스템에 포함시키려면 모든 데이터를 디지털 변환기를 통해 처리해야 합니다. 이렇게 하면 가열 과정의 디지털 트윈을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 매우 효과적입니다.
하지만 고주파 샘플링은 전자 잡음을 유발할 수 있습니다. 만약 배선을 제대로 하지 않고 온도 센서의 선을 고전압 적외선 선과 가까이 놓는다면, 데이터에는 잡음이 가득할 것입니다. 신호를 깨끗하게 유지하려면 차폐된 케이블을 사용하고 접지를 완벽하게 해야 합니다. 그렇지 않으면 “스마트” 공장도 결국은 추측에 불과합니다.