초록
본 논문은 반도체 웨이퍼 공정 배기가스 수분제어장치에 적용하기 위하여 인덕션 히터를 사용해서 안전하고 효율적인 전력을 사용하는 히터에 대한 설계방법을 제안한다. 수분을 제거하기 위해서 질소 가스의 흡열 반응을 발생하는 필라멘트 히터를 이용하여 배기가스 제거 시스템이 만들어진다. 이론적인 최적화와 전기적인 구현을 통해서 인덕션 이론은 반도체 웨이퍼 공정 배기가스 시스템을 위한 인덕션 히터 설계과정에 적용되어진다. 제안한 인덕션 히터 설계는 에너지 측면에서 비효율적이고 신뢰성이 떨어지며 안전하지 못한 현재의 설계문제에 대한 해결책을 제시한다. 인덕션 히터의 강인성과 미세조정 설계기법이 질소 히터의 사양내에서 에너지 소모를 최적화한다. 최적화는 배기 파이프의 공진주파수에 의해서 특성화된 ZVS(Zero Voltage Switching)를 기초로 이루어진다. 시스템에서 끼어진 고장 안전(fail-safe) 에너지 리미터는 MOSFET의 궤환 제어를 통하여 전압 레귤레이터를 사용하고 N2 히터 유닛의 사양이내에서 작동하기 위한 성능을 만족하도록 한다. 수치 해석과 설계의 우수성을 위한 기존의 필라멘트 히터와 미세조정한 인덕션 히터 설계의 사양과 성능비교는 제안한 인덕션 히터 설계방법이 우수함을 보여준다.
This paper introduces a safer and more power efficient heater by using induction heating, to apply to the semiconductor wafer fabrication exhaust gas cleaning system. The exhaust gas cleaning system is currently made with filament heater that generates an endothermic reaction of N2 gas for the removal of moisture. Induction theory, through the bases of theoretical optimization and electronic implementation, is applied in the design of the induction heater specifically for the semiconductor wafer exhaust system. The new induction heating design provides a solution to the issues with the current energy inefficient, unreliable, and unsafe design. A robust and calibrated design of the induction heater is used to optimize the energy consumption. Optimization is based on the calibrated ZVS induction circuit design specified by the resonant frequency of the exhaust pipe. The fail-safe energy limiter embedded in the system uses a voltage regulator through the feedback of the MOSFET control, which allows the system performance to operate within the specification of the N2 Heater unit. A specification and performance comparison from current conventional filament heater is made with the calibrated induction heater design for numerical analysis and the proof of a better design.