KR101249469B1

KR101249469B1 - 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템

Info

Publication number: KR101249469B1
Application number: KR1020110113478A
Authority: KR
Inventors: 한민진; 공정택; 이영실; 김지연
Original assignee: (주)테키스트
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-04-01

Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 온도조절장치인 칠러(chiller)에 열전모듈(Thermoelectric Module)을 적용하여 냉매를 냉각 또는 가열상태로 전환하도록 하는 경우 발생되는 데드존의 제어 불안정을 회피함과 아울러 업다운 모드를 추가하여 그 반응 속도를 개선할 수 있도록 한 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템에 관한 것으로, 열전모듈 블록을 복수로 구성하고 데드존에 해당하는 제어값이 얻어질 경우 열전모듈 블록을 구분하여 상이한 방식으로 제어함으로써, 실제 PID 제어값이 데드존 영역을 벗어나도록 하여 제어 안정성을 크게 높일 수 있는 효과가 있음과 아울러, 이러한 데드존 제어 중에 설정 온도가 현재 작용부하의 온도보다 일정 수준 이상 크거나 작아질 경우 업 모드 혹은 다운 모드로 동작하도록 함으로써, PID 제어 시 반응속도가 느려지는 데드존 제어의 속도를 개선할 수 있도록 함으로써 제어 안정성과 반응속도를 모두 만족시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과가 있다.

Description

업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템{Dead zone avoiding Temperature Control System for Semiconductor Manufacturing Equipment with Up-down mode}

본 발명은 업다운 모드를 구비하며 데드존(dead zone)을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템에 관한 것으로, 특히 반도체 제조장비의 온도조절장치인 칠러(chiller)에 열전모듈(Thermoelectric Module)을 적용하여 냉매를 냉각 또는 가열상태로 전환하도록 하는 경우 발생되는 데드존의 제어 불안정을 회피함과 아울러 업다운 모드를 추가하여 그 반응 속도를 개선할 수 있도록 한 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템에 관한 것이다.

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.

이러한 반도체 제조 설비의 칠러는 냉매를 가열하거나 냉각시켜 온도를 제어하게 되는데, 기존에는 다양한 히터와 냉각 수단이 적용되어 냉매의 온도를 제어하였다.

도 1은 종래 칠러의 구조를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 냉매 탱크(2)에 저장된 냉매를 순환부(3)에 의해 순환시켜 작용 부하(4)에 제공하며, 이러한 작용부하에 작용되어 온도가 변화된 냉매를 열교환부(1)에서 가열 혹은 냉각하여 냉매의 온도를 일정하게 만들어 냉매 탱크(2)에 제공하도록 구성된다.

상기 열교환부(1)는 냉각부(1a)와 가열부(1b)를 포함하며, 이러한 열교환부(1)의 구조와 제어 방식이 칠러 제작기술의 핵심이라 할 수 있다.

일반적으로 열교환부(1)는 냉각을 위해서 냉매를 이용하고 있는데, 냉동기를 이용하는 기계식 방식의 경우 부피가 크고 소음과 진동이 심하기 때문에 최근에는 소음이 작고 크기가 작으면서도 전자적으로 정밀한 제어가 가능한 열전소자를 이용하는 방식이 많이 사용되고 있다.

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.

일반적으로 상기 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.

하지만, 단일 열전소자를 통해서 냉각과 가열을 동시에 실시할 경우 원하는 온도 제어를 위해 극성이 가변 되는 상황이 자주 발생하게 되므로 소자 파괴 등의 위험이 있고 히스테리시스 영역이 넓기 때문에 정밀 제어가 어려우며 펄스를 통한 디지털 제어도 용이하지 않다. 또한, 가열과 냉각을 전환할 경우 적절한 열교환부를 더 구성해야 한다는 점 또한 단일 열전소자를 가열과 냉각 모두에 사용하는 구성을 쉽게 도입하지 못하도록 하는 요인이 되었다.

따라서, 기존에는 이러한 문제점 때문에 전자식 칠러라 하더라도 냉각은 열전소자를 이용하지만 가열을 위해서 별도의 히터를 더 구성한 방식이 일반적으로 사용되었다.

그러나, 이러한 복수 온도제어 수단을 이용할 경우 구조가 복잡해지고 비용이 증가하며 관리가 어려워지는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서 동 출원인은 등록특허 제10-081749호를 통해서 열전모듈의 극성을 전환하여 냉각 또는 가열모드로 절환될 수 있도록 구성하고 PID 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 사용하도록 한 온도 제어 시스템을 제안한 바 있다.

이를 통해서 단일의 열전모듈로 냉각뿐만 아니라 가열도 할 수 있도록 구성하면서도 열전모듈의 내구성 및 제어정밀도를 향상시켜 냉매를 가열하기 위한 별도의 히터를 생략하여 온도제어 시스템의 경량화와 소형화를 실현하였으며, 제작비용의 감소와 유지보수의 간소화를 이룰 수 있게 되었다.

상기와 같은 전자식 칠러는 냉매를 이용하여 작용부하의 온도를 유지하는 방식이기 때문에 실제 많은 양의 냉매 온도를 가변시키기 위한 제어 조작량은 제어의 대상이 되는 온도 조절량에 비해 상당히 클 수밖에 없다. 즉, 작은 크기의 온도 조절을 위해서도 이를 제어하기 위한 제어 조작량은 상당히 커지게 된다. 따라서, PID 제어에 의한 선형 제어와 극성 제어를 통해 히스테리시스의 크기를 줄여 반응성을 높였다 하더라도 애초에 작은 온도 조절을 위해서도 큰 값으로 제어가 이루어져야 한다는 점 때문에 단일 열전소자를 이용하여 냉각과 가열을 모두 실시할 경우 원하는 온도를 유지하기 위한 PID 출력량과 극성은 자주 가변할 수밖에 없다. 예를 들어 원하는 온도에서 1도만 다른 값이 검출되더라도 이를 원하는 온도로 맞추기 위해서는 열전소자를 그 몇 배의 온도로 가변시켜야 원하는 제어 시간 내에 온도 조절이 가능하게 되며, 원하는 온도를 맞추기 위해서는 냉각과 가열을 가변하면서 조절할 수밖에 없어 큰 값의 전압이 상이한 극성으로 교차되면서 열전소자에 가해지게 된다. 이는 열전소자의 수명을 줄이고 큰 제어량의 극성 교차에 의해 원하는 온도 역시 목표 온도에 수렴하지 못하고 가변을 지속하게 되는 문제(온도 헌팅(hunting))를 발생시킨다. 이렇게 원하는 온도 근처에서 제어출력과 실제 온도가 가변되는 제어 불안정 영역(주로 조작량의 -10~10% 영역 정도)을 데드존(Dead zone)이라 한다.

이러한 데드존에서의 제어 불안정은 제어 수단을 열전소자로 단일화시켜 달성한 크기 감소, 구성 단순화, 비용 감소, 관리비 감소, 소음 감소 등의 다양한 장점을 퇴색시키는 문제점으로 지적되고 있다.

따라서, 기왕에 열전모듈(TEM) 블록만을 이용면서 PID 제어와 극성 전환을 통해 제어 정밀도, 속도, 크기, 비용, 관리 등에 뛰어난 효과를 제공하도록 구성된 전자식 칠러의 다양한 장점을 활용하기 위해서는 이러한 데드존에서의 제어 불안정을 효과적으로 해결해야 할 필요가 있다.

등록특허 10-0817419

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 열전모듈 블록을 개별 제어가 가능한 복수의 그룹으로 구분하여 구성한 후 제어 출력이 데드존에 해당할 경우 일측 그룹의 열전모듈 블록을 제어 출력과 무관한 고정값을 제공하도록 하고 나머지 그룹의 열전모듈 블록을 통해 제어가 이루어지도록 함과 아울러, 이러한 데드존 제어 중에 설정 온도가 현재 작용부하의 온도보다 일정 수준 이상 크거나 작아질 경우 업 모드 혹은 다운 모드로 동작하도록 함으로써, PID 제어 시 반응속도가 느려지는 데드존 제어의 속도를 개선할 수 있도록 한 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 다른 목적은 열전모듈 블록을 개별 제어가 가능한 복수의 그룹으로 구분하여 구성하고 각각의 그룹에 대한 전원을 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 하여 제어영역이 데드존에 근접할 경우 일부 그룹의 전원을 차단함으로써 나머지 그룹의 제어영역이 데드존에서 멀어지도록 하며, 최소한의 그룹으로만 제어되는 상황에서 제어영역이 데드존에 속하면 차단되었던 일측 그룹의 열전모듈 블록을 제어 출력과 무관한 고정값을 제공하도록 하여 제어 중인 그룹의 제어영역이 데드존을 회피하도록 함과 아울러, 이러한 데드존 회피를 위한 데드존 제어 중 설정 온도가 현재 작용부하의 온도보다 일정 수준 이상 크거나 작아지면 상기 제공중인 고정값을 제거하거나 제어 방향으로 최대한 동작하도록 한 업다운 모드를 추가하여 데드존 제어 중 반응 속도를 크게 개선할 수 있도록 한 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 다른 목적은 열전모듈 블록을 PID 선형 제어 방식으로 제어하여 가열과 냉각이 모두 가능하도록 한 구성을 그대로 수용하여 소형이며 진동이 작고 구성이 간단하며 저렴한 기존 장점을 모두 유지한 상태에서 제어부에 데드존 회피 구성과 업다운 모드 운영 구성을 추가하고 기 적용되는 열전모듈 블록만을 복수로 구성하는 비교적 간단한 구조 변형만으로 심각한 제어 불안을 야기하는 데드존 문제를 근본적으로 해결하면서도 반응 속도를 개선하도록 한 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와; 수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와; 반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 얻은 제어량으로부터 제어 출력량과 극성 신호를 산출하고, 상기 제어량이 속하는 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하며, 해당 데드존 제어 과정에서 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상이면 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 상기 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 상기 극성전환부를 통해 온도 차가 해소되는 방향으로 제어하는 업다운 모드 제어를 수행하는 메인 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 메인 제어부는 반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와; 상기 PID 연산부의 제어 출력량과 극성 신호에 따른 제어 범위가 기 설정된 데드존에 해당하는 경우 상기 열전모듈 블록부에서 적어도 하나의 열전 모듈 블록은 고정된 출력을 제공하고 제어 가능한 나머지 열전 모듈 블록은 상기 PID 연산부의 제어 출력에 따라 온도를 제어하도록 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 연산부와; 상기 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와; 상기 설정온도 판단부의 판단 결과에 따라 업 모드 혹은 다운 모드 동작을 결정하여 데드존 제어를 위한 고정 출력의 극성과 출력량에 대한 정보를 상기 데드존 연산부에 제공하는 업다운 모드 운영부를 포함한다.

상기 메인 제어부는 상기 PID 연산부의 제어량이 속하는 제어 영역에 따라 상기 각 열전모듈 블록에 대한 제어 전원을 제공하는 상기 극성전환부의 제어 전원 제공 수단의 전원을 선택적으로 차단하여 사용할 열전 모듈 블록의 수를 제한하는 제어 전원 관리부를 더 포함할 수 있다.

상기 메인 제어부는 업다운 모드 제어 시, 현재 온도보다 설정 온도가 기 설정된 편차 임계치 이상 높을 경우 상기 데드존 제어를 위해 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 0 내지 100% 가열상태로 제어하는 업 모드를 수행하고, 현재 온도보다 설정 온도가 기 설정된 편차 임계치 이상 낮을 경우 상기 데드존 제어를 위해 고정 출력이 제공되던 열전 모듈 블록을 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 0 내지 100% 냉각상태로 제어하는 다운 모드를 수행한다.

상기 업 모드 혹은 다운 모드 시 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록은 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 100% 가열 혹은 냉각 상태로 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전모듈 블록을 통해 가열과 냉각을 모두 실시하며 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템으로서, 열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와; 수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와; 반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와; 상기 PID 연산부의 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하는 데드존 연산부와; 상기 데드존 연산부에 의해 데드존 제어가 실시되는 중에 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와; 상기 설정온도 판단부의 판단에 따라 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 상기 데드존 연산부를 통해 상기 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 상기 온도 차가 해소되는 방향으로 제어하도록 하는 업다운 모드 운영부를 포함하여 이루어진다.

상기 극성전환부는 하나 이상의 열전모듈 블록들을 개별적으로 제어하는 복수의 SMPS와 상기 SMPS에 선택적으로 전원을 인가하는 스위치부를 구비하며, 상기 PID 연산부가 산출한 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위에 따라 사용할 SMPS를 제한하는 제어전원 관리부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전모듈 블록을 통해 가열과 냉각을 모두 실시하며 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템으로서, 열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와; 수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와; 반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와; 상기 PID 연산부의 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하는 데드존 연산부와; 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와; 상기 설정온도 판단부의 판단에 따라 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 제어중인 열전모듈 블록 중 적어도 일부를 온도 제어와 무관하게 상기 온도 차가 해소되는 방향으로 기 설정된 출력으로 고정하는 업다운 모드 운영부를 포함하여 이루어진다.

본 발명 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전모듈 블록을 복수로 구성하고 데드존에 해당하는 제어값이 얻어질 경우 열전모듈 블록을 구분하여 상이한 방식으로 제어함으로써, 실제 PID 제어값이 데드존 영역을 벗어나도록 하여 제어 안정성을 크게 높일 수 있는 효과가 있음과 아울러, 이러한 데드존 제어 중에 설정 온도가 현재 작용부하의 온도보다 일정 수준 이상 크거나 작아질 경우 업 모드 혹은 다운 모드로 동작하도록 함으로써, PID 제어 시 반응속도가 느려지는 데드존 제어의 속도를 개선할 수 있도록 함으로써 제어 안정성과 반응속도를 모두 만족시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과가 있다.

본 발명 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전모듈 블록을 개별 제어가 가능한 복수의 그룹으로 구분하여 구성하고 각각의 그룹에 대한 전원을 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 하여 제어영역이 데드존에 근접할 경우 일부 그룹의 전원을 차단함으로써 나머지 그룹의 제어영역이 데드존에서 멀어지도록 하며, 최소한의 그룹으로만 제어되는 상황에서 제어영역이 데드존에 속하면 차단되었던 일측 그룹의 열전모듈 블록을 제어 출력과 무관한 고정값을 제공하도록 하여 제어 중인 그룹의 제어영역이 데드존을 회피하도록 함과 아울러, 이러한 데드존 회피를 위한 데드존 제어 중 설정 온도가 현재 작용부하의 온도보다 일정 수준 이상 크거나 작아지면 상기 제공중인 고정값을 제거하거나 제어 방향으로 최대한 동작하도록 한 업다운 모드를 추가하여 데드존 제어 중 반응 속도를 크게 개선할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명 실시예에 따른 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템은 열전모듈 블록을 PID 선형 제어 방식으로 제어하여 가열과 냉각이 모두 가능하도록 한 구성을 그대로 수용하여 소형이며 진동이 작고 구성이 간단하며 저렴한 기존 장점을 모두 유지한 상태에서 제어부에 데드존 회피 구성과 업다운 모드 운영 구성을 추가하고 기 적용되는 열전모듈 블록만을 복수로 구성하는 비교적 간단한 구조 변형만으로 심각한 제어 불안을 야기하는 데드존 문제를 근본적으로 해결하면서도 반응 속도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 이는 기존 시스템에 대해서도 쉽게 적용이 가능하므로 용이한 시스템 업그레이드를 유도할 수도 있어 시스템 관리에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 칠러의 구성도.
도 2는 열전소자 극성전환 방식을 적용한 전자식 칠러의 구성도.
도 3은 열전소자 극성전환 방식에 적용되는 제어 다이어그램.
도 4는 PID 선형제어와 극성전환을 이용하는 경우의 제어 출력 그래프도.
도 5는 데드존에서의 제어 상태를 나태는 그래프도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도제어 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도제어 시스템을 이용한 경우의 제어 상태를 나타내는 그래프도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 보인 순서도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 구성도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 동작 과정을 설명하는 그래프도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 동작 과정을 보인 순서도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 구성도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 동작 과정을 보인 순서도.
도 14 및 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 동작 방식을 설명하기 위한 그래프도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 열전소자의 극성전환을 이용한 반도체 제조설비의 온도제어 시스템의 예를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 반도체 제조설비의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위하여 전압공급 여부 및 극성전환 여부에 대한 제어신호를 인가하는 제어부(10)와, 상기 제어부(10)의 제어신호에 따라 공급되는 전류를 변환 및 필터링하고 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 열전모듈블록(50)으로 전류를 공급하는 극성전환부(30)와, 상기 극성전환부(30)로부터 공급되는 전류에 의해 내부에 설치된 열전모듈(51)로 열교환부(52)에서 냉매를 냉각 또는 가열시키는 열전모듈 블록(50)과, 상기 냉각 또는 가열된 냉매를 저장하고 순환부(65)를 통해 작용부하(4)로 공급하는 냉매탱크(60)를 포함한다.

상기 제어부(10)는 작용부하(4)의 온도와 미리 설정된 설정온도를 비교하여 작용부하(4)에 대한 냉각 또는 가열 여부를 판단하고, 그에 따라 전압의 공급 여부 및 전압의 정역 여부에 대한 제어신호를 극성전환부(30)로 인가한다.

상기 극성전환부(30)는 메인 제어부(10)에서 인가된 제어신호에 따라, 열전모듈(TEM) 블록(50)에 제공할 전력을 생성하여 제공하는데, 내부적으로 구동에 필요한 DC 전압을 생성하여 제공하는 DC전원부(40), 상기 DC 전원부(40)의 전원을 상기 제어부(10)의 제어에 따라 소정의 크기와 극성으로 생성하는 전압 제어부(20)와, 상기 전압 제어부(20)가 제공하는 크기와 극성의 전압을 열전모듈 블록(50)에 제공하는 전압 인가부(30)로 이루어진다.

상기 제어부(10)는 제어량을 비례(P: Proportinal), 적분(I: Integral) 및 미분(D: Differential) 연산을 통해 계산하여 극성 정보와 제어 출력량 정보를 전압 제어부(20)를 통해서 전압 인가부(31)에 전달하게 되는데, 이를 통해서 상기 전압 인가부(31)는 열전모듈 블록(50)에 제공할 출력을 조절한다.

상기 제어부(10)와 극성 전환부(30)의 동작은 도 3과 같은 제어 다이어그램을 기준으로 실시되는데, 도시된 바와 같이 좌측의 다이어그램은 알려져 있는 PID 제어 블록이고, 우측은 극성 전환을 위한 제어 블록이다. 도시된 바와 같이 PID 제어 결과(제어 출력 Y)는 그 제어량의 절대값에 해당하는 아날로그 값과 극성 판단에 따른 디지털 값으로 출력된다.

도 4는 극성 전환에 의한 열전모듈 블록의 제어 방식을 보인 것으로, 도시된 바와 같이 실제 PID 출력에 의해서 얻어진 제어 출력(좌측)은 사실상 냉각과 가열을 모두 포함하고 있는 것으로 이를 실제 열전모듈 블록 제어를 위해 직접 이용할 수는 없다.

따라서, 가열에 해당하는 부분(제어 출력이 음의 값인 경우)은 우측에 도시한 바와 같이 그 제어량의 절대값을 취해 양의 값으로 변환하고, 전류의 방향을 반대로 제어할 수 있도록 별도의 디지털 극성 신호를 설정한다.

이러한 제어 신호와 방식에 의해서 이를 기반으로 동작하는 전원수단(예를 들어 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS))를 간단하고 정확하게 제어함으로써 열전모듈 블록만으로도 정밀한 냉각과 가열에 대한 제어가 가능한 온도 제어 시스템을 구성할 수 있게 된다.

이렇게 PID 선형 제어와 극성 전환 방식을 통해서 별도의 히터 없이도 열전모듈 블록만을 이용하여 비교적 정밀한 온도 제어가 가능하게 되었지만, 원하는 온도를 유지하기 위해서 가열 출력과 냉각 출력이 교차되는 온도제어를 실시할 경우 열전모듈 블록에 제공되는 제어 신호의 극성을 자주 바꾸게 되므로 그 출력 및 실제 작용 부하의 온도가 상승 및 하강하는 불안정한 상태가 나타나는 데드존(Dead Zone)을 피할 수 없다. 즉, 원하는 온도를 유지하기 위해서는 가열 출력과 냉각 출력이 교차되는 제어가 상당 부분을 차지하게 되는데 이러한 데드존에서의 온도 제어가 불안정하다는 점은 단일 열전모듈 블록을 이용하여 얻는 여러 장점에도 불구하고 상당히 치명적인 약점으로 작용하고 있다.

도 5는 데드존에서의 온도 제어 상태를 보인 예로서, 도시한 바와 같이 좌측은 온도, 우측은 제어를 위한 제어 영역(출력량의 범위)을 나타낸 것으로, 예를 들어 목표 온도 설정값(Set Value:SV)이 30도이고 현재 측정 온도(Process Value:PV)가 31도인 경우 실제 조작량(Manipulated Value:MV)은 PID 제어를 통해서 원하는 온도에 맞추기 위해서 제어량이 -10%~10% 사이에서 크게 진동(hunting)하는 현상이 발생함을 알 수 있다.

즉, 예를 들어 -10%~10% 사이와 같이 극성이 교차되는 영역에서 제어가 이루어지게 되면 원하는 온도를 유지하기 위해서 열전모듈 블록의 극성이 자주 변화되는 제어가 이루어질 수밖에 없고, 실제 온도의 작은 변화에도 제어량이 크게 변화되는 상황이 발생하게 되며 큰 값의 극성 변화에 의해 정밀 제어가 어려워 실제 온도 역시 목표 온도에 도달하지 못하고 계속 가변하게 된다.

이를 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 제어 영역이 데드존이 될 경우 제어 자체를 애초에 데드존이 아닌 영역에서 실시하도록 하여 극성 교차 수를 극단적으로 줄임으로써 이러한 불안정한 제어 상태가 나타나지 않도록 하여 이러한 문제를 근본적으로 해결한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 온도제어 시스템의 구성도로서, 도시된 바와 같이 반도체 제조설비 내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위하여 PID연산에 의하여 전압량을 선형적으로 제어하여 제어 출력량과 극성 신호를 제공하는 메인 제어부(100)와, 상기 메인 제어부(100)에서 제공된 제어 출력량을 데드존 연산부(110)를 통해 수신하여 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 상기 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시키는 극성전환부(120)와, 하나 이상의 열전소자와 열교환부로 이루어진 열전모듈 블록을 개별 제어가 가능한 복수의 그룹으로 구분하여 배치한 열전모듈 블록부(131~133)와, 상기 메인 제어부(100)가 제공하는 제어 출력량과 극성 신호에 따른 제어 범위가 기 설정된 데드존에 해당하는 경우 상기 열전모듈 블록부(131~133)에서 적어도 한 그룹의 열전 모듈 블록은 고정된 출력을 제공하고 나머지 그룹의 열전 모듈 블록은 상기 메인 제어부(100)의 제어에 따라 상기 극성전환부(120)에 의해 제어되도록 하는 데드존 연산부(110)를 포함하여 이루어진다.

실질적으로 상기 구성 외에도 냉매 탱크, 순환부, 각종 유량 제어부, 온도 센싱부 등이 구성됨은 앞서 설명한 내용에 의해 자명한 것이므로 생략한다.

한편, 상기 메인 제어부(100)는 주로 마이크로콘트롤러 등의 연산이 가능한 수단이나 컴퓨터 등의 수단으로 구성되거나 이들과 네트워킹 되는 다양한 제어 수단을 포함할 수 있다. 더불어, 상기 구성에서 데드존 연산부(110)는 상기 메인 제어부(100)와 별개의 구성으로 나타나있으나, 이는 기존 구성과의 차이점을 설명하기 위한 것으로 실질적으로 상기 데드존 연산부(110)는 메인 제어부(100)와 적어도 일부가 통합 구성될 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.

도시된 구성에서, 상기 극성 전환부(120)는 실질적으로 다양한 전원 관리 구성(과부하 관리부, 전원 차단부, 전원 분배부 등)과 전원 제공 수단(예를 들어 SMPS)을 포함할 수 있으며, 상기 데드존 연산부(110)를 통해 제공되는 메인 제어부(100)의 제어 출력량(전압이나 전류량)과 극성 정보에 의해 열전모듈 블록(131~133)을 개별적으로 혹은 소정의 그룹으로 제어할 수 있다.

상기 열전모듈 블록부(131~133)는 실질적으로 2개 이상의 열전모듈 블록으로 구성되며, 각 열전모듈 블록의 열교환부에는 냉매와 냉각수(P.C.W)가 직렬 혹은 병렬로 연결된다. 이는 기존의 열전모듈 블록이 복수의 열전소자와 열교환부로 구성되어 있다는 점에서 이를 분리 구성한 것이므로 부피나 비용의 증가는 그리 크지 않다. 즉, 기존에는 6000W 급 열전모듈 블록을 구성했다면 이번에는 이를 각각 2000W급 열전모듈 3개로 분리하여 구성할 수 있다(물론, 차등 구성도 가능하다). 이렇게 분리 구성되는 열전모듈 블록부의 수는 제어 복잡도와 구성 비용 등을 고려하여 결정한다.

상기 데드존 연산부(100)는 앞서 간략히 설명한 바와 같이 메인 제어부(100)에서 PID 제어로 연산한 제어 출력이 데드존(예를 들어 -10%~10% 제어 영역)에 속하는 경우 한 그룹의 열전 모듈 블록은 고정된 출력을 제공하도록 하고 나머지 열전 모듈 블록을 통해 실질적인 제어가 이루어지도록 출력을 재구성하여 극성 전환부(120)에 제공함으로써 실질적인 제어가 이루어지는 출력의 제어 영역이 데드존을 벗어난 영역으로 이동하도록 한다. 그에 따라 실질적인 제어가 이루어지는 영역에서는 가급적 극성 변화가 이루어지지 않도록 하며, 정밀한 목표 온도 제어가 가능하도록 한다.

도시된 실시예에서 제 1 열전모듈 블록(131)이 제 1그룹으로 데드존 회피를 위한 고정 출력을 제공하는 기능을 수행하도록 설정하고, 제 2 열전모듈 블록(132)과 제 3 열전모듈 블록(133)은 제 2그룹으로 제어를 위한 동작을 수행하도록 설정할 수 있다. 이 경우 상기 제 2그룹을 제어하기 위한 제어 출력은 하나의 제어선로를 이용할 수도 있다.

이를 위해서, 상기 데드존 연산부(100)는 내부적으로 상기 메인 제어부(100)의 제어 출력량에 의해 제어 범위가 데드존에 속하는지 판단하는 제어범위 판단부(111)와, 상기 제어범위 판단부(111)에 의해 제어 범위가 데드존에 속하는 것으로 판단되는 경우 상기 열전모듈 블록부의 그룹들(제 1 그룹과 제 2 그룹)에 제공할 출력을 구분하여 제 1 그룹(131)에는 고정 출력을 할당하고 제 2 그룹(132, 133)에 메인 제어부(100)의 제어 출력을 할당하는 출력 재구성부(112)와, 상기 출력 재구성부(112)가 제공하는 출력의 크기와 극성을 상기 극성 전환부(120)에 소정의 신호 형태로 제공하는 제어 신호 생성부(113)를 포함할 수 있다. 물론, 이러한 구성들은 다양한 형태로 조합 분류될 수 있다.

도시된 실시예에서 상기 열전모듈 블록부(131~133)는 홀수의 열전모듈 블록으로 구성하고, 이중 데드존 연산부(110)에 의해 고정 출력을 제공하는 열전모듈 블록 그룹의 열전모듈 블록의 수는 나머지 열전모듈 블록 그룹의 수보다 작게 설정한다. 이를 통해 비교적 간단하게 제어 비율을 조절할 수 있다.

이는 데드존 연산을 위해서 일측 열전모듈 블록이 실제 제어에 반하는 출력을 제공하기 때문에 전력 소모가 많아질 수 있기 때문에 가능한 이를 줄이기 위한 것이다. 이를 위해서 상기 복수로 적용되는 열전모듈 블록의 용량은 동일하지 않게 구성될 수 있으며, 예를 들어 고정 출력을 제공할 수도 있는 열전모듈 블록의 경우 가장 작은 용량으로 구성할 수도 있다.

한편, 상기 데드존 연산부(110)는 출력을 재구성하여 고정 출력을 제공할 때 가열이나 냉각을 위한 고정값을 상기 제 1 그룹의 열전모듈 블록(131)에 제공할 수 있는데, 이러한 경우 실제 제어 범위는 그와 반대 극성 쪽으로 이동하게 되므로 실제 온도 제어가 이루어지는 제 2 그룹의 열전모듈 블록(132, 133)은 상기 제 1 그룹의 열전모듈 블록(131)과 상이한 극성의 제어가 이루어질 수 있다.

이러한 고정값이나 고정 극성의 설정은 기 설정된 값을 이용할 수도 있으나 목표 온도(SV)와 현재 작용부하의 온도(PV)를 고려하여 결정될 수 있으며, 필요한 경우 현재 조작량(MV)이나 기존 제어 상태에 대한 히스토리를 근거로 결정될 수도 있다. 즉, 상기 데드존 연산부(110)는 상기 메인 제어부(10)로부터 설정 온도, 작용 부하의 온도, 제어 히스토리 중 적어도 하나를 통해 얻어진 환경 정보를 더 제공받아 상기 고정 출력의 크기나 극성을 결정할 수 있다. 더불어, 제어 상황에 따라(예를 들어 목표 온도에 거의 근접한 경우) 상기 고정 출력의 크기는 가변될 수도 있다.

도 7은 도 6을 통해 설명한 본 발명의 실시예의 제어 방식을 설명하기 위한 제어의 예로서, 제어를 위한 조작량이 제어 영역의 -10~10% 영역, 즉 데드존에 속하는 경우 데드존 연산부에 의해 조작 대상을 구분하여 출력을 재구성한 경우이다.

도시한 바와 같이, 데드존 연산부는 환경 정보에 의해 현재 작용 부하의 온도를 낮추어야 한다는 점을 고려하여 제 1그룹에 대한 조작량을 MV1과 같이 고정 값의 가열이 되도록 제어값과 극성을 설정한다. 이에 의해서 원하는 목표 온도(SV)에 현재 작용부하의 온도(PV)를 맞추기 위해 제어되는 제 2그룹의 조작량은 MV2와 같이 데드존을 벗어난 영역에서 이루어지게 된다.

결국, 제어를 위한 극성 전환은 발생하지 않으며 동일 극성 내에서의 정밀 제어에 의해 원하는 목표 온도까지의 제어가 안정적으로 이루어지게 된다.

경우에 따라서 고정 출력의 경우 환경에 무관하게 냉각이나 가열 상태로 기 설정될 수도 있고, 제어에 의해 목표 온도에 도달하는 정도를 고려하여 고정 출력이 조절되면서 전력 소모를 줄일 수도 있다.

물론, 필요한 제어 조작량이 고정 출력을 감안하더라도 데드존을 벗어나는 경우 상기 제 1그룹의 열전모듈 블록은 고정 출력을 중단하고 다른 그룹의 열전모듈 블록들과 함께 제어에 따른 동작을 수행하게 된다.

도 8은 본 발명의 동작 과정을 설명하는 순서도로서, 도시한 바와 같이 먼저 제어 온도(SV)가 설정되면, 메인 제어부는 제어 온도와 실제 작용 부하의 온도(PV)를 측정하여 그 차이에 대한 PID 연산을 수행하여 제어량을 아날로그 상태로 산출한다. 상기 산출된 아날로그 상태의 제어량은 실질적으로 열전 모듈 블록들을 제어하기 위한 전원을 생성하기 위하여 0~5V 나 0~20mA 사이의 제어량 절대값과 극성 신호로 구분된다.

해당 제어량 절대값과 극성 신호에 따른 조작 영역은 데드존 연산부에서 데드존 해당 여부가 확인되며, 데드존이 아닌 경우 해당 제어량 절대값과 극성 신호는 극성 변환부에 제공되며 상기 극성 변환부는 0~200VDC의 전압을 지정된 극성으로 생성하여 제어 대상이 되는 열전모듈 블록들을 제어하여 원하는 온도 제어가 이루어지게 된다.

만일, 데드존 연산부에서 조작범위가 데드존에 속하는 것으로 판단하면, 상기 데드존은 기 설정된 일부 열전모듈 블록(혹은 그룹)의 제어 상태를 소정 극성의 고정값으로 결정하여 상기 극성 변환부에 제공하며, 나머지 열전모듈 블록(혹은 그룹)의 제어 상태는 상기 제공된 제어량과 절대값을 기준으로 제어한다.

이 경우, 상기 데드존 연산부는 제어할 대상에 대한 제어량과 극성에 따른 열량을 실제 제어가 수행될 열전모듈 블록이 제공할 수 있는 열량을 고려하여 재구성하여 제공할 수 있다. 이 과정에서 제어량 조작 영역이 데드존을 벗어나게 된다.

상기 방식은 데드존 연산부가 메인 제어부와 별개로 구성되는 경우의 방식이며, 상기 데드존 연산부의 일부 기능이 메인 제어부와 통합되는 경우 상기 열량을 기준으로 제어량과 극성을 가변하는 구체적인 제어량 재구성은 애초에 메인 제어부가 PID 제어 단계에서 파라미터 변경 등으로 수용하여 처리할 수도 있음에 주의한다. 이때, 제어범위 판단부는 메인 제어부의 파라미터 변경을 위한 모드 절환 용도로 이용될 수 있다.(결국, 구성 방식에 따라 상기 데드존 연산부는 메인 제어부에 통합 구성될 수도 있다).

한편, 상기 일부 열전모듈 블록의 제어 상태를 고정값으로 결정하는 과정은 단순히 현재의 SV, PV, MV의 상태를 기준으로 할 수도 있으나 기존 제어 과정의 히스토리를 참조하여 적절한 고정값 크기와 극성을 결정할 수도 있다.

상기 설명한 방식과 같은 데드존 회피 구성을 통해 온도 제어가 불안해지는 데드존을 원천적으로 회피할 수 있게 되었지만, 앞서 설명했던 바와 같이 실제 제어 방향과 반대가 되는 고정출력이 추가적으로 제공되어야 한다는 점에서, 과도한 전력소모가 발생할 수 있게 된다.

즉, 제어 과정 중에 데드존 제어가 필요한 경우마다 실제 제어 영역과 반대 극성으로 일정한 출력을 제공하고, 이를 보상하기 위해서 실제 제어는 더 큰 출력으로 이루어져야 하기 때문에 전력 소모량이 커지게 되는 문제가 발생한다.

이를 가능한 해소하기 위해서 본 발명의 다른 실시예에서는 복수로 구성된 열전모듈 블록의 사용을 가변하는 방식을 통해서 가능한 데드존 제어 상황을 회피하도록 함으로써, 실제 데드존 제어가 필요한 상황을 크게 줄일 수 있도록 한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 구성도로서, 도시한 바와 같이 기존 도 6의 구성에 제어전원 관리부(205)를 더 구성하고, 극성 전환부(220)에 구성된 전원제공 수단인 SMPS의 전원을 선택적으로 차단 혹은 연결할 수 있도록 하는 스위치부(223)를 더 구성하는 것으로 데드존 제어가 필요한 상황 자체를 크게 줄일 수 있도록 한 것이다.

도시된 구성을 살펴보면, 우선 열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록(131~133)으로 이루어진 열전모듈 블록부와, 수신된 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신된 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록에 각각 제공하는 복수의 SMPS(224~226)로 이루어진 SMPS부와, 외부 제어에 따라 선택적으로 상기 각 SMPS(224~226) 중 적어도 일부에 대한 전원 인가 여부를 선택하는 스위치부(223)와, 반도체 제조설비 내의 작용부하 온도를 설정 온도로 조절하기 위하여 현재 온도를 기준으로 PID연산을 수행하여 제어량을 산출하고 해당 제어량이 속하는 제어 범위에 따라 상기 스위치부(223)를 제어하여 상기 SMPS부에서 사용할 SMPS를 결정한 후 이를 반영한 제어 출력량과 극성 신호를 출력하는 메인 제어부(200)와, 상기 사용중인 SMPS가 최소 제어단위이면서 상기 메인 제어부(200)가 출력하는 제어 출력량과 극성 신호에 따른 제어 범위가 기 설정된 데드존에 해당하는 경우 상기 메인 제어부에 요청하여 상기 차단된 SMPS 중 적어도 하나를 재 동작시키고 그에 연결된 열전모듈 블록이 고정 출력을 제공하도록 하며 기 제어 중인 SMPS에는 상기 고정 출력을 감안하여 데드존을 벗어난 제어량과 극성 신호를 제공하는 데드존 연산부(210)를 포함하여 이루어진다.

상기 데드존 연산부(210)는 PID 연산 결과에 따른 제어 출력량이 상기 고정 출력이 없는 경우에도 기 설정된 데드존에 속하지 않을 경우 상기 고정 출력을 제공하는 SMPS의 전원을 차단하도록 상기 메인 제어부(200)에 요청하여 데드존 제어를 중단한다.

즉, 앞서 도 6 내지 도 8을 통해 설명한 바와 같은 데드존 제어를 그대로 이용하기는 하지만, PID 연산을 통해 얻어지는 제어 조작량의 크기 자체가 가능한 데드존에 해당하지 않도록 사용 SMPS의 수를 줄이는 방식을 더 이용하는 것으로 데드존 제어 상황을 최소화하는 것이다.

이를 위해서 상기 메인 제어부(200)는 상기 PID 연산 결과 얻어진 제어량이 기 설정된 제 1기준보다 작은 경우 상기 스위치부(223)를 제어하여 상기 SMPS부 중 일부 SMPS의 전원을 1차로 차단하여 남은 SMPS의 제어량이 상기 제 1기준보다 높아지도록 하며, 상기 일부 SMPS를 차단한 상태에서 상기 PID 연산 결과 얻어진 제어량이 기 설정된 소정의 기준보다 작은 경우 상기 SMPS부에서 사용중인 SMPS 중 일부 SMPS의 전원을 추가로 차단하는 과정을 최소 제어 가능한 SMPS만 남을 때까지 반복할 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1열전모듈 블록(131)이 4000W 급이고, 제 2열전모듈 블록(132)이 2000W 급이며, 제 3열전모듈 블록(133)이 2000W 급인 경일 때, 처음 시스템 기동 시 PID 연산을 통해 얻어진 제어량(MV)의 범위가 제어 영역 중 40%보다 작다면 굳이 모든 열전모듈 블록들을 이용해야 할 필요가 없으므로 제 1열전모듈 블록(131)은 사용하지 않아도 된다. 이를 위해 상기 메인 제어부(200)의 제어전원 관리부(205)는 스위치부(223)의 제 1스위치(221)를 제어하여 제 1SMPS(224)의 전원을 차단한다.

이렇게 되면 실제 제어 가능한 열전모듈 블록은 제 2열전모듈 블록(132)과 제 3열전모듈 블록(133)이 되어 4000W급의 제어가 가능하게 되며, 이 경우 제어량은 제어 영역의 40% 보다 더 큰 제어 영역에서 제어되게 된다.

만일 이 상태에서 온도 제어가 이루어진 결과 PID 연산 결과가 속하는 제어 영역이 30%보다 작아지게 되는 상황이 발생하면 이 경우에도 굳이 2개의 열전모듈 블록들(132, 133)을 모두 이용할 필요가 없기 때문에 상기 제어전원 관리부(205)는 스위치부(223)의 제 2스위치(222)를 제어하여 제 2SMPS(225)에 대한 전원도 차단한다.

이렇게 되면 최소 제어 가능한 제 3SMPS(226)만 제어되는 상태가 되며, 제어 영역은 30%보다 더 커지게 된다.

만일, 2000W급 1개의 SMPS만 사용하면서도 30% 정도의 제어 영역에서 제어되어야 하는 경우라면 8000W급을 모두 사용하는 경우에는 데드존(10% 이하)에 속하는 경우가 될 것이므로 이러한 제어 조작량에 따른 SMPS의 선별적 이용에 의해서 데드존 제어의 필요성을 상당부분 회피할 수 있게 된다. 그에 따라 데드존 연산에 의한 제어 불안정을 회피하면서도 고정 출력을 이용하는 데드존 제어 시간도 크게 줄일 수 있으므로 에너지 효율을 크게 개선할 수 있게 된다.

물론, 상기 PID 연산 결과 얻어진 제어량이 기 설정된 소정 기준보다 큰 경우 SMPS를 차단한 순서의 역순으로 차단된 SMPS에 전원을 재연결하는 것으로 8000W의 출력을 정상적으로 활용할 수 있다.

한편, 이러한 방식을 지원하기 위해서, 상기 데드존 연산부(210)의 제어범위 판단부(211), 출력 재구성부(212) 및 제어신호 생성부(213)는 기존과 같이 메인 제어부(200)에서 제공되는 제어 조작량과 극성 신호만을 기준으로 데드존 제어를 실시하는 것이 아니라, 현재 제어전원 관리부(205)의 상태에 따라 최소 제어 가능한 SMPS(예를 들어, 제 3SMPS(226))만 이용하는 경우로 데드존 제어 상황을 제한하는 것이 바람직하다.

즉, 최소 제어 가능한 SMPS만을 이용하는 경우면서 제어 조작량이 데드존에 속하는 경우에 대해서만 전술했던 데드존 제어가 실시되도록 한다.

한편, 데드존 제어는 실제 제어가 이루어지는 열전 모듈 블록과 고정 출력을 제공하는 열전 모듈 블록이 필요하기 때문에, 최소 제어 가능한 SMPS를 실제 제어가 이루어지는 열전 모듈 블록으로 할 경우 고정 출력을 제공할 열전 모듈 블록이 더 필요하게 된다. 이를 위해서, 상기 데드존 연산부(210)는 상기 제어전원 관리부(205)를 통해 전원이 차단된 SMPS 중 하나에 전원을 재연결한 후 해당 SMPS에 연결된 열전모듈 블록이 고정 출력을 제공하도록 함으로써, 데드존 제어를 실시하게 된다.

즉, 상기 데드존 연산부(210)의 제어범위 판단부(211)는 상기 메인 제어부(200)의 제어 출력량과 극성 신호에 의해 제어 범위가 데드존에 속하는지 판단하고, 상기 출력 재구성부(212)는 상기 제어범위 판단부(211)에 의해 제어범위가 데드존에 속하는 것으로 판단되는 경우 차단된 SMPS 중 하나에 전원을 재인가하도록 한 후 해당 SMPS에 고정 출력을 할당하고 현재 제어중인 SMPS에는 메인 제어부가 제공하는 제어 출력량과 극성 신호를 할당하도록 출력을 재구성하며, 상기 제어 신호 생성부(213)는 상기 출력 재구성부(212)가 제공하는 제어 출력량과 극성 신호를 상기 SMPS부에 제공하게 된다.

물론, 데드존 제어가 필요하지 않은 상황(고정 출력을 감안하더라도 PID 출력이 데드존을 벗어하는 경우)이 되면 상기 고정 출력을 제공하는 SMPS의 전원을 다시 차단하도록 함으로써 데드존 제어를 중단할 수 있다.

그 외의 데드존 제어 방식은 앞서 도 6 내지 도 8을 통해 설명한 방식을 그대로 수용할 수 있다.

도 10은 도 9의 온도제어 시스템을 이용하는 경우의 제어 방식을 설명하기 위한 그래프도로서, 제 1기간(P1)동안은 3개의 열전모듈 블록들(131~133)이 모두 제어 대상이 되어 제어되는 상황이며, 그 제어량이 제어영역의 40% 수준으로 낮아지면 제 1열전모듈 블록(131)에 전원을 제공하는 제 1SMPS(224)의 전원을 차단한다. 제 2기간(P2)은 2개의 열전모듈 블록들(132~133)만 제어 대상이 되는 상황이 되며 그 제어량이 제어영역의 30% 수준으로 낮아지면 제 2열전모듈 블록(132)에 전원을 제공하는 제 2SMPS(225)의 전원도 차단함으로써 제 3기간(P3) 동안은 1개의 열전 모듈 블록(133)만으로 제어가 이루어지도록 한다. 만일, 작용부하의 현재 온도(PV)가 설정 온도(SV)에 거의 근접하여 1개의 열전 모듈 블록(133)만으로 제어하더라도 그 제어 영역이 데드존에 근접하게 되면 제 4기간(P4)과 같이 이때야 비로소 데드존 제어가 시작된다.

제 4기간(P4) 동안에는 차단되었던 제 2SMPS(225)에 전원이 재 인가되어 제 2열전모듈 블록(132)에 제어 대상인 제 3열전모듈 블록(133)과 극성이 상이한 고정 출력(MVconst)이 제공되며, 그에 의해 제 3열전모듈 블록(133)에 대한 제어량은 데드존을 벗어나게 된다.

만일, 도시된 바와 같이 순차적으로 SMPS를 차단하지 않고 데드존 제어를 이용하게 되면 제 2기간 중 일부에서 제 4기간까지 데드존 제어가 이루어지게 되므로 불필요한 에너지 손실이 커지게 된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도제어 시스템의 동작 방식을 설명하는 순서도로서, 도시한 바와 같이 먼저 제어 온도가 설정되면, PID 연산을 통해 실제 제어 조작량(MV)을 산출한다.

만일 제어 조작량이 SMPS 차단을 위한 제 1기준(이는 SMPS 차단 순서에 따라 상이한 기준들을 포함할 수 있음)보다 작은 경우 SMPS를 기 설정된 순서에 따라 차단한다.

만일, 제어 조작량이 SMPS 차단을 위한 제 1기준보다 큰 경우 기존에 차단되었던 SMPS의 재사용을 위한 제 2기준(이 역시 SMPS 재 사용 순서에 따라 상이한 기준들을 포함할 수 있으며, 진동을 차단하기 위해 소정의 버퍼링 값이 고려될 수 있음)보다 큰 경우 기 차단된 SMPS를 순차적으로 재연결한다.

이러한 SMPS 차단이나 연결 혹은 유지에 대한 처리를 실시한 후 온도 제어를 실시하게 되면 부하에 최적화된 상태로 제어가 가능하게 되므로 실질적인 제어범위는 가능한 데드존을 벗어나게 된다.

하지만, 현재 상태가 최소 제어 가능한 SMPS만을 이용하는 경우라면 제어 조작량이 데드존에 속할 수 있으므로 이를 판단하여 최소 제어 가능한 SMPS만 사용하면서 데드존에 속하는 경우, 기 차단된 SMPS 중 하나(혹은 그 이상)에 전원을 재 인가한 후 고정 온도 출력이 이루어지도록 하여 데드존 제어를 실시한다.

만일, 최소 SMPS를 이용하지 않거나, 최소 SMPS를 이용하면서도 고정 출력을 감안한 제어 출력량이 데드존을 벗어나는 경우 데드존 제어를 중단(고정 온도 제어 SMPS가 있는 경우 이를 다시 차단)한다.

앞서 살펴본 바와 같이 데드존을 효과적으로 회피하기 위하여 도 6 내지 도 8을 통해 데드존 제어 방식을 제안하였고, 이러한 데드존 제어 방식을 적용할 경우 발생할 수 있는 과도한 전력소모를 최소화하는 방안에 관해서도 살펴보았다. 하지만, 상기 데드존 제어 방식을 적용할 경우 제어되는 영역과 반대 극성의 고정출력이 제공되어야 한다는 점은 에너지 효율성의 문제 외에도 반응속도 면에서도 일부 불리하게 작용할 수 있으므로 이를 해소하는 방안에 관해서도 살펴볼 필요가 있다.

즉, 데드존 제어는 예를 들어 제어 출력량이 -10%~10% 범위에 있을 때 이루어지게 되는데, 앞서 살펴본 바와 같이 열전모듈 블록의 온도 제어는 실질적으로 냉매의 온도를 조절하여 작용부하의 온도를 원하는 상태로 맞추는 작업이며 그 자체로서 반응 속도가 느리며, 데드존 제어 중인 경우 제어영역과 상반되는 극성의 고정 출력이 존재하게 되므로 그 반응속도는 더욱 느려질 수밖에 없다.

따라서, 이를 해결하기 위해서 본 발명의 또 다른 실시예에서는 데드존 제어 중 고정출력을 제공하던 열전모듈 블록을 온도차를 해소하는 방향으로 제어하도록 하여 실제 온도 제어 상황을 효과적으로 가속하는 방식을 더 적용한다.

즉, 데드존 제어 중 설정 온도가 현재 온도보다 기 설정된 수준 이상 높아지는 경우 업 모드 상태로 판정하여 설정 온도에 근접한 목표온도가 될 때까지 고정출력을 제공하던 열전모듈 블록의 출력을 0~100% 가열상태가 되도록 하여 현재온도를 급속하게 상승시키도록 하며, 설정 온도가 현재 온도보다 기 설정된 수준 이상 낮아지는 경우 다운 모드 상태로 판정하여 설정 온도에 근접한 목표온도가 될 때까지 고정출력을 제공하던 열전모듈 블록의 출력을 0~100% 냉각상태가 되도록 하여 현재온도를 급속하게 하강시키도록 하는 방식을 적용한다.

필요한 경우 데드존 제어 상태가 아니더라도 제어중인 열전모듈 블록의 일부를 온도제어와 무관하게 기 설정된 온도범위까지 온도차 해소 방향의 고정 출력이 되도록 업다운 모드를 확장하여 적용할 수도 있다.

한편, 이러한 제어 방식이 도 9 내지 도 11을 통해 설명한 선택적 SMPS 제어방식과 결합될 경우 에너지 효율성과 반응속도를 모두 고려한 데드존 회피 제어가 가능하게 된다.

도 12는 이러한 업다운 모드 제어방식이 고려된 온도제어 시스템의 구성을 보인 블록도이다. 도시된 경우 기존의 데드존 연산부 및 업다운 모드 운영부까지 모두 메인 제어부(300)에 통합 구성한 것으로, 앞서 살펴본 바와 같이 상기 데드존 연산부는 별도 구성될 수 있고 업다운 모드 운영부 역시 유사한 방식으로 별도 구성될 수도 있으나 실질적으로 제어 연산을 수행한다는 면에서 이러한 구성들을 메인 제어부에 통합 구성하는 것이 경제적이라 할 수 있다.

도시된 구성에서, 극성전환부(220) 및 열전모듈 블록부(131~133)는 도 9를 통해 설명한 구성과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

도시된 메인 제어부(300)는 반도체 제조설비 내의 작용부하 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부(330)와, 상기 PID 연산부(330)의 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 것으로 데드존 제어를 수행하는 데드존 연산부(350, 360, 370)와, 상기 데드존 연산부에 의해 데드존 제어가 실시되는 중에 설정 온도(SV)와 작용부하 현재 온도(PV)의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부(310)와, 상기 설정온도 판단부(310)의 판단에 따라 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 상기 데드존 연산부를 통해 상기 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 상기 온도 차가 해소되는 방향으로 제어하도록 하는 업다운 모드 운영부(320)를 포함한다.

여기서, 상기 데드존 연산부(350, 360, 370)의 구체적인 동작은 도 6을 통해 설명한 바와 같이 PID 연산부(330)의 출력에 따른 제어범위가 데드존에 속하는지 판단하는 제어범위 판단부(350)와, 제어범위가 데드존에 속하는 경우 PID 연산부(330)가 출력하는 제어 출력량과 극성 신호에 따른 온도 제어 출력을 열전모듈 블록 중 일부를 고정값으로 출력하도록 하고 제어 가능한 다른 열전모듈 블록으로 온도 제어를 실시할 수 있도록 출력을 재구성하는 출력 구성부(360)와, 상기 출력 구성부(360)의 출력에 따른 제어 출력량과 극성 신호로 개별 SMPS를 제어하는 제어신호 생성부(370)로 이루어진다. 여기서, 상기 출력 구성부(360)는 업다운 모드를 지원하기 위해서 상기 업다운 모드 운영부(320)가 제공하는 업 모드 혹은 다운 모드 제어를 위한 신호(즉, 고정 출력을 제공하는 열전모듈 블록을 업다운 모드 상태로 전환하기 위한 극성과 제어 출력량)를 수신하여 그에 따라 데드존 제어를 잠시 중단하고 해당 업다운 모드 운영부(320)의 제어에 따라 업다운 모드 제어가 이루어질 수 있도록 구성된다.

한편, 도시된 구성은 상기 도 9에서 설명했던 제어전원 관리부(340)의 구성도 포함하며, 이러한 경우 제어 조작량의 크기에 따라 SMPS에 전원을 선택적으로 인가 혹은 차단하여 데드존 제어 상황을 가능한 줄임으로써 데드존 제어 시에 따라 발생할 수 있는 전력 손실을 줄일 수 있게 된다. 그에 따라 도시된 구성은 기본적으로 제어전원 관리부(340)의 동작에 의해 적절한 수의 SMPS만 동작시켜 데드존 제어 상황을 줄여 에너지 낭비를 줄이고, 이러한 제어전원 관리 하에서 불가피하게 데드존 제어 상황이 될 경우 일부 열전모듈 블록을 고정 출력이 되도록 하여 실제 온도 제어를 위한 열전모듈의 출력이 데드존을 벗어나도록 하며, 온도 설정에 의해 급격한 온도 제어가 필요한 경우 업다운 모드를 동작시켜 반응 속도를 높일 수 있게 되므로 제어가 불안정해지는 데드존 출력을 회피하면서도 에너지 효율을 고려하고 반응 속도도 고속화한 온도제어 시스템을 제공할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 동작 과정을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 온도 제어 중에 설정 온도가 변화하여 설정 온도(SV)와 작용부하의 현재 온도(PV) 사이의 차이가 기 설정한 임계치(Tth)를 초과하고, 현재 데드존 제어가 이루어지고 있다면 업 모드 혹은 다운 모드 동작을 시작한다.

현재 데드존 제어가 이루어지고 있다면 소정의 열전모듈 블록은 데드존 회피를 위해서 온도제어가 이루어지고 있는 출력과 다른 극성의 고정 출력을 제공하고 있을 것이므로 이는 온도차를 빠르게 해소하는데 방해가 된다.

따라서, 온도차 해소를 위해 현재 온도를 높여야 할 경우 업 모드로 동작하여 고정출력 열전모듈 블록을 최대치로 가열하고, 온도차 해소를 위해 현재 온도를 낮추어야 할 경우 다운 모드로 동작하여 고정출력 열전모듈 블록을 최대치로 냉각할 수 있다. 그 방식의 한 예로 온도 제어를 위한 출력과 반대 극성으로 동작하는 고정출력 열전모듈 블록의 극성을 전환하고 출력을 최대로 설정하는 방식을 이용할 수 있고, 다른 예로 모드에 따라 극성과 출력을 별도 제공하여 고정출력 열전모듈을 제어할 수도 있다.(도시된 실시예에서는 상기 열전모듈 블록의 고정출력을 최대로 하였지만 해당 출력은 설정에 따라 0~100% 사이에서 결정될 수 있다.)

상기와 같이 고정출력 열전모듈을 온도차 해소를 위해 사용하여 기 설정된 목표치(예를 들어 온도차가 2도 이하가 되는 온도, 온도차가 업다운 모드 시작 시의 10% 이하가 되는 온도, 혹은 설정 온도 등)가 될 때까지 해당 업다운 모드를 유지하고, 해당 목표치에 도달하면 업다운 모드 제어를 중단하고 상기 최대 출력을 제공하던 열전모듈 블록을 이전 데드존 제어 상태로 복원시킬 수 있다.

상기 과정을 통해 데드존 제어 시에만 업다운 모드가 동작하는 것으로 설명하였으나 필요한 경우 데드존 제어 시가 아닐 경우에도 업다운 모드를 동작시켜 온도제어를 위한 온도차가 클 경우 반응속도를 개선할 수도 있다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 반응속도 차이를 보이기 위한 그래프로서, 도 14와 같이 온도 차이가 심하게 나타나도록 설정 온도(SV)가 가변되는 제어 상황의 경우 도 15와 같은 반응이 나타날 수 있음을 보인 것이다.

도 15는 업다운 모드를 이용하는 경우와 이용하지 않는 경우의 반응 속도 차이를 보인 예로서, 도시한 바와 같이 10도의 급격한 온도 변화가 발생할 경우 업다운 모드를 적용하는 좌측의 경우 온도 상승 시의 목표온도 도달 시간은 20초, 온도 하강 시의 목표온도 도달 시간은 50초가 되지만 업다운 모드를 적용하지 않은 우측의 경우 온도 상승 시의 목표온도 도달 시간은 40초, 온도하강 시의 목표온도 도달 시간은 85초가 됨을 알 수 있다. 즉, 업다운 모드를 적용하지 않을 경우 온도 상승이나 하강이 완만하면서 단계적으로 이루어져 비교적 긴 제어 시간이 필요하다는 것을 알 수 있다.

결국, 열전모듈 블록만을 이용하여 냉각과 가열을 정밀하게 제어할 수 있으면서도 크기, 비용, 소음 등을 낮추고 관리 비용을 절감할 수 있음과 아울러 에너지 효율성과 반응속도를 감안하면서 데드존에 의한 문제점을 근본적으로 해결한 전자식 칠러를 제공할 수 있게 된다.

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.

300: 메인 제어부 310: 설정온도 판단부
320: 업다운 모드 운영부 330: PID 연산부
340: 제어전원 관리부 350: 제어범위 판단부
360: 출력 구성부 370: 제어신호 생성부

Claims

열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와;
수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와;
반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 얻은 제어량으로부터 제어 출력량과 극성 신호를 산출하고, 상기 제어량이 속하는 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하며, 해당 데드존 제어 과정에서 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상이면 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 상기 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 상기 극성전환부를 통해 온도 차가 해소되는 방향으로 제어하는 업다운 모드 제어를 수행하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메인 제어부는
반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와;
상기 PID 연산부의 제어 출력량과 극성 신호에 따른 제어 범위가 기 설정된 데드존에 해당하는 경우 상기 열전모듈 블록부에서 적어도 하나의 열전 모듈 블록은 고정된 출력을 제공하고 제어 가능한 나머지 열전 모듈 블록은 상기 PID 연산부의 제어 출력에 따라 온도를 제어하도록 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 연산부와;
상기 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와;
상기 설정온도 판단부의 판단 결과에 따라 업 모드 혹은 다운 모드 동작을 결정하여 데드존 제어를 위한 고정 출력의 극성과 출력량에 대한 정보를 상기 데드존 연산부에 제공하는 업다운 모드 운영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 2항에 있어서, 상기 메인 제어부는 상기 PID 연산부의 제어량이 속하는 제어 영역에 따라 상기 각 열전모듈 블록에 대한 제어 전원을 제공하는 상기 극성전환부의 제어 전원 제공 수단의 전원을 선택적으로 차단하여 사용할 열전 모듈 블록의 수를 제한하는 제어 전원 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메인 제어부는 업다운 모드 제어 시,
현재 온도보다 설정 온도가 기 설정된 편차 임계치 이상 높을 경우 상기 데드존 제어를 위해 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 0 내지 100% 가열상태로 제어하는 업 모드를 수행하고,
현재 온도보다 설정 온도가 기 설정된 편차 임계치 이상 낮을 경우 상기 데드존 제어를 위해 고정 출력이 제공된 열전 모듈 블록을 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 0 내지 100% 냉각상태로 제어하는 다운 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 4항에 있어서, 상기 업 모드 혹은 다운 모드 시 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록은 온도차 해소를 위한 목표 온도 도달시까지 100% 가열 혹은 냉각 상태로 제어되는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 데드존은 제어량의 범위가 극성 전환점이나 설정 온도를 기준으로 -10% 내지 10% 범위에 속하는 경우인 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 열전모듈 블록부는 2개 이상의 열전모듈 블록으로 구성되며, 각 열전모듈 블록의 열교환부에는 냉매와 냉각수(P.C.W)가 직렬 혹은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메인 제어부는 상기 데드존 제어 시 온도 제어를 위한 열전모듈의 제어 영역과 상이한 극성으로 고정 출력을 설정하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메인 제어부는 설정 온도, 작용 부하의 온도, 제어 히스토리 중 적어도 하나를 통해 얻어진 환경 정보를 기준으로 상기 데드존 제어를 위한 고정 출력의 크기나 극성을 결정하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
열전모듈 블록을 통해 가열과 냉각을 모두 실시하며 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템으로서,
열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와;
수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와;
반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와;
상기 PID 연산부의 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하는 데드존 연산부와;
상기 데드존 연산부에 의해 데드존 제어가 실시되는 중에 설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와;
상기 설정온도 판단부의 판단에 따라 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 상기 데드존 연산부를 통해 상기 고정 출력이 제공되던 열전모듈 블록을 상기 온도 차가 해소되는 방향으로 제어하도록 하는 업다운 모드 운영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 10항에 있어서, 상기 극성전환부는 하나 이상의 열전모듈 블록들을 개별적으로 제어하는 복수의 SMPS와 상기 SMPS에 선택적으로 전원을 인가하는 스위치부를 구비하며, 상기 PID 연산부가 산출한 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위에 따라 사용할 SMPS를 제한하는 제어전원 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
제 11항에 있어서, 상기 데드존 연산부는 상기 제어전원 관리부의 제어 상태 정보를 수신하여 현재 제어되는 대상이 최소 제어 가능한 SMPS인 경우에만 데드존 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.
열전모듈 블록을 통해 가열과 냉각을 모두 실시하며 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템으로서,
열전소자와 열교환부로 이루어지며 개별적으로 제어 가능한 복수의 열전모듈 블록으로 이루어진 열전모듈 블록부와;
수신되는 제어 출력량에 따라 제공할 전압 혹은 전류를 생성하고 수신되는 극성 신호에 따라 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 상기 열전모듈 블록부의 각 열전모듈 블록을 개별 제어하는 극성전환부와;
반도체 제조설비내의 작용부하의 온도를 설정된 온도로 조절하기 위한 PID연산을 수행하여 제어 출력량과 극성 신호를 산출하는 PID 연산부와;
상기 PID 연산부의 제어 출력량 및 극성 신호에 따른 제어 영역의 범위가 기 설정된 데드존에 해당할 경우 상기 열전모듈 블록부 중 적어도 하나의 열전모듈 블록을 제어 방향과 반대 극성의 고정 출력으로 출력을 재구성하여 상기 극성전환부에 제공하는 데드존 제어를 수행하는 데드존 연산부와;
설정 온도와 작용부하의 온도 차가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하는 설정온도 판단부와;
상기 설정온도 판단부의 판단에 따라 상기 온도 차가 기 설정된 상태가 될 때까지 제어중인 열전모듈 블록 중 적어도 일부를 온도 제어와 무관하게 상기 온도 차가 해소되는 방향으로 기 설정된 출력으로 고정하는 업다운 모드 운영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템.