C2F6 플라즈마를 이용한 SiO2 식각공정의 run to run 제어와 프로판 탈수소화 공정의 반복학습제어 : Run to run control of inductively coupled C2F6 plasma etching of SiO2 And Repetitive control of CATOFIN process
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이광순
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 200608
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학공학
- 식별자(기타) 000000103186
- 본문언어 한국어
초록/요약
Part I. 플라즈마 공정은 건식 식각, 화학 증착, 세정 등 반도체 공정의 70 % 이상을 차지하고 있을 만큼 중요한 역할을 하고 있다. 하지만 복잡한 표면반응 및 플라즈마 특성 때문에 많은 부분 시행착오로 공정을 운전하고 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 미세화, 대량생산 되는 웨이퍼 식각공정의 품질을 최적화 하기 위한 모델링 및 run to run 제어기법의 개발을 C2F6플라즈마를 이용한 SiO2 식각공정을 대상으로 수행하였다. 플라즈마의 수치모델을 구성하기 위하여 상업화된 CFD-code를 이용하여 가스유량, 공정압력, RF 전력, bias 전압 등을 공정변수로 설정하여 플라즈마의 상태, 식각 등의 물리적 현상을 이해하였고, 모델을 구성하였다. 이를 토대로 run to run controller를 설계하였으며 이를 수치공정에 적용하였다. Part II. CATOFIN 공정은 프로필렌 생산을 위한 프로판 탈수소화 공정이다. CATOFIN 공정은 여러 개의 단열 고정층 반응기를 이용하며, 일정시간 탈수소화 반응을 운전한 후, 일정시간 석출탄소의 연소를 수행하는 방법을 반복적으로 운전하고 있다. 본 연구는 CATOFIN 공정과 같은 반복운전에 운전성능을 좋게 하는 반복학습 제어기법을 개발하는 것이다. 제어기는 탈수소화 공정에서는 Kalman filter만을 작동하고 재생 공정에서 제어동작을 수행하도록 설계하였다. 공정의 비선형성을 극복하기 위해 물리적인 모델을 기반으로 한 시변 선형모델을 제어기에 적용하였다. 제안된 제어기를 수치공정에 적용하였고 시변 설정값에 대해 성능을 검증하였다.
more초록/요약
Part I. A model-based run to run control method has been devised for an inductively coupled plasma (ICP) etcher and applied to a numerical processing for etching SiO2 film with C2F6 plasmas. A numerical process to simulate ICP etcher has been constructed using a commercial CFD code as a first step. The simulator was found to reasonably predict the reactive ion etching behavior of C2F6 plasmas and used to investigate the effects of plasma operating variables on the etch rate and uniformity. The relationship between the operating variables and the etching characteristics was mathematically modeled through linear regression. The controller was designed to minimize a quadratic cost of control error for the oxide etch rate and etch uniformity by run-wise integral action of the RF power, chamber pressure and RF bias voltage. Through numerical simulation, it was shown that the controller can truly minimize the cost even when the set point is given not to be reached by the process. Part II. The CATOFIN process is a propane dehydrogenation process for production of propylene. The CATOFIN process uses multiple adiabatic fixed-bed reactors where dehydrogenation and regeneration (decoking) are performed alternatively over roughly ten minutes of period for each operation. Taking advantage of the periodic operation, the present research concerns the development of a repetitive control method to improve the operation of CATOFIN process. The controller is designed to perform feedback action during the regeneration cycle and to run only the Kalman filter during the dehydrogenation cycle. To improve the performance while overcoming the nonlinearity of the process, a linearized time-varying process is derived from the first-law model and used for the controller design. Numerical study has shown that the proposed control system outperforms conventional feedback control methods.
more