유도 결합 교류 주파수 플라즈마에서 이온 주입 장치 소스 헤드 열 해석

Abstract

국문요지

본 연구에서는 기존의 직류 플라즈마 이온 주입 장치에서 발생하는 문제점들을 보완하기 위해 제작된 유도 결합 Radio Frequency(RF) 플라즈마 이온 주입 장치 소스 헤드의 열전달 해석을 진행하였다. 유도 결합 플라즈마 이온 주입 장치는 밀폐된 진공 상태로, 체임버에서 플라즈마 발화로 인한 열을 전도 및 복사를 통해 가열되는 소스 헤드의 온도 상승을 수치해석 시뮬레이션으로 예측하고 실제 측정을 통해 검증하였다. 실제 측정을 위해서 시험용 진공 체임버 내부 소스 헤드의 열원을 적외선 열화상 카메라로 촬영하여 해석의 주요 온도 경계조건으로 설정하였다. 열화상 측정 자료를 이용하여 복사 경계조건을 설정하고, 이온 주입 장치 소스 헤드에서 공정 기체의 가스 라인 및 샤워헤드판의 온도를 열전대 측정을 통하여 확인하였다. 본 연구를 통해 유도 결합 교류 주파수 플라즈마 이온 주입 장치 소스 헤드에서 플라즈마 발화로 발생하는 폐열로 가열되는 소스 헤드 열 해석을 진행하여, 측정 자료와 비교하였을 때, 애퍼쳐 및 애퍼쳐 커버에서 1% 이하의 오차 범위를 보였다. 열전대 장비로 측정한 샤워헤드와 시뮬레이션 해석 결과는 2% 이내의 오차롤 보였다.

주요어 : 유도 결합 플라즈마, 이온 주입 장치, 복사 열 전달, 전도 열 전달, 수치해석|In this study, heat transfer analysis of the source head of an inductively coupled radio frequency(RF) plasma ion implanter was conducted to compensate for some problems that occur in the existing dc plasma ion implanter. The temperature rise of the source head heated through conduction and radiative heat transfer from plasma ignition in a closed chamber was predicted and verified by simulation The heat source of the source head inside the vacuum chamber for testing was photographed with an infrared thermal imaging camera and set as the main temperature boundary condition for numerical analysis. The temperature distribution of the gas line and showerhead, which is the path of the process gas, which is the main temperature analysis point from the source head, was checked from the thermal image measurement data and simulation results. To verify the simulation analysis and secure reliability, the temperature of the showerhead was measured using a thermocouple. This study is thermal analysis of the source head heated by waste heat generated by plasma ignition in the source head of an inductively coupled RF plasma ion implanter. By comparing the analysis results and the measured data, the error range was within 1 % for the aperture cover.