플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 공정에 사용되는 알루미늄 히터 표면의 표면 온도 균일도 향상을 위한 구조 설계 연구 (A Study of Structural Design for Enhancing Surface Temperature Uniformity of Aluminum Heaters Used in Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Processes)

서지정보

· 발행기관 : 한국산업기술융합학회
· 수록지 정보 : 산업기술연구논문지 / 30권 / 2호 / 127 ~ 135페이지
· 저자명 : 왕현철, 김경호

초록

본 연구는 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 공정에 사용되는 알루미늄(Al) 히터의 구조적 처짐으로 인해 발생하는 표면 온도 불균일 문제를 해결하기 위한 구조 설계 방안을 제안한다. 반복적인 열 사이클과 장기 운전으로 인해 히터 에지 영역에서 하방 처짐이 발생하며, 이로 인해 플라즈마 밀도 분포와 박막 균일도에 부정적인 영향을 초래할수 있다. 이를 개선하기 위해 히터 에지 하단에 더미 매스를 부착하는 설계를 적용하였으며, 유한요소해석(FEM)을 기반으로 열 시뮬레이션을 수행하고, 실제 히터 시편을 제작하여 TC 웨이퍼를 활용한 표면 온도 측정을 통해 그효과를 실험적으로 검증하였다. 분석 결과, 더미 매스 적용 시 히터의 표면 온도 균일도는 8.5 %에서 3.2 %로 향상되 었으며, 시뮬레이션과 실험 간 온도 분포 일치율도 90 % 이상으로 나타났다. 본 연구는 Al 히터의 기계적 안정성과열 제어 정밀도를 동시에 확보할 수 있는 실용적 구조 설계 방안을 제시하며, PE-CVD 공정의 박막 품질 향상과 장비 신뢰도 확보에 기여할 수 있다.

영어초록

This study proposes a structural design approach to address the surface temperature nonuniformity issue caused by the structural deformation of aluminum (Al) heaters used in plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD) processes. Repetitive thermal cycles and prolonged operation induce downward deflection at the heater edge regions, adversely affecting the plasma density distribution and thin-film uniformity. To mitigate this issue, a dummy mass-attachment design was applied to the lower edgesof the heater. Finite element method-based thermal simulations were conducted, and experimental validation was performed by fabricating actual heater specimens and measuring the surface temperature using thermocouple wafers. The results indicate that applying dummy masses improved the surface temperature uniformity of the heater from 8.5% to 3.2%, with an accordance rate of over 90% between the simulated and experimental temperature distributions. This study presents a practical structural design solution capable of simultaneously enhancing the mechanical stability and enabling precise thermal control of Al heaters, contributing to improved thin-film quality and equipment reliability in PE-CVD processes.

참고자료

· 없음