[논문]저진공 내 시료가열판과 시료의 열전달

박현재; 오수기; 신용현; 정광화

doi:10.5757/jkvs.2008.17.4.302

초록
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진공 챔버 내부에서 열접촉된 시료가열장치와 시료 사이의 열전달 현상을 고찰하였다. 열전달은 가스 유량과 기체 압력에 따른 대류현상, 시료와 접촉하는 기판가열장치의 표면 거칠기 및 접촉압력에 따른 전도현상, 기판가열장치의 표면 방사율에 따른 복사현상으로 나누어 푸리에 식과 슈테판-볼츠만 식을 이용하여 열흐름 값을 분석하였다. 실험은 시료가열장치의 온도를 $100\;-\;500^{\circ}C$ 사이에서 일정하게 유지하면서 300 mTorr - 1 Torr 사이의 압력에 따른 시료의 온도를 측정하고, 푸리에 식과 슈테판-볼츠만 식을 이용하여 열흐름 값을 계산하였다. 열흐름 값의 산출에 사용된 푸리에 계수의 정확성을 확인하기 위해, 역으로 열흐름 값으로부터 온도차를 구하는 방법을 사용하였으며 0.33 % 오차 내에서 재현됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Heat transfer between substrate and substrate-heater in low vacuum was investigated. The convection related with gas flow and pressure, the heat conduction considering surface roughness and contact pressure, and the heat loss by radiation depending on the surface emissivity were considered. The coef...

Heat transfer between substrate and substrate-heater in low vacuum was investigated. The convection related with gas flow and pressure, the heat conduction considering surface roughness and contact pressure, and the heat loss by radiation depending on the surface emissivity were considered. The coefficient of heat conduction $h_c$ in the Fourier's law were determined experimentally from the temperature difference between the substrate and the substrate-heater in the range of substrate-heater temperature $100\;-\;500^{\circ}C$, in the pressures of 300 mTorr - 1 Torr. The temperature difference was then calculated in the reverse way for the purpose of verification, using the heat flow and the experimentally determined coefficients. The verified temperature differences were thus obtained within 0.33 % error.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 실험을 통해 기체 분자들의 열전도로 인하여 시료의 온도가 변화되는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 아르곤 기체가 흘러들어 가는 동안 즉, 기체들에 의한 열전도 현상을 정량적으로 측정하였다.
본 연구에서는 열전도의 두 가지 종류인 열 접촉과 기체 간격 전도(Gas Gap Conductance)에 대하여 조사하였다. [5] 기체에 대한 열전달을 대류가 아닌 전도로 정의한 것은, 접촉 압력이 낮은 경우, 대부분의 열전달은 접촉면의 기체 간격에 의해 일어난다고 Madhusudana에 의해 알려 졌고, [6] Boeschoten 와 van der Held 또한 낮은 접촉압력에서는 기체 간격이 열전달에 지배적 역할을 한다고 하였다.

제안 방법

시료의 온도는 이전 아르곤이 없던 경우와 같이 100℃를 유지하였다. 2800초 부근에서 기판가열장치 전원 공급을 끊은 후 가열장치의 온도와 시료의 온도를 측정하였다. 이 실험을 통해 기체 분자들의 열전도로 인하여 시료의 온도가 변화되는 것을 확인할 수 있다.
6은 이론 부분에서 설명한 열전달식들을 이용하여 계산한 열전도 계수의 값과 실험적으로 측정한 시료의 온도를 이용하여 계산한 열흐름 값이다. 기판가열장치의 온 도가 100℃인 경우 열흐름 값의 계산이 타당한지 확인하기 위해 계산 과정을 역으로 계산해 봄으로서 기판가열장치와 시료의 온도차를 구하였고, 이를 실험적으로 측정한 값과 비교하였다. Fig.
본 연구에서는 챔버 내에 유입되는 가스의 유량과 진공도에 따른 대류, 시료와 닿는 기판가열장치의 표면 거칠기 및 기체 압력에 따른 전도, 기판가열장치의 표면 방사율에 따른 복사에 의한 열전달 효과를 분석하였다.
내부 압력의 증가로 인해 열접촉 간격사이가 아르곤 기체로 채워지므로 기체 분자에 의한 열전도가 일어나고, 시료의 온도는 100℃에서 150℃로 증가하게 되는 것을 확인하였다. 시료의 온도가 150℃로 유지되는 구간에서 아르곤 기체 유입을 차단하고 시료의 온도변화를 측정하였다. 시료의 온도는 이전 아르곤이 없던 경우와 같이 100℃를 유지하였다.
온도 측정은 K 타입 열전대를 사용하였으며, 정확한 측정을 위해 실리콘 샘플에 흠을 내어 열전대와 샘플을 세라믹으로 접착시켰다. 실험은 일정 기판 온도 100, 200, 300, 400, 500℃에서 압력을 300mTorr에서 1Torr 까지 변화시키면서 샘플의 온도를 측정하였다.
실험하기 전에 기체 분자에 의한 열전도 현상을 쉽게 알아보기 위해 아르곤 기체를 흘려 넣은 경우와 그렇지 않은 경우에 시료의 온도를 측정하였다. Fig.
999%의 아르곤 이며 MFC(MKS)를 사용하여 주입량을 조절하였다. 온도 측정은 K 타입 열전대를 사용하였으며, 정확한 측정을 위해 실리콘 샘플에 흠을 내어 열전대와 샘플을 세라믹으로 접착시켰다. 실험은 일정 기판 온도 100, 200, 300, 400, 500℃에서 압력을 300mTorr에서 1Torr 까지 변화시키면서 샘플의 온도를 측정하였다.

대상 데이터

사용한 챔버는 직경 20cm, 높이 25cm의 실린더 형태의 석영이고, 기판 가열장치를 챔버 아래에 부착하였다. 사용한 기체는 순도 99.999%의 아르곤 이며 MFC(MKS)를 사용하여 주입량을 조절하였다. 온도 측정은 K 타입 열전대를 사용하였으며, 정확한 측정을 위해 실리콘 샘플에 흠을 내어 열전대와 샘플을 세라믹으로 접착시켰다.
2에 나타내었다. 사용한 챔버는 직경 20cm, 높이 25cm의 실린더 형태의 석영이고, 기판 가열장치를 챔버 아래에 부착하였다. 사용한 기체는 순도 99.

이론/모형

1. 연속체(continuum): NKn << 1 일 때, 열전도에 관한 푸리에 법칙을 이용하여 열전도 계수 결정한다.
가열장치의 기판과 샘플인 실리콘 웨이퍼의 뒷면(열 접촉면)의 표면 거칠기를 측정하기 위해 공초점 레이저 현미경(Confocal laser microscope, Olympus)을 이용하였다. Fig.

성능/효과

8이다. 기체 압력이 높아질수록 이에 비례하여 복사량이 증가됨을 확인할 수 있다. 복사량의 크기는 열흐름 값에 대해 상대적으로 적으며, 기체 압력이 낮은 경우가 높은 경우 보다 상대적 비율이 큰 것을 볼 수 있는데 이것은 낮은 기체 압력에서는 두 물체의 접촉 간격 내에 기체의 분포가 낮아 기체들에 의한 열전도 효과가 적기 때문이다.
시료의 온도가 일정해지는 구간을 확인한 후 1500초 부근에서아르곤 기체를 2sccm으로 흘려주었을 때, 내부 압력은 40mTorr가 되었다. 내부 압력의 증가로 인해 열접촉 간격사이가 아르곤 기체로 채워지므로 기체 분자에 의한 열전도가 일어나고, 시료의 온도는 100℃에서 150℃로 증가하게 되는 것을 확인하였다. 시료의 온도가 150℃로 유지되는 구간에서 아르곤 기체 유입을 차단하고 시료의 온도변화를 측정하였다.
3은 챔버 내부 압력이 7mTorr일 때, 기판가열장치 온도를 300℃까지 증가시키면서 시간에 따른 시료의 온도를 측정한 것이다. 시료의 온도가 일정해지는 구간을 확인한 후 1500초 부근에서아르곤 기체를 2sccm으로 흘려주었을 때, 내부 압력은 40mTorr가 되었다. 내부 압력의 증가로 인해 열접촉 간격사이가 아르곤 기체로 채워지므로 기체 분자에 의한 열전도가 일어나고, 시료의 온도는 100℃에서 150℃로 증가하게 되는 것을 확인하였다.
2800초 부근에서 기판가열장치 전원 공급을 끊은 후 가열장치의 온도와 시료의 온도를 측정하였다. 이 실험을 통해 기체 분자들의 열전도로 인하여 시료의 온도가 변화되는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 아르곤 기체가 흘러들어 가는 동안 즉, 기체들에 의한 열전도 현상을 정량적으로 측정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건식공정을 이용한 재료의 표면 개질 과정에서 공정에 중요한 영향을 미치는 요소는 무엇인가?	건식공정을 이용한 재료의 표면 개질 과정에서 시료 표면의 온도는 공정에 중요한 영향을 미친다. 식각의 경우 시료의 표면 온도에 따라 식각률이 달라지고, 화학 기상증착에 의한 박막형성 공정 또한 시료의 표면온도가 박막 성장속도와 박막의 물리적 특성을 결정짓는 중요한 변수가 된다.
	열전달 현상의 발생 특징은 무엇인가?	열전달은 각각 독립적으로 발생하는 경우는 드물며, 대부분 전도, 대류, 복사 현상이 동시에 일어난다.
	건식공정을 이용한 재료의 표면 개질 과정에서 시료 표면의 온도는 공정에 어떤 영향을 끼치는가?	건식공정을 이용한 재료의 표면 개질 과정에서 시료 표면의 온도는 공정에 중요한 영향을 미친다. 식각의 경우 시료의 표면 온도에 따라 식각률이 달라지고, 화학 기상증착에 의한 박막형성 공정 또한 시료의 표면온도가 박막 성장속도와 박막의 물리적 특성을 결정짓는 중요한 변수가 된다. [1],[2] 그러나 진공 챔버 내부에서 시료의 온도는 기판가열장치의 온도와 같지 않으며, 특히 저 진공에서 반응 가스를 사용하는 경우 가스의 유량과 진공도에 따라 시료온도가 다르게 나타난다.

참고문헌 (18)

Hyeok-Cheol Choi and Chun-Yeol You, J. Kor. Vac. Soc. 16, 433 (2007)

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J. S. Lee, G. C. Kim, H. H. Jeon, S. J. Hwangboe, D. H. Kim, C. M. Seong, M. H. Jeon, J. Kor. Vac. Soc. 17, 23 (2008)

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Siegel-Howell, Thermal radiation heat transfer (McGraw-Hill, 1971)
N. V. Tsederberg, Thermal conductivity of gases and liquids (M.I.T. Press,1965)
정서긴, 이진원, 박종윤 공저, 진공 과학 입문
C. V. Madhusudana, Int. Comm. Heat Mass Transfer 20, 123-132 (1993)

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F. Boeschoten and E. F. M. Van der Held, Physica 23, 37-44 (1957)

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P. M. Lang, Nucleonics 20, 62-63 (1962)
J. P. Hollman, Heat Transfer, 8th edition
V. W. Antonetti, Statistical Variability of Thermal Interface Conductance. NSF/DITAC (Workshop, Melbourne, Australia, 1992), pp. 37-45
E. H. Kennard, Kinetic Theory of Gases. (McGraw- Hill, New York, 1938 ) pp. 311-327
Yu. G. Semyonov, S. E. Borisov and P. E. Suetin, Int. J. Heat Mass Transfer 27, 1789 (1984)

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H. Y. Wachman, ARS Journal 32, 2-12 (1962)

상세보기
M. L. Wiedmann, and P. P. Trumpler, Trans. ASME, 68, 57-64 (1946)
G. Dharmadurai, J. App. Phys. 54, 5990 (1983)

상세보기
Smoluchowski, Phil. Mag. and Jour. Sci. 5, 192-206 (1898)
M. Knudsen, The Kinetic Theory of Gases, (Methuen, London, 1934) pp. 46-61
J. K. Roberts, The Exchange of Energy Between Gas Atoms and Solid Surfaces II, (Proc. R. Soc, London, 1932), Ser. A, 135:192-205

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