[논문]건식 식각 장비용 샤워헤드의 형상에 따른 유동해석

건식 식각 장비용 샤워헤드의 형상에 따른 유동해석
A study on the effect of hole-distribution on the showerhead of dry etcher using fluid flow analysis 원문보기

고락현 (한국산업기술대학교 기계공학과) , 이종길 (한국산업기술대학교 기계공학과) , 홍주표 (한국기술교육대학교 디자인공학과)

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본 연구에서는 건식 식각 장치에 대하여 샤워헤드의 형상에 따른 유동해석을 수행하였다.
건식 식각 공정은 웨이퍼 상에 세밀한 패턴을 형성하는 핵심적인 반도체 공정 가운데 하나이며, 샤워헤드는 건식 식각 장치내로 유입되는 기체들을 반응기 내로 분사시키는 역할을 하는 부품으로 건식 식각 장치의 성능을 결정하는 주요 부품 가운데 하나이다. 본 연구에서는 샤워헤드의 형상에 따른 건식 식각 장치 내부의 유동해석을 통하여 최적의 샤워 헤드 설계를 위한 가이드라인을 제시하였다.

경계조건으로 입구에는 아르곤(Ar)과 프레온 가스(CF₄) 혼합기체가 110sccm 유량으로 유입되는 조건을, 출구에는 펌프의 영향을 고려하여 0.1 torr 의 압력 조건을 사용하였다. 혼합기체의 분사 시 플라즈마 효과는 고려하지 않았으며, 해석에 사용된 기체들의 물성치는 Table 2와 같다.

동일한 면적의 미세구멍을 가진 샤워헤드의 유동특성은 유사하게 나타남을 알 수 있고, 웨이퍼 기판 위에서의 유속의 분포는 구멍을 샤워헤드의 외곽에만 배치한 모델보다는 전 영역에 걸쳐 배치한 모델에서 더 균일하게 나타났다.
본 연구에서는 해석 영역이 0.1torr의 진공이며, 누센 수가 0.1이하이므로 나비에-스토크스 방정식의 적용 가능한 범위로 판단하였다.

추후 샤워헤드의 형상에 따른 건식 식각 장치 내의 유동특성에 대하여 결과의 정확성을 높이기 위해서는 선행한 해석과 플라즈마 효과를 고려한 전자기장 해석의 병행을 통한 체계적인 분석이 추가적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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