PECVD 공정장비의 RPG 도파관 직경 최적화를 통한 NF 3 가스 사용량 절감 및 세정 효율 향상에 관한 연구

• 영문명: NF 3 Gas Reduction and Cleaning-Efficiency Improvement through RPG Waveguide Diameter Optimization in PECVD Process Equipment
• 발행기관: 한국산업기술융합학회(구. 산업기술교육훈련학회)
• 저자명: 김경호(Kyoung-Ho Kim) 왕현철(Hyun-Chul Wang)
• 간행물 정보: 『산업기술연구논문지』제30권 3호, 263~270쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 공학 > 산업공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.09.30

국문 초록

반도체 3D 낸드 공정의 본격화와 미세화로 인한 멀티 패터닝 작업 증가로 PECVD 챔버 세정용 NF3 가스 수요가 급증하고 있으나, 공급 부족과 고가의 원료비로 공정 비용이 증가하는 문제가 발생하고 있다. 본 연구에서는 PECVD 공정의 Remote Plasma Generator(RPG) 도파관 직경을 기존 ∅40mm에서 ∅25mm, ∅16mm로 변경하여 플루오린 라디칼 전달 효율을 향상시키고 NF3 가스 사용량을 절감하는 방법을 제시하였다. RGA(Residual Gas Analyzer) 시스템을 활용한 실시간 모니터링과 웨이퍼 에치율 평가를 통해 도파관 직경 변화에 따른 세정 효율을 정량적으로 분석하였다. 실험 결과, 도파관 직경을 ∅25mm로 변경 시 에치율이 평균 35% 향상되었으며, 벤투리 어댑터와 온도 제어 모듈 적용으로 추가 15%의 효율 개선을 달성하여 총 50%의 NF3 가스 절감 효과를 확인하였다. 본 연구는 반도체 제조 공정의 원가 절감과 환경 부하 감소에 기여할 수 있는 실용적 해결책을 제시한다.

영문 초록

Owing to the advancement and miniaturization of three-dimensional NAND semiconductor processes, the demand for NF₃ gas used in PECVD chamber cleaning has increased significantly. However, supply shortages and high material costs have increased process expenses. This study presents a method for improving the radical transfer efficiency of fluorine and reducing NF₃ gas consumption by optimizing the remote plasma generator waveguide diameter from the conventional ∅40 mm to ∅25 and ∅16 mm. Based on Bernoulli's principle and the Venturi effect, we analyzed the fluid dynamics inside the waveguide and quantitatively evaluated the changes in cleaning efficiency as a function of waveguide diameter through real-time monitoring using a residual gas analyzer and wafer etch rate measurements. Experimental results show that changing the waveguide diameter to ∅25 mm improved the etch rate by 35% on average, whereas adopting a Venturi adapter combined with a temperature -control module afforded an additional 15% improvement in efficiency, thus resulting in a total NF₃ gas reduction of up to 50%. This study proposes practical solutions that can contribute to cost reduction and reduced environmental impact in semiconductor-manufacturing processes.

목차

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 이론적 배경

Ⅲ. 실험방법

Ⅳ. 결과 및 고찰

Ⅴ. 결 론

References

키워드

플라즈마 여기 화학 기상 증착 원격 플라즈마 발생기 삼불화질소 플루오린 라디칼 벤투리효과 PECVD RPG NF 3 Fluorine Radical Venturi Effect

참고문헌

• Noyes Publications
• Surface Science Reports
• Materials Science and Engineering B
• Plasma Chemistry and Plasma Processing
• John Wiley & Sons
• Microelectronic Engineering
• Applied Physics Letters
• Journal of Applied Physics
• Japanese Journal of Applied Physics