• 전기학회논문지
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• 제63권10호
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• pp.1485-1490
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• 2014

$SF_6$ gas has been used for power transformers or gas insulated switchgears, because it has the superior insulation property and the stable structure chemically. It has been, however, one of global warming gases and required to reduce the its amount. Some papers have reported that its amount could be reduced by mixing with other gases, such as $N_2$, $CF_4$, $CO_2$ and $C_4F_8$ and their mixture gases would cause the synergy effect. In this paper, we investigated the characteristics of DC plasmas on $SF_6$ mixture gases with $N_2$ at atmospheric pressure. $N_2$ gas is one of cheap gases and has been reported to show the synergy effect with mixing $SF_6$ gas, even though $N_2$ plasmas have electron-positive characteristics. 38 kinds of $SF_6/N_2$ plasma particles, which consisted of an electron, two positive ions, five negative ions, 30 excitation and vibration particles, were considered in a one dimensional fluid simulation model with capacitively coupled plasma chamber. The results showed that the joule heating of $SF_6/N_2$ plasmas was mainly caused by positive ions, on the other hand electrons acted on holding the $SF_6/N_2$ plasmas stably. The joule heating was strongly generated near the electrodes, which caused the increase of neutral gas temperature within the chamber. The more $N_2$ mixed-ratio increased, the less joule heating was. And the power consumptions by electron and positive ions increased with the increase of $N_2$ mixed-ratio.

• 전기학회논문지P
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• 제58권4호
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• pp.516-520
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• 2009

Atmosphere Plasmas of Gas Discharge (APGD) have been used in plasma sources for material processing such as etching, deposition, surface modification, etc. This study is to investigate and understand the fundamental plasma discharge properties. Especially, $SF_6/N_2$ mixed gas would be used in power transformer, GIS (Gas insulated switchgear) and so on. In this paper, we developed a one dimensional fluid simulation model with capacitively coupled plasma chamber at the atmosphere pressure (760 [Torr]). 38 kinds of $SF_6/N_2$ plasma particles which are an electron, two positive ions (${SF_5}^+$, ${N_2}^+$), five negative ions (${SF_6}^-$, ${SF_5}^-$, ${SF_4}^-$, ${F_2}^-$, ${F_1}^-$), thirty excitation and vibrational particles for $N_2$ were considered in this computation. The $N_2$ gases of 20%, 50%, 80% were mixed in $SF_6$ gas. As the amount of $N_2$ gas was increased, the properties of electro-negative plasma moved toward the electro-positive plasma.

• 한국진공학회지
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• 제17권1호
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• pp.16-22
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• 2008

[ $O_2/SF_6$ ], $O_2/N_2$ 그리고 $O_2/CH_4$의 혼합 가스를 이용하여 폴리카보네이트의 플라즈마 식각을 연구하였다. 플라즈마 식각 장비는 축전 결합형 플라즈마 시스템을 사용하였다. 폴리카보네이트 식각은 감광제 도포 후에 UV 조사의 포토리소그래피 방법으로 마스크를 제작하여 실험하였다. 본 식각 실험에서는 $O_2$와 다른 기체와의 혼합비와 RIE 척 파워 증가에 따른 폴리카보네이트의 식각 특성 연구를 중심으로 하였다. 특히 건식 식각 시에 사용한 공정 압력은 100 mTorr로 유지하였으며 공정 압력은 기계적 펌프만을 사용하여 유지하였다. 식각 실험 후에 표면 단차 측정기, 원자력간 현미경 그리고 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플을 분석 하였다. 실험 결과에 의하면 폴리카보네이트 식각에서 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 순수한 $O_2$나 $SF_6$를 사용한 것보다 각각 약 140 % 와 280 % 정도의 높은 식각 속도를 얻을 수 있었다. 즉, 100 W RIE 척 파워와 100 mTorr 공정 압력을 유지하면서 20 sccm $O_2$의 플라즈마 식각에서는 약 $0.4{\mu}m$/min, 20 sccm의 $SF_6$를 사용하였을 때에는 약 $0.2{\mu}$/min의 식각 속도를 얻었다. 그러나 60 %의 $O_2$와 40 %의 $SF_6$로 혼합된 플라즈마 분위기에서는 20 sccm의 순수한 $O_2$에 비해 상대적으로 낮은 -DC 바이어스가 인가되었음에도 식각 속도가 약 $0.56{\mu}m$/min으로 증가하였다. 그러나 $SF_6$ 양의 추가적인 증가는 폴리카보네이트의 식각 속도를 감소시켰다. $O_2/N_2$와 $O_2/CH_4$의 플라즈마 식각에서는 $N_2$와 $CH_4$의 양이 각각 증가함에 따라 식각 속도가 감소하였다. 즉, $O_2$에 $N_2$와 $CH_4$의 혼합은 폴리카보네이트의 식각 속도를 저하시켰다. 식각된 폴리카보네이트의 표면 거칠기 절대값은 식각 전에 비해 $2{\sim}3$ 배정도 증가하였지만 전자현미경으로 표면을 관찰 하였을 때에는 식각 실험 후의 폴리카보네이트의 표면이 깨끗한 것을 확인할 수 있었다. RIE 척 파워의 증가는 -DC 바이어스와 폴리카보네이트의 식각 속도를 거의 선형적으로 증가시켰으며 이 때 폴리카보네이트의 감광제에 대한 식각 선택비는 약 1:1 정도였다. 본 연구의 의미는 기계적 펌핑 시스템만을 사용한 간단한 플라즈마 식각 시스템으로도 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 폴리카보네이트의 미세 구조를 만드는데 사용이 가능하며 $O_2/N_2$와 $O_2/CH_4$의 결과에 비해 상대적으로 우수한 식각 조건을 얻을 수 있었다는 것이다. 이 결과는 다른 폴리머 소재 미세 가공에도 응용이 가능하여 앞으로 많이 사용될 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국진공학회지
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• 제11권2호
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• pp.113-118
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• 2002

대면적 GaAs 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정에서 식각 깊이의 좋은 균일도를 얻기 위해 반응기 내의 가스 흐름을 조절하는 진보된 기술을 실험하였다. 유한차분수치법(Finite Difference Numerical Method)은 GaAs 웨이퍼의 건식 식각을 위한 반응기 안의 가스 흐름의 분포를 시뮬레이션하기에 유용한 방법이다. 이 방법을 이용해 시뮬레이션된 자료와 실제의 것이 상당히 일치한다는 것이 $BCl_3/N_2/SF_6/He$ICP플라즈마의 실험 결과로 확인되었다. 대면적 GaAs 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정 중에서 포커스 링(focus ring)의 최적화된 위치가 가스 흐름과 식각 균일성을 동시에 향상시키는 것을 이해했다. 반응기와 전극(electrode)의 크기가 변하지 않는 상황에서 샘플을 고정시키는 클램프 배치의 최적화를 통해 100 mm(4 inch) GaAs 웨이퍼에서 가스 흐름의 균일성을 $\pm$1.5 %, 150 mm(6 inch) 웨이퍼에서는 $\pm$3% 이하로 유지시킬 수 있는 것을 시뮬레이션결과에서 확인할 수 있다. 시뮬레이션된 가스 흐름의 균일도 자료와 실제 식각 깊이 분포실험 데이터의 비교로 대면적 GaAs 웨이퍼에서 건식 식각의 뛰어난 균일성을 얻기 위해서는 반응기 내의 가스흐름분포의 조절이 매우 중요함을 확인하였다.