• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.92.2-92.2
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• 2017

스퍼터링은 이온화된 불활성 기체가 음의 전압이 인가된 타겟에 충돌하여 운동량 전달에 의해 타겟 물질을 떼어내어 기판에 박막을 형성하는 진공증착 기술의 하나이다. 스퍼터링은 초기에 이극 또는 삼극 스퍼터링이 사용되다가 1970년대에 마그네트론 스퍼터링이 등장하면서 고속화 및 박막의 특성향상이 이루어졌으며 현재 스퍼터링 기술의 표준으로 자리를 잡았다. 마그네트론 스퍼터링은 그러나 타겟 효율이 30%내외로 낮고 여전히 다른 증착 기술에 비해 증발율이 낮다는 단점이 지적되고 있으며 이를 극복하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 증발율을 향상시키고 타겟 효율을 향상시킬 수 있는 방안의 하나로 HC-GFS(Hollow Cathode - Gas Flow Sputtering) 소스가 연구되어 왔다. GFS란 증기가 발생하는 부분과 증착이 이루어지는 부분의 진공도를 변화시켜 압력차에 의해 증기가 이송되어 증착되는 기술을 의미하며 HC-GFS는 타겟과 타겟 사이에 할로 방전을 발생시켜 이때 발생된 플라즈마로 타겟의 물질을 스퍼터링하고 스퍼터링된 입자를 압력차로 이송하여 기판에 증착하는 기술이다. HC-GSF 소스는 증발율이 향상되고 타겟 효율이 높다는 점에서 많은 관심을 가졌으나 아직까지 상용화 실적은 미미한 상황이다. 본 연구에서는 HC-GFS 소스를 제작하고 그 특성을 평가하였으며 금속을 증착하여 상용 증발원으로써의 가능성을 검토하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2001.02a
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• pp.90-90
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• 2001

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2008.08a
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• pp.207-207
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• 2008

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2010.11a
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• pp.539-540
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• 2010

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.211-212
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• 2011

플라즈마를 제어하기 위해서는 플라즈마의 온도, 밀도, 에너지 분포등과 같은 플라즈마의 특성을 정확히 측정할 수 있어야한다. 핵융합발전에서는 플라즈마를 발생하기 위하여 플라즈마의 온도, 밀도 등 각종 변수들을 시공간적으로 계측, 분석할 수 있는 진달설비를 사용하고 있으며, 정확한 플라즈마 제어와 측정을 위한 새로운 진단기술을 개발하고 있다. 그리고 중요한 변수중에 하나인 플라즈마 이온온도를 측정하기 위해 중성입자 검출법이 잘 알려져 있다. 이 실험은 수소 중성입자가 토카막 내부의 플라즈마 이온과 충돌하면서 생성된 고속 중성입자의 에너지를 분석하는 실험이다. 본 연구의 실험방법은 수소 중성입자를 이온빔 장치에서 이온화 시킨 후 자체 제작한 가속기를 통하여 가속시켜 에너지 특성을 분석을 하는 것이다. 본 연구의 실험장치로 에너지 교정용 100 keV 이온빔 소스를 제작 하였고 이온빔 장치 내부에 수소기체를 주입하고 기체방전을 일으켜 플라즈마를 발생시켰다. 이온빔 외부에는 팬을 설치하고 전도성이 강한 물 대신 전도성이 약한 오일을 사용하여 냉각 하였다. 이온빔 장치와 결합될 이온 가속장치는 지름 300 mm, 두께 2 mm의 원형 구리판을 여러층으로 쌓아 전극으로 제작하였고 전극과 전극 사이에서 코로나 방전과 스파크를 방지하기 위해 전극 둘레에 코로나링을 설치 하였다. 또한 전극 사이마다 1G${\Omega}$의 저항을 설치한 후 고전압을 생성하여 이온 가속 효율을 증대시켰다. 진공시스템으로는 Alcatel사의 CFF100 터보분자 펌프와 우성진공사의 MVP24 진공로타리펌프를 결합하여 사용하였으며, 진공도측정은 Alcatel사의 ACS1000 장치를 사용하였다. 고진공후 고속 중성입자의 이온화와 에너지 측정을 위한 전하교환기를 설치하였다. 전하교환기로는 진공시스템을 별도로 설치하고 비용이 비교적 많이 드는 기체형 전하교환기 대신 소형화가 가능하고 유지보수가 좋은 고체형 전하교환기 제작하여 실험 하였다. 전하교환기에서 이온화된 고속 중성입자가 전기장이나 자장에 영향을 받았을때 에너지분포를 디텍터를 통해 측정하였다. 즉, 이온화된 중성입자의 에너지가 실리콘 다이오드를 통해 전압 펄스 신호로 변환되고 이차 증폭기를 통해 전압 펄스 신호들이 증폭한다. 에너지 측정을 위한 디텍터는 소형화가 가능하고 비용이 비교적 적게 드는 실리콘 다이오드를 설치하였다. 본 연구결과 중성입자 에너지 분석 장치가 실제 핵융합 장치의 플라즈마 이온온도와 특성 측정에 적용할 수 있으며, 앞으로 개발될 여러 형태의 응용 플라즈마 발생장치의 플라즈마 진단에 이용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.488-488
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• 2013

일반적으로 sputtering 방식을 이용한 박막 증착 방법은 장치가 간단하고 고품질의 박막이나 균일한 박막을 만들 수 있는 장점이 있어 널리 사용된다. 본 연구에서는 기존의 sputtering 방식에 Modulation technology를 적용하고자 한다. Modulation technology를 이용하여 전원의 pulse on 시에는 일반적인 sputter 방식으로 기판에 박막을 증착하고 pulse off 시에는 양의 전압을 인가하여 이온빔을 발생시킨 후 기판에 입사시키는 방식을 적용하여 박막 형성의 특성을 향상시키고자한다. 이는 고온의 heater 및 이온빔이나 레이저, 플라즈마 소스 등의 추가적인 에너지원의 장치가 필요 없이 고품질의 박막의 특성을 향상시키는 기대 효과가 있다. Modulated Sputtering System (MSS)에 인가되는 전압과 전류의 특성을 관찰하였으며 MSS에 인가하는 전압과 frequency, 그리고 duty cycle 변화에 따른 이온 에너지 분포를 에너지 분석기를 통해 측정하였다. 또한 Langmuir probe를 이용한 afterglow plasma 상태에서의 이온전류를 측정하였다. 그리고, MSS 이용하여 Ti 박막을 증착하였으며 박막의 특성을 분석하기 위하여 a-step, SEM, XRD, AFM을 이용하여 두께, 결정성장면, 표면 거칠기를 측정하였다. 측정 결과 기판에 입사되는 양이온의 에너지가 증가함에 따라 (002) 결정면 방향에서 (100) 결정면 방향으로 증착되고 표면 거칠기가 낮아짐을 측정하였다. 또한 Graphite 타겟을 이용한 carbon 박막을 증착하였으며 박막의 특성을 분석하기 위하여 Raman을 이용한 분석 결과 양이온의 에너지가 증가함에 따라 박막내의 sp3 함유량이 변화함을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.141.2-141.2
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 인체 부착을 위해서는 민감한 피부에 장시간 부착시 무해성과 탈부착의 자유로움이 요구되기에 기존의 화학물질을 활용한 접착 방식에서 개코도마뱀 또는 딱정벌레 발바닥에서 영감을 얻은 자연모사형 건식 접착 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩과 후처리를 통한 매우 복잡한 공정이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 단순화하기 위해서 폴리머 소재에 플라즈마를 활용한 나노구조를 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착용 폴리머 소재(PMMA, PDMS)에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 본 연구실에서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지, 노출시간, 사용가스에 따른 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 또한 처리조건에 따른 표면에너지 변화를 확인하기 위해 물접촉각 변화를 측정하였다. PMMA는 입사에너지, 노출시간이 증가함에 따라 쉽게 나노기둥구조가 형성되었으나, 과도한 입사에너지 또는 노출시간에서는 표면구조가 에칭되면서 무너지는 것이 관찰되었다. 또한 PDMS는 동일한 조건에서 주름구조 형태를 보였으며 노출시간이 증가할수록 주름구조의 간격이 늘어남을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 나노 구조를 쉽게 제어할 수 있는 PMMA가 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.184-184
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• 1999

반도체소자의 고집적, 미세화에 따라 MOSFET 소자에서의 고농도, 미세접합이 요구되고 있다. 이러한 고농도, 미세접합을 형성하기 위하여 기존의 저에너지 이온주입법을 대체 또는 병행할 목적으로 플라즈마 이온주입방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 이온주입방법을 이용하여 (100) 실리콘 기판에 보론을 주입후 열처리하여 형성된 p+층의 도펀트의 활성화와 이온주입으로 인한 실리콘 기판의 손상을 고찰하였다. 본 실험에서 (100)실리콘 기판에 도핑할 소스 가스로 BF3을 주입하고, D.C. pulse 플라즈마 도핑시스템을 사용하여 플라즈마 내의 보론이온을 웨이퍼 홀더에 -1~-5kV의 인가된 음전압에 의해 가속시키어 실리콘 웨이퍼에 주입하였다. 주입에너지 -1kV, -3kV, -5kV와 1$\times$1015, 3$\times$1515의 dose로 주입된 실리콘 기판을 급속가열방식(RTP)을 사용하여 $600^{\circ}C$~110$0^{\circ}C$의 온도구간에서 10초와 30초로 열처리하여 도펀트의 활성화와 미세접합을 형성한 후 SIMS, four-point probe, Hall 측정, 그리고 FT-IR을 이용하여 플라즈마 이온주입된 도펀트의 거동과 활성화율을 관찰하였고 FT-IR과 TEM의 분석을 통하여 이온주입으로 인한 실리콘 기판의 손상을 고찰하였다. SIMS, four-point probe, Hall 측정, 그리고 FT-IR의 분석으로 열처리 온도의 증가에 따라 도펀트의 활성화율이 증가하였고, 이온주입 에너지와 dose 그리고 열처리 시간의 증가에 따라서 주입된 도펀트의 활성화는 증가하였다. 그리고 주입에너지와 dose 그리고 열처리 시간의 증가에 따라서 주입된 도펀트의 활성화는 증가하였다. 그리고 주입에너지와 dose를 증가시키면 접합깊이가 증가함을 관찰하였다. 이온주입으로 인한 기판손상의 분석을 광학적 방법인 FT-IR과 미세구조를 분석할 수 있는 TEM을 이용하여 분석하였다. 이온주입으로 인한 dislocation이나 EOR(End Of Range)과 같은 extended defect가 없었고, 이온주입으로 인한 비정질층도 없는 p+층을 얻을수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.33 no.3
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• pp.185-189
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• 2009

Focused ion beam system was designed, which includes LMIS, electrostatic lens and high voltage power supply. Control program is updated for high speed image processing. The details of vibration-free vacuum system and other important electrical parts were trouble-shooted for appropriately controlling high acceleration voltages.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.95-95
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• 2013

박막 공정 기술은 반도체 및 디스플레이뿐만 아니라 대부분의 전자소자에 적용되는 매우 중요한 기술이다. 그 중, 마그네트론 스퍼터링 공정은 플라즈마를 이용하여 금속 및 세라믹 등의 벌크 물질을 박막으로 증착 가능한 가장 널리 사용되는 방법 중의 하나이다. 하지만, Fe, Co, Ni 같은 강자성체 재료는 공정이 불가능하며, 스퍼터링 타겟 효율이 40% 이하이고, 제한적인 방전압력 범위 및 전류 상승에 의한 높은 전압 인가 제한이 있다는 단점이 있다. 본 연구에서 사용된 고밀도 플라즈마 소스를 적용한 고효율 스퍼터링 시스템은 할로우 음극을 이용한 원거리에서 고밀도 플라즈마를 생성하여 전자석 코일을 통해 자석이 없는 음극으로 이온을 수송시켜 스퍼터링을 일으킨다. 따라서 강자성체 재료의 스퍼터링이 가능하며, 90% 이상의 타겟 사용 효율 구현 및 기존 마그네트론 스퍼터링 대비 고속 증착이 가능하다. 또한, $10^{-4}$ Torr 압력영역에서 방전 및 스퍼터링이 가능하다. 타겟 이온 전류를 타겟 인가 전압과 관계없이 0~4 A까지, 타겟 이온 전류와 상관없이 타겟 인가 전압을 70~1,000 V 이상까지 독립적으로 제어가능하다. 또한 TiN과 같은 질소 반응성 공정에서 반응성 가스인 질소를 40%까지 넣어도 타겟에 수송되는 이온의 양에 영향이 없다. 할로우 음극 방전 전류 40 A에서 발생된 플라즈마의 이온에너지 분포는 55 eV에서 가우시안 분포를 보였으며, 플라즈마 포텐셜인 sheath drop은 74 V 였다. OES를 통한 광학적 진단 결과, 전자석에 의한 이온빔 초점에 따라 플라즈마 이온화율을 1.8배까지 증가시킬 수 있으며, 할로우 음극 방전 전류가 60~100 A로 증가하면서 플라즈마 이온화율을 6배까지 증가 가능하다. 또한, 타겟 이온 전류와 관계없이 타겟 인가 전압을 300~800 V로 증가시킴에 따라 Ar 이온 밀도의 경우 1.4배 증가, Ti 이온 밀도의 경우 2.2배 증가시킬 수 있었으며, TiN의 경우 증착 속도도 16~44 nm/min으로 제어가 가능하다.