• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.329-329
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• 2010

반도체 및 디스플레이의 진공부품은 알루미늄 모제에 전해연마법(electrolytic polishing), 양극산화피막법(Anodizing), 플라즈마 용사법(Plasma spray) 등을 사용하여 $Al_2O_3$ 피막을 성장시켜 사용되고 있다. 반도체 제조공정 중 30~40% 이상의 비중을 차지하는 식각(etching) 및 증착(deposition) 공정은 대부분 플라즈마를 사용하고 있다. 플라즈마에 의해 화학적, 물리적 침식이 발생하여 코팅막에 손상을 일으켜 코팅막이 깨지거나 박리되면서 다량의 Particle을 생성함으로써 생산수율에도 문제를 야기 시킨다고 알려져 있다. 하지만 이들 코팅막을 평가하는 방법은 거의 전무하여 산업계에서 많은 애로를 겪고 있다. 이러한 코팅부품의 내플라즈마 성능평가 방법과 기준이 없어 적절한 교체시기를 파악하기 위한 코팅부품의 손상정도를 정량화 및 평가 방법의 표준화를 구축하는 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 이러한 소재의 특성평가를 위해 공정에서 사용 중 손상되어 교체된 샘플의 모폴로지 관찰하고 내전압 측정으로 전기적 특성을 분석하여 손상 전, 후의 변화를 관찰하였다. 또한 플라즈마의 영향에 따른 코팅 막 형태 변화 및 전기적 특성의 변화를 알아보기 위하여 양극산화피막법(Anodizing)으로 $Al_2O_3$를 성장시킨 평가용 샘플을 제작한 후, Plasma chamber 장비를 이용하여 플라즈마 처리에 따른 코팅막의 내전압, 식각율, 표면 미세구조의 변화를 측정하였고 이를 종합적으로 고려하여 진공 장비용 코팅부품의 공정영향에 의한 내플라즈마 특성평가방법 개발에 관하여 연구하였다. 이러한 실험을 통해 플라즈마 처리 후 코팅 막에 크랙이 발생되는 것을 확인할 수 있었고 코팅 막의 손상으로 전기적 특성이 감소를 것을 확인할 수 있었다. 또한 ISPM 장비를 이용하여 진공 장비용 코팅부품이 플라즈마 공정에서 발생하는 오염 입자를 측정할 수 있는 방법을 연구하였다. 이러한 결과를 이용하여 진공공정에서 사용되는 코팅부품이 플라즈마에 의한 손상정도를 정량화 하고 평가방법을 개발하여 부품 양산업체의 진공장비용 코팅부품 개발 신뢰성 향상이 가능할 것으로 본다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 1990.02a
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• pp.185-189
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• 1990

고강도 레이저 장에서 마그네슘 원자의 다광자 이온화에 미치는 레이저 parameter의 영향을 Time-of-Flight spectrometer를 사용하여 분광학적 방법으로 연구하였다. 진공 챔버 속에서 파장 532nm와 1064nm인 레이저 펄스를 강도 1010-13W/'$ extrm{cm}^2$ 범위내에서 변화시키며 마그네슘 원자와 반응시켜서 Mg+ 및 Mg2+ 이온을 생성시켰으며 레이저의 파장, 강도 및 편광에 따른 광전자 스펙트럼을 구하였다. 또한, 전자 두 개를 방출하고 생성된 Mg2+ 이온의 발생 기구에 대하여 논하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.14 no.4
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• pp.180-185
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• 2005

The possibility of generation of the vacuum scale using the vapour pressure of water was evaluated. The range of vacuum from 3.3 kPa to 101.3 kPa was corresponds the vapour pressure of water in the temperature range from $25^{\circ}C$ to $100^{\circ}C$ The measured values of the vapour pressure of water were agreed within the deviation of $5\%$ comparing to reference value. This result shows the vapour pressure of water can be used as an secondary reference of the vacuum scale. Moreover it shows the thermo-dynamical properties such as, triple point, temperature-pressure curve of a material have a applicability in the vacuum scale as a reference in corresponding range of vacuum.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.482-482
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• 2013

반도체 소자의 미세화와 더불어 세정공정의 중요성이 차지하는 비중이 점점 커지고, 이에 따라 세정 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존 세정 기술은 화학약품 위주의 습식 세정 방식으로 표면 손상, 화학 반응, 부산물, 세정 효율 등 여러 가지 어려움이 있다. 따라서 건식세정 방식이 활발하게 도입되고 있으며 대표적인 것이 에어로졸 세정이다. 에어로졸 세정은 기체상의 작동기체를 이용하여 에어로졸을 형성하고 표면 오염물질과 직접 물리적 충돌을 함으로써 세정한다. 하지만 이 또한 생성되는 에어로졸 내 발생 입자로 인해 패턴 손상이 발생하며 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 가스클러스터 장치를 이용한 세정 특성 평가에 관한 연구를 수행하였다. 가스 클러스터란 작동기체의 분자가 수십에서 수백 개 뭉쳐 있는 형태를 뜻하며 이렇게 형성된 클러스터는 수 nm 크기를 형성하게 된다. 그리고 짧은 시간의 응축에 의해 수십 nm 크기까지 성장하게 된다. 에어로졸 세정과 다르게 클러스터가 성장할 환경과 시간을 형성하지 않음으로써 작은 클러스터를 형성하게 되며 이로 인해 패턴 손상을 최소화 하고 상대적으로 높은 효율로 오염입자를 제거하게 된다. 클러스터 세정 장비를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사 거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터를 이용한 세정 특성을 평가하기 위하여 이러한 변수에 따라서 오염 입자의 종류, 크기에 따른 PRE (particle removal efficiency)를 평가하고 다양한 선폭의 패턴을 이용하여 손상 실험을 수행하였다. 제거 효율에 사용된 입자는 $CeO_2$와 $SiO_2$이며, 각각 30, 50, 100, 300 nm 크기를 정량적으로 오염시킨 쿠폰 웨이퍼를 제조하여 세정 효율을 평가하였다. 정량적 오염에는 SMPS (scanning mobility particle sizer)를 이용한 크기 분류와 정전기적 입자 부착 시스템이 사용되었다. 또한 패턴 붕괴 평가에는 35~180 nm 선폭을 가지는 Poly-Si 패턴을 이용하였다. 실험 결과 클러스터 형성 조건에 따라 상대적으로 낮은 패턴 붕괴에서 95% 이상의 높은 오염입자 제거효율을 전반적으로 보이는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이론적 계산에 기반하여 세정에 요구되는 클러스터 크기를 가정하고, 이를 통하여 세정에 적용할 경우 높은 기존 세정 방법의 단점을 보완하면서 높은 세정 효율을 가지는 대체 세정 방안으로 이용할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.47.2-47.2
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• 2011

광전환 효율 20% (AM1.5G) 이상의 고효율 화합물 박막태양전지의 광흡수층으로 많은 관심을 받고 있는 $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 광흡수층은 다양한 공정에 의해 제조가 가능하다. 현재 고효율 CIGS 셀 생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation (동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "precursorselenization(전구체-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se들을 고진공 분위기에서 고온(550~600$^{\circ}C$) 기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 전구체-셀렌화 공정은 1단계에서 다양한 방식(예: 스퍼터링, 전기도금, 프린팅 등) 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온(550~600$^{\circ}C$)하에 H2Se gas 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 H2Se 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일 분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하 등의 문제점들이 개선, 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 Se layer가 코팅된 금속전구체의 셀렌화 반응메카니즘을 in-situ high-temperature XRD를 이용하여 연구하였다. 금속전구체는 스퍼터링, 스프레이 등 다양한 방법으로 제조되었고, 반응메카니즘 연구결과를 바탕으로 Se 코팅된 금속전구체를 이용한 급속열처리 공정의 최적화를 시도하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.129-129
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• 2010

플라즈마 처리를 통하여 수직 합성된 다중벽 탄소나노튜브가 원뿔형 다발이 될 수 있으며 원뿔형 탄소나노튜브 다발은 기존의 구조적, 기계적 성질의 향상과 더불어 향상된 전계방출 능력을 가질 것으로 기대되어 이를 X-선원, 전계방출디스플레이(FED), 유기발광다이오드(OLED) 백라이트 등의 전자빔 원으로 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형상 제어를 통하여 전계방출특성을 향상시킬 수 있으며 이를 위해 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 생성되는 메커니즘과 조사되는 플라즈마의 역할에 대해서 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 플라즈마 생성부와 조사부를 분리한 유도결합형 플라즈마 원을 사용하여 입사되는 이온의 에너지, 조사량, 입자 종을 독립적으로 제어하였고 이를 통하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되는 메커니즘과 플라즈마의 역할을 밝혀내었다. 알곤 및 수소 플라즈마 처리에서는 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되지 않았으나 질소 및 산소 플라즈마 처리에서는 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되었다. 특히 산소 플라즈마 처리가 원뿔형 탄소나노튜브 다발 형성에 효과적이었다. 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형성 메커니즘은 탄소나노튜브의 분극과 쉬스 전기장의 상호작용을 이용한 모델을 사용하여 설명하였다. 질소 및 산소 플라즈마 처리에서는 탄소나노튜브 끝단에 생성되는 C-N, C-O 결합에 의해 향상된 유도 쌍극자와 쉬스 전기장에 의해 탄소나노튜브 끝단이 모여 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 생성됨을 밝혀내었다. 산소 플라즈마 처리에서 입사되는 이온의 에너지 조절에 의한 쉬스 전기장 조절과 조사량 조절을 독립적으로 수행하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 직경 및 높이가 쉬스 전기장 및 조사량에 따라 조절 가능함을 보였다. 이로부터 입사되는 이온의 입자 종, 쉬스 전기장 및 조사량 조절 등의 플라즈마 인자 조절을 통하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형상 제어가 가능함을 보였다. 탄소나노튜브의 형상 제어와 더불어 세슘 입자 삽입을 통한 탄소나노튜브의 일함수 감소를 통하여 향상된 전계 방출 특성을 갖는 탄소나노튜브 팁의 제조 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.264-264
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• 2011

Poly [(N, N'-oxydiphenylene) pyromellitimide], polyimide (PI) film은 기계적 강도가 매우 우수하고 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 재료로서 전자제품의 소형화, 경령화, 고성능화를 위한 차세대 flexible electronic device에 적용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 PI의 특성상, 매우 낮은 표면에너지로 인해 금속과의 접촉력이 좋지 않은 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 금속박막과 PI film 과의 접촉력을 증가시키기 위해 remote-type modified dielectric barrier discharge (DBD) module을 이용하여 대기압 플라즈마 표면처리를 하였다. 실험에 사용된 gas composition은 각각 $N_2$/ He/ $SF_6$, $N_2$/ He/ $O_2$, $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$, $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$ 이다. $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$ gas composition을 이용하여 PI 표면을 플라즈마 처리한 경우, C=O 결합이 PI film 위에 생성됨으로써, 접촉각이 매우 낮게 형성됨을 관찰할 수 있었다. 이와는 반대로 $N_2$/ He/ $SF_6$ gas composition 을 사용하였을 경우에는 C-Fx 화학적 결합이 생성되기 때문에 가장 높은 접촉각이 형성됨을 관찰할 수 있었다. 특히, $N_2$ (40 slm)/ He (1 slm)/ $SF_6$ (1.2 slm) gas composition에 $O_2$ gas를 0.2 slm부터 1.0 slm까지 변화시켜가며 PI film 표면을 처리한 결과, $O_2$ gas를 0.9 slm 첨가하였을 때, 가장 낮은 $9.3^{\circ}$의 접촉각을 얻을 수 있었다. 이는 0.9 slm의 $O_2$ gas를 첨가하였을 때, 가장 많은 양의 $O_2$ radical이 생성되기 때문에 많은 양의 C=O 결합이 생성되기 때문이다. 최적화된 $N_2$ (40 slm)/ He (1 slm)/ $SF_6$ (1.2 slm)/ $O_2$ (0.9 slm) gas composition 조건에서 Ag film과 PI film과의 접촉력을 관찰할 결과, 111 gf/mm를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.233-233
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• 2012

나노입자가 가지는 고유한 특성이 부각되면서 이를 소자 특성 향상에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자에 기반 하는 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 각각의 응용 분야에 적합한 입경 분포 제어가 요구된다. 하지만 입자 합성 시 크기분포 특성에 관한 연구는 기존의 포집 및 전자현미경을 이용한 방법으로 실시간으로 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)의 입자 생성 조건에 따라 continuous, pulse, dual pulse로 분류되는 공정 조건에서 생성되는 입자의 크기 분포를 측정하였다. 또한 그 결과를 기존의 동일한 조건에서 포집 후 SMPS (scanning mobility particle sizer)와 전자 현미경을 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정 압력 등이 있으며 각 변수를 조절하여 공정 환경을 구성하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 PECVD를 이용해 각각의 공정 환경에서 생성되는 실리콘 나노입자의 실시간 입경 분포 분석을 PBMS로 수행하는 것에 신뢰성이 있음을 알 수 있었으며, 그 경향을 확인할 수 있었다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.260-260
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• 2012

최근 IT산업의 급속한 발달로 모바일 제품과 반도체 및 IC 패키지 등의 전자제품의 소형화, 경량화 및 고성능화되어 가고 있다. 따라서 반도체 공정에서 단위소자의 고속화를 구현하기 위한 금속배선공정에 사용되는 금속재료가 최근에 최소 선폭을 갖는 디바이스에서는 구리를 배선 재료로 전환하고, 향후에는 모든 디바이스가 구리를 주요 배선재료로 사용할 것으로 예측되고 있다. 반도체 소자 공정 중 시료 표면 위에 형성되는 오염물은 파티클, 유기오염물, 금속 불순물 그리고 자연 산화막으로 나눌 수 있다. 구리 표면에 생성되는 부식생성물의 종류에는 CuO, $Cu_2O$, $Cu(OH)_2$, $CuCO_3{\cdot}Cu(OH)_2$와 같은 생성물들이 있다. 이러한 부식생성물이 구리박막 표면에 형성이 되면 성장된 구리박막의 특성을 저하시키게 된다. 이러한 다양한 오염물들을 제거하기 위해서 여러 가지 전처리 공정에 대한 연구가 보고되고 있다. 본 연구에서, 스퍼터 방식으로 구리를 증착한 웨이퍼 (Cu/Ti/Si) 를 대기 중에 노출시켜 자연 산화막을 성장시키고, 이 산화막과 대기로부터 흡착된 불순물을 제거하기 위해 계면 활성제인 TS-40A와 $NH_4OH$ 수용액을 사용하여 이들 수용액이 구리 표면층에 미치는 영향에 대해 조사 분석하였다. 사용된 TS-40A는 알칼리 탈지제로서 웨이퍼 표면의 유기물을 제거하는 역할을 하며, $NH_4OH$는 구리를 제거하는 부식액으로 산업현장에서 널리 사용되고 있다. 다양한 표면 전처리 조건에 따른 구리박막 표면의 형상 및 미시적 특성변화를 SEM과 AFM을 이용하여 관찰하였고, 표면의 화학구조 및 성분 변화를 관찰하기 위해 XPS를 측정하였으며, 전기적 특성변화를 관찰하기 위해 4-point prove를 사용하여 박막의 면저항을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.391-391
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• 2011

최근 나노에 대한 연구가 활성화되고 나노입자가 가지는 특성이 부각되면서 이를 소자 제조에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자를 바탕으로 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 공정 조건에 따른 입자의 생성 및 성장 분석이 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정 장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 나노입자 합성 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포를 측정하였다. 또한 동일한 조건에서 생성 나노입자를 포집하여 TEM과 SEM을 이용하여 분석하여 그 결과를 비교하였다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.