• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.412-412
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• 2010

플라즈마는 미세 전기 소자 제작에 있어 박막의 증착, 식각, 세정등 여러 가지 공정에서 널리 사용되고 있다. 미세 소자의 선폭의 감소와 높은 생산성을 위한 웨이퍼 면적의 대형화가 진행됨에 따라 플라즈마의 균일도는 공정 수율 향상의 관점에서 중요한 요소로 그것의 계측과 공정 중 실시간 감시에 필요성이 부각되고 있다. 플라즈마에 존재하는 라디칼의 밀도, 이온의 밀도, 전자 온도 등의 웨이퍼 상에서의 공간 분포와 공정 결과물과의 상관관계에 대한 연구는 현재까지 다양하게 진행 되었으며 특히, 라디칼의 공간 분포가 공정 결과물의 균일도와 큰 상관 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 라디칼의 농도 분포를 계측은 레이저 유도 형광법, 발광 분광법, 흡수 분광법 등을 통하여 이루어져 왔으며, 특히 발광 분광법의 경우 계측의 민감성, 편의성등을 이유로 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 현재 까지 진행된 발광 분광법을 이용한 라디칼의 공간 분포 계측은 그 자체로 공간 분포를 계측하는 것이 아닌 플라즈마 밀도의 축 대칭성을 가정하여 Abel inversion을 적용하거나, 광섬유를 플라즈마에 직접 삽입하는 방식을 사용하기 때문에 실제 반도체 제작공정을 비롯한 미세소자 공정 플라즈마의 라디칼 밀도 분포를 실시간, 비 접촉 방식으로 계측 하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 반도체 공정 플라즈마의 밀도 균일성 분석을 위한 공간 분해 발광 분광기를 제안한다. 기존의 발광 분광법과 비교하여 공간 분해능 향상을 위하여 직렬로 설치된 다수의 렌즈, 개구, 그리고 핀홀을 이용하였다. 공간 분해 발광 분광기의 공간 분해능을 계산하였으며, 실험을 통하여 검증 하였다. 또, HDP CVD를 이용한 $SiO_2$ 박막 증착 공정에서 산소 라디칼의 농도와 증착된 박막의 두께 분포의 상관 관계를 계측 함으로써 공간 분해 발광 분광기의 플라즈마 공정 적용 가능성 입증 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.100-100
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• 2010

토모그래피는 플라즈마 물리학뿐만 아니라 의료영상이나 천문학 등의 분야에서 오랫동안 이용되어 온 기법으로 직접 들여다 볼 수 없는 단면을 선적분된 데이터를 이용하여 국지적인 데이터를 재구성해내는 영상진단 방법이다. 플라즈마 물리학의 경우 공간적으로 검출기 배열을 균일하게 배치할 수 없으므로 토모그래피 기법에 균일화는 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 Phillips-Tikhonov 균일화 방법을 사용하였다. Phillip-Tikhonov 균일화 방법은 인접한 픽셀 사이의 구배(gradient)를 최소화하는 방향으로 단면영상을 재구성하는 방식으로, 다른 토모그래피 알고리듬에 비해 훨씬 더 정확한 결과를 보여준다. 본 연구에서는 플라즈마의 공간분포 진단을 위하여 토모그래피 진단법과 부유탐침 진단법을 사용하였다. 플라즈마의 선적분된 방출광을 디지털카메라로 측정한 후 Phillips-Tikhonov 토모그래피 방법으로 재구성하여 플라즈마의 국지적인 공간분포를 알아내었다. 결과의 타당성을 확보하기 위해 부유탐침 진단결과와 비교 분석하여, 전자온도가 위치에 따라 일정한 상태에서 부유탐침을 통한 밀도분포와 토모그래피 진단법에 의한 플라즈마 방출광 세기의 공간분포가 거의 일치함을 확인할 수 있었다. 이를 통해 플라즈마의 국지적인 공간분포 진단을 위한 디지털카메라를 이용한 토모그래피 진단법의 타당성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.517-517
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• 2012

높은 전력 효율과 간단한 매칭 네트워크의 구조 등 많은 장점을 갖고 있는 직경 560 mm 페라이트 챔버가 대면적 웨이퍼에 대응하기 위해 개발 되었다. 플라즈마 소스원이 챔버 외곽에 위치해 있는 구조적 특성으로 인하여 아르곤 가스 방전 시 플라즈마 밀도 분포는 챔버 중앙부가 낮게 나타나는 볼록한 모양으로 형성 되는데 헬륨 가스를 적절히 혼합할 시에 밀도 분포가 변화가 관찰된다. 헬륨 가스 혼합 비에 따라 플라즈마 밀도 분포는 균일도가 매우 높아 질 수 있으며 60% 이상의 혼합비에서는 중앙 부분의 밀도가 최대치로 역전되는 오목한 밀도 분포가 나타나기도 한다. 이는 헬륨 가스의 대표적인 특징인 가벼운 질량과 높은 이온화 에너지 등에 기인하는데 이러한 특징을 갖는 헬륨 가스를 주입하게 되면 전자의 energy relaxation length가 늘어나게 되며 ambipolar diffusion 계수가 증가하게 된다. 랑뮈어 프로브를 이용하여 측정된 플라즈마 밀도 분포 변화는 앞서 계산 된 energy relaxation length 및 ambipolar diffusion 계수들의 변화로 설명된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.409-409
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• 2010

솔라셀은 차세대 대체 에너지 소스로 최근 큰 각광을 받고 있다. 솔라셀의 제조에 있어 가장 중요한 공정은 마이크로 결정질 및 비결정질 실리콘(uC-Si:H and a-Si:H) 박막을 증착하는 PECVD (Plasma Enhanced CVD)공정이다. 현재까지 이 증착공정을 위한 플라즈마 소스로 CCP(Capacitively Coupled Plasma)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, CCP를 플라즈마 소스를 사용한 경우 솔라셀 대량 생산 적용시 다른 방법들에 비해 긴 공정 시간이 해결해야 할 문제점으로 대두되었다. 본 발표에서는 솔라셀의 대량 생산을 위한 마이크로 결정질 실리콘 박막 증착에 있어 현 시점에서 해결되어야 할 문제점에 대해 고찰해 보고자 한다. 현재까지 이러한 문제점들을 해결하기 위해 적용되어 왔던 플라즈마 소스들을 나열하고 이러한 플라즈마 소스에 대한 특성 및 문제점들을 고찰한다. 또한, PECVD 공정상의 문제점을 해결하기 위한 플라즈마 조건을 플라즈마 벌크에서의 전자에너지 분포를 기준으로 제시하고자 한다. 솔라셀용 결정질 실리콘 박막 증착용 플라즈마 소스로 hollow cathode 방전이 가장 유력시되고 있다. 본 연구에서는 CCP 플라즈마에서 hollow cathode 방전시 발생되는 플라즈마 특성에 대한 기초 연구를 제시한다. 기초 연구를 위해 다양한 불활성 가스인 아르콘, 헬륨, 크립톤 가스에 13.56 MHz의 RF 파워를 인가하고 방전되는 플라즈마 밀도 변화를 관찰하였다. 특히, 다양한 hole diameter에서 발생되는 플라즈마 밀도의 변화를 기존 평면 CCP 플라즈마의 밀도에 비교하여 분석함으로써 hole diameter에 따른 효과를 관찰하였다. 이러한 결과는 PIC 시뮬레이션을 통해 얻은 전자에너지 분포함수를 바탕으로 메커니즘을 논의하고자 한다. 마지막으로 솔라셀용 PECVD공정을 위해 고밀도 플라즈마 소스의 필요성뿐 만 아니라 대면적 소스의 구현에 대한 문제점을 고찰하였다. 대면적 공정에서 가장 중요한 핵심 연구 이슈는 공정 균일도를 높이는 것이다. CCP 플라즈마 소스에서 전극의 크기가 대면적화 됨에 따라 발생되는 전자기파 효과에 의한 불균일도에 대해 RF 전자기장 시뮬레이션을 통해 확인하고, 균일도 확보를 위한 방안에 대한 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.163.2-163.2
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• 2013

플라즈마 시뮬레이션을 이용하여 디스플레이 공정용 안테나 유도 결합 플라즈마 시스템에서의 플라즈마 변수들에 대한 공간분포를 살펴 보았다. 디스플레이 공정용 챔버 규격은 8세대, 안테나의 turn수는 4turn을 기본으로 하여 안테나 코일의 분할을 각각 4개 분할, 9개 분할로 구분하여 시뮬레이션을 진행한 결과 안테나 배치의 차이에 의한 플라즈마 밀도, 온도, 전위차의 공간분포의 균일도의 차이를 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.175-176
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• 2007

대면적 플라즈마 스퍼터링 시스템에서 가스 분배 구조의 변화가 시스템의 압력 균일도에 미치는 영향을 3차원 수치 모델을 통하여 연구하였으며 2 line parallel internal antenna의 경우에 대해서 플라즈마 균일도를 drift diffusion approximation을 이용하여 계산 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.219.1-219.1
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• 2014

전자소자 산업의 미세화 및 대형화에 따라 플라즈마 밀도, 전위, 온도, 균일도 등 과 같은 플라즈마 특성을 제어하는 것은 차세대 플라즈마 장치 개발에 있어 매우 중요한 요소라고 할 수 있다. 특히, 급격한 소자의 미세화에 따라 플라즈마 공정을 통해 발생할 수 있는 damage는 큰 issue가 되어 왔고, 많은 연구자들은 이를 해결하기 위해서 다각적인 노력을 진행해 왔다. 그중 높은 전자 온도는 높은 전자 에너지에 의해 공정 중 소자를 손상 시키는 주된 원인이라고 보고되고 있으며, 이에 대한 제어기술은 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 두 개의 내/외측으로 나뉘어진 나선형 모양의 ICP 안테나를 이용 하여 연구를 진행하였다. 내측의 안테나에는 2 MHz를 연결 하였으며, 외측의 안테나에는 13.56 MHz를 연결 하였으며, 내/외측 안테나에 각각 pulse mode로 입력전력을 인가해 줌으로써 플라즈마의 특성을 관찰하였다. Pulse / CW (Continuous Wave) mode에 있어서 전자온도의 측정을 위해 emissive probe 를 이용하여 plasma potential과 floating potential을 측정하였으며, 이를 통하여 전자온도를 계산하여 구할 수 있었다. Duty ratio 및 pulsing frequency의 변화에 따른 전자온도의 변화를 확인 할 수 있었으며, 그에 따른 플라즈마 균일도를 ion saturation current를 측정함으로써 관찰할 수 있었다. 실제 식각 공정에 있어서 Pulsing 조건에 따른 식각 특성을 관찰하기 위해, SiO2, ACL (Amorphous Carbon Layer)에 대해 식각을 진행하였으며, 식각 메커니즘 분석을 위해 이온에너지 분포의 변화를 PSM (Plasma Sampling Mass-spectroscopy)을 이용하여 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.275-275
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• 2012

바이오메디칼 연구에 있어서 최근 플라즈마의 사용이 급격하게 늘어나고 있다. 세포나 세균에 플라즈마를 조사하여 이에 대한 반응성 연구와 의료용 살균기 등 여러 방면에서 필요로 하고 있다. 현재 주로 단일 플라즈마 소스를 이용한 실험이 진행되어가고 있다. 그러나 이러한 방식은 다양한 실험을 하기에는 시간이 다소 많이 걸리는 단점이 있다. 이에 다양하고 좀 더 정확한 연구를 위한 균일하게 방사되는 대기압 멀티 플라즈마 소스가 필요하다. 대기압 멀티플라즈마 소스는 각각 발생하는 플라즈마가 동일한 밀도 및 전자온도를 유지할 수 있도록 하는 것이 쉽지 않다. 이와 같이 상황에 맞는 소스를 제작하는 것도 중요하다. 본 연구에서는 24-well tissue culture testplate에 맞는 4개의 대기압 플라즈마 제트가 발생하는 소스를 목표로 하였다. 균일한 플라즈마가 발생할 수 있도록 시뮬레이션을 통하여 멀티 플라즈마 소스를 개발 및 제작하였다. 이에 대한 플라즈마 분석과 기초실험을 진행하여 재현성 테스트를 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.205-205
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• 2013

플라즈마 밀도, 전자 온도, 쉬스 전압이 플라즈마 디웨팅으로 나노 분말 어레이를 제작할 때에 끼치는 영향을 연구하였다. 플라즈마 변수를 조절하여 기판에 입사하는 이온 충돌 에너지가 높은 조건에서는 디웨팅 시에 홀이 상대적으로 많이 생성이 되어 균일한 구리 나노 분말이 생성되었고, 반대의 경우에는 디웨팅 시 홀이 적게 생성되어 크고 작은 나노분말이 혼재해 있는 불균일한 구리 나노 분말 어레이가 형성되었다. 따라서 이온 충돌 에너지를 조절하면 구리 나노 분말의 균일도를 조절할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.96-96
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• 2009

ferrite module을 설치한 내장형 선형 유도결합 플라즈마 소스를 이용하여 차세대 디스플레이 산업에서의 적용 가능성에 대하여 연구하였다. ferrite module을 적용함으로써 플라즈마 밀도 및 균일도의 향상을 관찰하였으며, 공정 중에 플라즈마의 안정성을 증가시킬 수 있었다.