• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.411-411
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• 2010

Cavity mode Whistler wave를 사용하는 자화유도결합플라즈마 (Magnetized Inductively Coupled Plasma, MICP)의 제반 특성을 비등방성 수송계수를 가지는 Drift-Diffusion 근사, 에너지 보존 방정식 및 유도전자계를 self-consistent 하게 고려하여 계산하였다. 이러한 접근법은 비충돌성 전자가열현상을 고려하지 못하는 단점에도 불구하고, 반도체 장비설계에 필수적인 전자온도, 밀도, 플라즈마 전위, 시스템의 임피던스 특성에 대한 경향성 파악에 매우 유용하다. 뿐만 아니라 전자밀도분포가 공간내에 형성되는 R-wave mode에 미치는 영향을 분석할 수 있다. 직경 320 mm를 가지는 작은 반응기에서 시뮬레이션과 실험결과를 비교하여 본 모델링 방법의 타당성을 검증한 후, 450 mm wafer가공에 적합한 대면적 플라즈마 반응기에서 플라즈마 특성을 연구하였다. 수 mTorr의 공정압력에서 약 10 Gauss전후의 약한 자장이 인가됨으로서 반경방향의 전자밀도 균일성이 대폭 향상되었다. 플라즈마 및 안테나의 대면적화에 수반되는 높은 Q값이 자장의 인가로 큰 폭으로 감소함으로서 임피던스메칭의 안정성이 비약적으로 개선되었고 전력전달 효율 또한 크게 증가함을 알 수 있었다. 본 연구 결과는 차세대 450 mm 반도체 공정장비의 개발에 있어 자화유도결합플라즈마가 매우 유용하게 사용될 수 있음을 보여준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.176-176
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• 2012

다수 홀 전극을 이용한 RF Capcitively Coupled Plasma는, 평판 전극을 이용할 때에 비해, 전자 밀도를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 전자 밀도의 증가는 일반적으로 공정의 속도를 증가시키며, 박막 태양전지의 Microcrystalline Silicon 증착 공정등 공정의 속도가 중요시되는 공정에서는 공정속도를 향상 시키는 것이 중요한 공정의 요구사항으로, 이와 같은 방법으로 전자 밀도를 향상시켜 공정의 속도를 향상시키는 연구가 진행되어 왔다. 그러나 공정에 사용하는 RF 전력의 파장의 유한성으로 인해, 공정의 면적을 증가시킬 경우, 방전의 균일도가 하락하게 되며 넓은 면적에 일정한 공정이 이루어지지 않게 되어 공정의 품질이 하락하게 된다. 이러한 문제에 대한 해결책의 하나로 본 발표에서는 다중 Multi-hole 전극을 이용한 방전을 제시하고자 한다. 다중 Multi-hole 전극은, 복수의 구획으로 나뉘어진 다수의 홀이 있는 전극으로 각각의 구획은 분리되어, 각 구획 별로 서로 다른 복수의 홀이 10 mm 깊이로 뚫린 전극 구획으로 나누어지며, 각 구획을 결합하여 하나의 전극을 이루도록 한 전극이며 이를 이용하여 위치 별 플라즈마 밀도를 제어하고자 하는 목적으로 설계되어진 전극 구조이다. 본 학회에서 발표하는 실험에서는 가장 단순한 형태인, 두 개의 구획으로 나뉘어진 전극을 이용하여 내부와 외부에, 평 전극 구획 혹은 5 mm 지름의 다수 홀이 존재하는 전극 구획을 조합하여 다양한 전극 구조를 만들었으며 이를 통해, 다중 Multi-hole 전극을 이용하는 위치 별 플라즈마 밀도의 제어 방법의 가능성을 확인하고자 하였다. 위치 별 플라즈마 밀도의 측정을 위해, 전극에 대해 수평하게 이동하는 RF compensated Single Langmuir Probe를 이용하여, 전자 밀도를 측정하였으며 50 mTorr의 낮은 압력 범위 및 500 mTorr의 높은 압력 범위에서 위치 별 플라즈마 밀도를 측정하여, 압력에 따라 달라지는 홀 방전의 특성을 이용하고자 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.91.1-91.1
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• 2016

플라즈마 전기적인 진단 방법이라 함은 플라즈마에 전기장을 인가하고 이로 인해 도출되는 전류와 그 위상차를 구하여 플라즈마의 임피던스를 얻는 방법을 통칭한다. 이러한 방법은 임피던스라는 raw data에서 출발하지만 플라즈마와 전기장의 상호작용에 따라 다양한 플라즈마 진단 모델이 적용될 수 있으며, 이러한 모델을 통해 다양한 플라즈마 변수 (플라즈마 밀도, 온도, 전위 등등)들을 도출할 수 있는 것이 특징이라고 할 수 있다. 본 발표에서는 진단에 사용되는 주파수와 진단기의 형상에 따라 달라지는 외부 전기장와 플라즈마의 전기적인 상호작용을 살펴보고, 어떻게 플라즈마 전기적 진단기술이 성립되는지를 다양한 전기적 진단 기술을 소개하면서 설명하고자 한다.

• 한국진공학회지
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• 제21권3호
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• pp.121-129
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• 2012

진공을 기초로 한 극판 전력이 인가된 유도 결합 플라즈마 소스에 관한 대부분의 연구는 자기 바이어스 효과에만 한정되어 있으며, 다양한 반도체 및 디스플레이 식각 공정에서 공정 결과와 소자 품질에 결정적인 역할을 하는 플라즈마 변수들(전자 온도, 플라즈마 밀도)과 극판 전력의 상관관계에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 극판 전력이 플라즈마 변수에 미치는 영향에 관한 내용을 다루고 있으며, 최근의 연구 결과에 대한 리뷰를 포함하고 있다. 플라즈마 밀도는 극판 전력 인가에 의하여 감소 또는 증가하였으며, Fluid global model에 의한 결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. 전자 온도는 RF 바이어스에 의하여 증가하였으며, 전자 에너지 분포 측정을 통하여 전자 가열 메커니즘을 관찰하였다. 또한, 플라즈마 밀도의 공간 분포는 극판 전력에 의하여 더욱 균일해짐을 알 수 있었다. 이러한 극판 전력과 플라즈마 변수들의 상관관계와 전자 가열 메커니즘에 대한 연구는 방전 특성의 물리적 이해뿐만 아니라, 반도체 식각 공정에서 소자 품질 및 공정 개선을 위한 최적의 방전조건 도출과 외부 변수 제어에 큰 도움을 주리라 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.177-177
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• 2012

진공을 기초로 한 다양한 반도체 식각 공정에서 RF bias가 결합된 유도 결합 플라즈마 소스는 널리 사용되고 있다. 하지만, 대부분의 연구는 RF bias에 의한 자기 바이어스 효과에만 한정되어 있으며, 공정 결과와 소자 품질에 결정적인 역할을 하는 플라즈마 변수들(전자 온도, 플라즈마 밀도)과 RF bias의 상관관계에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 RF bias가 플라즈마 변수에 미치는 영향과 비충돌 전자 가열 메커니즘의 실험적 증거에 관한 연구를 진행하였다. 플라즈마 밀도는 RF bias에 의하여 감소 또는 증가하였으며, 이러한 결과는 Fluid global model에 의한 계산과 잘 일치하는 결과를 보였다. 전자 온도는 RF bias에 의하여 증가하였으며, 적은 RF bias 전력에서는 플라즈마 전위에 갇혀있는 낮은 에너지 그룹의 전자들의 가열이 주가 되었으나, 큰 RF bias 전력에서는 높은 에너지 그룹의 전자들의 가열이 주가 됨을 관찰하였다. 이는 높은 에너지 그룹의 전자 가열 메커니즘이 anomalous skin effect에서 collisionless sheath heating으로 전이되는 것을 나타내며, bounce resonance heating이 RF bias의 전자가열에 중요한 역할을 함을 보여주는 실험적 근거이다. 플라즈마 밀도의 공간 분포는 RF bias의 인가에 의하여 더욱 균일함을 보였으며, 이는 (electro-static and electro-magnetic) edge effect에 의한 영향으로 해석될 수 있다. 이러한 RF bias와 플라즈마 변수들의 상관관계 및 전자 가열 메커니즘에 대한 연구는 방전 특성의 물리적 이해뿐만 아니라, 반도체 식각 공정에서 소자 품질 및 공정 개선을 위한 최적의 방전 조건 도출과 외부 변수 제어에 큰 도움을 주리라 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.243.2-243.2
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• 2014

기존의 저압 플라즈마에 비해 여러 장점을 가지는 중간압력 플라즈마 및 대기압 플라즈마는 수년전부터 많은 관심을 받고 있으며 다양한 응용분야에서 활발히 이용되고 있다. 기초과학으로서의 플라즈마 측면뿐만 아니라 플라즈마 응용의 결과들은 플라즈마의 특성에 따라 좌우되므로 플라즈마 진단 역시 최근 플라즈마 연구에 중요한 부분을 차지하고 있다. 일반적으로 플라즈마 내의 모든 화학적 반응 및 물리적 반응에 있어 전자가 결정적인 역할을 하기 때문에 플라즈마 내의 전자의 정보를 대표하는 지표인 전자온도($n_e$) 및 전자밀도($T_e$)의 측정이 중요하다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마에서 중성원자와 전자의 상호작용에 의한 연속 방출광을 자외선-가시광 영역에서 측정하고, 이를 기반으로 $n_e$ 및 $T_e$를 측정하였다. 높은 압력에서 불완전 전리된 플라즈마는 이온화율이 낮고 중성원자의 밀도가 이온밀도보다 훨씬 높기 때문에 중성 제동복사(Neutral bremsstrahlung)의 방사도를 이용한 ne 및 Te의 측정이 가능하다. 특히 아르곤 대기압 플라즈마에서 측정된 연속 방출광 스펙트럼의 자외선 영역(280~450 nm)에서는 중성 제동복사에 의한 연속 방출광뿐만 아니라 수소분자에 의한 dissociative 연속 방출광이 함께 존재하는 것이 확인되어 최종적으로 두 연속 방출광을 고려하여 정확한 ne 및 Te를 측정할 수 있었다. 대기압 아르곤 축전결합방전에서 입력전력에 따라 전자온도는 2.5 eV로 유지되었으며, 전자밀도는 $(0.7-1.1){\times}10^{12}cm^{-3}$ 범위에서 $j_d{\propto}n_e{\propto}P_{rf}$ 관계를 따르며 변화하는 것이 관찰되었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2004년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1939-1941
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• 2004

밀도는 플라즈마의 기본적인 물리적 성질을 이해하는데 중요한 인자로 인식되고 있으며 많은 방법들이 밀도분포의 측정에 이용되었다. 이 중 마이크로파 진단법의 하나인 레플렉토메터리는 그 고유한 특성 때문에 현재 밀도분포측정법으로써 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 레플렉토메터리 신호에 대한 처리 및 분석 방법은 다양하여 주어진 플라즈마에 가장 절적한 방법을 선택하는 것은 쉽지 않다. 본 논문에서는 레플렉토메터리의 신호로부터 밀도분포를 정확히 재구성하는 알고리즘을 개발하기 위한 기초 단계로써 모의된 레플렉토메터리 선호에 기존의 신호해석법들 중 우수한 해석법으로 알려진 CDM(complex demodulation method)과 웨이브레트(wavelet) 분석법을 적용하여 밀도분포재구성에 대한 양자의 성능을 비교한다. 그리고 플라즈마의 특성에 기초하여 모의된 신호에 실제 상황에서 존재할 수 있는 잡음신호를 첨가하여 이것이 밀도분포 재구성에 미치는 효과를 조사한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.486-486
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• 2012

반도체 식각 공정에서 이온의 플럭스와 충돌 에너지를 각각 조절하고자 Dual frequency RF source가 사용된다. 듀얼 freuqnecy RF가 인가된 Capacitively coupled plasma (CCP) 의 경우, 기판에 걸린 Low freuqency (LF) RF 소스에 의하여 이온의 에너지를 조절하고, High frequency (HF) 소스를 조절하여 이온의 플럭스를 조절하는 것이 일반적이다. 그러나 LF의 세기가 증가함에 따라서, 플라즈마의 밀도가 오히려 감소하는 문제점이 있었다. 이 경우, 약한 자장을 플라즈마에 걸어줌으로써 밀도가 감소되는 문제를 해결할 수 있다고 알려져 왔다. Inductively coupled plasma (ICP) 에서는 HF를 안테나에 가하여 이온의 플럭스를 조절하고, LF를 기판에 가하여 이온의 충돌 에너지를 조절하는 것이 일반적인데, 위와 동일한 문제가 이 경우에도 발생하는 것을 확인 하였다. CCP와 마찬가지로, 바이어스에 걸린 파워의 세기가 증가함에 따라서 플라즈마의 밀도가 감소하고 전자의 온도가 증가하는 현상을 확인하였다. 또한 이때에도, 약한 자장을 걸어줌으로써 플라즈마의 밀도가 감소하지 않고 유지될 수 있으며, 전자의 온도 또한 유지될 수 있음을 발견하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2010

현재 반도체의 공정 중 80% 이상이 플라즈마를 사용하는 공정이며 태양전지나 디스플레이의 공정에서 플라즈마를 이용하는 공정이 점차 증가하고 있다. 따라서 공정의 재현성과 안정성의 향상에 대한 요구도 증가하고 있다. 이러한 요구들을 달성하기 위하여 공정에 직접 이용되고 있는 플라즈마의 특성을 파악하는 것은 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 전기장 시물레이션을 사용하여 플라즈마 밀도(Plasma density)를 계산하였다. 그리고 실제 반도체 식각 공정에 사용되고 있는 플라즈마 밀도를 량뮤어 프로브로 측정하여 시물레이션 값과 비교하여 최적의 공정조건을 찾아보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.525-525
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• 2012

플라즈마 밀도와 전자온도는 반도체 및 디스플레이 공정결과에 결정적인 역할을 하므로 그에 대한 진단법 연구는 필수적이다. 하지만 대부분의 연구는 공정플라즈마와 같이 프로브 팁이 증착된 환경에서는 진단이 힘든 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 부유전위 근처에서 고조파 진단법(floating harmonic method)에 대한 연구가 제시되었다[1]. 저밀도 플라즈마에서는 제 2 고조파의 측정이 어렵기 때문에 전자온도를 정확히 측정하기 힘들 수가 있다. 따라서 이에 대안으로 본 논문에서는 부유 고조파 진단법을 기반으로 하여 진폭과 주파수를 다르게 한 두개의 소신호 정현파 전압신호를 동시에 인가하여 플라즈마 변수를 진단하는 방법을 개발하였다. 본 방법을 이용하여 유도결합 아르곤 플라즈마에서 RF전력과 압력변화에 따라 플라즈마 변수진단을 진행하였고, 기존의 고조파 진단법의 결과와 일치하는 경향을 보이는 것을 확인하였다. 이 방법은 측정된 전류의 고조파 성분을 이용하지 않고 기본주파수를 가지는 전류의 크기 비율을 사용하여 전자온도 값을 구하기 때문에 저밀도 플라즈마에서 정밀한 진단이 가능할 것으로 예상된다.