• Particle and aerosol research
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• v.8 no.1
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• pp.29-35
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• 2012

The Faraday cup electrode of different size has been developed and evaluated to investigate the diffusion effect of particles by Brownian motion in a particle beam mass spectrometer(PBMS). Particles which focused and accelerated by aerodynamic lens are charged to saturation in an electron beam, and then deflected electrostatically into a Faraday cup detector for measurement of the particle current. The concentration of particles is converted from currents detected by Faraday cup. Measurements of particle current as a function of deflection voltage are combined with measured relationships between particle velocity and diameter, charge and diameter, and mass and diameter, to determine the particle size distribution. The particle currents were measured using 5, 10, 20, 40 mm sized Faraday cup that can be move to one direction by motion shaft. The current difference for each sizes as a function of position was compared to figure out diffusion effect during transport. Polystyrene latex(PSL) 100, 200 nm sized standard particles were used for evaluation. The measurement using 5 mm sized Faraday cup has the highest resolution in a diffusion distance and the smaller particles had widely diffused.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.6
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• pp.468-473
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• 2007

In this paper, we discussed about the development of the PBMS(Particle Beam Mass Spectrometer) that can measure the nanoparticles on real-time in low-pressure processes. To calibrate this equipment, a DMA(Differential Mobility Analyzer) was used to generate NaCl particles which are charged to +1. Total aerosols flow rate was 1 lpm and 0.086 lpm of that was introduced into the PBMS through the pressure-reducing critical orifice. Transport efficiency through PBMS was 50$\sim$60 % compared to particle current for DMA and PBMS according to the particle size. Results of mesurements are in good agreement with size distributions obtained by DMA.

• Particle and aerosol research
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• v.6 no.3
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• pp.139-145
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• 2010

In this study, we investigated the particle formation during the deposition of borophosphosilicate glass (BPSG) and phosphosilicate glass (PSG) films in thermal chemical vapor deposition reactor using in-situ particle monitor (ISPM) and particle beam mass spectrometer (PBMS) which installed in the reactor exhaust line. The particle current and number count are monitored at set-up, stabilize, deposition, purge and pumping process step in real-time. The particle number distribution at stabilize step was measured using PBMS and compared with SEM image data. The PBMS and SEM analysis data shows the 110 nm and 80 nm of mode diameter for BPSG and PSG process, respectively.

• Applied Science and Convergence Technology
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• v.25 no.2
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• pp.25-27
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• 2016

The surface flatness of metal meshes in a deflector of particle beam mass spectrometer (PBMS) required ideally flat, and this can specify the particle trajectories which goes through the detector. In this research, charged particle current was measured using the different surface roughness deflectors. NaCl particles were generated monodispersed in its size by using differential mobility analyzer and the whole processes were followed the way calibrating PBMS. The results indicate that the mesh surface morphology in the deflector can affect to the particle size and the concentration errors, and sensitivity of PBMS.

• 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.113-113
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• 2012

플라즈마 내에서 발생하는 입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특성으로 인해 응집이 적고 균일한 특성을 가진다. 이에 따라 도포성이 좋으며 낮은 응력을 가지는 박막의 형성이 가능하다. 이러한 특성을 가지는 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있다. 특히, PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정 중 플라즈마가 켜져있는 동안 수소 가스를 펄스형태로 추가 주입하는 방법은 실리콘 이온 사이의 결합을 통한 표면 성장을 일부 방해하여 이를 통해 최종적으로 생성되는 실리콘 입자의 크기제어를 가능하게 한다. 이러한 과정으로 PECVD내에서 생성된 입자의 입경 분포는 기존의 경우 공정 중 포집을 한 후 전자현미경을 이용하였지만 실시간 측정이 불가능한 한계가 있었고, 레이저를 이용한 실시간 측정은 그 측정범위의 한계로 인해 적용에 어려움이 있었다. 이에 따라 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 크기분포 측정이 가능한 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 PECVD 내에서 수소가스 펄스를 이용하여 발생되는 실리콘 입자를 공정 변수별로 측정하여 각 변수에 따른 입자 생성 경향을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. 수소 가스 펄스를 이용한 실리콘 입자 생성의 주요 변수는 RF pulse, $H_2$ pulse, 가스 유량 (Ar, $SiH_4$, $H_2$), Plasma power, 공정 압력 등이 있다. 이와 같이 주어진 변수들의 제어를 통해 생성된 나노입자의 입경분포를 PBMS에서 실시간으로 측정하고, 동일한 조건에서 포집한 입자를 TEM 분석 결과와 비교하였다. 측정 결과 각각의 변수에 대하여 생성되는 입자의 크기분포 경향을 얻을 수 있었으며, 이는 추후 생성 입자의 응용 분야에 적합한 크기 분포 특성을 가지는 실리콘 입자를 제조하기 위한 조건을 정립하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2006.05a
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• pp.145-149
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• 2006

As the minimum feature size decreases, it is more difficult to control critical contaminant particles. For 16GB flash memory introduced by Samsung a few months ago, 50nm process was used and in this case, contaminant particles as small as 25nm should be control led. The particle beam mass spectrometer (PBMS) was developed to directly sample particles at pressures down to 100 mtorr. This instrument is sensitive to small particles (>5nm) produced in low concentrations ($>20cm^{-3}$). The PBMS has proved to be effect ive in measuring particles generated during semi-conductor fabrication processes, such as low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) of thin films. The operating principle of the PBMS and some measurement results are reviewed in this paper.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.84-84
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• 2013

본 개발은 반도체 또는 디스플레이 공정상의 불량률을 최소화 하기 위하여 시작 되었다. PBMS를 이용하여 공정상에 발생하는 오염입자들을 모니터링하고자 하였으나 기존의 시스템은 크기, 감도, 교정등의 문제들로 현장적용에 무리가 있었던 것이 사실이다. 주식회사 이엘은 PBMS의 문제들을 개선 또는 제거하여 현장에 적용 가능하도록 하였으며 전용 프로그램을 개발하여 사용자의 편의성을 증대하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.118.2-118.2
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• 2016

3D NAND 제조에 있어 high-aspect-ratio etch 공정을 견뎌낼 수 있는 hardmask 소재로서 amorphous carbon layer (ACL) 가 각광받고 있으며 hardmask로서의 특성을 향상시키기 위해 다양한 연구가 진행중에 있다 [1]. 본 연구팀의 기존 연구에서 질소 및 붕소 doping 된 ACL 박막의 etch rate 및 Raman 분석을 통해 박막 특성을 확인한 바 있었으나, 공정 중 arcing이 일어나는 등 의도치 않은 문제로 인해 공정 최적화에 일부 문제가 존재하였다. 본 연구에서는 plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 공정을 통해 C6H12 기체 및 doping을 위한 NH3 와 B2H6 두 기체를 이용하여 특성 개선된 ACL을 증착하는 과정에서 발생하는 arcing 및 증착 특성을 규명하고자 진공 내 입자의 수농도를 실시간 측정할 수 있는 particle beam mass spectrometer(PBMS)를 적용, 특정 공정 사건 진단 및 해당 사건에서 발생하는 입자를 분석, 증착된 박막의 Raman spectroscopy 결과와 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.91-91
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• 2015

반도체 공정의 발전에 의해 최근 생산되는 메모리 등은 십 수 나노미터까지 좁아진 선 폭을 갖게 되었다. 이러한 이유로, 기존에는 큰 문제를 발생시키지 않던 나노미터 영역의 입자들이 박막 증착 공정과 같은 반도체 제조공정 수율을 저감시키게 되었다. 따라서 오염입자의 유입을 막거나 제어하기 위해 transmission electron microscopy (TEM)나 scanning electron microscopy (SEM)과 같은 전자현미경을 활용한 비 실시간 입자 측정 방법 및 광원을 이용하는 in-situ particle monitor (ISPM) 및 전기적 이동도를 이용한 scanning mobility particle sizer (SMPS) 등 다양한 원리를 이용한 실시간 입자 측정방법이 현재 사용중에 있다. 이 중 진공 내 입자의 수농도를 측정하기 위해 개발된 particle beam mass spectrometer (PBMS) 기술은 박막 증착 공정 등 chemical vapor deposition (CVD) 방법을 이용하는 진공공정에서 활용 가능하여 개발이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 PBMS의 한계점인 입자 밀도, 형상 등의 특성분석이 용이하도록 PBMS와 scanning electron microscopy (SEM), 그리고 energy dispersive spectroscopy (EDS) 기술을 결합하여 입자의 직경별 개수농도, 각 입자의 형상 및 성분을 함께 측정 가능하도록 하였다. 협소한 반도체 제조공정 내부 공간에 적용 가능하도록 기존 PBMS 대비 크기 또한 소형화 하였다. 각 구성요소인 공기역학 집속렌즈, electron gun, 편향판, 그리고 패러데이 컵의 설치 및 물리적인 교정을 진행한 후 입자발생장치를 통해 발생시킨 sodium chloride 입자를 상압 입자 측정 및 분류장치인 SMPS 장치를 이용하여 크기별로 분류시켜 압력차를 통해 PBMS로 유입시켜 측정을 진행하였다. 나노입자의 입경분포, 형상 및 성분을 측정결과를 토대로 장치의 측정정확도를 교정하였다. 교정된 장치를 이용하여 실제 박막 증착공정 챔버의 배기라인에서 발생하는 입자의 수농도, 형상 및 성분의 복합특성 측정이 가능하였으며, 최종적으로 실제 공정에 적용가능하도록 장치 교정을 완료하였다.