• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.3
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• pp.51-57
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• 2019

To protect the Cu surface from oxidation in air, a two-step plasma process using Ar and $N_2$ gases was studied to form a copper nitride passivation as an anti-oxidant layer. The Ar plasma removes contaminants on the Cu surface and it activates the surface to facilitate the reaction of copper and nitrogen atoms in the next $N_2$ plasma process. This study investigated the effect of Ar plasma on the formation of copper nitride passivation on Cu surface during the two-step plasma process through the full factorial design of experiment (DOE) method. According to XPS analysis, when using low RF power and pressure in the Ar plasma process, the peak area of copper oxides decreased while the peak area of copper nitrides increased. The main effect of copper nitride formation in Ar plasma process was RF power, and there was little interaction between plasma process parameters.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.33-33
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• 2010

플라즈마를 이용한 건식식각공정은 현 반도체, 디스플레이, 태양광 산업에 널리 적용되는 공정으로며 일부공정은 플라즈마 없이는 식각공정이 불가능할 정도로 매우 중요한 공정이다. 건식식각공정은 크게 플라즈마의 이온에 의한 물리적인 프로세스와 라디칼에 의한 화학적인 프로세스로 나눌 수 있으며, 최근 들어, 화학적인 식각프로세스가 매우 중요함이 알려지게 되었다. 본 발표에서는 화학적 식각프로세스에서 가장 중요한 역할을 하는 플라즈마 라디칼을 챔버가 공정에 제한받지 않고 널리 쓰일 수 있는 데이터 베이스로 생산하는 아이디어 전략을 소개하는 시간을 통해 건식식각물성데이터 센터의 소개와 참조표준 데이터베이스의 중요성을 알리고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.217.1-217.1
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• 2014

반도체 및 디스플레이 산업은 많은 공정들에서 저온 플라즈마 반응을 이용한다. 특히 소자 제작을 위한 실리콘 박막의 증착은 저온 플라즈마 공정의 주요 공정이다. 하지만 실리콘 박막을 합성하는데 있어서 저온 플라즈마에서 형성되는 실리콘 나노 입자는, 오염입자로써 박막의 특성을 악화시켜 소자생산 수율을 악화시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 플라즈마에서 입자 형성의 원인이 되는 화학반응 및 입자들의 성장 매커니즘에 대한 연구는, 1980년대 플라즈마 공정에서 입자 합성이 보고된 이래 공정의 최적화를 위해 꾸준히 연구되어왔다. 이러한 매커니즘의 연구들은, 플라즈마 화학반응에 의해 실리콘 입자 핵을 만들어 내는 과정과 입자들이 충돌에 의해 성장해가는 과정으로 나눠진다. 플라즈마 화학 반응 과정은 아레니우스 방정식에 의해 정의된 반응계수를 이용하여 플라즈마 내 전자와 이온, 중성 화학종들이 전자 온도와 전자 밀도, 챔버 온도 등에 의해 결정되는 현상을 모사한다. 또한 이 과정에서 실리콘을 포함하는 화학종들의 반응에 의해 핵이 생성 되가는 양상을 모사한다. 생성된 핵은 충돌에 의해 입자가 성장해 가는 과정의 가장 작은 입자로써 이용된다. 입자들이 성장해가는 과정은 입자들이 서로 충돌하면서 다양한 입경의 입자로 분화되어가는 현상을 모사한다. 이 과정에 의해 다양한 입경분포로 분화된 입자들은 플라즈마 내 전자에 의해 하전되며, 이러한 하전 양상은 입경에 따라 다른 분포를 보인다. 본 연구에서는 입자의 하전 분포를 고려하여, 입자들의 성장의 주요 원인인 입자간의 충돌을 대표하는 충돌주파수를 수정하는 방식을 채택하여 보다 정밀한 입자 성장 양상을 모델링하였다. Inductively coupled plasma (ICP) 타입의 저온 플라즈마 반응기에서 합성된 입자들을 Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)와 Scanning Electron Microscope (SEM)를 이용하여 입경분포를 측정한 데이터와 모델링에 의해 계산된 결과를 비교하여 본 모델의 유효성을 검증하였다. 검증을 위해 100~300 mtorr의 챔버 압력 조건과 100~350 W의 입력 전력 조건들을 달리하며 측정한 결과와 계산한 데이터를 조건별로 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.256-256
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• 2010

최근 반도체 공정을 위한 증착이나 식각장비에 있어서 웨이퍼 크기의 증가는 새로운 연구 분야를 발생시켰다. 웨이퍼의 크기가 200 mm에서 300 mm, 450 mm로 커지지만, 같은 특성 혹은 더 좋은 특성을 필요로 하는 플라즈마를 이용하는 진공장비의 기하적 구조는 비례적으로 증가하지 않는다. 이런 이유로 450 mm의 웨이퍼 공정용 장비의 제작에 있어서 진공 부품과 플라즈마 발생 소스는 더 이상 시행착오로 실험하기에는 막대한 돈과 시간, 인력의 투자가 필요하기 때문에 불가능하게 되었다. 이런 시행착오를 줄이기 위함의 일환으로 본 연구에서는 450 mm 웨이퍼 공정용 장비의 챔버 구성에 따른 플라즈마 균일도를 수치 모델링으로 예측했다. 챔버를 구성함에 있어서 baffle의 형상과 위치, 배기 manifold에 따른 유동분포, 플라즈마 균일도를 위한 안테나의 구조 등 중요한 요소들이 많이 존재하지만, 일단 전체적인 챔버의 종횡비가 결정되어야 가능한 일들이다. 첫째, 기판홀더와 챔버 벽면 간의 거리, 기판홀더와 배기구까지의 거리, 기판과 소스와의 거리가 인입되는 가스 분포와 플라즈마 균일도에 가장 큰 영향을 끼칠 것으로 판단된다. 즉, 위의 세 가지 챔버 내부 구조물의 크기 비에 따라 기판 바로 위에서의 플라즈마 균일도가 가장 좋은 디자인을 최적화하는 것이 본 계산의 목적이다. 기판 표면에서의 플라즈마 밀도 균일도는 기판홀더와 벽면과의 거리, 기판과 소스와의 거리가 멀수록, 기판홀더와 배기구와의 거리가 짧을수록 좋아졌으며, 그림과 같이 안테나의 디자인이 4 turn으로 1층인 경우, 두 turn의 안테나만 사용하여 기판표면에서 20~30%의 플라즈마 균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.1-71.1
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• 2013

메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화 가스이기 때문에 배출규제가 점차 강화될 것으로 전망되고 있다. 또한 이들 가스는 매립지 또는 바이오 공정을 통해 발생되는 가스이기 때문에 단순히 배출을 억제하는 데 그치지 않고 보다 적극적으로 활용해야할 필요성이 있다. 현재 메탄과 이산화탄소를 동시에 활용하는 기술로는 촉매공정을 통해 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 방법이 대표적이나, 본 공정은 $800{\sim}900^{\circ}C$의 고온조건을 필요로 하고 고압조건에서 다량으로 생성되는 탄소에 의한 촉매 활성도의 저하문제로 인해 해당 기술의 실제 보급에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 플라즈마를 활용한 메탄가스 개질(reforming) 기술은 고온 플라즈마인 경우 60~70년 전부터 상용화 사례가 있으며, 저온 플라즈마의 경우는 약 10여 년 전부터 개질반응의 공정온도를 낮추려는 연구를 중심으로 기초연구가 수행되어왔다. 이들 플라즈마를 활용한 메탄개질 기술은 메탄의 직접분해, 부분산화, 수증기 개질 및 건식개질 등으로 분류되는 데, 최근 지구온난화가스인 이산화탄소의 처리에 대한 관심이 높아지면서 이산화탄소를 활용하는 건식개질 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 현재 플라즈마 건식개질기술에서 주된 이슈는 높은 전력비용이고, 이를 낮추기 위해 촉매를 활용하거나 플라즈마 발생을 최적화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용한 건식개질 기술의 장단점, 실용화 가능성 및 향후의 과제를 다루고 있으며, 이를 위해 기계연구원에서의 연구결과 및 국내외 연구실의 결과를 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.251-251
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• 2015

현재 주로 쓰이는 표면 텍스쳐링 공정은 주로 진공에서 진행하기 때문에 높은 비용과 및 생산성의 한계, 비교적 낮은 효율 등의 단점을 가지고 있다. 그러므로 비용을 줄이고 생산성을 높이기 위해 기존의 공정 방법과 달리 진공을 사용하지 않는 대기압 플라즈마를 연구하고 대기압 플라즈마의 특성을 분석하였다. 위 연구를 통해 대기압 플라즈마를 반도체, 디스플레이, 태양전지에 쓰이는 공정에 적용시킨다면 새로운 공정 방향을 제시 할 수 있으며 사회 및 산업분야에 긍정적 영향을 미칠 것으로 예상한다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마 특성을 OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 광학적으로 분석하였다. RF전극과 웨이퍼 사이 간격, 가스 종류, 가스 유량, 스테이지의 움직이는 속도, RF 인가전압에 따라 어느 플라즈마의 광학적 특성이 나오는지 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.125-125
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• 2013

기계부품 및 자동차부품 등의 내마모나 내피로성의 향상을 위한 표면처리로서 고주파처리, 침탄처리, 질화처리 등이 사용되고 있다. 최근에는 변형을 최소화 함으로써 후가공을 생략할 수 있는 질화처리가 주목받고 있다. 질화처리종류로는 염욕질화나 가스질화법이 사용되고 있으나, 이들에 비해 환경오염 및 공해가 적고 인체에 무해한 플라즈마 연질화법이 사용되고 있다. 플라즈마 연질화 기술은 IT기기의 제품에 적용되는 표면경화의 공정개발은 미비한 실정이다. 마이크로 구동 요소 부품중의 하나인 Leadscrew는 이송장치를 구성하는 핵심 부품으로 IT기기의 정밀 이송 및 구동제어에 사용되는 핵심 부품으로 사용되고 있으며, 리드스크류의 소재인 SWCH1018A(냉간압조용강선)은 표면 경도가 낮고 변형이 쉽기 때문에 표면 경화를 위한 플라즈마 연질화 기술을 이용하고자 했다. 본 연구는 플라즈마 연질화 공정을 적용한 시편의 표면경도를 높혀주고 변형을 최소화 할 수 있는 공정을 확인하는 것이다. 공정변수를 변화 시키면서 얻어진 시편의 표면미세 구조를 미소경도측정, XRD, SEM분석을 통하여 확인하였으며, 이를 통해 시편 표면경도를 높여주는 공정 조건을 도출하였다.

• Korean Journal of Crystallography
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• v.10 no.1
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• pp.13-19
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• 1999

저합금강인 SCM415강에 대한 플라즈마 질화의 변수에 따른 질화특성을 관찰하여 최적공정을 확립한 후 기존의 질화법인 염욕질화와 가스질화 되어진 시편과 피로특성을 비교하였다. 가스조정비는 질소대 수소의 비가 3:1일 때 가장 높은 표면강도를 가지며, 온도는 높아질수록 표면강도는 낮아지고 유효경화깊이는 깊어지는 것을 알 수 있었다. 또한 질화시간이 증가될수록 표면경도는 낮아지고 유효경화깊이는 깊어졌다. 본 플라즈마 질화장비에서의 최적공정조건은 공정온도 500℃, 공정시간 4시간, 질소와 수소의 비가 3:1으로 관찰되었고, 이 때 표면경도는 1181 Hv, 화합물층의 깊이 17 ㎛, 유효경화깊이 450 ㎛로 측정되었다. 가스질화 되어진 시편의 표면경도는 945 Hv, 유효경화깊이 250 ㎛였고, 염욕질화 되어진 시편의 경우는 각 846 Hv, 300㎛으로 관찰되었다. 또한 플라즈마 질화공정을 거친 질화강과 가스질화, 염욕질화 되어진 질화강의 피로특성을 평가한 결과 플라즈마 질화강이 가스질화, 염욕질화 되어진 질화강에 비하여 1.5∼2배의 우수한 피로특성을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.324-324
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• 2013

자동차의 경량화 요구에 따라 비중이 큰 기존의 철계 금속재에서 비중이 낮은 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금의 경량 금속 재료로 대체 적용하는 것이 요즘의 추세이다. 마그네슘 판재 성형의 경우 윤활제로 인한 마그네슘 판재의 부식이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해 윤활제의 사용을 최소화 혹은 제로화가 가능하게 하는 진공 플라즈마 표면처리 기술이 시급하다. 본 연구는 무윤활 마그네슘 판재성형을 위한 금형 표면처리 기술로서 각각 질화처리, 비정질 탄소 코팅 공정기술에 관한 연구를 수행하였다. 플라즈마 질화처리는 기존의 질화방법에 비교하여 비교적 저온에서 짧은 시간에 표면에 백화현상이 발생하지 않는 대면적 플라즈마 질화공정 기술 구현이 가능하였으며, 비정질 탄소 코팅 공정은 모재와의 밀착력을 높이기 위한 공정 조건을 연구하였다. 각각의 표면처리된 금형을 이용하여 성형테스트를 실시하고 이 때의 마그네슘 판재의 성형성을 관찰하였다. 따라서 본 연구의 최종 목표는 무윤활 상태에서 마그네슘 판재가 성형이 가능한 금형 진공 표면처리 방법을 개발하는 것이다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.63-71
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• 2007

현재 반도체 산업에서 플라즈마는 다양한 공정에 적용되고 있으며, 고집적 대면적 공정을 위한 다양한 플라즈마원들이 개발 중에 있다. 이 중 ICP는 현재 고밀도 플라즈마를 요구하는 공정에서 널리 쓰이고 있는 플라즈마원이다. 그러나 ICP는 안테나와 플라즈마 사이의 결합이 낮아 안테나의 전압과 전류가 높으며, 대면적에 적용하기 어려운 디자인 등의 여러 가지 문제점 들을 가지고 있는데, 이러한 ICP의 문제를 해결하기 위한 방법으로 강자성체를 ICP에 응용하는 플라즈마원이 연구되어 왔고 일부 장치에 쓰이고 있다. 이것은 ICP의 많은 문제들을 해결하면서도 여러 가지 장점을 가지는 것으로 평가되고 있다. 강자성체를 이용한 ICP는 플라즈마와 안테나의 결합계수가 1에 가깝기 때문에 강자성체 ICP에서는 간편한 변압기 임피던스 매칭이 적용 가능하다. 이 논문에서는 릴레이를 이용하여 변압기의 권선수를 제어하는 방식을 통해 새로운 임피던스 매칭이 제안되었다. 간단한 매칭 시스템을 구현하여 권선비가 바뀌었을 때 특성을 분석하였다. 2-채널 릴레이를 사용할 때 임피던스 매칭이 가능하였고, 디지털 회로와 마이크로콘트롤러를 사용하여 디지털 임피던스 매칭 시스템을 구현하였다.