• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.276-277
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• 2012

플라즈마 아킹은 PECVD, 플라즈마 식각 그리고 토카막과 같은 플라즈마를 이용하는 여러 공정과 연구 분야에서 문제가 되어왔다. 하지만, 문제의 중요성과 다르게 아킹에 대한 본질적인 연구는 아직 미비한 상태이다. 플라즈마 아킹은 집단전자방출(collective electron emission)에 의한 스파크 방전(spark discharge) 현상이다. 집단전자방출은 전계방출(field emission)이나 플라즈마와 쉬스를 두고 인접한 표면위에서의 유전분극(dielec emission)에 의해 발생한다. 우리는 CCP 플라즈마를 이용해 micro-arcing(MA)을 일으키고 랑뮈르 프로브를 이용해 MA 동안의 플로팅 포텐셜의 변화를 측정한다. MA시 PM-tube를 이용해 광량의 변화를 측정하고 플로팅 포텐셜을 fast-imaging과 동기화 시켜 MA 발생 메커니즘을 유추한다. 우리는 $30{\times}20$ cm 크기의 사각 전극을 위 아래로 가진 챔버에서 Ar 가스를 RF (13.56 MHz) 파워를 이용해 방전시켰다. 방전 전압과 전류는 파워 전극 앞단에서 High voltage probe (Tektronix P6015A)와 Current probe (TCPA300 + TCP312)를 이용해 측정했다. 플라즈마 아킹시 변하는 플라즈마 플로팅 포텐셜은 챔버 중앙에 위치한 랑뮈프 프로브에 의해 측정되고 챔버 옆의 뷰포트 앞에 위치한 PM-tube를 이용해 아킹시 변하는 광량을 측정하고 Intensified CCD를 이용해 fast-imaging을 한다. 또한 CCD 앞에 band pass filter를 부착하여 MA의 발생 메커니즘을 유추한다. RF 방전에서의 플라즈마 아킹은 아킹시 플로팅 포텐셜의 변화에 의해 크게 세부분으로 나눌 수 있다. 아킹 발생과 동시에 급격히 감소하는 감소부분(약 2 us) 그리고 감소한 포텐셜이 유지되는 유지부분(약 0~10 ms) 그리고 감소했던 포텐셜이 서서히 원래 상태로 회복되는 회복부분(약 100 us)이다. 아킹 초기시 방출된 집단 전자들은 쉬스를 단락시키게 되고 이로 인해 플로팅 포텐셜은 급격히 감소하게 된다. 이렇게 감소한 플로팅 포텐셜은 아킹 스트리머가 유지되는 한 계속 감소한 상태를 유지하게 된다. 그리고 플라즈마를 섭동했던 집단전자방출이 중단되면 플라즈마는 섭동전의 원래 상태로 회복된다. 플라즈마 아킹 발생시 생성되는 순간적으로 많은 전자들을 국소적으로 생성하게 되고 이 전자들에 의해 광량이 순간적으로 증가하게 된다. PM-tube (750.4 nm)에 의해 측정된 아킹시 광량은 정상방전 상태의 두배 가량이 된다. 그리고 이 순간적으로 증가된 광량은 시간이 지남에 따라 감소하게 되고 정상방전 일때의 광량이 된다. 광량이 증가한 후 정상방전상태의 광량에 이르는 부분은 플로팅 포텐셜이 감소한 상태에서 유지되는 부분과 일치하고 이는 플로팅 포텐셜의 유지부분동안 집단전자방출이 있다는 간접적인 증거가 된다. 그리고 정상 방전 상태 일때의 광량이 되면 집단전자방출이 중단되었다는 것이므로 그 시점부터 플로팅 포텐셜은 정산 방전상태 일때의 포텐셜로 복구되기 시작한다. 이처럼 PM-tube를 이용한 아킹 광량 측정은 아킹 스트리머를 간접적으로 측정하게 하고 집단전자방출을 이용해 아킹 시의 플로팅 포텐셜의 변화를 설명하게 해 준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.82.2-82.2
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• 2013

반도체 및 디스플레이 소자를 생산 하기 위하여 다양하고 많은 공정 기술이 사용 되며 그 중에서 플라즈마를 이용하는 제조공정이 차지 하는 부분은 상당한 부분을 차지 하고 있습니다. 전체 반도체 공정 중 48%가 진공공정이며, 진공공정 중 68% 이상이 플라즈마를 이용하고 있으며, 식각과 증착 장비 뿐만 아니라 세정과 이온증착 에 이르기 까지 다양하며 앞으로도 더욱 범위가 늘어 날 것으로 보입니다. 이러한 플라즈마를 이용한 제조 공정들은 제품의 생산성을 향상 하기 위하여 오염제어 기술을 비롯한 공정관리기술 그리고 고기능 센서기술을 이용한 공정 모니터링 및 제어 기술에 이르기 까지 다양한 기술들을 필요로 합니다. 플라즈마를 이용한 제조 장비는 RF파워모듈, 진공제어모듈, 공정가스제어모듈, 웨이퍼 및 글래스의 반송장치, 그리고 온도제어 모듈과 같이 다양한 장치의 집합체라 할 수 있습니다. 플라즈마의 생성과 이를 제어 하기 위한 기술은 제조장비의 국산화를 위한 부단한 노력의 결실로 많은 부분 기술이 축적되어 왔고 성과를 거두고 있습니다. 그러나 고기능 모니터링 센서 기술 개발은 그 동안 활발 하게 이루어져 오고 있지 않았으며 대부분 외산 기술에 의존해 왔습니다. 세계 반도체 시장은 현재 300 mm 웨이퍼 가공에서, 추후 450 mm 시장으로 패러다임이 변화될 예정이며, 미세화 공정이 더욱 진행 됨에 따라 반도체 제조사들의 관심사가 "성능 중심의 반도체 제조기술"로부터 "오류 최소를 통한 생산성 향상"에 더욱 주목 하고 있습니다. 공정미세화 및 웨이퍼 대구경화로 인해 실시간 복합 센서를 이용한 데이터 처리 알고리즘 및 자동화 소프트웨어의 기능이 탑재된 장비를 요구하고 있습니다. 주식회사 레인보우 코퍼레이션은 플라즈마 Chemistry상태를 정성 분석 가능한 OES (Optical Emission Spectroscopy)를 이용한 EPD System을 상용화 하여 고객사에 공급 중이며, 플라즈마의 광 신호를 실시간으로 고속 계측함과 동시에 최적화된 알고리즘을 이용하여 플라즈마의 이상 상태를 감지하며 이를 통하여 제조 공정 및 장비의 개선을 가능하게 하여 고객 제품의 생산성을 향상 하도록 하는 기술을 개발 하고 있습니다. 본 심포지엄에서는 주식회사 레인보우 코퍼레이션이 개발 중인 "실시간 고속 플라즈마 광 모니터링 기술" 의 개념을 소개하고, 제품의 응용 범위와 응용 방법에 대하여 설명을 하고자 합니다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.93-94
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• 2007

DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 전도성이 다른 타겟을 사용하여 non-alkali glass 기판위에 실온에서 ITO 박막을 증착하였다. 전도성 향상 타겟을 사용하여 증착한 ITO 박막의 경우, 최저 비저항은 2.9 ${\times}$ $10^{-4}{\Omega}cm$로 산소첨가량 0.5%에서 얻어졌다. 이것은 타겟 표면의 노듈에 의하여 발생하여 박막물성을 저하시키는 마이크로 아킹의 감소 및 플라즈마 임피던스의 감소에 의한 방전 안정성의 증가에 기인한다고 생각된다. 한편 AFM에 의한 박막표면의 관찰결과, 산소첨가량에 따라 박막표면의 거칠기는 증가하는 것으로 나타났다. 이결과는 산소의 증가에 따른 박막의 부분적인 결정화에 기인한다고 생각되어진다. 그러나 XRD 관찰 결과 산소첨가에 따른 박막의 미세구조의 변화는 확인 할 수 없었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.430-430
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• 2012

Modulated pulsed power (MPP) 스퍼터링은 펄스 전압 shape, amplitude, duration의 modulation을 통해 증착율 손실을 극복하는 고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링의 한 종류이다. Micro second 범위에서 on/off 시간을 다중 세트 형태로 자유롭게 프로그램 할 수 있어서 아킹 없이 고전류 영역의 마그네트론 동작을 할 수 있으므로, 고주파 유도 결합 플라즈마원이나 마이크로웨이브 투입 등의 부가적인 플라즈마 없이도 스퍼터링 재료의 이온화 정도를 획기적으로 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 $2{\times}1{\times}0.2$의 sputtering system에서 기판 캐리어를 이용해서 $400{\times}400mm$ 기판을 $272{\times}500mm$ 크기의 AZO target (Al 2 wt%)이 설치되어 있는 moving magnet cathode (MMC)을 이용하여 MPP로 증착했다. 두 종류의 micro pulse set을 하나의 macro pulse에 사용함으로서 weakly ionized plasma와 strongly ionized plasma를 만들 수 있다. 다양한 micro pulse set을 이용하여 평균 전력 2 kW에서 peak 전력을 4 kW에서 45 kW까지 상승 시킬 수 있으며, 이 때 타겟-기판 거리 80 mm에서 이온전류밀도는 $5mA/cm^2$에서 $20mA/cm^2$까지 상승했다. MPP는 같은 평균 전력에서 repetition frequency가 증가할 때, 증착 속도가 증가했으며, 같은 repetition frequency에서 macro pulse length가 증가할 때도, 증착 속도가 증가했다. 최적화된 marco, micro pulse set에서 증착 속도는 평균 전력 2 kW에서 110 nm/min이었고, 700 nm의 박막에서 비저항은 $1-2{\times}10^{-3}ohm{\cdot}cm$였다. 표면거칠기 Rrms는 약 3 nm였고, 400-700 nm 영역의 평균 투과도는 72-76%였다.