• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.242-242
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• 2011

현재 반도체 및 디스플레이 장비들이 공정 매개변수 및 플라즈마 변수를 독립적으로 제어하기 위하여 전원 주파수를 다양하게 사용된다. 플라즈마의 상태나 에너지 전달 효율은 반도체 및 디스플레이 공정에 중요한 요소이다. 따라서 플라즈마 발생장치의 전원 주파수를 바꾸었을 때의 플라즈마 밀도와 에너지 전달 효율에 관하여 연구하였다. 공정용 유도 결합 플라즈마(ICP)를 발생시키기 위하여 신호 발생기에서 전력 증폭기와 임피던스 정합회로(Matcher)를 거쳐 반응 용기에서 플라즈마를 발생시켰다. 6 mTorr의 압력에서 주파수는 13.56 MHz에서부터 80 MHz까지, 15~60 W의 전력을 인가하였다. 플라즈마의 에너지 효율을 측정은 제작한 로고스키코일(Rogowski Coil)을 이용하여 시스템 전반을 등가회로로 계산하였으며, 플라즈마 밀도는 반응용기 중앙에서 부유 탐침법을 적용하여 도출하였다. 같은 전력 조건에서 주파수가 증가함에 따라 플라즈마 밀도가 증가함을 볼 수 있었다. 그러나 플라즈마 에너지 효율은 주파수가 높아짐에 따라 점점 커지다 작아지는 경향을 볼 수 있었다. 에너지 전달 효율의 변화는 정합회로의 표피효과(Skin effect)에 기인하며 플라즈마 밀도의 변화는 이온의 에너지 손실에 기인한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.156-156
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• 2013

대기압 저온 플라즈마는 간단한 구조 및 제작, 쉬운 조작성, 낮은 온도 특성, 높은 화학적 반응성과 같은 많은 장점에도 불구하고, 플라즈마의 에너지가 낮아 다양한 산업적 응용에 제약을 받아왔다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 대기압에서 저온 플라즈마의 에너지를 높이는 여러 시도가 있었으며, 그 중 가까이 인접해 있는 둘 이상의 플라즈마 젯들의 결합 현상(plasma jet-to-jet coupling)을 이용하여 플라즈마 강도를 높이려는 시도가 보고되었다. 본 연구에서는 플라즈마를 발생시키는 유리관을 서로 모아 벌집모양의 배열을 갖는 플라즈마 젯 어레이 장치를 만들어 플라즈마 젯 사이에 상호결합을 유도하여 강한 플라즈마 발광을 발생시켰다. 플라즈마 젯 어레이 장치 중 가운데 위치한 플라즈마 젯은 대기압 플라즈마 젯의 형태를 구현하는 역할을 하고, 가운데를 둘러싼 주변의 여러 플라즈마 젯들은 중앙의 플라즈마 젯에 많은 하전입자를 제공하여 플라즈마 젯의 발광강도를 높이는 역할을 하는 것을 확인했다. 헬륨기체를 사용한 이 플라즈마 젯은 $100^{\circ}C$ 이하의 온도임에도 불구하고 ITO 유리의 유리면을 식각할 만큼 높은 에너지를 가졌다. 이러한 대기압 저온플라즈마 장치에서 플라즈마의 강도를 더 높이기 위해서는 플라즈마 젯 간 결합이 더 많이 일어나는 것이 중요하므로, 이를 위해 주변의 플라즈마 젯의 개수를 높이는 시도를 하였다. 플라즈마 젯 어레이 소자의 중심에 위치한 유리관의 크기를 크게 하고, 주변부의 유리관의 크기를 상대적으로 작게 하여 벌집형태의 배열보다 더 많은 유리관을 주변부에 위치시킨 후 플라즈마를 발생시키고 전기 광학적 특성을 측정하였다. 그 결과, 실험조건에 따라 가운데 플라즈마 젯에서 3배에서 5배 이상 높은 플라즈마의 발광강도를 얻었으며, 플라즈마 젯도 더 안정적으로 발생하였다. 주변부의 유리관의 개수가 증가하면 더 많은 양의 하전 입자들이 플라즈마 결합 과정에 참여하게 되고 결과적으로 더 큰 플라즈마의 발광강도를 나타내는 것이다. 본 실험은 하전입자의 상호작용에 의해 발생하는 서로 인접한 플라즈마 젯 간의 결합이 대기압 저온 플라즈마 젯의 플라즈마 발광강도를 높이는 좋은 방법임을 보였다. 이러한 플라즈마 젯 간의 결합은 대기압 저온 플라즈마의 에너지를 높일 수 있는 쉽고 간단한 방법이며, 이 방법을 이용하여 대기압 저온 플라즈마를 표면처리, 표면개질은 물론, 식각 및 증착, 나아가서는 의료/바이오 분석 기술 등 다양한 학문적, 산업적 응용에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.1933-1935
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• 2004

본 연구에서는 변압기형 플라즈마 전류 모델을 기초로 한 평판형 유도 결합 플라즈마 장치에 대한 회로를 분석하여 임피던스 매칭 특성을 조사하였다. 장치 임피던스는 collisional surface impedance를 기반으로 계산된 플라즈마 임피던스와 안테나 임피던스로 결정된다. 매칭 network에 사용된 회로는 Altcmatc-typc의 회로이고, 매칭 소자인 $C_T$와 $C_L$은 임피던스 매칭 조건을 이용하여 계산하였다. 완전 매칭의 경우에는 $C_T$와 $C_L$을 플라즈마 변수들의 함수로 표현하여 의존성을 분석하고, 불완전 매칭의 경우에는 반사파에 대한 반사계수, 반사율을 계산하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.519-519
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• 2012

유도 결합 플라즈마에서 안테나 전류의 측정을 통해 시스템 저항을 계산하여 플라즈마 소비 전력을 구하는 기존의 방법은 정밀한 전류 측정의 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 유도 결합 방전 시스템에서 정합회로와 코일 사이에 설치된 전류 측정 장치를 사용하여 방전된 상태에서의 인가한 전력에 따른 코일 전류를 측정하였고, 방전되지 않은 상태에서 방전되었을 때와 같은 전류를 흐르게 인가 전력을 조절하였다. 이때의 측정값이 시스템이 소비하는 전력이라고 할 수 있다. 결과적으로 기존의 시스템 저항의 오차를 고려하지 않기 때문에 개선된 소비 전력값을 좀 더 용이하게 구할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.22-23
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• 2007

3차원 모델이 가능한 전산유체역학에 기초를 둔 유체 플라즈마 모델링 소프트웨어가 플라즈마 장치 개발에 어떤 도움을 줄 수 있을 것인지 고찰하였다. 몇 가지의 유도 결합 플라즈마용 안테나 구조와 유동의 역할, 공간 및 표면 화학반응의 결과에 대한 자동 최적화 계산의 유용성에 대해서 논한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.476-476
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• 2010

유도 결합 플라즈마 (ICP)는 축전 결합 플라즈마 (CCP) 보다 상대적으로 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한 구조가 간단하고 기존 스퍼터링 장치의 내부에 추가 설치가 용이하며, 스퍼터된 입자의 이온화, 반응성 가스의 활성화를 위한 2차 플라즈마원으로 적용이 가능하다. 그러나 대면적의 고밀도 플라즈마의 균일도 측정은 고가의 2D probe array등을 사용하여야 한다. 본 연구에서는 간단한 CCD camera를 챔버 내부에 삽입하여 가시광 영역의 적분 강도를 이용해서 플라즈마의 2차원적 균일도를 정성적으로 비교 판단하고 시간에 따른 국부적인 이상 방전을 감시할 수 있도록 내장형 무선 카메라를 사용하였다. 직경 380 mm의 챔버 내에 2 turn ICP antenna를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 발생시켰다(Ar 30 sccm, 35 mTorr, 2 MHz, 400 W). 내장형 무선 카메라를 챔버 내부 중앙의 ICP antenna에서 8 cm 아래에 위치시켜 플라즈마를 진공 중에서 촬영하였다. 내장형 무선 카메라를 챔버 내부에 위치하여 촬영한 결과 외부에서 view port로 쉽게 확인할 수 없는 ICP antenna 내부의 고밀도 플라즈마의 불균일도를 평가할 수 있었고, ICP antenna 가장자리에서 중심으로 이동할수록 밝아지는 것을 토대로 중심 영역의 plasma 밀도가 가장 높다는 것을 알 수 있었고, 채도와 명도의 차이를 이용하여 시각적인 플라즈마 균일도를 분석하였으며 이를 플라즈마 모델링 기능이 있는 전산 유체 역학 프로그램인 CFD ACE+를 이용하여 플라즈마 분포를 모델링 및 비교하였다. 또한 인라인 타입의 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 기판 캐리어에 무선 카메라를 장착하여 이동하면서 캐리어와 마그네트론 방전 공간의 상대적인 위치에 따른 마그네트론 방전링의 형상 변화도 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.57-58
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• 2007

최근들어 극자외선을 이용한 리소그라피가 차세대 리소그라피 기술로 각광받고 있다. 극자외선 리소그라피 기술에서 마스크 제조 기술이 매우 중요하다. 이번 연구에서는 마스크 제작에 있어서 필요한 식각 공정을 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 여러 가지 공정 조건에 따라 실험하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.493-493
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• 2013

에싱(Ashing)공정을 위한 원격 유도 결합 플라즈마(remote ICP)에서 플라즈마 균일도를 향상하는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 고균일도 플라즈마 발생을 위해 단면적이 다른 2개의 반응 용기를 각각 상부와 하부에 설치하여 각각의 반응 용기 외곽에 방전 코일이 위치하도록 구성하였다. 0.7~1 Torr 공정 압력 범위의 질소와 산소 혼합 기체에서 2,500 W 전력을 인가하였고, 임피던스 정합회로로부터 각각 병렬로 연결된 방전 코일에 전력이 분배되어 인가된다. 에싱 공정을 위한 플라즈마 균일도를 분석하기 위해 Wafer의 위치에서 부유 탐침법을 적용하여 중심부에서 외곽부로 지름축 위치를 변화시키며 플라즈마 밀도와 전자온도를 측정하고, 공정 조건에 따른 에싱율(Asing Rate)을 측정하였다. 동일한공정 조건에서 하나의 방전 코일을 이용한 경우의 플라즈마 균일도 대비 이중 코일 구조를 이용한 경우 플라즈마 균일도가 크게 향상됨을 보였다. 이는 상부의 유도코일이 wafer 위치에서 주로 지름방향 중심부의 플라즈마 밀도에 기여하고, 하부의 유도코일은 주로 외곽의 플라즈마 밀도에 기여해서 나타나는 현상이다. 공정용 장비에서 플라즈마 균일도의 개선으로 공정 수율을 증가 시키는 효과를 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.492-492
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• 2013

반도체 공정을 위한 원격 유도 결합 플라즈마(remote ICP)에서 플라즈마 균일도를 향상하는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는고 균일도 플라즈마 발생을 위해 단면적이 다른 2개의 반응 용기를 상부와 하부에 설치하였으며, 각각의 반응 용기 외곽에 방전 코일이 위치하도록 구성하였다. 상부의 반응 용기는 외곽에 유도 코일을 권선하였고, 하부의 반응 용기는 고밀도의 플라즈마 생성을 위해 강자성체를 이용하여 권선하였으며, 강자성체는 쿼츠관을 둘러 싼 구조로 되어 있다. 0.5-1 Torr 공정 압력 범위의 아르곤 기체에서 전체 2500 W의 전력을 인가하였고, 임피던스 정합회로로부터 각각 병렬로 연결된 방전 코일에 전력이 분배되어 인가되는 구조로 설계하였다. 반도체 공정을 위한 플라즈마 균일도를 분석하기 위해 wafer의 위치에서 부유 탐침법을 적용하여 wafer 중심부로부터 반경 방향으로 위치를 변화시키며 플라즈마 밀도와 전자온도를 측정하였다. 동일한 공정 조건에서 하부에 강자성체를 사용하여 권선한 이중 구조의 경우 하나의 방전 코일을 이용한 구조 대비 플라즈마 밀도가 증가하였고, 플라즈마 균일도가 크게 향상됨을 보였다. 강자성체를 이용한 하부 코일에 의해 wafer 외곽 부분의 밀도가 높은 분포를 갖는 플라즈마가 형성되고, 상부의 유도코일에 의해 wafer 중심부에 밀도가 높은 플라즈마가 형성되어 wafer의 플라즈마 균일도가 개선된다. 또한, 강자성체를 이용한 하부 코일에 의해 고밀도의 플라즈마가 형성되므로 반도체 공정을 위한 장비에서 플라즈마 균일도의 개선과 밀도의 향상으로 대면적 Dry Strip 공정 (450mm)에 적용 가능하다.

• 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.