• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.391-391
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• 2011

최근 나노에 대한 연구가 활성화되고 나노입자가 가지는 특성이 부각되면서 이를 소자 제조에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자를 바탕으로 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 공정 조건에 따른 입자의 생성 및 성장 분석이 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정 장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 나노입자 합성 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포를 측정하였다. 또한 동일한 조건에서 생성 나노입자를 포집하여 TEM과 SEM을 이용하여 분석하여 그 결과를 비교하였다. 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 Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2003.11a
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• pp.396-397
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• 2003

대기 중에는 가스상 물질뿐만 아니라 액적 또는 고체의 미립자도 존재하고 있다. 이러한 입자상 물질은 다른 크기와 화학적 조성을 가지는 입자들로 혼합되어 있고, 그 성상은 시간에 따라 크게 변동한다. 따라서 대기 중 미세입자에 대한 발생원 추정 및 발생원 정보를 얻기 위해서는 개개의 입자에 대한 물리ㆍ화학적 정보를 얻는 것이 중요하다. 입자상 물질을 이해하기 위해서는 물리적인 특성(size, shape 등)과 화학적인 특성이 중요한 요소이다. 입자상 물질의 형상은 그 발생원에 따라 또는 존재에 따라 매우 다양하고 불규칙적이다. (중략)

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.338-338
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• 2010

공정 중 발생하는 입자는 반도체 생산 수율에 가장 큰 영향을 끼치는 원인으로 파악되며, 생산 수율을 저하시키는 원인 중 70% 가량이 이와 관련된 것으로 알려져 있다. 현재 반도체 공정에서 입자를 계측하는데 사용하는 PWP (Particle per Wafer Pass) 방법은 표준 측정방법으로 널리 쓰이고 있으나, 실시간으로 입자의 양을 측정할 수 없고, Test wafer 사용에 따른 비용증가의 단점이 있어 공정 중에 입자를 실시간으로 측정할 수 있는 대안기술이 필요한 실정이다. ISPM (In-Situ Particle Monitoring)은 레이저 산란방식을 이용한 실시간 입자측정 장비로서 오염원 발생에 대한 즉각적인 대처와 조치가 가능하고 부가적인 추가 비용이 발생하지 않기 때문에 실시간 모니터링 장비가 없는 현재의 반도체 공정에 충분히 적용될 가능성이 있다. 특히 CVD 공정은 반도체 공정의 약 30%를 차지할 만큼 중요한 단계로 생성되는 오염입자 모니터링을 통해 공정 불량 유무를 판단할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 Silane 가스를 이용한 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 중 발생되는 오염입자를 ISPM을 이용하여 실시간으로 측정하였다. 챔버 배기구에 두 가지 타입의 ISPM을 설치하고 공정압력, 유량, 플라즈마 파워를 공정변수로 하여 각각의 조건에서 발생되는 오염입자의 분포 변화를 실시간으로 측정하였으며 결과를 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.261-261
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• 2010

본 연구에서는 PBMS (Particle Beam Mass Spectrometer)와 ISPM (In-Situ Particle Monitor)을 연계하여 BPSG (Borophosphosilicate Glass) 및 PSG (Phosphosilicate Glass) 박막 증착을 위한 CVD (chemical vapor deposition) 공정 중 발생하는 오염입자 발생특성에 대해 비교 평가하였다. 소스는 TEB (Triethylborate), TEPO (Triethylphosphate) 및 TEOS (Tetraethoxysilane)를 사용하였고, 운반가스 및 반응가스로 He과 $O_2$ 및 $O_3$를 사용하였다. 증착온도와 압력은 각각 $450^{\circ}C$, 200 Torr 이었다. 반응기의 배기라인에 PBMS와 ISPM을 설치하고 500 nm 이하의 입자에 대해 공정단계별 시간에 따른 모니터링 결과 전 공정에 걸쳐 동일한 패턴의 입자발생분포를 보였으며, 특히 PBMS의 경우 ISPM의 입자측정한계인 260 nm 이하의 입자크기도 측정할 수 있었다. 입자발생이 안정적으로 일어나는 증착공정 중 PBMS를 통하여 입자크기를 측정한 결과 BPSG의 경우 약 110 nm, PSG의 경우 약 80 nm의 분포를 나타내었다. 이를 통해 TEB 소스가 배제된 PSG의 경우 BPSG의 경우보다 입자의 성장이 지체됨을 확인하였다. 측정에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 PBMS 내의 TEM (Transmission Electron Microscopy) grid를 이용하여 입자를 샘플링 하였고, TEM 분석을 실시한 결과 PBMS 측정결과와 잘 일치하였다. 또한 EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을 통하여 입자성분에 대해 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2001.11a
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• pp.395-396
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• 2001

고온의 산업공정에서 발생하는 에어로졸 입자들은 많은 기본입자(primary particle)들로 이루어진 불규칙한 사슬구조를 가진다 (Matsoukas and Friedlander, 1991). 이러한 비구형 프랙탈 입자들의 거동은 구형 입자들과 비교할 때 큰 차이를 보인다. 프랙탈 입자들의 부피는 충돌반경의 거듭제곱으로 나타낼 수 있으며, 프랙탈 차원이라 불리는 그 지수는 1에서 3 사이의 값을 가진다. 자유분자영역에서의 브라운 응집에 대한 해석해는 Lee et al.(1990)에 의해 제시된 바 있으나, 이는 구형입자를 가정한 결과였고, 비구형 프랙탈 입자의 거동을 해석하려 할 때는 이로 인한 오차가 발생하게 된다. (중략)

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2003.11a
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• pp.368-369
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• 2003

각종 배출원에서 배출된 입자상 물질은 대기 중 확산, 이동, 침착 등을 통해 국지적 도시오염 뿐만 아니라 장거리까지도 이동함으로서 광역적 대기오염의 원인이 되고 있는 등 입자상 물질의 발생원 추적에 관한 연구가 필요한 실정이다. 지금까지 입자상 물질의 발생원 추적은 대부분 배출원의 발생량 조사나 필터에 포집된 시료의 전체적인 화학적 분석의 개념으로 단시간의 시간변동과 개개의 입자가 가지는 정보가 무시되고 평균화되고 있다. (중략)

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.314-315
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• 2002

대기중에는 다양한 크기와 모양, 그리고 화학성분을 가진 입자들이 존재한다. 이러한 입자들은 발생원이 다양하고 대기중에 존재하면서 광화학적인 변화를 거쳐 형성되기도 한다. 입자의 화학조성과 크기는 발생원을 구분하기 위한 일반적인 척도로 쓰이고 있다. 대기 에어러솔의 크기분포특성은 에어러솔의 변화 요소인 발생원과 제거 그리고 동역학적인 과정을 이해하는데 중요한 역할을 한다. (중략)

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.12
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• pp.1051-1060
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• 2010

The effect of materials on fuel coolant interactions (FCIs) was analyzed on the basis of a solidified particle size response for TROI experiments.$^{(1)}$ The solidified particle size response can provide an understanding of the relationship among the initial condition, the mixing, and an explosion. Through a comparison of the size distributions of the solidified particles in the case of explosive and non-explosive FCIs, it is revealed that an explosive FCI results in the production of a large amount of fine particles and a small amount of large particles. The material effect of the size of solidified particles was analyzed using non-explosive FCIs without losing the information on the mixing. This analysis indicates that an explosive melt includes large particles that participate in the steam explosion, whereas a nonexplosive melt includes smaller particles and finer particles.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.35-35
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• 2011

반도체 공정 및 디스플레이 공정에서 발생하는 오염입자는 공정 불량을 일으키는 가장 큰 원인 중의 하나이며, 수십 나노에서 수 백 나노의 크기를 갖는다. 최근 디스플레이 및 반도체 산업이 발전함에 따라 회로의 선폭이 점차 감소하고 있으며 오염입자의 임계 직경(critical diameter) 또한 작아지고 있다. 현재 반도체 및 디스플레이 산업에서 사용되는 측정방법은 레이저를 이용하여 공정 후 표면에 남아있는 오염입자를 측정하는 ex-situ 방법이 주를 이루고 있다. Ex-situ 방법을 이용한 오염입자의 제어는 웨이퍼 전체를 측정할 수 없을 뿐만 아니라 실시간 측정이 불가능하기 때문에 공정 모니터링 장비로 사용이 어려우며 오염입자와 공정 간의 상관관계 파악에도 많은 제약이 따르게 된다. 이에 따라 저압에서 in-situ 방법을 이용한 실시간 오염입자 측정 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 저압 환경에서 실시간으로 입자를 모니터링 할 수 있는 장비를 입자의 광 산란 원리를 이용하여 개발하였으며, 산란 신호를 입자크기로 변환하는 신호 분석 알고리즘 연구를 수행하였다. 빛이 입자와 충돌하게 되면 산란 및 흡수 현상이 발생하게 되는데 이 때 발생하는 산란 및 흡수량과 입자 크기와의 연관성이 Gustav Mie에 의해서 밝혀졌으며, 현재까지 광을 이용한 입자 크기 분석 장치의 기본 원리로 사용되고 있다. 하지만, Mie 이론은 단일입자가 일정한 강도를 가진 광을 통과할 경우인 이상적인 조건에서 적용이 가능하고 실제 조건에서는 광이 가우시안 분포를 가지며 광 집속에 의해서 광 강도가 위치에 따라 변하기 때문에 이러한 조건을 가지는 광을 입자가 통과할 때 발생하는 산란량은 단순히 Mie 이론에 의해서 계산하는 것이 불가능 하다. 본 연구에서는 이러한 현상을 입자 측정의 불확정성 이라고 규정하고 입자가 특정한 위치를 통과할 확률을 이용하여 신호를 분석하는 알고리즘을 개발 및 연구를 수행하였다.

• 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.