• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.577-577
• /
• 2013

플라즈마를 이용하는 공정은 반도체 산업에서 박막트랜지스터, 평면 모니터와 LCD 등 다양한 반도체 및 디스플레이 소자를 제작하는데 중요한 기술 중 하나로 발전되어 왔다. 현재 플라즈마 공정 기술을 이용하여 소자의 크기를 수십 나노 이하로 공정함으로써 수율을 향상시킬 수 있었지만, 소자의 미세화는 그 한계점에 봉착하였다. 그러한 이유로 웨이퍼 사이즈의 크기를 대구경화 시킴으로써 이런 문제점을 극복하고자 하였지만, 대구경 웨이퍼 사이즈에 맞는 차세대 대면적 공정 장비와 그에 따른 플라즈마 소스의 개발과 이를 컨트롤 할 수 있는 능력이 매우 절실하게 되었다. 본 연구에서는 대구경 웨이퍼용 플라즈마 소스를 위해 상대적으로 낮은 압력과 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마원을 사용하였다. 하지만 유도 결합형 플라즈마 소스의 경우 대구경화에 따른 안테나의 길이가 길어짐으로써 생기는 정상파 효과를 피할 수가 없게 되었다. 그러한 이유로, 본 연구에서는 정상파 효과를 줄일 수 있는 상대적으로 낮은 주파수를 사용하는 안테나의 형태를 이용하여 실질적인 공정 영역에 있어서의 균일도 문제를 해결하였다. 또한, 플라즈마의 특성조절을 위해 이중주파수를 사용함 으로써 플라즈마 특성 조절을 하였다. 이러한 형태의 이중주파수를 사용하는 플라즈마 소스를 이용하여 10 mTorr의 Ar/CF4 조건에서 양이온 종들을 PSM (Plasma Sampling Mass spectroscopy, HIDEN Inc.)을 통해 에너지를 분석하였다. 이중 주파수에 있어 전력비율에 따라 IEDs (Ion Energy Distributions)는 많은 변화가 관찰되었으며, 인가하는 입력전력에 따라 E-H mode 전이가 일어남을 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.08a
• /
• pp.186-186
• /
• 2013

종래의 흑연 위주 연료전지 분리판 개발되어 최근 고분자 전해질 막 연료전지가 높은 전력, 낮은 배기 가스 배출, 낮은 작동 온도로 자동차 산업에서 상당한 주목을 받고 있다. 요구사항은 높은 전기 전도도, 높은 내식성, 낮은 가스 투과성, 낮은 무게, 쉬운 가공, 낮은 제조비용이다. Thin film Cr 장비로 저항가열 furnace, sputter 등이 사용된다. 연료전지 분리판의 고전도도, 내부식성 보호막의 고속 증착을 위한 새로운 증착원으로 스퍼터 - 승화형 소스의 가능성을 유도 결합 플라즈마에 금속 봉을 직류 바이어스 함으로써 시도하였다. 유도 결합 플라즈마를 이용하여 승화증착 시스템을 사용하여 OES (SQ-2000)와 QMS (CPM-300)를 사용하여 $N_2$ flow에 따른 유도 결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화증착 시스템을 사용 하여도 균일한 공정을 하는 것을 확인 하였다. 5 mTorr의 Ar 유도 결합 플라즈마를 2.4 MHz, 500 W로 유지하면서 직류 바이어스 전력을 30 W (900 V, 0.02 A) 인가하고, $N_2$의 유량을 0.5, 1.0, 1.5 SCCM로 변화를 주어 특성을 분석하였다. MID (Multiple Ion Detection) mode에서 유도결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화 증착 장비를 사용하여 CrN thin flim 성장시켰고, deposition rate은 44.8 nm/min으로 얻을 수 있었다. 또한 $N_2$의 유량이 증가할 수록 bias voltage가 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. OES time acquisition을 이용한 공정 분석에서는 $N_2$ 유량을 off 하였을 때 Ar, Cr의 중성 intensity peak이 상승하였고, 시간 경과에 따라 sublimation에 의한 영향이 없는 것을 확인 할 수가 있었다. XRD data에서는 질소 유량이 증가함에 따라 $Cr_2N$이 감소하고, CrN이 증가하는 것을 확인할 수가 있었다. 결정배향성과 Morphology는 다결정 재료의 경도에 영향을 주는 인자이다. CrN 결정 구조의 경우는 (200)면이 경도가 제일 높은데 (200)면에서 성장한 것을 확인 할 수 있었다. 잔류가스 분석 결과로는 일정한 Ar의 유량을 흘렸을 때 $N_2$의 변화량이 비례적인 경향이 보이는 것을 확인 할수 있었다. 또한 $N_2$가 흐르면서도 유도 결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화 증착 시스템을 사용하면 일정한 공정을 하는 것을 확인 할 수 있었다. 질소의 분압이 유량에 따라서 $3.0{\times}10^{-10}$ Torr에서 $1.65{\times}10^{-9} $Torr까지 일정한 비율로 증가한다. 즉, 이 시스템으로 양산장비 설계를 하여도 가능 하다는 것을 말해준다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.140-141
• /
• 2007

반도체 소자의 공정에 있어서 device scaling으로 인한 고유전 게이트 산화막 (high-k dielectics thin film)의 공정 개발 확보 방안이 필요하다. 본 논문에서는 유도결합 플라즈마를 이용하여 고유전율 박막을 식각하였다. CF4, SF6 등의 가스에서 금속-F, 금속-S 결합의 낮은 휘발성으로 인하여 시료 표면에 잔류하여 낮은 식각률을 보이며 측벽 잔류물을 형성하였으며, HBr, Cl 기반 플라즈마에서 금속-Br, 금속-Cl 결합은 시료 표면으로부터 탈착이 용이하여 효과적인 식각이 이루어짐을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.96-96
• /
• 2009

ferrite module을 설치한 내장형 선형 유도결합 플라즈마 소스를 이용하여 차세대 디스플레이 산업에서의 적용 가능성에 대하여 연구하였다. ferrite module을 적용함으로써 플라즈마 밀도 및 균일도의 향상을 관찰하였으며, 공정 중에 플라즈마의 안정성을 증가시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.89-90
• /
• 2011

플라즈마 공정 중에 발생하는 플라즈마 누설은 챔버 압력의 변화를 초래하여 증착 또는 식각 중인 박막패턴을 손상시킨다. 따라서 플라즈마 누설을 실시간으로 탐지하는 것이 요구되며, 본 연구에서는 광방사분광기 (Optical emisison spectroscopy), 신경망, 그리고 제어차트를 결합한 플라즈마 누설의 인-시츄 탐지기술을 보고한다. 비교평가 결과 소수의 라디칼 정보를 감시하는 것보다 신경망 모델로부터의 예측정보를 이용할 때 보다 증진된 누설탐지 성능을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.226-227
• /
• 2007

유도결합 플라즈마(ICP)에서 안테나의 특정부분에 유도자기장을 보강 또는 상쇄 시키는 형태의 두 안테나를 고안하였다. 플라즈마 밀도와 전자온도, 플라즈마 전위, 전자에너지 분포함수 등의 플라즈마 파라미터들로 그 특성을 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.297-297
• /
• 2010

KSTAR 토카막의 두번째 실험 캠페인 동안 고속파 전자가열 (FWEH)을 위한 ICRF 고주파입사 실험을 실시하였다. 토로이달 자기장은 2 T, 플라즈마 전류는 200-300 kA, 주반경은 1.8 m, 부반경은 0.5 m의 원형 플라즈마가 가열 대상이 되었으며, 네개의 ICRF 안테나 전류띠 가운데 중심부의 두개의 전류띠를 최대 300 kW로 구동하기 위한 운전 주파수는 44.2 MHz가 선택 되었다. 이 주파수는 플라즈마의 모든 영역에서 이온 사이클로트론 공명을 일으키지 않으므로 플라즈마에 흡수되는 대부분의 출력은 전자에게 전달될 것으로 기대되었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합으로 인하여 전송선의 최대 고주파 전압이 허용치를 초과하기 때문에 비교적 낮은 최대 출력만이 허용 되었으나, ECE에 의해 관측된 전자의 온도는 국지적으로 최대 150 % 까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합의 첫번째 원인은 FWEH의 효율이 이온을 가열할 때 보다 상대적으로 낮기 때문이다. 플라즈마 내에 이온 사이클로트론 공명층이 형성되면 높은 효율로 고주파를 입사 할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 또다른 원인은 D 형상의 플라즈마에 맞도록 만들어진 안테나와, 원형 플라즈마간의 부조화로 인하여 고속파 차단층이 (Fast Wave Cutt-off Layer) 평균적으로 넓게 형성되기 때문이다. 플라즈마 외곽에 반드시 존재하는 낮은 플라즈마 밀도의 고속파 차단층 내부에서, 중심부로 향하는 고주파의 진폭은 지수함수로 감쇠하므로 가능하면 플라즈마 밀도를 높여 차단층 자체의 폭을 줄이거나, 안테나 전류띠를 플라즈마에 바짝 접근시켜야만 한다. 고주파 진단 장치로는 송출기의 출력과 반사파 측정 장치, 공명루프의 전압 측정 장치가 있는데, 이것들을 이용하여 안테나에 전달되는 출력 및 고주파-플라즈마 결합 효율을 나타내는 플라즈마에 대한 고주파 부하 저항을 구할 수 있다. 측정 결과, 부하 저항의 최소값은 진공시 또는 ICRF만의 방전시의 값 0.25 Ohm 보다 큰 0.5 Ohm을 나타냈으며, 최대값은 플라즈마의 상태에 따라 1 Ohm에서 2 Ohm 사이에서 매우 빠르게 요동하는 것을 확인했다. Mm 파 반사계의 측정에 의하면 플라즈마 언저리의 위치가 약 3 cm 정도의 크기로 요동하는 것으로 나타났는데, 부하 저항과 언저리 위치의 파형이 정확하게 일치하지 않지만 유사한 경향성을 가진 것으로 보인다. 따라서 플라즈마 언저리 위치의 제어를 통하여 가열 효율을 높게 유지할 수 있음을 알 수 있다. 본 발표에서는 실험의 소개와 함께 부하 저항의 관점에서 가열 효율을 높일 방안을 토론하도록 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.133-133
• /
• 2010

중성입자빔 입사장치(neutral beam injection, NBI)의 중성빔 에너지 효율은 이온원의 수소 이온밀도 분율이 결정한다. 이온원에서 만들어진 $H^+$, $H_2^+$ 그리고 ${H_3}^+$는 중성화 과정(neutralization) 중 해리(dissociation) 때문에 각각 입사 에너지의 1, 1/2 그리고 1/3을 가진 중성입자가 된다. 중성빔 에너지 효율 제고하기 위해서는 이온원의 전체 이온 중 단원자 수소 이온 밀도 증가가 필요하다. 유도결합형 수소 플라즈마 이온원에서 RF 안테나 주파수에 따른 플라즈마 밀도와 단원자 수소 이온 밀도 비율 변화를 관찰하였다. RF 플라즈마에서 가스 압력이 결정하는 전자의 운동량 전달 충돌 주파수 대비 높은 RF 안테나 주파수(13.56 MHz)와 낮은 RF 안테나 주파수(수백 kHz)의 전력을 인가하였으며, Langmuir 탐침, 안테나 V-I 측정기 그리고 QMS(quadrupole mass spectrometer)을 이용하여 플라즈마 특성을 진단하였다. 플라즈마 밀도와 수소 이온 밀도 분율은 플라즈마 가열 메커니즘과 수소 플라즈마 내 반응 메커니즘에 의해 결정된다. 플라즈마 가열 메커니즘에 따른 실험 결과에 대한 RF 안테나 주파수 효과는 플라즈마 트랜스포머 회로 모델을 통해 해석하였으며, 수소 플라즈마 내 반응은 0-D 정상 상태의 입자 및 전력 평형 방정식 결과로 해석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.474-474
• /
• 2010

현재 반도체시장의 확장으로 인해서 기존의 300mm 웨이퍼에서 450mm의 웨이퍼를 사용하는 공정으로 변화하는 추세이다. 450mm 웨이퍼로 대면적 화되면서 기존 300mm 공정 때보다 훨씬 효율적인 플라즈마 소스 즉, 고밀도이고, 고균등화(high uniformity) 플라즈마 소스를 필요로 한다. 본 논문에서는 고밀도 플라즈마 소스인 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma ; ICP)에 축 방향의 약한 자기장을 인가시킨 자화된 유도결합형 플라즈마(Magnetized Inductively Coupled Plasma : MICP)[1]를 제안하여 기존 ICP와의 차이점을 살펴보았다. 실험 방법으로 레이저 유기 형광법(Laser Induced Fluorescence : LIF)[2]을 이용하여 플라즈마 쉬스(Sheath) 내의 전기장을 외부 자기장의 변화에 따라 높이별로 측정하고 그 결과로부터 쉬스의 전기적 특성을 살펴보았다. 플라즈마의 특성상 탐침이나 전극에 전압을 인가하면 그 주위로 디바이 차폐(Debye Shielding)현상이 일어나서 플라즈마 왜곡이 일어난다. 그렇기에 플라즈마, 특히 플라즈마 쉬스의 특성을 파악하기 위해서 레이저라는 기술을 사용하였다. 레이저는 고가의 장비이고 그 사용에 많은 경험지식(know-how)를 필요로 하지만 플라즈마를 왜곡시키지 않고, 플라즈마의 밀도, 온도, 전기장 등 많은 상수(parameter)들을 얻어 낼 수 있다. 또한 3차원적으로 높은 분해능을 가지고 있는 장점이 있다. 강한 전기장이 있는 곳에서 입자들의 고에너지 준위가 전기장의 세기에 비례하여 분리되는 Stark effect[3] 이론을 이용하여 플라즈마 쉬스내의 전기장을 측정하였다. 실험은 헬륨가스 700mTorr 압력에서 이루어졌다. 기판의 파워를 50W에서 300W까지 변화시키면서 기판에 생기는 쉬스의 전기장의 변화를 살펴보았고, 자기장을 인가한 후 동일한 실험을 하여 자기장의 유무에 따른 플라즈마 쉬스의 전기장 변화를 살펴보았다. 실험결과 플라즈마 쉬스의 전기장의 변화는 기판의 파워와 플라즈마 밀도에 크게 의존함을 알았다. 기판의 파워가 커질수록 쉬스의 전기장은 커지고, 기판에 생기는 Self Bias Voltage역시 음의 방향으로 커짐을 확인 하였다. 또한 자기장을 걸어주었을 경우 쉬스의 두께가 얇아짐으로써 플라즈마의 밀도가 증가했음을 확인 할 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.15 no.3
• /
• pp.241-245
• /
• 2006

In this study, the characteristics of large area internal linear ICP sources of 1020mm X 920mm(substrate area is 880 X 660mm) were investigated using two different types of antenna, that is, a conventional serpentine-type antenna and a newly developed multiple U-type antenna. The multiple antenna showed a higher plasma density, a higher radical density, and more plasma stability compared to the serpentine-type antenna, and it appeared from the higher inductively coupling and less standing wave effect compared to the serpentine-type antenna. Using the multiple U-type antenna, the plasma density of $2\times10^{11}/cm^3$ with the plasma uniformity of 4% could be obtained using 15mTorr Ar and 5000W of RF power.