• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.177-177
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• 2012

진공을 기초로 한 다양한 반도체 식각 공정에서 RF bias가 결합된 유도 결합 플라즈마 소스는 널리 사용되고 있다. 하지만, 대부분의 연구는 RF bias에 의한 자기 바이어스 효과에만 한정되어 있으며, 공정 결과와 소자 품질에 결정적인 역할을 하는 플라즈마 변수들(전자 온도, 플라즈마 밀도)과 RF bias의 상관관계에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 RF bias가 플라즈마 변수에 미치는 영향과 비충돌 전자 가열 메커니즘의 실험적 증거에 관한 연구를 진행하였다. 플라즈마 밀도는 RF bias에 의하여 감소 또는 증가하였으며, 이러한 결과는 Fluid global model에 의한 계산과 잘 일치하는 결과를 보였다. 전자 온도는 RF bias에 의하여 증가하였으며, 적은 RF bias 전력에서는 플라즈마 전위에 갇혀있는 낮은 에너지 그룹의 전자들의 가열이 주가 되었으나, 큰 RF bias 전력에서는 높은 에너지 그룹의 전자들의 가열이 주가 됨을 관찰하였다. 이는 높은 에너지 그룹의 전자 가열 메커니즘이 anomalous skin effect에서 collisionless sheath heating으로 전이되는 것을 나타내며, bounce resonance heating이 RF bias의 전자가열에 중요한 역할을 함을 보여주는 실험적 근거이다. 플라즈마 밀도의 공간 분포는 RF bias의 인가에 의하여 더욱 균일함을 보였으며, 이는 (electro-static and electro-magnetic) edge effect에 의한 영향으로 해석될 수 있다. 이러한 RF bias와 플라즈마 변수들의 상관관계 및 전자 가열 메커니즘에 대한 연구는 방전 특성의 물리적 이해뿐만 아니라, 반도체 식각 공정에서 소자 품질 및 공정 개선을 위한 최적의 방전 조건 도출과 외부 변수 제어에 큰 도움을 주리라 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.520-520
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• 2012

플라즈마 방전의 공간 평균 모사는 플라즈마 변수에 대한 정확한 값을 주지는 않지만 방전외부 조건에 따른 플라즈마 변수 변화를 통해 플라즈마 특성을 예측하는데 많은 도움을 준다. 본 연구에서는 준안정준위를 포함한 다단계 이온화 반응을 고려하여 헬륨 플라즈마의 공간 평균 모사를 진행하였다. 플라즈마에 흡수된 전력, 압력에 따른 각 입자의 생성, 소멸에 대한 입자 보존식과 전자에 대한 에너지 보존식을 통하여 플라즈마 변수를 얻었으며, 반응식을 세우기 위하여 헬륨 원자 에너지 준위 내의 특정 준위를 택하여 준위 간의 전이 반응 계수를 계산하였고 실험값과 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.113-117
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• 2007

유도 결합 플라즈마의 안테나 크기에 따른 플라즈마 밀도와 온도 분포 등 플라즈마 변수들을 측정하였다. 플라즈마 진단을 위해서 단일 량뮤어 탐침(Single Langmuir probe)을 사용했으며 전자 에너지 분포함수 측정을 통해 플라즈마 변수들을 측정하였다. 단일 감은 수의 세 개의 안테나를 준비하고 각각의 안테나에 파워를 인가하고 플라즈마 변수들을 측정하였다. 안테나 크기에 따른 플라즈마 분포의 변화는 압력에 따라 많이 변했는데, 낮은 압력에서는 안테나의 의존성은 크지 않았으며 높은 압력에서는 밀도 분포의 변화가 크게 나타났다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.469-469
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• 2010

공정 플라즈마에서 가장 중요한 요소 중 하나는 챔버 내 균일도 제어이다. 챔버 내 플라즈마 상태가 공간적으로 불균일한 경우 과에칭, 미증착 등의 문제가 웨이퍼의 특정 영역에 나타나게 되어 공정 수율이 감소된다. 이 연구에서는 2차원 평면 탐침을 챔버 내에 삽입하여 플라즈마 전자온도, 밀도, 이온 전류량 등의 상태변수를 측정 가능한 방법을 연구하였다. 기존의 2차원 평면 탐침과 달리, 측정 회로와 계산 모듈을 모두 삽입하여 외부의 컨트롤러가 필요 없어 반도체나 디스플레이의 플라즈마 공정의 사이사이에 삽입되어서 플라즈마 상태변수를 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 임베디드 2차원 평면 탐침은 측정회로가 외부와 단절되어 전기적으로 절연되어 있어, 측정 방법으로 이중 탐침법을 응용하였다. 이중탐침에 정현파 전압을 인가하고 이 경우 들어오는 전류의 제 1 고조파와 제 3 고조파를 크기를 측정하는 방법으로 플라즈마 변수 계산이 가능하다. 이 측정 방법은 플라즈마 공정에서 쉽게 관찰할 수 없었던 공간적인 상태변수의 분포를 알 수 있고 플라즈마 균일도 제어에 기여할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.91.1-91.1
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• 2016

플라즈마 전기적인 진단 방법이라 함은 플라즈마에 전기장을 인가하고 이로 인해 도출되는 전류와 그 위상차를 구하여 플라즈마의 임피던스를 얻는 방법을 통칭한다. 이러한 방법은 임피던스라는 raw data에서 출발하지만 플라즈마와 전기장의 상호작용에 따라 다양한 플라즈마 진단 모델이 적용될 수 있으며, 이러한 모델을 통해 다양한 플라즈마 변수 (플라즈마 밀도, 온도, 전위 등등)들을 도출할 수 있는 것이 특징이라고 할 수 있다. 본 발표에서는 진단에 사용되는 주파수와 진단기의 형상에 따라 달라지는 외부 전기장와 플라즈마의 전기적인 상호작용을 살펴보고, 어떻게 플라즈마 전기적 진단기술이 성립되는지를 다양한 전기적 진단 기술을 소개하면서 설명하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.516-516
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• 2012

약한 자기장 (~20 G)이 인가된 유도 결합 플라즈마 장치는 고효율, 높은 균일도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 그러므로 이 장치에 대한 변수 제어뿐만 아니라, 전자 싸이클로트론 공명(Electron cyclotron resonance) 현상에 의한 방전 특성에 대한 연구는 매우 중요하다. 그에 연관된 여러 연구가 있었지만, 대부분의 연구는 평판형 유도 결합 플라즈마에서 진행되었다. 그에 따라서, 본 연구는 솔레노이드 형태의 유도 결합 플라즈마 장치에서 플라즈마 변수에 대한 약한 자기장의 영향을 살펴보았다. 실험에 사용된 인가주파수는 13.56 MHz에서 27.12 MHz였으며, 다양한 압력과 전력에서 실험이 진행되었다. 이러한 솔레노이드 형태의 유도 결합 플라즈마에서의 플라즈마 변수는 국부적인 특성을 보였으며, 평판형 유도 결합 플라즈마와 비교/분석을 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.525-525
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• 2012

플라즈마 밀도와 전자온도는 반도체 및 디스플레이 공정결과에 결정적인 역할을 하므로 그에 대한 진단법 연구는 필수적이다. 하지만 대부분의 연구는 공정플라즈마와 같이 프로브 팁이 증착된 환경에서는 진단이 힘든 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 부유전위 근처에서 고조파 진단법(floating harmonic method)에 대한 연구가 제시되었다[1]. 저밀도 플라즈마에서는 제 2 고조파의 측정이 어렵기 때문에 전자온도를 정확히 측정하기 힘들 수가 있다. 따라서 이에 대안으로 본 논문에서는 부유 고조파 진단법을 기반으로 하여 진폭과 주파수를 다르게 한 두개의 소신호 정현파 전압신호를 동시에 인가하여 플라즈마 변수를 진단하는 방법을 개발하였다. 본 방법을 이용하여 유도결합 아르곤 플라즈마에서 RF전력과 압력변화에 따라 플라즈마 변수진단을 진행하였고, 기존의 고조파 진단법의 결과와 일치하는 경향을 보이는 것을 확인하였다. 이 방법은 측정된 전류의 고조파 성분을 이용하지 않고 기본주파수를 가지는 전류의 크기 비율을 사용하여 전자온도 값을 구하기 때문에 저밀도 플라즈마에서 정밀한 진단이 가능할 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.91.2-91.2
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• 2016

반도체 및 디스플레이 등과 같은 전자산업분야에 플라즈마를 이용한 생산공정이 폭넓게 활용됨에 따라서 공정 결과를 예측하고 조절할 수 있는 플라즈마 변수 측정 및 진단기술의 중요성은 더욱 증가되고 있다. 플라즈마 진단을 위해 가장 많이 사용되고 있는 량뮤어 탐침(Langmuir Probe)은 수십 볼트(V)의 전압을 탐침에 인가하여 들어오는 전류(I)를 측정한 I-V curve의 해석을 바탕으로 플라즈마 변수들(전자밀도, 전자온도, 플라즈마 전위, ${\cdots}$)을 측정하는 방법으로 탐침에 인가한 전압으로 인하여 플라즈마가 영향을 받고 이로인하여 공정 결과에 변화를 줄 수 있다. 또한, 증착공정과 같이 공정과정 중에 탐침의 증착으로 인해 탐침으로 들어와야하는 전자 및 이온의 양이 감소하여 측정에 오차가 발생할 수 있어 공정 플라즈마 진단에 적합하지 않다. 따라서 공정 플라즈마의 정확한 측정을 위해서는 플라즈마에 대한 영향을 최소화하고 증착으로 인하여 탐침이 오염 되는 환경에서도 플라즈마 변수를 정확히 측정할 수 있는 진단 장치가 요구된다. 마이크로웨이브를 이용한 진단장치들은 1 mW 이하의 매우 작은 파워를 사용하기 때문에 플라즈마에 영향을 최소화하여 보다 정확한 플라즈마 진단이 가능하다. 또, 유전체 투과특성이 있는 마이크로웨이브를 이용하기 때문에 탐침이 유전체로 증착되었다 하더라도 측정에는 문제가 없어 공정 플라즈마 진단에 용이하다. 이런 장점들로 인하여 헤어핀 탐침(Hairpin probe), 컷오프 탐침(cutoff probe), 임피던스 탐침(Impedance probe) 등과 같이 마이크로웨이브를 이용하여 다양한 형태의 진단 장치들이 개발되었다. 본 발표에서는 마이크로웨이브를 이용한 다양한 형태의 진단 장치들을 소개하고 각각이 가지는 장단점을 정리하여 각 진단장치들이 측정이 적합한 영역을 소개할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.493-493
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• 2012

평행평판 축전 결합 플라즈마는 증착이나 식각 등 많은 공정장비에서 사용된다. 이때 구동주파수를 높여주거나 리액터의 크기를 증가시킬 경우, 플라즈마 밀도가 불균일해진다. 플라즈마 밀도는 플라즈마 내 전기장 분포의 균일도와 관련이 있는 것으로 전기장 분포를 균일하게 만드는 것은 매우 중요하다. 이전 연구에서는 충돌 주파수(공정 압력)가 전기장의 분포에 미치는 영향에 대해 발표하였다 [1]. 본 연구에서는 구동 주파수, 충돌 주파수(공정 압력), 플라즈마 주파수(플라즈마 밀도)가 전기장 분포에 미치는 영향을 알아보았고, 이들의 상관관계를 분석하였다. 플라즈마 주파수(플라즈마 밀도)와 충돌 주파수(공정 압력)는 전기장 분포의 균일도에 영향을 주는 변수이지만 이 둘은 반대 영향을 미쳤다. 따라서 두 주파수가 전기장 분포에 미치는 영향이 균형을 이룰 때 균일한 전기장 분포를 얻을 수 있었다. 이 때 구동 주파수가 증가할수록 균일하게 하는 두 주파수의 영역이 줄어들어 높은 구동 주파수에서는 전기장 분포를 균일하게 하기 어려웠다. 이러한 관계를 이용하여 일정한 구동 주파수와 플라즈마 주파수에서 전기장 분포의 균일도를 10% 이내로 하기 위해 충돌 주파수를 결정할 수 있는 방정식을 구하고, 충돌 주파수와 플라즈마 주파수, 그리고 구동 주파수가 전기장 분포를 균일하게 하는 이들의 관계를 살펴 보았다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.3
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• pp.121-129
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• 2012

RF biased inductively coupled plasma (ICP) is widely used in semiconductor and display etch processes which are based on vacuum science. Up to now, researches on how rf-bias power affects have been focused on the controls of dc self-bias voltages. But, effect of RF bias on plasma parameters which give a crucial role in the processing result and device performance has been little studied. In this work, we studied the correlation between the RF bias and plasma parameters and the recent published results were included in this paper. Plasma density was changed with the RF bias power and this variation can be explained by simple global model. As the RF bias was applied to the ICP, increase in the electron temperature from the electron energy distribution was measured indicating electron heating. Plasma density uniformity was enhanced with the RF bias power. This study can be helpful for the control of the optimum discharge condition, as well as the basic understanding for correlation between the RF bias and plasma parameters.