• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.1129-1133
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• 2004

반도체공정 최적화에 소요되는 시간과 경비를 줄이기 위해 신경망 모델이 개발되고 있다. 주로 역전파 신경망을 이용하여 모델이 개발되고 있으며, 본 연구에서는 Radial Basis Function Network (RBFN)을 이용하여 플라즈마 식각공정 모델을 개발한다. 실험데이터는 유도결합형 플라즈마를 이용한 Silicon Carbide 박막의 식각공정으로부터 수집되었다. 모델개발을 위해 $2^4$ 전인자 (full factorial) 실험계획법이 적용되었으며, 모델에 이용된 식각응답은 식각률과 atomic force microscopy로 측정한 식각표면 거칠기이다. 모델검증을 위해 추가적으로 16번의 실험을 수행하였다. RBFN의 예측성능은 세 학습인자, 즉 뉴런수, width, 초기 웨이트 분포 (initial weight distribution-IWD) 크기에 의해 결정된다. 본 연구에서는 각 학습인자의 영향을 최적화하였으며, IWD의 불규칙성을 고려하여 주어진 학습인자에 대해서 100개의 모델을 발생하고, 이중 최소의 IWD를 갖는 모델을 선택하였다. 최적화한 식각률과 표면거칠기 모델의 RMSE는 각기 26 nm/min과 0.103 nm이었다. 통계적인 회귀모델과 비교하여, 식각률과 표면거칠기 모델은 각기 52%와 24%의 향상된 예측정확도를 보였다. 이로써 RBFN이 플라즈마 공정을 효과적으로 모델링 할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.220-220
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• 2010

펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마를 이용하여 GaAs와 AlGaAs의 건식식각을 연구하였다. 공정의 주요 변수는 펄스 직류 전압(350~550V), 펄스 직류 시간($0.4{\sim}1.2{\mu}sec$.), 펄스 직류 주파수(100~250kHz)이었다. 식각 실험 후 샘플의 식각률, 식각 선택도, 표면 형상을 비교, 분석하였다. 또한, 광학 발광 분석기(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 식각하는 동안 플라즈마 방전 특성을 분석하였다. 표면 단차 측정기(Alpha-step IQ, Tencor)로 식각 깊이를 측정해 식각률을 계산하였다. 표면 거칠기 또한 단차 측정기의 표면 거칠기 프로그램을 이용하여 분석하였다. 식각 벽면과 표면 상태는 주사전자현미경(Field-emission scanning electron microscopy)을 이용하여 관찰하였다. 분석 결과는 1) 펄스 직류의 전압이 증가하면 전극에 걸리는 파워가 올라가고 GaAs와 AlGaAs의 식각률도 증가하였다. 2) 76 mTorr 공정 압력, $0.7{\mu}sec$. 펄스 직류 시간과 200 kHz 주파수 일 때 10 sccm $BCl_3$ 펄스 직류 플라즈마에서 GaAs와 AlGaAs 둘 다 약 $0.4{\mu}m/min$ 이상의 식각 속도를 보여주었다. 3) 식각 선택도는 펄스 직류의 전압이 높아지면 증가하였고, 펄스 직류 주파수의 증가도 공정 파워와 GaAs와 AlGaAs의 식각률을 증가시켰다. 4) 그러나 펄스 직류 주파수가 150kHz 이하일 때에는 GaAs와 AlGaAs가 거의 식각되지 않았다. 5) 표면 거칠기는 펄스 직류 주파수가 증가하면 미세하게 좋아졌고 플라즈마는 펄스 직류 주파수가 100~250kHz 일 때 생성되었다. 6) 펄스 직류 시간의 증가는 공정 파워, 식각률, 식각 선택도 모두의 증가를 가져왔다. 7) 광학발광분석기(OES) 데이타는 $BCl_3$ 플라즈마에서 넓은 범위(450~700nm)에서의 염소(Cl) 분자 피크를 나타내었다. 8) 전자 현미경 사진은 펄스 직류 전압이 400 V보다 550 V 일 때보다 더 이방성(Anisotropic)측면과 부드러운 표면을 나타냈지만, 조금의 홈(Trench)이 발견되었다. 결론적으로 펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마는 GaAs와 AlGaAs의 건식식각에서 우수한 결과를 나타냈었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.159-159
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• 2010

펄스 직류 전원 $BCl_3$/He 플라즈마를 사용하여 GaAs의 건식 식각을 연구하였다. 공정 변수는 가스 유량 (0~100% $BCl_3$ in $BCl_3$/He), 펄스 파워 ($450{\sim}600\;{\nu}$), 펄스 주파수 (100~250 KHz), 펄스 시간 ($0.4{\sim}1.2\;{\mu}s$)이었다. 식각 공정 후 식각률, 포토레지스트에 대한 식각 선택도, 표면 거칠기는 표면 단차 측정기를 이용하였다. 식각 공정 동안 플라즈마 광 특성 분석은 광학 발광분석기 (Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 실험 후 주사 전자 현미경을 이용, 식각 후 시료의 단면과 표면을 관찰하였다. 실험 결과에 의하면 1) 펄스 파워, 주파수, 시간을 고정 ($500\;{\nu}$, $0.7\;{\mu}s$, 200 KHz)하고 10% He 가스가 혼합되어 있는 조건에서 GaAs의 식각률이 순수한 $BCl_3$를 사용한 것보다 높았다. 이를 통해 식각 공정에서 일정량 이하의 He 혼합은 GaAs 식각률을 증가시키는 시너지효과가 있음을 알 수 있었다. 2) 그러나 약 20% 이상의 He 가스의 혼합은 GaAs의 식각 속도를 저하시켰다. 3) 10% He (9 sccm $BCl_3/1$ sccm He), 200 KHz 펄스 주파수, $0.7\;{\mu}s$ 펄스 시간의 조건에서 펄스 파워가 증가함에 따라 GaAs의 식각률 또한 선형적으로 증가하였다. 4) 특히, $600\;{\nu}$의 파워에서 식각률은 ${\sim}0.5\;{\mu}m/min$로 가장 높았다. 5) 표면 단차 측정기와 전자현미경을 이용하여 식각한 GaAs를 분석한 결과 10% He이 혼합되어 있는 조건에서는 우수한 수직 측벽과 매끈한 표면 (RMS roughness <1 nm)을 관찰할 수 있었다. 6) 10% He이 혼합된 $BCl_3$/He 펄스 직류 플라즈마 식각 후 XPS 분석결과에서도 기준 샘플과 비교하였을 때, 공정 후의 GaAs 표면이 화학적으로 깨끗하며 잔류물이 거의 검출되지 않았다. 위의 결과를 정리하였을 때, 펄스 직류 $BCl_3$/He 플라즈마는 GaAs의 식각에서 매우 우수한 공정 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.195-195
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• 2000

TFT-LCD의 제조공정은 박막층의 식각 공정에 대해 기존의 습식 공정을 대치하는 건식식각이 선호되고 있다. 건식 식각 공정은 반도체 공저에 응용되면서 소자의 최소 선폰(CD)이 감소함에 따라 유도결합셩 프라즈마를 비롯한 고밀도 플라즈마 이용한 플라즈마 장비 사용이 증가하는 추세이다. 여기에 평판디스플레이의 공정을 위해서는 대면적과 사각형 기판에 대한 균일도를 보장할 수 있는 고밀도의 균일한 플라즈마 유지가 중요하다. 본 실험에서는 자장강화된 유도결합형 플라즈마의 플라즈마 밀도 및 균일도를 살펴보고 TFT-LCD에 gate 전극으로 사용되는 Al-Nd 박막의 식각을 통하여 식각균일도와 식각속도 및 식각 선택도 등의 건식 식각 특성을 보고자 한다. 영구자석 및 전자석의 설치는 사각형의 유도결합형 플라즈마는 소형 영구자석을 배열하여 부착하였으며, 외부에는 chamber와 같이 사각형태의 전자석을 500mm$\times$500mm의 크기를 갖는 z축 방향의 Helmholtz형으로 제작하였다. 더. 영구자석 배열에 대해서는 자석간의 거리와 세기 변화를 조합하여 magnetic cusping의 변화를 주었으며 전자석의 세기는 전류값을 기준으로 변화시켜 보았다. 실험을 통하여 플라즈마 균일도를 5% 이하로 개선하고 이러한 균일도를 유지하며 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 조건을 찾을 수 있었다. 이러한 적합화된 조건에서 저장강화된 유도결합형 프라즈마를 Al-Nd 박막 식각에 응용한 결과, Al-Nd의 식각속도 및 식각 선택도는 유도결합형 프라즈마에 비해 크게 증가하였으며, 식각균일도가 개선되는 것을 관찰하였다. 또한 electrostatic probe(Hiden, Analytical)를 이용하여 Al-Nd 식각에 사용된 반응성 식각가스에 대한 저장강화된 유도결합형 플라즈마의 특성 분석을 수행하였다.c recoil detection, Rutherford backscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.을 알 수 있

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.230-230
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• 2013

플라즈마를 활용한 미세 패턴의 건식 식각은 반도체 소자 공정에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 한편, 매년 발행되는 ITRS Roadmap 에 따르면 DRAM 의 1/2 pitch 는 감소하는 동시에 Contact A/R (Aspect Ratio) 는 증가하고 있다. 이러한 추세 속에서 기존의 공정을 그대로 활용할 경우 식각물의 프로파일 왜곡 혹은 휨 현상이 발생하고 식각 속도가 저하되며 이러한 특성들이 결과적으로는 생산성의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 무엇보다 독립된 plasma parameter 들이 식각물의 프로파일 혹은 식각 속도 등에 어떠한 영향을 주는 지에 대한 학문적 이해가 필요하다. 본 논문에서는 최소 CD (Critical Dimenstion) 100nm, 최대 A/R 30 인 HARC (High Aspect Ration Contact hole) 의 식각 특성이 plasma parameter 에 따라 어떻게 변하는지 확인해 보고자 한다. 산화물의 식각은 대표적인 high density plasma source 중의 하나인 ICP에서 진행하였으며 기존에 알려진 plasma parameter 에 더하여 자장의 인가가 산화물의 식각 특성에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 전자석을 ICP 에 추가로 설치하여 실험을 진행하였다. 결과적으로, plasma parameter 에 따른 혹은 자장의 세기 변화에 따른 산화물의 식각 실험을 플라즈마 진단 실험과 병행하여 진행함으로써 다양한 인자에 따른 산화물의 식각 메커니즘을 정확하게 이해하고자 하였다. 실험 내용을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 전자석의 전류 인가 조건에 따라 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장의 분포가 달라질 수 있음을 확인하였고 플라즈마 진단 결과 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장이 증가하였을 때 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있음은 물론 반경 방향으로의 플라즈마 밀도의 균일도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 ICP 조건에서 바이어스 주파수, 압력, 바이어스 파워, 소스 파워, 가스 유량 등의 plasma parameter 가 산화물의 식각 특성에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명하였고 이 과정을 통해 최적화된 프로파일을 바탕으로 축 방향 혹은 반경 방향으로 증가하는 자장을 인가하였을 때 (M-ICP 혹은 자화 유도 결합 플라즈마) ICP 대비 산화물의 식각 속도가 증가함은 물론 PR-to-oxide 의 선택비가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 자장의 인가에 따른 산화물의 정확한 식각 메커니즘은 향후의 실험 진행을 통해 이해하고 이를 통해 궁극적으로는 산화물의 식각 공정이 나아가야 할 올바른 방향을 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.2
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• pp.113-116
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• 2008

As the integration in semiconductor display develops, semiconductor process becomes multilayer. In order to form several layer patterns, etching process which uses photoresistor (PR) must be performed in multilayer process. Repeated etching processes which take long time and PR residue cause mortal problems in semiconductor. To overcome such problems, we studied about the solution which eliminates PR effectively by using normal dry and wet etching method using plasma activated PR strip solvent in liquid condition. At first, we simulate the device which activates the plasma and make sure whether gas flow in device is uniform or not. Under activated plasma, etching effect is elevated. This improvement reduces etching time as well as display production time of semiconductor process. Generally, increasing etching process increases environmental hazards. Reducing etching process can save the etchant and protect environment as well.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.208-208
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• 2011

최근 유연기판 기술을 기반으로 대면적 roll to roll 공정기술 개발이 활발히 연구됨에 따라 이에 적용 가능한 대면적 플라즈마 소스의 중요성이 대두되고 있다. 대면적 플라즈마 처리 공정에 적용 가능한 소스 중 closed drift 타입의 선형 이온 소스는 제작 및 대면적화가 용이함에 따라 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 선형 이온 소스를 다양한 표면처리 공정에 효과적으로 적용하기 위해서는 방전 특성에 대한 이해를 바탕으로 각 공정에 맞는 이온빔 전류 밀도, 방전 전압 등의 방전 인자 조절이 필수적이다. 본 연구에서는 표면 개질, 식각 및 박막 증착 등의 다양한 분야에 활용 가능한 선형 이온 소스를 개발하였으며, 선형 이온 소스를 통한 표면 식각 공정을 집중적으로 연구하였다. 전극 및 자기장 구조에 따른 선형 이온 소스 내 플라즈마 방전거동 분석을 위해 object oriented particle in cell(OOPIC) 전산모사를 수행하였으며, 이를 통해 식각 또는 증착 공정에 적합한 이온 소스의 구조 및 공정 조건을 예측하였다. 또한 OOPIC 전산모사를 통해 예측된 이온빔 인출 경향을 Faraday cup을 이용한 이온빔 전류 밀도 측정을 통해 확인하였다. 실리콘 기판 식각 공정의 경우, 이온 전류밀도 및 에너지에 따른 식각 거동 분석, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각 특성 분석을 통해 최적 식각 공정 조건을 도출하였다. 특히, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각률 변화는 일반적으로 알려진 입사각에 따른 스퍼터링율과 유사한 경향을 보였다. 이온빔 에너지 3 kV, Ar 압력 1.3 mTorr 조건에서 기판 정지 상태시 약 8.5 nm/s의 식각 속도를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.31-31
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• 2000

Al2O3는 높은 화학적, 열적 안정성으로 인하여 미세전자 산업에서 절연막이나 광전자소자의 재료로써 널리 이용되고 있다. 특히, 사파이어는 고위도의 LED, 청색 LD의 재료인 GaN 계열의 III-Nitride 물질을 성장시킬 때 필요한 기판으로 보편적으로 사용되고 있다. 이러한 GaN계열의 광소자 제조에서 사파이어 기판을 적용시 지적되는 문제점들 중의 하나는 소자제조 후 사파이어의 결정 구조 및 높은 경도에 의해 나타나는 cutting 및 backside의 기계적 연마가 어렵다는 것이다. 최근에는 이온빔 식각이나 이온 주입 후 화학적 습식 시각, reactive ion etching을 통한 사파이어의 건식 식각이 소자 분리 및 backside 공정을 우해 연구되고 있다. 그러나 이러한 방법을 이용한 사파이어의 식각속도는 일반적으로 15nm/min 보다 작다. 높은 식각율과 식각후 표면의 작은 거칠기를 수반한 사파이어의 플라즈마 식각은 소자 제조 공정시 소자의 isolation 및 lapping 후 연마 공정에 이용할 수 있다. 본 연구에서는 평판 유도결합형 플라즈마를 이용하여 Cl2/BCL3/Ar 의 가스조합, inductive power, bias voltage, 압력, 기판온도의 다양한 공정 변수를 통하여 (0001) 사파이어의 식각특성을 연구하였다. 사파이어의 식각속도는 inductive power, bias voltage, 그리고 기판 온도가 증가할수록 증가하였으며 Cl2에 BCl3를 50%이하로 첨가할 때 BCl3 첨가량이 증가할수록 식각속도 및 식각마스크(photoresist)와의 식각선택비가 증가하는 것을 관찰하였다. 또한, Cl3:BCl3=1:1의 조건에 따라 Ar 첨가에 따른 식각속도 및 표면 거칠기를 관찰하였다. 본 연구의 최적 식각조건인 40%Cl2/40%BCl3/20%Ar, 600W의 inductive power, -300V의 bias voltage, 30mTorr의 압력, 기판온도 7$0^{\circ}C$에서 270nm/min의 사파이어 식각속도를 얻을수 있었다. 그리고 이러한 식각조건에서 표면의 거치기를 줄일수 있었다. 사파이어 식각은 보편적인 사파이어 lapping 공정시 수반되어 형성된 표면의 거치기를 줄이기 위한 마지막 공정에 응용될수 있다. 사파이어의 식각시 나타나는 식각 부산물은 플라즈마 진단방비인 optical emission spectroscopy (OES)를 통하여 관찰하였고, 식각시 사파이어의 표면성분비 변화 및 표면의 화학적 결합은 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 사용하여 측정하였다. 시각 전, 후의 표면의 거칠기를 scanning electron microscopy(SEM)을 통하여 관찰하였다.

• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.36 no.4
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• pp.334-338
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• 2003

$BCl_3$고밀도 평판형 유도결합 플라즈마(High Density Planar Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 AlGaAs와 InGaP의 건식식각에 대하여 연구하였다. 본 실험에서는 ICP 소스파워(0∼500 W), RIE 척 파워(0-150 W), 공정압력(5∼15 mTorr)의 변화에 따른 AlGaAs와 InGaP의 식각률, 식각단면 그리고 표면 거칠기 등을 분석 하였다. 또, 공정 중 OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 in-situ로 플라즈마를 관찰하였다. $BCl_3$ 유도결합 플라즈마를 이용한 AlGaAs의 식각결과는 우수한 수직측벽도와(>87$^{\circ}$) 깨끗하고 평탄한 표면(RMS roughness = 0.57 nm)을 얻을 수 있었다. 반면, InGaP의 경우에는 식각 후 표면이 다소 거칠어진 것을 확인할 수 있었다. 모든 공정조건에서 AlGaAs의 식각률이 InGaP보다 더 높았다. 이는 $BCl_3$ 유도결합 플라즈마를 이용하여 InGaP을 식각하는 동안 $InCl_{x}$ 라는 휘발성이 낮은 식각부산물이 형성되어 나타난 결과이다. ICP 소스파워와 RIE 척파워가 증가하면 AlGaAs와 InGaP모두 식각률이 증가하였지만, 공정압력의 증가는 식각률의 감소를 가져왔다. 그리고 OES peak세기는 공정압력과 ICP 소스파워의 변화에 따라서는 크게 변화하였지만 RIE 척파워에 따라서는 거의 영향을 받지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.248-248
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• 1999

현재 반도체 공정에서 사용하는 건식식각 공정은 고밀도 프라즈마를 사용한 플라즈마 장비를 사용하는 경향이 증대되고 있으며 이와 같은 고밀도 플라즈마 장비의 사용은 반도체 소자의 최소 선폭(CD)이 deep sub-micron으로 감소하고 반면 실리콘 웨이퍼의 크기는 8인치 직경이상으로 증가하여 가고 있어서 그 필요성이 더욱 더 증가되고 있다. 특히 TFT-LCD를 비롯한 PDP, 그리고 FED 등과 같은 여러 가지 형태의 평판 디스플레이의 제조공정에 있어서도 실리콘 기판에 비하여 대면적의 기판을 이용하고 또한 사각형 형태의 시편공정이 요구되므로 평판 디스플레이에서도 고밀도의 균일한 플라즈마 유지가 중요하다. 따라서, 본 실험에서는 여러 가지 형태의 영구자석 및 전자석의 세기 및 배열이 유도결합형 플라즈마에 미치는 효과(plasma&etch uniformity, etch rate, etc.)를 살펴보기 위해서, 유도결합형 플라즈마 chamber(210mm$\times$210mm) 내부에 magnetic cusping을 위한 영구자석용 하우스를 제작하여 표면에서 3000Gauss의 자장세기를 갖는 소형영구자석을 부착하였으며,외벽에는 chamber와 같이 사각형태로 40회 감겨진 50cm$\times$50cm 의 크기로 chamber 상하에 1개씩 Helmholtz 코일 형태로 설치하였다. 식각가스로는 Cl2, HBr, 그리고 BCl3 gas를 이용하여 axial magnet과 multidipole magnet 유무에 따른 반응성 gas의 polysilicon 식각특성을 살펴보았으며, 또한 electrostatic probe(ESP, Hiden Analytic미)를 이용하여 이들 반응성 gas에 대한 magnetically enhanced inductively coupled plasma의 특성분석을 수행하였따. Cl2, HBr, BCl3의 반응성 식각가스 조합을 이용하여 polysilicon의 식각속도 및 식각선택도를 관찰한 결과, 어떠한 자장도 가하지 않은 경우에 비해 gas의 분해율이 가장 높은 영구자석과 전자석의 조합에서 가장 높은 식각도가 관찰되었다. 특히 pure Cl2 플라즈마의 경우, Axial 방향의 전자석만을 가한 경우 식각속도에 있어서는 큰 증가를 보였으나, 식각균일도(식각균일도:8.8%)는 다소 감소하였으며, Axial 방향의 전자석과 영구자석을 조합한 경우 가장 높은 식각속도를 얻었으며, 식각균일도는 Axial 방향의 전자석만을 사용하였을 경우와 비교하여 향상되었다.