• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.71-71
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• 2015

반도체 및 디스플레이 소자 제조를 위한 진공 플라즈마는 다양한 공정 조건하에서 다양한 공정 가스의 물리화학적 반응에 의한 박막의 형석 및 식각 반응을 유도한다. 실 공정 하에서 기체 성분의 환경 조건에 의하여 박막층 및 식각 구조 형성에 심각한 영향이 발생할 수 있으며, 공정 조건에서 기체 압력을 완벽하게 컨트롤 하는 것은 현실상 불가능하므로 기체 부분압력이 실시간으로 반드시 모니터링 되고 이를 피드백으로 하여 압력 변수가 조정되어야 완벽하게 공정을 제어할 수 있다. 이를 위하여 현장에서 플라즈마 공정을 실시간 in-situ 모니터링 할 수 있는 다양한 진단 방법이 도입되고 있으며 접촉신 진단 방법은 플라즈마와 섭동으로 인한 교란을 유발하고, 이온에너지 측정의 한계가 존재하며 비접촉식 방법 중의 하나인 유도형광법(LIF)은 측정 물질의 제한으로 인하여 플라즈마 내에 존재하는 다양한 가스 종의 거동을 살필 수 없는 등 현실 적용 측면에서 실 공정에 적용하는데 단점이 존재한다. 공정 상태 및 RF에 의한 영향을 주고받지 않고, 민감한 공정 변화의 감지 및 혼합가스를 사용하는 실시간 공정 진단을 위하여 비접촉 광학 측정 방식인 발광 분광 분석법(optical emission spectroscopy, OES)이 각광받고 있으며, 본 강습에서는 분광학의 기본 개념 및 OES를 이용한 진공 플라즈마 진단 방법에 관한 전반적인 개요를 설명하도록 한다

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.95-95
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• 2016

반도체 및 디스플레이 공정용 플라즈마 장치에서 플라즈마 변수를 측정하기 위한 방법들이 많이 개발되어 왔다. 전자 밀도와 온도는 정전 탐침이나 컷오프 프로브 등을 사용하여 활성종이나 중성종에 비해 상대적으로 쉽게 측정할 수 있고, 활성종과 중성종은 LIF (Laser Induced Fluorescence) 방법, OES (Optical Emission Spectrometry) 방법, 그리고 QMS (Quadrupole Mass Spectrometry) 방법 등을 이용하여 측정할 수 있으나 절대적인 크기를 측정할 수 있는 경우는 제한적인 것으로 알려져 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해 측정한 전자 밀도와 전자 온도를 기반으로 하여 고려되는 종들의 밀도를 계산할 수 있는 프로그램도 제작된 바 있다. 개발된 프로그램의 입력 값으로 사용되는 플라즈마 화학반응 데이터베이스는 계산 결과의 정확성과 밀접한 관계가 있으며, 이런 이유로 신뢰성 높은 데이터베이스를 확보하기 위한 연구도 진행되었다. 개발된 프로그램을 이용하여 계산한 플라즈마 변수의 장비 변수에 대한 의존성이 진단 데이터와도 잘 부합하는 것으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.178-179
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• 2015

량뮤어 탐침 기반의 부유 고조화 분석법이 최근 개발되어서 증착, 식각 공정에서 플라즈마 변수 진단이 가능하게 되었다. 고조화 분석법은 탐침에 교류의 전압을 인가하고, 탐침 전류를 측정하는 방식이다. 탐침 쉬스의 비선형성으로 인해 전류의 고조화 성분들이 생긴다. 이러한 고조화 전류 성분들은 플라즈마 변수인 밀도와 전자온도의 함수로 주어지고, 고조화 전류 성분들로부터 밀도와 전자온도를 추출할 수 있다. 또한 전류와 전압의 위상차를 측정하여 탐침-플라즈마의 임피던스의 리액턴스 성분으로부터 탐침에 증착되는 막의 두께도 모니터링이 가능하다. 이러한 부유 고조화 분석법을 적용하여 공정 플라즈마 진단 모니터링 결과를 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.184-184
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• 2016

플라즈마에 레이저 빛을 입사한 후 CCD 소자로 획득한 영상은 검고 밝은 픽셀로 이루어지며 이를 플라즈마 스펙클 패턴이라 정의한다. 그림 1은 $NH_3$ 플라즈마에서 획득한 스펙클 패턴을 보이고 있다 [1]. 광학에서 스펙클 패턴은 빛의 산란을 이용해 정의하고 있지만 최근의 연구에서 이 같은 정의가 잘 못되어졌음이 보고된 바 있다 [2]. 스펙클 패턴은 입사된 빛 물질과 빛 물질 에너지를 흡수하는 표면 플라즈몬 캐리어 (surface plasmon carriers-SPC)가 함께 공존하는 전자계 에너지 필드라고 정의된 바 있다 [2]. 플라즈마 스펙클 패턴은 진공이 SPC와 같은 음의 물질과 입자로 채워져 있다는 가정에 기초하고 있다 [1]. 새로이 정의된 스펙클 패턴은 전하가 없는 photon 모델과는 달리 빛이 양의 전하를 가지고 있다는 사실에 기초한 것이며, 이는 최근의 빛 물질 수집과 관련한 실험적 연구 [3], 빛 물질의 화학적 원소 분석 [4], 빛 물질의 양의 입자성 [5]에 근거를 두고 있다. 빛 물질은 그림 2 [6] 에서와 같이 물 방울을 태양 또는 레이저 빛에 노출시켜 용이하게 수집할 수 있다 [3-6]. 플라즈마 스펙클 패턴에서 픽셀합 분포함수 (pixel sum distribution function-PSDF)을 구할 수 있으며, PSDF에서 추출한 정보는 optical emission spectroscopy, langmuir probe로 수집한 데이터와 매우 유사한 경향성을 보였다 [1, 6]. 이는 스펙클 패턴이 플라즈마의 광학적 전기적 정보를 저장하고 있음을 의미한다. 본 발표에서는 새로운 플라즈마 진단 방식으로서의 스펙클 이미징 시스템, 동작원리, 물리적 기초, 그리고 응용사례 등을 살펴본다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.214.1-214.1
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• 2016

최근 대기압 플라즈마의 활용분야는 기판의 표면처리, 바이오 분야 등에 널리 활용되고 있지만, 현재까지 정립된 대기압 플라즈마 분석법은 광학적, 전기적 방법으로 이를 통해 대기압 플라즈마를 분석하는데 어려움을 겪고 있다. 가장 널리 사용되는 OES(Optical Emission Spectroscopy) 측정법의 경우에는 플라즈마로부터 방출되는 광을 측정하여, 방출 강도로부터 플라즈마 밀도를 얻는데 어려운 점이 있다. 전기적 진단법 중 하나인 랑뮤어 탐침은 주로 진공장비에서만 사용가능하며, 대기압플라즈마에서 직접 접촉하여 플라즈마에 영향을 주어, 플라즈마 밀도를 정확히 측정하기 어렵다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마의 캐페시턴스을 측정하여 플라즈마의 밀도를 측정하였다. DC power supply에서 발생된 DC전원을 인버터를 통해서 AC전원으로 변환한 뒤, Ar가스를 석영관에 주입하여 대기압 플라즈마 젯를 발생시켰다. 발생된 대기압 플라즈마를 석영관 외부 전극 사이에 캐패시턴스로 플라즈마 밀도를 측정하였다. Ar 가스 유량에 따라 플라즈마 밀도를 변화를 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.201.1-201.1
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• 2016

본 연구에서는 펄스형으로 운전하는 플라즈마를 대상으로 하거나 플라즈마 특성의 빠른 변동을 파악하기 위해 1 kHz 이상의 반복율, 5 pulse burst mode와 2 J/pulse 이상의 발진특성을 갖는 Nd:YAG 레이저를 기반으로 하는 광원을 개발하기 위하여 레이저와 전원장치를 설계하였다. 전체 시스템은 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)형태로 구성하고 발진기는 FBG(Fiber Bragg Grating)을 반사경으로 사용한 Yb fiber 레이저를 설계하였다. 또한 설계한 레이저를 작동시킬 전원장치를 연구하였다. 정확한 스위칭과 턴온, 턴오프를 구현하기 위하여 IGBT 스위치를 적용하였고 적절한 저항을 조합하여 전류가 시간에 따라 상승하다가 스위치 턴오프에 급격히 감소하는 형태의 레이저 다이오드 구동에 적합한 삼각파와 비슷한 전류파형을 설계하였다. 추후 설계한 두 장치를 제작하여 테스트를 거친 후, VEST 내부 플라즈마 진단에 적용할 계획이다.

• The Proceedings of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.4 no.2
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• pp.41-45
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• 1990

The previous plasma diagnostics on HPS (high pressure sodium) lamp have analyzed only the average temperature and pressure. But the time change of the plasma state of HPS lamp is great by the small heat inertia. By these properties, the necessity of the diagnostics of time change of plasma state is important. This thesis proposes a new time-varying spectroscopy technics that can get the time-varying plasma state by measuring and analyze Na D line spectrum.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.269-269
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• 2011

핵융합로에서 챔버 벽면의 보호와 입자 문제를 해결하기 위해 최근 챔버 벽면의 보론 박막 코팅에 대한 연구가 활발히 연구 중이다. 핵융합로 운전 시 챔버 벽면 부근의 플라즈마는 저온 플라즈마와 상태가 비슷해 저온 플라즈마에서의 표면분석 기술을 적용할 수 있다. 이를 이용해 보론이 증착된 벽면의 상태를 실시간으로 관찰할 수 있다. 본 연구에서는 이에 앞서 저온 플라즈마에서 보론이 증착된 시편을 가지고 두께를 측정해 보았다. 증착 시편의 훼손된 부분은 보정법을 이용하여 보정하였다. 측정 결과 보정 전에는 시편마다 많은 차이를 보였지만 보정 후에는 거의 일정한 결과를 얻었으며 광학적 방법에 의해 측정한 두께와도 비슷한 결과를 얻었다. 저온 플라즈마 실험 결과 보론 박막 측정에 대한 신뢰성을 확인하였으며 이를 바탕으로 KSTAR의 벽면 진단에 적용함으로써 핵융합 플라즈마의 불안정성을 간접적으로 측정할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.94.1-94.1
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• 2016

레이저 진단은 플라즈마 진단법 중 가정 정확한 진단법으로 알려져 있다. 특히 진단이 까다로운 고밀도, 자기장, 고압 환경에서도 그 측정 결과가 신뢰성 있다고 잘 알려져 있다. 본 특별 심포지엄에서는 중 성종을 측정 할 수 있는 레일레이 산란과 자유 전자를 측정 할 수 있는 톰슨 산란, 그리고 분자를 측정할 수 있는 라만 산란을 중심으로 발표 할 것이다. 또한 특정 준위를 갖는 원자 및 분자의 거동을 측정할 수 있는 레이저 유도 형광에 대해서도 간단히 발표 할 것이다. 그밖에 레이저 진단의 종류, 원리 등을 설명 하고 한국표준과학연구원에서 이루어 진고 있는 연구 결과에 대해 발표 할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.215.1-215.1
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• 2016

플라즈마는 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 산업 분야에 이용된다. 플라즈마 공정 시 수율 향상을 위해 플라즈마를 진단하는 기술이 필요한데, 대표적으로 전자온도가 있다. 반도체 공정의 낮은 압력과 높은 밀도의 플라즈마에서 전자온도는 1~10 eV 정도인데, 0.5 eV정도의 아주 적은 차이로도 공정 결과에 큰 영향을 미친다. 플라즈마의 전자온도를 측정하는 방법은 전기적 탐침 방법인 랑뮤어 탐침(Langmuir Probe)과 와이즈 프로브(Wise Probe)를 이용한 방법, 그리고 광학적 방법인 방출분광법(OES : Optical Emission Spectroscopy)이 있다. 전기적 탐침 방법은 직접 플라즈마 내부에 탐침을 넣기 때문에 불활성 기체를 사용한 공정에서는 잘 작동하지만 건식식각이나 증착에 사용할 경우 탐침의 오염으로 인한 오동작, 공정 시 생성된 샘플에 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다. 반면에 방출분광법은 광학적 진단으로, 플라즈마를 사용하는 공정 진행 중에 외부에 광학계를 설치하여 플라즈마에서 발생하는 빛을 광학적으로 분석하기 때문에 공정에 영향을 미치지 않고, 공정 장비에 적용이 쉬운 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 RF Power를 인가한 유도결합플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 공정에서 아르곤 가스와 산소 혼합가스 분압과 인가전압을 변화시켜 플라즈마 방출광 세기 변화에 따른 전자온도를 측정하였다. 전자온도 측정에는 전기적 방법인 랑뮤어 탐침, 와이즈 프로브를 이용한 방법과 광학적 방법인 방출분광법을 사용하여 측정하였으며 이를 비교 분석하였다.