• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.34-34
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• 2012

핵융합 장치의 액체 벽 연구에 관해 정리 하였다. 액체 벽은 1970년 Field Reversed Configuration 장치의 first wall로써 Christofilos에 의해 처음으로 제안되었다. 액체 벽은 순환을 통해 벽 손상을 막을 수 있는 장점이 있으나, 플라즈마와의 반응 시 증발로 인한 중심 플라즈마 불순물 증가 문제와, 진공 용기 내벽에 유동을 만들어야 하는 어려움이 있다. 본 논문에서는 그 동안 제안된 액체 벽 개념에 관한 검토와 국가핵융합 연구소 플라즈마 기술연구센터에서 수행하고 있는 액체 벽 관련 연구에 대해서 발표하고자 한다. 국가핵융합 연구소 플라즈마 기술연구센터에서는 용융염(FliNaK, LiF+NaF+KF)을 이용하여 수소 플라즈마와 용융염과의 반응에 관한 기초 연구를 수행하여 왔다. 기초 연구로써 수소 플라즈마 반응 유무에 따른 용융염 증발특성 변화, 용융염 내 수소 함유량 변화 측정, 수소 플라즈마 반응 시 광 진단을 통한 용융염 증발 성분 확인 등의 연구를 수행하였다. 또 진공 챔버 내부에 용융염 순환 시스템을 제작하여, 흐르는 용융염과 플라즈마와의 반응을 연구할 수 있는 실험 장치를 최근 제작 설치하였다. 본 논문에서는 중요한 기초 실험 결과와 용융염 순환 시스템 설계 인자에 대해서 논의하고자 한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.27-30
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• 2022

기존의 공정방식에 비해 효율성이나 환경적 면에서 많은 장점을 가진 플라즈마 공정은 반도체 제작에서 널리 사용되고 있다. Plasma Sheath란 플라즈마 bulk와 그 것을 둘러싸고 있는 챔버 벽면과 전극 사이에서 관찰되는 어두운 영역으로 양이온과 전자의 이동속도 차이로 인해 발생한다. Plasma Sheath Monitoring Sensor (PSMS)는 플라즈마와 전극 사이의 전압(Voltage) 차이와 전극에 걸리는 RF power 등을 실시간으로 측정하는 센서로서 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마의 상태와 매우 상관도가 높을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 PSMS 데이터를 활용하여 플라즈마 챔버 내의 질소이온의 상태를 예측하는 모형을 딥러닝 기계학습 기법을 이용하여 구축하였다. 연구에 사용된 데이터는 파워와 압력을 달리 셋팅한 실험에서 측정된 PSMS 데이터를 학습데이터로 활용하고 플라즈마 bulk와 Si substrate에서 측정된 질소 이온의 비율, 플럭스, 밀도를 레이블로 활용하였다. 본 연구의 결과는 향후 플라즈마 공정의 최적화 및 실시간 정밀제어를 위한 인공지능 기술의 기초가 될 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권2호
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• pp.46-56
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• 2013

고온 공기 공급시스템이 있는 시험장치는 분출냉각 소재를 개발하고 이를 실험적으로 평가하는데 필요한 장치이다. 본 연구에서 아크-플라즈마 발생기, 찬 공기가 공급되는 Plenum 챔버, 시험부로 구성된 시험장치를 설계하였으며, 내부 유동해석을 수행하였다. CFD 결과로부터 설계된 Plenum 챔버가 열적으로 안전하고 챔버 내부에서 초고온의 공기와 찬 공기가 잘 혼합되고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 시험부로 균질한 유동을 공급할 수 있는 구조로 시험장치가 설계되었음을 검증하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.213-213
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• 2016

현재 반도체 산업에서는 디바이스의 고 집적화, 고 수율을 목적으로 패턴의 미세화 및 웨이퍼의 대면적화와 같은 이슈가 크게 부각되고 있다. 다중 패터닝(multiple patterning) 기술을 통하여 고 집적 패턴을 구현이 가능해졌으며, 이와 같은 상황에서 각 패턴의 임계치수(critical dimension) 변화는 패턴의 위치 및 품질에 큰 영향을 끼치기 때문에 포토마스크의 임계치수 균일도(critical dimension uniformity, CDU)가 제작 공정에서 주요 파라미터로 인식되고 있다. 반도체 광 리소그래피 공정에서 크롬(Cr) 박막은 사용되는 포토 마스크의 재료로 널리 사용되고 있으며, 이러한 포토마스크는 fused silica, chrome, PR의 박막 층으로 이루어져 있다. 포토마스크의 패턴은 플라즈마 식각 장비를 이용하여 형성하게 되므로, 식각 공정의 플라즈마 균일도를 계측하고 관리 하는 것은 공정 결과물 관리에 필수적이며 전체 반도체 공정 수율에도 큰 영향을 미친다. 흔히, 포토마스크 임계치수는 플라즈마 공정에서의 라디칼 농도 및 식각 선택비에 의해 크게 영향을 받는 것으로 알려져 왔다. 본 연구에서는 Cr 포토마스크 에칭 공정에서의 Cl2/O2 공정 플라즈마에 대해 O2 가스 주입량에 따른 식각 선택비(etch selectivity) 변화를 계측하여 선택비 제어를 통한 Cr 포토마스크 임계치수 균일도 향상을 실험적으로 입증하였다. 연구에서 사용한 플라즈마 계측 방법인 발광분광법(OES)과 optical actinometry의 적합성을 확인하기 위해서 Cl2 가스 주입량에 따른 actinometer 기체(Ar)에 대한 atomic Cl 농도비를 계측하였고, actinometry 이론에 근거하여 linear regression error 1.9%을 보였다. 다음으로, O2 가스 주입비에 따른 Cr 및 PR의 식각률(etch rate)을 계측함으로써 식각 선택비(etch selectivity)의 변화율이 적은 O2 가스 농도 범위(8-14%)를 확인하였고, 이 구간에서 임계치수 균일도가 가장 좋을 것으로 예상할 수 있었다. (그림 1) 또한, spatially resolvable optical emission spectrometer(SROES)를 사용하여 플라즈마 챔버 내부의 O atom 및 Cl radical의 공간 농도 분포를 확인하였다. 포토마스크의 임계치수 균일도(CDU)는 챔버 내부의 식각 선택비의 변화율에 강하게 영향을 받을 것으로 예상하였고, 이를 입증하기 위해 각각 다른 O2 농도 환경에서 포토마스크 임계치수 값을 확인하였다. (표1) O2 11%에서 측정된 임계치수 균일도는 1.3nm, 그 외의 O2 가스 주입량에 대해서는 임계치수 균일도 ~1.7nm의 범위를 보이며, 이는 25% 임계치수 균일도 향상을 의미함을 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.130-130
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• 2015

플라즈마를 이용한 cleaning, etching, sputtering 공정에서 발생하는 마이크로아크방전이나 turn-off후의 잔류정전기는 공정대상물의 절연파괴나 전자소자에 전기적 손상을 유발함으로서 공정의 불량률을 증가시키는 중요한 요인이 된다. 본 연구에서는 잔류정전기를 관찰하기위하여 실린더형 챔버구조의 평행평판 전극구조를 지닌 용량결합형 플라즈마에서 powered electrode에 부착된 유전체 기판 표면의 잔류 정전기의 변화 양상을 planar type probe로 측정해보았다. 300mtorr 압력에서 아르곤가스로 발생시킨 플라즈마가 존재할 때 낮은 음전위 평균값을 가지던 기판표면 전위가 전력인가가 중지되었을때 20V 가량의 양전위를 가질 수 있음을 측정 하였고, 이것을 COMSOL MULTIPHYSICS TOOL을 활용한 시뮬레이션과 비교하였다. 이 현상이 파워인가 전극이 플라즈마 영역에 노출되느냐에 따라 발생할 수 있음을 알게 되었고, 그 크기와 지속시간은 입력전력 및 블로킹 커패시터와 유전체 기판의 정전용량에 의존함을 확인 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.190-190
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• 2012

전북대학교 고온 플라즈마 응용 연구 센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로 소재공정용 다목적 100 kW 플라즈마 발생장치를 구축하고 있다. 100kW급 ICP (RF)형 플라즈마 발생장치는 RF 전력 인출이 이중으로 되어있어 한쪽에서는 수~수십 um 크기의 금속, 세라믹 등 고융점 원료분말을 순간적으로 용해, 기화 및 분해시키고 이들 기화 또는 분해된 증기를 급랭시키는 과정에서 초미분(<1 um)을 합성하는 플라즈마 합성법 연구가 가능하도록 RF 플라즈마 분말 합성 시스템이 연결되어 있고 다른 한쪽으로는 진공 챔버 내에서 고온 고속의 RF 플라즈마 불꽃을 형성 한 후 RF 플라즈마의 축 방향으로 반응성 가스 및 코팅 대상 물질을 주입하여 코팅 할 수 있는 열플라즈마 용사코팅 시스템이 연결되어 있는 다목적 연구 장치이다. 본 장치는 100 kW급 RF 전원 공급기와 유도결합형 플라즈마 토치, 플라즈마 분말 합성 부, 플라즈마 코팅 및 반응성 증착부, 가스 공급부, 냉각수 공급부, 전기 계장/제어부로 구성되어 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.249-249
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• 2010

핵융합로에서는 디버터의 열부하에 대한 안전성을 고려하기 위해 열전도도 및 열 저항성이 높은 텅스텐이 대면 물질로 고려되고 있으며, 경제적인 측면과 실용성 측면에서 텅스텐블록을 직접 제작하여 사용하는 것보다 텅스텐코팅이 효과적이라는 의견이 지배적이다. 또한 ASDEX Upgrade 에서는 탄소블럭에 텅스텐을 코팅하여 챔버 외벽 및 디버터 영역까지 구성하여 캠페인을 진행하였고, 재료적인 측면에서 안정성을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 디버터 및 챔버외벽 등에 대한 대면물질을 구성하기 위해 상압 열플라즈마 제트를 이용하여 고온에서의 용융 및 냉각을 통해 모재에 텅스텐 피막을 적층하는 과정을 수행하고 있다. 기존의 연구를 통해 일부 공정 변수에 대해서는 이미 적정한 범위의 공정조건을 확보하였고, 기공도와 산화도 및 부착력 등의 물성치에 대한 추가적인 향상을 위해 주요 공정 변수에 집중하여 최적의 조건을 탐색하는 과정이 진행 중이다. 이를 위해 출력증가실험의 일환으로서 기존 36kW급 플라즈마 토치 전력을 한 단계 끌어 올려 48kW급 전력까지 단계적으로 상승시킴으로써 이에 따른 물성치 변화를 검증하고 있다. 현재 44kW 급까지 실험이 수행되었으며, 이를 통해 공극률 감소 및 미세구조 변화에 대한 결과를 얻었다. 실제로 토치의 출력을 증가시킴으로서 텅스텐 피막의 물성치가 변화하는 메커니즘은 플라즈마 제트의 중심부 온도 및 축방향 속도에 의해 결정된다. 중심부 온도가 상승하게 될수록 코팅을 위해 분사되는 분말의 용융률은 증가하지만 분말 외벽에 산화텅스텐이 형성될 가능성은 증가하게 되며, 플라즈마 제트의 모재를 향상 축방향 속도가 증가할수록 용융 된 분말이 모재에 증착 시 형성하는 형태가 원형에 가깝게 되므로 기공이 감소하는 효과가 발생한다. 특히 용융된 분말의 증착 형태는 모재의 온도 및 분말의 입사속도에 결정적이 영향을 받게 되며, 결국 모재와 분말사이의 습윤성에 의한 분말 분산속도가 분말의 입사속도에 버금갈 경우 분말은 모재 위에서 효과적으로 원형으로 전이하며 적층하게 된다. 이러한 전이 현상은 앞에서 언급한 모재의 온도 등에 의해 결정적으로 영향을 받게 되며, 모재의 온도가 전이온도 이하일 경우 폭파형태에서 원형으로 분말의 증착 형태가 전이하게 된다. 이외에 추가적으로 진행하고 있는 연구는 코팅 전처리에 해당하는 분말 효과이며, 특히 탄화텅스텐 분말을 통한 재료적 auto-shroud 효과와 미세분말을 이용한 분말 표면열속의 증가에 따른 용융률 증가효과를 연구에 포함할 계획이다. 이러한 연구는 열적, 그리고 재료적 해석을 바탕으로 해석적 접근을 통해 이루어진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.101.1-101.1
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• 2015

플라즈마에 의한 식각 공정중 챔버 내에서 발생한 오염입자가 기판위에 떨어져 제품의 불량을 일으키고 그에 따른 부품 교체비용이나 교체시 가동을 멈춰야하는 문제점들이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 내플라즈마성이 우수하다고 알려진 아노다이징 피막을 사용하고 있다. 하지만 다양한 아노다이징 공법중 어떠한 요인이 내플라즈마 특성과 관계되는지에 대한 보고는 부족한 실정이다. 기존의 아노다이징 특성평가방법으로는 내화학 특성과 열안정성 평가, 구조적 특성을 확인하는 것이 주로 사용되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 기존 내화학 특성과 열안정성이 우수하다고 알려진 황산-주석산법을 이용한 피막의 특성을 평가하여 내화학특성, 열적 안정성, 구조적 특성이 내플라즈마 특성과 어떠한 관계가 있는지 확인했다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.99-103
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• 2007

ICP(Inductively Coupled Plasma)는 높은 밀도를 가지는 플라즈마 소스로서 반도체 산업에 널리 이용되고 있다. 하지만 기존의 ICP는 축전결합(capacitive coupling), 낮은 역률(power factor), 전송 선로의 영향 등의 결점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 강자성체인 페라이트(ferrite)를 이용하여 측면형 페라이트 ICP 소스를 개발하게 하였다. 측면형 소스의 경우 플라즈마의 생성 부분이 측면에 위치하기 때문에 높은 압력에서 플라즈마 밀도 분포는 가운데가 낮고 측면이 높은 오목한 형태가 된다. 다양한 환경에서 플라즈마 밀도의 균일도를 제어하기 위해 이 논문에서는 측면형 페라이트 ICP 챔버 윗부분에 평면형의 나선형 안테나를 부착하여 그 효과를 알아보는 실험을 수행하였다.

• 한국진공학회지
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• 제2권1호
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• pp.92-98
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• 1993

Si 기판 위에 증착된 Al 박막을 질소 ECR 플라즈마에 노출시켜 시료를 제작하고 분광타원해석법으로 분석한 결과 Al박막에 질화층이 형성되었음을 확인하였다. 사용한 질소 ECR 플라즈마의 전자온도와 전자밀도는 챔버내의 위치에 따라 각각 10~20eV, 0.9~1.2$\times$1011/㎤의 값을 보였다. 질소 ECR 플라즈마에 노출된 기판은 급격한 온도상승을 보였으며 노출시킨 뒤 5~6분이 지나면 $500^{\circ}C$ 근처에서 포화상태를 이루었다. 분광타원해석상수인 $\Delta$와 Ψ를 분석한 결과 증착된 Al의 두께는 시료에 따라 $140~160AA$이었고 표면에 형성된 AIN 층의 두께는 질소 ECR 플라즈마에 노출된 시간이 길수록 그리고 시료의 위치가 공명지점에 가까울수록 증가하였다. AlN층의 두께가 노출시간의 제곱근에 비례하는 것으로부터 AlN층은 Al의 표면에 흡착된 질소가 Al속으로 확산하여 이루어진 것으로 설명하였다.