• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.175-175
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• 2012

플라즈마를 이용하는 공정은 평판 디스플레이와 박막 트렌지스터, LCD 같은 반도체 산업에 널리 사용되고 있다. 최근 이와 같은 산업을 위한 공정은 마이크로 단위 이하에서 진행되고 있으며, 그 크기가 작아질수록 공정을 위한 비용은 증가하게 되었다. 따라서 제품의 대량생산 및 원가절감을 위해 웨이퍼의 대구경화가 진행되었고, 그런 대구경의 웨이퍼을 생산하기 위한 대면적 플라즈마 소스 개발 역시도 필요하게 되었다. 그리고 2014년에는 450 mm 크기의 웨이퍼가 사용될 것으로 예상되고 있다. 450 mm 대구경 웨이퍼용 유도결합플라자마 장치를 이용하여 플라즈마의 특성을 Langmuir probe를 사용하여 측정하였다. 플라즈마를 방전시키는 안테나의 형태는 spiral 형태의 안테나를 사용하였고, 이중주파수를 사용하기 위해 spiral 형태의 안테나를 두개로 나누어 안쪽의 안테나에는 2 Mhz를 바깥쪽의 안테나에는 13.56 Mhz를 인가하였다. 공정 압력은 10 mTorr로 유지하고 안쪽의 2 Mhz 안테나에는 100~800 W까지 변화시키고 바깥쪽의 13.56 Mhz 안테나에는 100~1,000 W까지 변화시켜 그 때의 플라즈마의 특성을 분석해 보았다. Langmuir probe를 이용하여 방전된 플라즈마를 관찰한 결과, 기판 위에서의 플라즈마 균일도가 4~23%가 되는 것을 확인 할 수 있었다. 13.56 Mhz의 인가되는 파워를 고정 시키고 2 Mhz만을 변화시켰을 경우 2 Mhz의 파워를 400 W까지 증가시켰을 때는 플라즈마의 밀도가 서서히 증가하였으나 400 W 이상에서는 밀도가 크게 증가하는 것을 볼 수 있었다. 하지만 플라즈마의 온도와 potential의 경우 밀도와는 반대로 2 Mhz에 인가되는 파워가 증가 될수록 감소하는 경향을 보였다. 위의 실험을 통해 우리는 전자에너지분포함수(EEDFs)를 얻을 수 있었고, 그 안에서 낮은 주파수(2 Mhz)를 이용하여 낮은 에너지를 가진 전자의 밀도를 조절할 수 있다는 것과 높은 주파수(13.56 Mhz)에 인가된 파워가 증가함에 따라 높은 에너지를 얻을 수 있다는 결과를 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.322-322
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• 2011

Transparent Conductive Oxide (TCO) 박막은 디스플레이 산업에 낮은 면저항 및 높은 광투과성으로 없어서는 안 될 중요한 물질로 많은 선행연구가 진행되어져 왔다. 하지만 전 세계적으로 플라즈마와 TCO박막의 특성과의 상관관계에 대한 연구가 부족하여, 디바이스 업계에서 요구하는 수준에 미치지 못하고 있다. 본 연구에서는 저온 공정이 가능한 dual pulsed magnetron sputtering을 이용해 TCO박막을 합성하고 플라즈마 특성 변화에 따른 TCO 박막의 상관관계를 규명 하고자 한다. Dual pulsed magnetron의 자장에 의해 구속되는 플라즈마 내의 이온 종들과 이온과 중성자의 비율관계를 optical emission spectroscopy (OES)로 확인 하였고, 기판 전류 및 기판 온도 측정, Langmuir probe를 통한 플라즈마 특성 분석을 통하여 플라즈마와 특성과 박막 성장과의 상관관계에 대하여 규명 하였다. 전자 온도는 1.25 eV에서 2.46 eV 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 이온 밀도는 $1.7{\times}109/cm^3$에서 $2.2{\times}109/cm^3$ 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 플라즈마 밀도가 증가함에 따라 박막은 비정질에서 다결정질로 바뀌면서 전기이동도는 증가하고 전자 농도는 감소하여 87.8%의 높은 투과율과 <50 ${\Omega}/{\Box}$의 면저항을 갖는 TCO 박막을 합성 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.214-215
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• 2011

RF 플라즈마의 경우 일반적인 싱글 랑뮤어 프루브를 사용하여 I-V 파형을 구하는 경우에, 우리는 시평균한 값만을 구할 수 있다. 일반적인 플라즈마 반응 챔버의 구조상, 양 전극의 크기가 다르기 때문에, 시간에 따라 진동하는 플라즈마 포텐셜의 형태는 정확한 사인파의 형태가 아니다. 그렇기 때문에 플라즈마 포텐셜에 따라서 진동하는 데이터를 시평균한 값에는 DC 오프셋 성분이 나타난다. 이러한 DC 오프셋값은 랑뮤어 프루브를 통한 플라즈마 포텐셜 측정시에 오차로 나타난다. 우리는 DC 오프셋에 의한 에러값을 보정하기 위해 멀티 프루브를 사용할 수 있다. 가장 흔하게 쓰이는 듀얼 랑뮤어 프루브의 경우를 살펴보면, 내부의 전원이 플로팅되어 있으며 전압인가를 위한 회로 또한 접지에서 절연되어 있기 때문에, 플라즈마 포텐셜이 시간에 따라 흔들려도 전체적인 전위가 플라즈마 포텐셜과 함께 움직이기 때문에, 앞에서 말한 DC 오프셋에 의한 오차를 줄일 수있다는 장점이 있다. 그러나, 이를 위하여는 회로의 절대적인 플로팅이 필요하지만 실제 듀얼 랑뮤어 프루브의 전원 회로를 구현시에는, 트랜스포머 등을 사용하여 회로를 절연시켜도 회로에 기생적으로 발생하는 콘덴서 성분 때문에 플로팅에 영향을 받을 수 있다. 또한 양극과 음극 사이의 내부 임피던스가 다르게 나타난다. 실제로 기존의 듀얼 랑뮤어를 가지고 RF 플라즈마를 측정할 때에, 듀얼 랑뮤어 프루브의 두 팁 간에 서로 다른 전압-전류 파형이 나타나곤 한다. 이러한 두 팁간의 전압-전류 파형의 차이는 두 팁이 물리적으로 완전히 동일한 구조를 가질 수 없기 때문에 발생 하기도 하지만, 위에서 밝힌 원인에 의해서도 발생한다. 이로 인하여 듀얼 랑뮤어 프루브에 의한 I-V 파형은 이론 상 원점을 대칭으로 한 기함수의 형태이어야 하는데, 실제 측정 결과를 보면 이러한 대칭 형태의 모양을 보기 힘들다. 우리는 이에 이를 보정하기 위하여 위상이 180도 차이가 나는 두 개의 삼각파 발생 전원을 각각 듀얼 랑뮤어 프루브의 양 팁에 인가하여 두 팁 간의 내부 저항과 기생 임피던스 등을 일치시킨 프루브를 디자인하였으며 이 프루브를 이용한 실험에서, 비교적 완벽하게 원점에 대하여 대칭하는 I-V 커브를 구할 수 있었다. 이에 이 논문에서는 새로운 회로와 이 회로로 이루어진 듀얼 랑뮤어 프루브를 사용하여 플라즈마를 진단하는 방법에 대하여 기술한다.