• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.340-340
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• 2011

플라즈마 공정에서의 생산률이 플라즈마의 밀도에 비례한다는 많은 연구가 이루어진 후, 초대면적 고밀도 플라즈마 소스의 개발은 플라즈마 소스 개발에서 중요한 부분을 차지하기 시작하였다. 이로 인해, 전자 공명 플라즈마, 유도 결합 플라즈마와 헬리콘 플라즈마 등 새로운 고밀도 플라즈마 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 고밀도 플라즈마 개발과 더불어, 대면적 플라즈마 소스의 개발이 플라즈마 공정 기술의 중요한 이슈가 되고 있는데, 이는 450 mm 이상의 반도체, 2 m${\times}$2 m 이상의 8세대 평판 디스플레이와 1 m${\times}$1 m 태양광 전지 생산 공정에서 플라즈마의 기술이 요구되고 있기 때문이다. 대면적 공정영역의 이러한 경향은 균일한 대면적 고밀도 플라즈마 개발을 촉진시켜왔다. 밀도가 낮은 축전 결합 플라즈마를 제외한, 대면적 공정에 적합한 고밀도 플라즈마원으로 유도 결합 플라즈마와 헬리콘 플라즈마를 선택한 후, 병렬연결 시의 특성을 알기 위하여 ICP와 헬리콘의 단일 튜브와 다수 튜브의 플라즈마 내부, 외부 변수를 측정하여 조사하였다. 두 가지 플라즈마 소스의 비교 실험을 위하여, 자기장을 제외한 모든 조건을 동등하게 한 후 실험을 하였다. 단일 헬리콘 실험을 바탕으로, 대면적 실험에 가장 적합한 자기장의 세기, 자석의 위치 및 튜브의 치수를 정한 후, fractal 구조를 위한 16개 다수 방전을 ICP와 헬리콘을 비교하였다. 병렬연결 시, RF 플라즈마에서는 같은 전압을 가져도, 안테나 디자인을 고려하지 않으면 모든 튜브의 방전이 이루어 지지 않았다. 이를 컴퓨터 모의 전사를 통해 확인하고, 가장 최적화된 안테나를 설계하여 실험을 하였다. ICP에서는 모든 튜브가 방전에 성공한 반면, 헬리콘 플라즈마는 ICP에 10배에 달하는 높은 밀도를 냈으나, 오직 4개 튜브만이 켜지고 안정적으로 방전이 이루어 지지 않았다. ICP의 경우, RF 전송선의 디자인을 통해 파워의 균등 분배가 가능하지만, 헬리콘의 경우 자기장을 추가해서 고려해야 되는 것을 확인하였다. 모든 튜브에 비슷한 자기장을 형성하기 위해서는 자석의 크기가 커지는 문제점이 있으나, 매우 낮은 압력에서 방전이 가능하고, 같은 압력에서 ICP에 비해 10배 이상 달하는 장점이 있다. 실험 결과를 바탕으로, ICP와 헬리콘 플라즈마의 다수 방전에 대한 분류를 하였고, 바로 현장에 투입이 가능한 소스로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.510-510
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• 2012

반도체, 디스플레이, 태양광 등의 공정에서 사용되는 웨이퍼의 크기가 증가하고, 생산률이 플라즈마의 밀도에 비례한다는 연구 결과가 발표되면서 대면적 고밀도 플라즈마 소스 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, ECR, ICP, Helicon plasma 등 고밀도 플라즈마 소스에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 여러 개의 ICP를 결합한 multiple ICP를 이용해 대면적 고밀도 플라즈마 소스 개발을 진행했다. Multiple ICP의 경우 각 ICP 소스에 같은 power (current)를 공급해야만 균일한 플라즈마 방전이 발생되어 균일도를 확보 할 수 있다. Current controller 같은 추가적인 장비를 설치하지 않고, power를 분배하는 transmission line을 coaxial 형태로 설계하고 같은 길이로 병렬 연결함으로써 각각의 ICP소스에서 균일한 플라즈마를 방전시킬 수 있었다. Power generator에서 보는 각 ICP의 total impedance는 각 ICP 소스의 impedance와 coaxial 형태의 transmission line의 characteristic impedance, frequency, 길이의 함수로 구할 수 있고, 이 total impedance가 일정하기 때문에 current가 균등하게 분배되어 각 ICP소스에 균등한 power 분배가 가능한 것이다. 실질적으로 ICP 소스의 impedance는 플라즈마 방전 유무에 따라 변화하기 때문에 일정하게 유지하는 것은 어렵다. Transmission line의 characteristic을 사용함으로써 ICP의 impedance의 변화에 상관없이 Total impedance를 일정하게 유지시킴으로써 균등한 power 분배가 가능하다는 것을 연구했다. Frequency는 13,56MHz, characteristic impedance를 $50{\Omega}$ (coaxial cable)으로 고정하고, ICP 소스의 플라즈마 방전 유무/antenna turn/소스 위치에 따른 total impedance를 transmission line의 길이에 따라 측정하고, 이를 이론값, 그래프와 비교하였다. 특정 length에서 플라즈마 방전 유무(ICP의 impedance 변화)와 상관없이 비교적 일정한 total impedance를 유지하는 것을 확인 했다. 이것은 특정 길이를 갖는 coaxial형태의 transmission line를 연결하면, total impedance는 플라즈마 방전 유무로 발생하는 ICP의 impedance 변화와 상관없이 일정하게 유지되어 각 ICP소스에 균등한 파워 분배가 가능하다는 것을 보여준 결과이다. 이것을 토대로 frequency에 따라(또는 characteristic impedance에 따라) 균등한 파워 분배가 가능한 coaxial 형태 transmission line의 특정 길이를 구할 수 있고, 대면적 소스에서 균등한 파워 분배를 위한 병렬연결에 적용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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• pp.63-71
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• 2007

현재 반도체 산업에서 플라즈마는 다양한 공정에 적용되고 있으며, 고집적 대면적 공정을 위한 다양한 플라즈마원들이 개발 중에 있다. 이 중 ICP는 현재 고밀도 플라즈마를 요구하는 공정에서 널리 쓰이고 있는 플라즈마원이다. 그러나 ICP는 안테나와 플라즈마 사이의 결합이 낮아 안테나의 전압과 전류가 높으며, 대면적에 적용하기 어려운 디자인 등의 여러 가지 문제점 들을 가지고 있는데, 이러한 ICP의 문제를 해결하기 위한 방법으로 강자성체를 ICP에 응용하는 플라즈마원이 연구되어 왔고 일부 장치에 쓰이고 있다. 이것은 ICP의 많은 문제들을 해결하면서도 여러 가지 장점을 가지는 것으로 평가되고 있다. 강자성체를 이용한 ICP는 플라즈마와 안테나의 결합계수가 1에 가깝기 때문에 강자성체 ICP에서는 간편한 변압기 임피던스 매칭이 적용 가능하다. 이 논문에서는 릴레이를 이용하여 변압기의 권선수를 제어하는 방식을 통해 새로운 임피던스 매칭이 제안되었다. 간단한 매칭 시스템을 구현하여 권선비가 바뀌었을 때 특성을 분석하였다. 2-채널 릴레이를 사용할 때 임피던스 매칭이 가능하였고, 디지털 회로와 마이크로콘트롤러를 사용하여 디지털 임피던스 매칭 시스템을 구현하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.476-476
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• 2010

유도 결합 플라즈마 (ICP)는 축전 결합 플라즈마 (CCP) 보다 상대적으로 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한 구조가 간단하고 기존 스퍼터링 장치의 내부에 추가 설치가 용이하며, 스퍼터된 입자의 이온화, 반응성 가스의 활성화를 위한 2차 플라즈마원으로 적용이 가능하다. 그러나 대면적의 고밀도 플라즈마의 균일도 측정은 고가의 2D probe array등을 사용하여야 한다. 본 연구에서는 간단한 CCD camera를 챔버 내부에 삽입하여 가시광 영역의 적분 강도를 이용해서 플라즈마의 2차원적 균일도를 정성적으로 비교 판단하고 시간에 따른 국부적인 이상 방전을 감시할 수 있도록 내장형 무선 카메라를 사용하였다. 직경 380 mm의 챔버 내에 2 turn ICP antenna를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 발생시켰다(Ar 30 sccm, 35 mTorr, 2 MHz, 400 W). 내장형 무선 카메라를 챔버 내부 중앙의 ICP antenna에서 8 cm 아래에 위치시켜 플라즈마를 진공 중에서 촬영하였다. 내장형 무선 카메라를 챔버 내부에 위치하여 촬영한 결과 외부에서 view port로 쉽게 확인할 수 없는 ICP antenna 내부의 고밀도 플라즈마의 불균일도를 평가할 수 있었고, ICP antenna 가장자리에서 중심으로 이동할수록 밝아지는 것을 토대로 중심 영역의 plasma 밀도가 가장 높다는 것을 알 수 있었고, 채도와 명도의 차이를 이용하여 시각적인 플라즈마 균일도를 분석하였으며 이를 플라즈마 모델링 기능이 있는 전산 유체 역학 프로그램인 CFD ACE+를 이용하여 플라즈마 분포를 모델링 및 비교하였다. 또한 인라인 타입의 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 기판 캐리어에 무선 카메라를 장착하여 이동하면서 캐리어와 마그네트론 방전 공간의 상대적인 위치에 따른 마그네트론 방전링의 형상 변화도 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2010.11a
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• pp.781-783
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• 2010

Chonbuk national university High-enthalpy plasma research center is under construction for 60kW and 200kw ICP(RF) Plasma system as Advance Material R&D and production equipment. The 60kW & 200kW ICP(RF) plasma systems will contribute to promote Korea's material industrial development and Thermal plasma technology.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.99-100
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• 2007

유도결합 플라즈마(ICP)를 이용한 CVD 장치에서 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나의 구조는 매우 중요하다. 전자 온도와 전자 밀도에 직접적인 영향을 주게 되며, 뿐만 아니라 증착 물질의 두께 균일도에 결정적인 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 플라즈마 특성 균일도 최적화를 위하여 2turn 직렬, 병렬, 혼합의 ICP 안테나의 구조에 대하여 플라즈마 특성 및 $SiO_2$ CVD 증착 특성을 계산하였다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2007.06a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.538-538
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• 2012

전북대학교 고온 플라즈마 응용 연구 센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로 고부가가치 재료 연구 및 시험생산이 가능한 소재공정용 200kW ICP(RF) 플라즈마 발생장치를 구축하고 있다. 200 kW급 ICP (RF)형 플라즈마 발생장치는 수~수십 um 크기의 금속, 세라믹 등 고융점 원료분말 등을 수~수십 um 크기의 금속, 세라믹 등 고융점 원료 분말을 순간적으로 용해, 기화 및 분해시키고 이들 기화 또는 분해된 증기를 급랭시키는 과정에서 대량으로 초미분($<1{\mu}m$)을 합성하는 RF 플라즈마 분말 합성 시스템으로 시간당 1 kg 이상의 나노 분말의 제조가 가능하도록 설계 제작된 생산 지원용 대형 ICP(RF) 플라즈마 장치이다.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.15 no.4
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• pp.274-281
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• 2010

This paper proposes a DFPS (Dual Frequency Power Source) impedance matching device for uniformity improvement of a semiconductor plasma etching system. The DFPS consists of two parts for safe plasma processing on large-area substrates. The first part is an ICP (Inductively Coupled Plasma) for high integration by using ferrite core. The second part is a CCP (Capacitive Coupled Plasma) to control uniformity of whole cells. Proposed DFPS can achieve high productivity improvement required for semiconductor equipment industry. The proposed plasma system is analyzed, simulated and experimentally verified with a matching equipment at 27.12MHz and 400kHz.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.268-268
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• 2009

고밀도 유도 결합 플라즈마를 이용한 연료 전기 분리판용 질화 장치를 플라즈마를 모사할 수 있는 3차원 전산 유체 역학 프로그램인 CFD-ACE+를 이용하여 해석하였따. 내장형 안테나 타입의 유도 결합 플라즈마의 전자 온도, 밀도 균일성, 가스 유동, 얇은 기판이 촘촘히 적재 되었을 경우의 플라즈마 특성을 모사하였다.