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김헌창,황일선 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.2
Plasma 진단은 일반적으로 mass spectroscopy, electric probe, optical methods 으로 크게 분류된다. 그 중 langmuir probe법은 측정회로 및 원리가 간편하고, 실용적이며 측정범위가 일반grow-discharge distribution에 해당하는 low temperature, low density plasma진단에 적합하므로, 일반적으로 plasma 진단에 많이 사용하는 방법이다. langmuir probe를 이용한 plasma 진단은 electron & ion density, electron temperature, plasma & floating potential, energy distribution등 대표적인 plasma parameter를 측정하여 plasma의 특성을 해석하는데 필요한 여러 정보를 얻을 수 있으며, plasma process에서 최적의 plasma상태를 확립하기 위한 수단으로 행해지는 필수 기본 기술이다. 본 연구에서는 chamber내부에 형성된 plasma를 측정하여 plasma density를 파악하고, wafer의 각 부분 (wafer를 center에서 edge까지 4등분 )에서의 plasma density를 파악한다.
플라즈마 챔버의 특성 분석 및 최적 설계를 위한 가상의 시뮬레이션 환경 개발
김헌창,설용태 한국반도체디스플레이기술학회 2003 한국반도체장비학회지 Vol.2 No.4
This paper describes a newly developed simulation environment for analysis and design of a plasma processing chamber based on first principles including complicated physical and chemical interactions of plasma, fluid dynamics of neutrals, and transport phenomena of particles. Capabilities of our simulator, named VIP-SEPCAD (Virtual Integrated Prototyping Simulation Environment for Plasma Chamber Analysis and Design), are demonstrated through a two dimensional simulation of an oxygen plasma chamber. VIP-SEPCAD can provide plasma properties such as spatiotemporal profiles of plasma density and potential, electron temperature, ion flux and energy, etc. By coupling neutral and particle transport models with a three moment plasma model, VIP-SEPCAD can also predict spatiotemporal profiles of chemically reactive species and particles exist in plasma.
김헌창,박승규 한국반도체디스플레이기술학회 2009 반도체디스플레이기술학회지 Vol.8 No.3
This paper presents one and two dimensional simulation results with discontinuous features (shocks) of capacitively coupled rf plasmas. The model consists of the first two and three moments of the Boltzmann equation for the ion and electron fluids respectively, coupled to Poisson's equation for the self-consistent electric field. The local field and drift-diffusion approximations are not employed, and as a result the charged species conservation equations are hyperbolic in nature. Hyperbolic equations may develop discontinuous solutions even if their initial conditions are smooth. Indeed, in this work, secondary electron emission is shown to produce transient electron shock waves. These shocks form at the boundary between the cathodic sheath (CS) and the quasi-neutral (QN) bulk region. In the CS, the electrons emitted from the electrode are accelerated to supersonic velocities due to the large electric field. On the other hand, in the QN the electric field is not significant and electrons have small directed velocities. Therefore, at the transition between these regions, the electron fluid decelerates from a supersonic to a subsonic velocity in the direction of flow and a jump in the electron velocity develops. The presented numerical results are consistent with both experimental observations and kinetic simulations.
Virtual Integrated Prototyping Simulation Environment for Plasma Chamber Analysis and Design
김헌창,김성재,황일선 호서대학교 반도체제조장비국산화연구센터 2003 학술대회 자료집 Vol.2003 No.1
본 연구에서는 반도체제조에 필수적으로 사용되는 플라즈마장비의 성능을 예측·분석하여 개발 시간 및 비용의 절감과 장비의 성능을 극대화 할 수 있도록 이론적 전산모사 환경(VIP-SEPCAD)을 개발하고 있다. VIP-SEPCAD는 플라즈마의 물리 ·화학적 특성을 예측하는 plasma model, 중성화학종들의 반응 및 유동 특성을 예측하는 neutral reaction-transport model, particle의 유동 특성을 예측하는 particle transport model, particle의 생성 및 성장 특성을 예측하는 particle formation-growth model, 식각 또는 증착되는 웨이퍼 표면변화를 예측하는 surface evolution model로 구성되어 있다. 현재 개발된 VIP-SEPCAD를 이용하여 산소 플라즈마의 특성과 각종 화학성분들의 분포를 예측하고 particle의 거동에 대하여 분석하였다.
전자충격반응을 포함하는 플라즈마 화학반응을 고려한 용량결합형 산소플라즈마의 전산모사 연구
김헌창 ( Heon Chang Kim ) 한국공업화학회 2011 공업화학 Vol.22 No.6
전자충격반응을 고려한 three moment 플라즈마 모델과 전기적 중성성분의 반응을 고려한 유체 유동 모델을 결합하여 용량결합형 산소플라즈마에 대한 2차원적 전산모사 연구를 수행하였다. 전자의 에너지에 의하여 좌우되는 전자충격 반응에 대한 반응속도는 전자와 O2 및 O 사이의 전자충돌단면적으로부터 계산되었다. 플라즈마 모델과 유체 유동모델을 결합하고 상세한 반응메커니즘을 포함시킴으로써 전하를 띠는 전자와 이온(O2 +, O+, O2 -, and O-) 그리고 기저상태의 산소(O2 and O)뿐만 아니라 O2(a1Δ g), O2(b1Σg +), O(1D), O(1S) 등과 같이 산소플라즈마 특성에 중요한 역할을 하는 준안정상태 성분들의 시공간적 분포를 예측할 수 있었다. 또한 산소플라즈마의 전산모사로부터 sheath 경계에 이중층이 존재함을 확인할 수 있었다. Two dimensional simulation results of a capacitively coupled oxygen plasma in a cylindrical reactor geometry are presented. Detailed electron impact reaction rates, which strongly depend on electron energy, are computed from collision cross sections of electrons with O2 and O. Through the coupling of a three moment plasma model with a neutral chemistry/transport model are predicted spatiotemporal distributions of both charged species (electron, O2 +, O+, O2 -, and O-) and neutral species including ground states (O2 and O) and metastables, known to play important roles in oxygen plasma, such as O2(a1Δ g), O2(b1Σg +), O(1D), and O(1S). The simulation results clearly verify the existence of a double layer near sheath boundaries in the electronegative plasma.