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주정훈 한국진공학회 2014 Applied Science and Convergence Technology Vol.23 No.4
Fluid model based numerical analysis is done to simulate a low damage etch back system for 20 nm scale semiconductor fabrication. Etch back should be done conformally with very high material selectivity. One possible mechanism is three steps: reactive radical generation, adsorption and thermal desorption. In this study, plasma generation and transport steps are analyzed by a commercial plasma modeling software package, CFD-ACE+. Ar + CF4 ICP was used as a model and the effect of reactive gas inlet position was investigated in 2D and 3D. At 200∼300 mTorr of gas pressure, separated gas inlet scheme is analyzed to work well and generated higher density of F and F2 radicals in the lower chamber region while suppressing ions reach to the wafer by a double layer conducting barrier.
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Very High Frequency Multi Hollow Cathode PECVD 장치의 수치모델링
주정훈,Joo, Jung-Hoon 한국진공학회 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.5
초고주파 다중 중공 음극 방전을 이용한 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 3차원 수치 모델링하였다. 기본적인 방전 특성을 파악하기 위하여 알곤 플라즈마를 40 MHz, 100 V, 133.3 Pa (1 Torr)의 조건에 대해서 계산하였다. 6 mm 직경의 홀을 20 mm 간격으로 배열하였고 전극 간격은 10 mm를 가정하였다. 피크 플라즈마 밀도는 홀의 하부 중앙에서 $5{\times}10^{11}#/cm^3$ 였으며 전자 온도는 접지 상태로 가정한 기판과 챔버 벽면 주위에서 가장 높았다. 준안정 상태에 의한 2단 이온화 속도는 전자 충돌에 의한 직접 이온화보다 10배 가량 높았다. 수소에 대한 계산에서는 이온화 이외의 다양한 에너지 소모 경로가 있어서 방전의 국재화가 잘 이루어지지 않았다. 3D fluid based numerical modelling is done for a VHF multi hollow cathode array plasma enhanced chemical vapor deposition system. In order to understand the fundamental characteristics of it, Ar plasma is analyzed with a condition of 40 MHz, 100 Vrf and 1 Torr. For hole array of 6 mm diameter and 20 mm inter-hole distance, plasma is well confined within the hole at an electrode gap of 10 mm. The peak plasma density was $5{\times}10^{11}#/cm^3$ at the center of the hole. When the substrate was assumed at ground potential, electron temperature showed a peak at the vicinity of the grounded walls including the substrate and chamber walls. The reaction rate of metastable based two step ionization was 10 times higher than the direct electron impact ionization at this condition. For $H_2$, the spatial localization of discharge is harder to get than Ar due to various pathways of electron impact reactions other than ionization.
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PECVD공정에 사용되는 드라이펌프에서 내부 입자 생성 확률 모델링
주정훈 한국진공학회 2021 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2021 No.2
SiH<SUB>4</SUB>+O<SUB>2</SUB> 가스의 조합을 사용하는 SiO<SUB>2</SUB> 증착용 PECVD 장치에 사용될 루츠타입 드라이펌프는 일정량의 SiO<SUB>2</SUB> 입자 생성 가능성을 고려하여 설계하여야 한다. 로터 사이 간극이 0.2mm, 로터 - 하우징 간극 0.15mm 수준이며 약간의 열팽창을 고려하여 로터와 하우징의 규격을 결정하지만, 입자들이 다수 생성되면 로터 - 하우징 사이에 협착되어서 회전이 불가능한 조건까지 발생할 확률이 높다. CFD-ACE+의 화학 반응 모듈을 사용하여 수 Torr 정도의 입구압력에서 6단 루츠 펌프의 내부 구조를 고려한 3차원 수치모델을 개발하였다. 압력의 함수로 주어진 SiO<SUB>2</SUB> 입자 생성 가능성을 해석하여 펌프 내부 구조 최적화를 위한 데이터를 확보하였
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CFD를 이용한 내장형 안테나 유도 결합 플라즈마 시스템 모델링
주정훈,Joo, Jung-Hoon 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.3
전산 유체 역학 코드를 사용하여 안테나 내장형 유도 결합 플라즈마 시스템의 가스 유동 특성, 전력 흡수, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포에 대해서 살펴보았다. 복잡한 현실적 3차원 시스템에 대한 안정한 수치해의 도출을 위해서 최적화된 격자생성 전략을 구사하였으며, 이를 이용하여 플라즈마 질화 시스템을 한 예로 전력 흡수, 가스 유동, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포를 분석하였다. 금속 노출형 안테나의 경우 전력 도입부 쪽에 전력 흡수의 불균형이 모델에서 예측되었으며 유전체피복 안테나의 한 예에서 전력 흡수 표피 깊이가 실제 보고된 값인 53 mm와 잘 일치하는 50 mm로 예측되었다. 또한 수소연료 전지 분리판을 위한 고속 질화 공정용 시스템의 모델링에서도 산업용 대량 처리 시스템에 적절한 다중 분리판의 장입 간격을 가스 유동, 활발한 질화종인 질소 원자와 질소 분자 이온의 농도를 근거로 예측하였다. CFD is used to analyze gas flow characteristics, power absorption, electron temperature, electron density and chemical species profile of an internal antenna type inductively coupled plasma system. An optimized grid generation technology is used for a complex real-scale models for industry. A bare metal antenna shows concentrated power absorption around rf a feeding line. Skin depth of power absorption for a system is modeled to 50 mm, which is reported 53 mm by experiments. For an application of bipolar plates for hydrogen fuel cells, multi-sheet loading ICP nitriding system is proposed using an internal ICP antenna. It shows higher atomic nitrogen density than reported simple pulsed dc nitriding systems. Minimum gap between sheets for uniform nitriding is modeled to be 39 mm.
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주정훈 한국진공학회 2014 Applied Science and Convergence Technology Vol.23 No.4
A real‐time monitoring of immersed antenna type inductively coupled plasma (ICP) was done with a homemade 2 dimensional voltage probe array to check the uniformity of the plasma. Measured voltage values with a high impedance voltmeter are close to the floating potential of the plasma. As the substrate carrier was moving into a magnetron sputtering plasma diffusive from a 125 mm×625 mm size cathode, measured results showed reliably separation of plasma into the upper and lower empty space over the carrier. Infra red thermal imaging camera was used to observe the cross corner effect in situ without eroding a target to the end of the usage. 3 dimensional particle trace model was used to analyze the magnetron discharge's behavior.
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Numerical Modeling of an Inductively Coupled Plasma Sputter Sublimation Deposition System
주정훈 한국진공학회 2014 Applied Science and Convergence Technology Vol.23 No.4
Fluid model based numerical simulation was carried out for an inductively coupled plasma assisted sputter deposition system. Power absorption, electron temperature and density distribution was modeled with drift diffusion approximation. Effect of an electrically conducting substrate was analyzed and showed confined plasma below the substrate. Part of the plasma was leaked around the substrate edge. Comparison between the quasi-neutrality based compact model and Poisson equation resolved model showed more broadened profile in inductively coupled plasma power absorption than quasi-neutrality case, but very similar Ar ion number density profile. Electric potential was calculated to be in the range of 50 V between a Cr rod source and a conductive substrate. A new model including Cr sputtering by Ar+was developed and used in simulating Cr deposition process. Cr was modeled to be ionized by direct electron impact and showed narrower distribution than Ar ions.
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