[논문]DBD(Dielectric Barrier Discharges)에서 전공 플라즈마 발생에 대한 해석적 연구

선명수; 차성훈; 김종봉; 김종호; 김성영; 이혜진

DBD(Dielectric Barrier Discharges)에서 전공 플라즈마 발생에 대한 해석적 연구
An Analysis of Vacuum Plasma Phenomena in DBD(Dielectric Barrier Discharges) 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.26 no.3 = no.216, 2009년, pp.122 - 128

선명수 (서울산업대학교 NID 융합기술대학원) , 차성훈 (서울산업대학교 NID 융합기술대학원) , 김종봉 (서울산업대학교 자동차공학과) , 김종호 (서울산업대학교 금형설계학과) , 김성영 ((주)어플라이드 플라즈마) , 이혜진 (한국생산기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

DBD(Dielectric Barrier Discharges) plasma is often used to clean the surface of semiconductor. The cleaning performance is affected mainly by plasma density and duration time. In this study, the plasma density is predicted by coupled simulation of flow, chemistry mixing and reaction, plasma, and electric field. 13.56 MHz of RF source is used to generate plasma. The effect of dielectric thickness, gap distance, and flow velocity on plasma density is investigated. It is shown that the plasma density increases as the dielectric thickness decreases and the gap distance increases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 서울테크노파크의 차세대 패키징 공정 . 장비 실용화사업(과제번호:10029793)의 일환으로 지식경제부 지원을 받아 수행되었으며, 또한, 지식경제부와 한국산업기술재단의 전략기술인력양성사업으로 수행된 연구결과입니다.
본 연구에서는 유전체의 두께, 유전체 사이의 거리, 가스의 속도에 따라서 플라즈마 밀도를 해석하였다. 작동 압력은 lOOPa 이고, 200V 의 13.

제안 방법

시간에 대한 적분은 RF 플라즈마 관련 적분과 유동 관련 적분으로 나누어서 한다. 플라즈마해석은 1Hz 를 100 번 나누어 수행하였고, 유동은 10"/s 간격으로 적분을 하였다. 한번의 시간 적분 동안 최대 축차 회수는 10 번으로 하였다.
해석하였다. Hollander 와 Behnisch, 6 조중희등, 4 Yi 등 me 전압, 주입 가스의 종류, 거리 등의플라즈마 발생 조건과 플라즈마 처리 시간에 따른 표면 친수화 정도를 측정하여 분석하였다. 김영수 등 3은 유도 결합형 플라즈마를 이용하여 저밀도폴리에틸렌의 플라즈마 이온주입 방법으로 처리된 폴리스티렌의 분자량에 따른 표면 친수성 및 에이징 현상에 대해 연구하였다.
를 이용하여 해석하였다. lOOPa 의 낮은 압력에서 13.56MHz, 200V 의 전압을 적용하여 해석하였고, 유전체 두께, 유전체와 전극 사이의 거리, 가스의 유입 속도, 그리고 전압에 따른 플라즈마밀도를 관찰하였다.
56MHz 로 우측 전극(Electrode)에 하였다. 가스는 1.0m/s 의 속도로 입구(Inlet)를 통해 공급되 었고, 출구(Outlet)은 lOOPa 의 압력으로 경계조건 처리하였다.
가스는 유체로 모델링 하였고, 유전체 (Dielectric)는 고체로 모델링 하였다.
계속해서 해석을 진행하면 더 이상 플라즈마 밀도가 변하지 않고 유지되는 시각이 있을 것이다. 그 시각까지 해석을 수행하여 플라즈마 밀도를 비교하였다.
반도체 공정에서 식각 공정과 표면 세정 공정에 많이 이용이 되고 있는 용량 결합형 플라즈마에서 플라즈마 발생을 상용 소프트웨어인 CFD- ACE 를 이용하여 해석하였다. lOOPa 의 낮은 압력에서 13.
5cm 로 변화 시 키 고, 가스의 유입 속도는 1, 5, 10, 15m/s 로 변경시키면서 수행하였고 결과를 분석하였다. 유체 유동 모듈, 화학반응 모듈, 플라즈마모듈, 전기장 모듈을 연결하여 연성으로 해석하였다. 가스는 아르곤(Ar)을 이용하였다.
6 초 후이다. 충분한 시간 동안 해석하여야 하지만, 해석 시간이 너무 오래 소요되어 12.6 초의 결과로 상대적으로 비교하고자 한다. 전극과 유전체 부위의 시스발생 영역의 플라즈마 밀도는 유전체 두께에 크게 영향을 받지 않는다.
해석은 전극과 유전체 간격은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0cm 로 변화 시키고 , 유전체의 두께는 0.1, 0.2, 0.5cm 로 변화 시 키 고, 가스의 유입 속도는 1, 5, 10, 15m/s 로 변경시키면서 수행하였고 결과를 분석하였다. 유체 유동 모듈, 화학반응 모듈, 플라즈마모듈, 전기장 모듈을 연결하여 연성으로 해석하였다.
56MHz 의 전원을 적용하였다. 해석은 플라즈마발생을 해석할 수 있는 CFD-ACE2 를 이용하였고, 유체유동, 화학 반응, 전자기장, 플라즈마 해석을 포함하였다.

대상 데이터

유체 유동 모듈, 화학반응 모듈, 플라즈마모듈, 전기장 모듈을 연결하여 연성으로 해석하였다. 가스는 아르곤(Ar)을 이용하였다.
2 에 나타내었다. 전극과 유전체 사이는 0.5cm~2cm 로하였고, 전극과 유전체의 길이는 12cm 로 하였다. 가스의 압력은 lOOPa 이고, 전력 공급은 200V, 13.

이론/모형

해석은 상용 S/W 인 CFD-ACE 를 이용하여 수행하였다. 가스는 유체로 모델링 하였고, 유전체 (Dielectric)는 고체로 모델링 하였다.

성능/효과

해석의 결과 유전체의 두께가 얇을수록, 유전체와 전극 사이의 거리가 멀수록, 가스의 유입 속도가 빠를수록, 인가된 전압이 클수록 발생된 플라즈마 밀도가 큼을 알 수 있었다.

후속연구

시간이 지남에 따라 중앙부의 플라즈마밀도가 점점 증가하고 있다. 계속해서 해석을 진행하면 더 이상 플라즈마 밀도가 변하지 않고 유지되는 시각이 있을 것이다. 그 시각까지 해석을 수행하여 플라즈마 밀도를 비교하였다.
또한 실험을 통한 세정 및 식각 성능과 발생된 플라즈마 밀도와의 상관관계를 파악하면 해석 결과가 플라즈마 발생기 및 공정을 설계하는데 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
수 있다. 향후 완전히 시간에 대해 완전히 수렴된 결과를 이용하여 다시 경향을 분석할 필요는 있을 것으로 사료된다.

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