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韓国標準研、50年間の難題だったプラズマのヒステリシス現象を解決

韓国の半導体素子技術と装置製造技術の不均衡解消に期待


ある物質が経てきた過去が現在の状態に影響を及ぼすことを意味する「ヒステリシス(Hysteresis)」現象。韓国の研究チームがプラズマのヒステリシス現象の原因を解明、制御に成功したことで半導体やディスプレイ製造工程上品質低下の問題解決の手がかりを提示した。

大徳所在の韓国標準科学研究院(パク・サンヨル院長)は半導体測定装置チームのイ・ヒョチャン先任研究員が50年以上にわたり学界でも未解決だったプラズマのヒステリシス現象の問題を解決したと4月12日に発表した。

プラズマ(Plasma)は電子、イオン、中性の気体で構成されるイオン化された気体を意味する。固体、液体、気体以外の第4の物質の状態とされる。

プラズマは核融合、環境、航空宇宙、バイオ、医学など産業各分野で使用されている。最近では先端技術の集約体である半導体、ディスプレイ分野で真価を発揮しているが、素子の蒸着、蝕刻、洗浄など加工工程の全般において活用され集積度を向上させている。

だが完璧に近いように見えるプラズマも予想できない現象が起きることがある。素子の製造工程はその時その時に要求するプラズマの条件が異なる。この過程で誘導結合プラズマ装置の電力外部変数を調節するが、問題は電力を調節してもプラズマの状態が必要とする条件に変わらないまま過去に依存する「ヒステリシス現象」が発生することがある。

プラズマのヒステリシス現象が発生すると素子の性能および収率に致命的な悪影響を及ぼすが、これまではこれに対する原因すら分かっていなかった。だが必要とするプラズマの状態と製造工程の結果が出るまで試行錯誤を反復しつつ設定を変更するのが最善の方法だった。

プラズマのヒステリシスを解決するためにこれまで数多くの理論的、実験的な研究が試みられている。だが、主要な原因を明らかにできず、プラズマ物理学界の難題として残っていた。イ・ヒョチャン先任研究員は精密測定法を利用してこの現象の原因がプラズマ内の電子エネルギー分布による差であるという事実を理論、モデリング、実験を通じて初めて立証した。

また特定の非活性気体を注入したり生産装置の外部条件を変更する方法を考案して最適化された工程で安定的にプラズマを使用できる独自の制御技術を開発した。この技術を通じて高品質の素子を安定的に生産し、装置を最適化する技術を確保すれば、半導体市場の素子および装置産業の同時成長を期待できる。

イ・ヒョチャン先任研究員は「韓国は名実ともに半導体とディスプレイの強国だが、数十億ウォン以上の高付加価値先端装置を全量輸入している。国産化に役立つ次世代工程装置の核心技術で素子技術にのみ集中してきた韓国の半導体産業の不均衡を解消したい」と話している。

研究成果は『Applied Physics Reviews』に「Invited Review Article」として掲載された。






[2018-04-17]

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