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김병조 연구실
울산과학기술원 반도체 소재ㆍ부품 대학원 김병조 교수
Plasma Process Optimization
Deep Learning
Multiscale Simulation
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김병조 연구실

울산과학기술원 반도체 소재ㆍ부품 대학원 김병조 교수

김병조 연구실은 반도체 공정에서 플라즈마-소재 상호작용과 계면 결함 형성을 데이터 기반으로 해석하는 연구를 수행합니다. 플라즈마 시뮬레이션과 분자동역학 기반 원자 모델을 결합하고, deep learning 및 reduced-order modeling으로 공정조건에 따른 결과를 고속 예측합니다. 또한 다목적 최적화를 적용해 공정창을 좁히고 식각 공정의 균일도와 식각률을 동시에 만족하는 조건을 탐색합니다. 수소 플라즈마 처리에 대해서는 계면에서의 수소 거동과 charge trap 형성을 원자 단위로 규명하여 High-k/Si 인터페이스 안정화 가이드를 도출합니다. 아울러 계면 하중전달과 확산접합 공극 거동을 multiscale modeling으로 연결해 소재 설계 변수의 인과성을 정리합니다.

Plasma Process OptimizationDeep LearningMultiscale SimulationMolecular DynamicsHydrogen Plasma Treatment
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딥러닝 기반 플라즈마 공정 최적화와 식각 디지털 트윈 연구 thumbnail
딥러닝 기반 플라즈마 공정 최적화와 식각 디지털 트윈 연구
Deep Learning-Driven Plasma Process Optimization and Etching Digital Twin Research
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.

5개년 연도별 논문 게재 수

12총합

5개년 연도별 피인용 수

138총합
주요 논문
5
논문 전체보기
1
article
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인용수 1
·
2025
Molecular dynamics study of grain size effects on interfacial voids in Cu Cu diffusion bonding
Junhyeok Park, Juheon Kim, Minki Jang, Byungjo Kim, Hayoung Chung
IF 6.9 (2025)
Applied Surface Science
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165145
Void (composites)
Grain boundary diffusion coefficient
Grain size
Grain boundary
Molecular dynamics
Crystallite
Surface diffusion
Atomic diffusion
Surface roughness
2
article
|
인용수 15
·
2023
Computational approach for plasma process optimization combined with deep learning model
Jung-Min Ko, Jinkyu Bae, Minho Park, Younghyun Jo, Hyunjae Lee, Kyung-Hyun Kim, Suyoung Yoo, Sang Ki Nam, Dougyong Sung, Byungjo Kim
IF 3.1 (2023)
Journal of Physics D Applied Physics
Abstract As semiconductor device structures become more complex and sophisticated, the formation of finer and deeper patterns is required. To achieve a higher yield for mass production as the number of process steps increases and process variables become more diverse, process optimization requires extensive engineering effort to meet the target process requirements, such as uniformity. In this study, we propose an efficient process design framework that can efficiently search for optimal process conditions by combining deep learning (DL) with plasma simulations. To establish the DL model, a dataset was created using a two-dimensional (2D) hybrid plasma equipment model code for an argon inductively coupled plasma system under a given process window. The DL model was implemented and trained using the dataset to learn the functional relationship between the process conditions and their consequential plasma states, which was characterized by 2D field data. The performance of the DL model was confirmed by comparison of the output with the ground truth, validating its high consistency. Moreover, the DL results provide a reasonable interpretation of the fundamental features of plasmas and show a good correlation with the experimental observations in terms of the measured etch rate characteristics. Using the designed DL, an extensive exploration of process variables was conducted to find the optimal processing condition using the multi-objective particle swarm optimization algorithm for the given objective functions of high etch rate and its uniform distribution. The obtained optimal candidates were evaluated and compared to other process conditions experimentally, demonstrating a fairly enhanced etch rate and uniformity at the same time. The proposed computational framework substantially reduced trial-and-error repetitions in tailoring process conditions from a practical perspective. Moreover, it will serve as an effective tool to narrow the processing window, particularly in the early stages of development for advanced equipment and processes.
https://doi.org/10.1088/1361-6463/acd1fd
Process (computing)
Consistency (knowledge bases)
Particle swarm optimization
Plasma
Computer science
Semiconductor device fabrication
Plasma etching
Process window
Algorithm
Artificial intelligence
3
article
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인용수 8
·
2023
Deep neural network-based reduced-order modeling of ion–surface interactions combined with molecular dynamics simulation
Byungjo Kim, Jinkyu Bae, Hyunhak Jeong, Seung Ho Hahn, Suyoung Yoo, Sang Ki Nam
IF 3.1 (2023)
Journal of Physics D Applied Physics
Abstract With the advent of complex and sophisticated architectures in semiconductor device manufacturing, atomic-resolution accuracy and precision are commonly required for industrial plasma processing. This demands a comprehensive understanding of the plasma–material interactions—particularly for forming fine high-aspect ratio (HAR) feature patterns with sufficiently high yield in wafer-level processes. In particular, because the shape distortion in HAR pattern etching is attributed to the deviation of the energetic ion trajectory, the detailed ion–surface interactions need to be thoroughly investigated. In this study, molecular dynamics (MD) simulations were utilized to obtain a fundamental understanding of the collisional nature of accelerated Ar ions on the fluorinated Si surface that may appear on the sidewall of the HAR etched hole. High-fidelity data for ion–surface interaction features representing the energy and angle distributions (EADs) of sputtered atoms for varying degrees of surface F coverage and ion incident angles were obtained via extensive MD simulations. A deep learning-based reduced-order modeling (DL-ROM) framework was developed for efficiently predicting the characteristics of the ion–surface interactions. In the ROM framework, a conditional variational autoencoder (AE) was implemented to obtain regularized latent representations of the distributional data with the condition of the governing factors of the physical system. The proposed ROM framework accurately reproduced the MD simulation results and significantly outperformed various DL-ROMs, such as AE, sparse AE, contractive AE, denoising AE, and variational AE. From the inferred features of the sputtering yield and EADs of sputtered/scattered species, significant insights can be obtained regarding the ion interactions with the fluorinated surface. As the ion incident angle deviated from the glancing-angle range (incident angle >80°), diffuse reflection behavior was observed, which can substantially affect the ion transport in the HAR patterns. Moreover, it was hypothesized that a shift in sputtering characteristics occurs as the surface F coverage varies, based on the inferred EADs. This conjecture was confirmed through detailed MD simulations that demonstrated the fundamental relationship between surface atomic conformations and their sputtering behavior. Combined with additional atomistic-scale investigations, this framework can provide an efficient way to reveal various fundamental plasma–material interactions which are highly demanded for the future development of semiconductor device manufacturing.
https://doi.org/10.1088/1361-6463/acdd7f
Autoencoder
Ion
Molecular dynamics
Sputtering
Materials science
Plasma etching
Feature (linguistics)
Surface (topology)
Artificial neural network
Computational physics
최신 정부 과제
7
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1
2025년 9월-2028년 9월
|33,250,000
가상-물리 통합 AI로 구현하는 차세대 반도체 공정 디지털 트윈
본 과제는 극저온 플라즈마 식각 공정에서의 복잡한 반응 메커니즘을 정량적으로 분석하고, 이를 기반으로 공정 조건을 예측·제어할 수 있는 AI 기반 디지털 트윈 플랫폼을 구축하는 것을 목표로 한다. ML 포스필드 기반 시뮬레이션과 센서 데이터 기반 AI 예측 모델을 통합하여 공정 반응을 정밀 해석하고, 자율 최적화가 가능한 디지털 트윈 제어 시스템을 구현함으...
반도체
식각공정
멀티스케일 시뮬레이션
물리 인공지능
공정최적화
2
2025년 9월-2028년 9월
|133,000,000
가상-물리 통합 AI로 구현하는 차세대 반도체 공정 디지털 트윈
본 과제는 극저온 플라즈마 식각 공정에서의 복잡한 반응 메커니즘을 정량적으로 분석하고, 이를 기반으로 공정 조건을 예측·제어할 수 있는 AI 기반 디지털 트윈 플랫폼을 구축하는 것을 목표로 한다. ML 포스필드 기반 시뮬레이션과 센서 데이터 기반 AI 예측 모델을 통합하여 공정 반응을 정밀 해석하고, 자율 최적화가 가능한 디지털 트윈 제어 시스템을 구현함으...
반도체
식각공정
멀티스케일 시뮬레이션
물리 인공지능
공정최적화
3
2025년 8월-2028년 8월
|194,654,000
초정밀 반도체 극저온 식각을 위한 AI기반 가상 공정-물리 시스템 통합 플랫폼
본 연구는 차세대 반도체 제조공정의 핵심인 극저온 식각 공정을 대상으로, 물리 기반 멀티스케일 시뮬레이션과 생성형 AI 기술을 융합한 가상 공정 플랫폼(Virtual Process Platform)을 구축하는 것을 최종 목표로 한다. 이를 통해 플라즈마 장비 및 공정 변수 변화에 따른 공정 특성과 성능 한계를 정밀하게 예측·평가하고, 나아가 공정 설계의 효...
반도체
식각공정
멀티스케일 시뮬레이션
기계학습
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