이 연구 주제는 반도체 미세패턴 형성을 위한 플라즈마 식각 공정의 성능 향상에 초점을 둔다. 연구실은 SiO2, SiN 등 핵심 유전체 박막을 대상으로 반응성 이온 식각(RIE)과 유도결합 플라즈마(ICP) 기반 공정을 분석하며, 고종횡비 구조에서 발생하는 식각 속도 저하, 넥킹, 보잉, 선택비 저하와 같은 문제를 해결하는 데 주력하고 있다. 특히 차세대 반도체 소자의 선폭 축소에 대응하기 위해 공정 온도, 가스 조성, 이온 방향성, 중성종 반응성의 상관관계를 정밀하게 규명하는 연구를 수행한다. 최근에는 CF4/H2/Ar, CH2F2/Ar, NF3/NH3, F3NO 계열 플라즈마를 활용하여 산화규소와 질화규소의 식각 특성을 비교하고, 극저온 조건에서 식각 프로파일이 어떻게 변화하는지 실험적으로 검증하고 있다. 이러한 연구는 단순한 식각률 향상에 그치지 않고, 표면 조성 변화 분석, 광학 방출 분광법(OES), XPS, 잔류가스 분석 등 다양한 진단 기법을 결합해 식각 메커니즘 자체를 해석하는 방향으로 확장되고 있다. 결과적으로 공정 윈도우를 넓히고, 더 높은 이방성과 균일성을 확보하는 기술 기반을 마련한다. 이 연구의 의의는 차세대 메모리, 로직, 3차원 반도체 소자 제조에 직접 연결된다는 점에 있다. 선폭이 수십 나노 이하로 좁아질수록 플라즈마 식각의 미세 제어 능력은 공정 수율과 직결되며, 이를 위해서는 식각 장비와 진단 시스템의 통합적 이해가 필수적이다. 연구실은 공정 변수의 체계적 제어와 메커니즘 기반 최적화를 통해 산업 현장 적용성이 높은 식각 기술을 제시하고 있으며, 향후 원자층 식각과 초미세 패턴 제조 분야에서 중요한 기술적 기여를 할 수 있는 기반을 축적하고 있다.

이 연구 주제는 100Å급 이하 차세대 반도체 소자를 위한 극저온 원자층 식각(ALE) 기술과 장치 개발을 핵심으로 한다. 기존 식각 공정은 미세화가 진행될수록 프로파일 손상, 과식각, 표면 거칠기 증가, 재현성 저하 등의 한계에 직면하는데, 연구실은 이를 해결하기 위해 극저온 환경에서의 원자층 수준 반응 제어에 주목하고 있다. 극저온 조건에서는 표면 흡착과 탈착, 반응 부산물의 거동, 이온 및 라디칼의 선택적 상호작용이 달라지기 때문에, 보다 정밀한 층 단위 제거와 우수한 형상 제어가 가능해진다. 이를 위해 연구실은 극저온 식각용 테스트 챔버, 정전척(ESC), 온도 계측 시스템, 웨이퍼 및 포커스 링 실시간 온도 모니터링 기술을 함께 개발하고 있다. 단순히 공정 레시피를 찾는 수준이 아니라, 장치 내부 열거동과 플라즈마-표면 상호작용을 통합적으로 분석하여 공정 장비 자체의 성능을 고도화하는 것이 특징이다. 실제로 관련 프로젝트와 학술발표에서는 극저온 SiO2 및 SiN 식각, 웨이퍼 척 온도 측정, 플라즈마 밀도 측정 센서 내장형 장치 등에 관한 연구가 지속적으로 나타난다. 이러한 연구는 첨단 반도체 제조에서 요구되는 초정밀 가공, 저손상 공정, 고선택비 구현에 직접적으로 기여한다. 특히 게이트 올 어라운드(GAA), 3D NAND, 고집적 패턴 구조처럼 복잡한 형상을 갖는 소자에서는 나노미터 수준의 식각 제어가 필수적이므로, 극저온 원자층 식각은 매우 유망한 핵심 기술이다. 연구실의 접근은 공정과 장비를 동시에 설계하는 방식이어서, 향후 상용 장비 개발과 양산 공정 적용에 실질적인 파급효과를 가질 수 있다.

이 연구 주제는 반도체 공정 중 발생하는 플라즈마 상태를 실시간으로 측정하고 해석하기 위한 진단 기술 개발에 중점을 둔다. 플라즈마 공정은 전자밀도, 전자온도, 광방출, 압력, 반응종 조성 등 수많은 변수가 복합적으로 작용하기 때문에, 공정의 재현성과 안정성을 높이기 위해서는 정밀한 진단 체계가 필수적이다. 연구실은 기존 랑뮤어 프로브, 발광분광법, 잔류가스 분석기뿐 아니라, 정전용량 측정 센서, 반사계, 마이크로파 기반 밀도 측정, 웨이퍼형 센서 등 비침습·실시간 진단 방법을 적극적으로 개발해 왔다. 특히 웨이퍼 내장형 또는 정전척 내장형 센서를 활용하여 공정 중 플라즈마 밀도와 온도를 직접 모니터링하는 연구는 연구실의 대표적 강점이다. 관련 특허에서도 플라즈마 정보 획득 시스템, 챔버 내부 관리 시스템 등 공정 장비에 탑재 가능한 진단 플랫폼이 제시되어 있으며, 최근 프로젝트에서는 300mm 무선 웨이퍼형 공정센서와 극저온 환경 동시 모니터링 기술까지 확장되고 있다. 이는 실험실 수준의 분석을 넘어서 실제 반도체 제조장비와 연결 가능한 산업 친화적 기술이라는 점에서 의미가 크다. 이 연구는 공정 이상 탐지, 장비 상태 예측, 공정 자동제어, 디지털 트윈 기반 스마트 제조로 확장될 수 있다. 플라즈마의 상태를 정확히 읽어낼 수 있으면 공정 중 발생하는 변동성을 줄이고, 식각·증착·세정 전 과정의 품질을 높일 수 있다. 따라서 연구실의 플라즈마 진단 연구는 단순 계측 기술이 아니라, 미래 반도체 제조의 지능형 공정 제어 인프라를 형성하는 기반 기술로 평가할 수 있다.