• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.155-158
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• 2004

질산화 (SiON) 막은 메모리와 광통신 소자 제조를 위해 활발한 응용이 기대되는 중요한 재료이다. SiON막 증착특성에 관해서는 많은 연구보고가 있었으나, 식각특성에 대해서는 그 발표가 매우 미미하다. 이에 본 연구에서는 PECVD를 이용하여 증착한 SION 박막을 Ni 마스크를 이용하여 식각하였다. 공정변수에는 소스 전력, 바이어스 전력, 압력, 그리고 $C_2F_6$ 유량 등이며, 각 변수의 실험범위는 400-1000 W, 30-90 W, 6-12 mTorr, 그리고 30-80 sccm이다. 식각률은 소스전력의 증가에 따라 233 에서 444 nm/min으로 거의 선형적으로 증가하였다. 비슷한 경향성이 바이어스 전력의 증가에 따라 관찰되었다. 이는 식각률이 플라즈마 밀도와 이온충돌 에너지에 강하게 영향을 받고 있음을 의미한다. 6-10 mTorr의 압력범위와 30-50 sccm의 $C_2F_6$ 유량범위 내에서의 식각률의 변화는 매우 미미하였다. 그러나 고압 (12 mTorr)과 고 유량 (60 sccm)에서 식각률은 크게 상승하거나 감소하였다. 전체 실험범위에서 관측된 식각률의 범위는 233-444 nm/min이었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.69-69
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• 2003

최근 trench capacitor, isolation trench, micro-electromechanical system(MEMS), micro-opto-electromechanical system(MOEMS)등의 다양한 기술에 적용될 고종횡비(HAR) 실리콘 식각기술연구가 진행되어 지고 있다. 이는 기존의 습식식각시 발생하는 결정방향에 따른 식각률의 차이에 관한 문제와 standard reactive ion etching(RIE) 에서의 낮은 종횡비와 식각률에 기인한 문제점들을 개선하기 위해 고밀도 플라즈마를 이용한 건식식각 장비를 사용하여 고종횡비(depth/width), 높은 식각률을 가지는 이방성 트랜치 구조를 얻는 것이다. 초기에는 주로 HBr chemistry를 이용한 연구가 진행되었는데 이는 식각률이 낮고 많은양의 식각부산물이 챔버와 시편에 재증착되는 문제가 발생하였다. 또한 SF6 chemistry의 사용을 통해 식각률의 향상은 가져왔지만 화학적 식각에 기인한 local bowing과 같은 이방성 식각의 문제점들로 인해 최근까지 CHF3, C2F6, C4F8, CF4등의 첨가가스를 이용하여 측벽에 Polymer layer의 식각보호막을 형성시켜 이방성 구조를 얻는 multi_step 공정이 일반화 되었다. 이에 본 연구에서는 SF6 chemistry와 소량의 02/HBr의 첨가가스를 이용한 single_step 공정을 통해 공정의 간소화 및 식각 프로파일을 개선하여 최적의 HAR 실리콘 식각공정 조건을 확보하고자 하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 추계학술대회 초록집
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• pp.223-224
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• 2009

본 연구에서는 $Cl_2$/Ar 기반의 플라즈마 식각에 $N_2$가스를 첨가하여 ZnO 박막을 식각 하였을 때 관찰된 ZnO 박막의 식각 특성에 관하여 연구 하였다. ZnO 박막 식각 실험은 RF 800 W, bias power 400 W, 공정 압력 15 mTorr를 기준으로 하였으며 가스 혼합 비율로는 최적의 식각률을 보여주는 $Cl_2$/Ar=8:2 비율에서 실행하였다. 연구의 목적인 첨가 가스 $N_2$를 $Cl_2$ (80%)/Ar (20)%에 5 sccm 씩 첨가하여 20 sccm 까지 증가 시켜 실험 하였다. $N_2$ 가스가 15 sccm 첨가되었을 때 식각률 95.9 nm/min로 기존 $Cl_2$/Ar 기반의 플라즈마 식각보다 높은 식각률을 보여 주었으며 $N_2$ 가스 흐름 조절 외에도 공정 압력, RF power, bias power를 변경하며 실험하였다. 식각된 ZnO 박막의 표면은 최대 식각률을 보이는 공정 조건을 찾기 위해 surface profiler ($\alpha$-step)을 이용하여 식각률을 측정하였으며 ZnO 박막 표면의 화학적인 변화를 조사하기 위해 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하였다. XPS 분석 결과 Zn $2p_{3/2}$ peak 가낮은 binding energy 쪽으로 이동한 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 O 1s 의 스펙트럼을 분석한 결과 N-O bond와 O-H bond가 존재함이 밝혀졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.478-478
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• 2010

대기압 플라즈마 공정은 진공 플라즈마 공정에 비해 장치의 경제성 및 규모면에서 많은 장점을 갖고 있어 대기압 공정에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 대기압 DC Arc Plasmatron을 이용하여 기체의 유량, 전류, plasmatron과 Si wafer 간의 거리를 변화시켜 이에 대한 Si wafer에 식각률(etching rate)을 확인하고 최적화 하였다. Ar은 2000sccm, $CF_4$는 50, 100sccm, 그리고 $O_2$는 0~1000sccm의 유량에 변화를 주었고 전류는 50A, 70A에서 식각하였다. 분석을 위해 Si wafer를 SEM(scanning electron microscope) 측정을 하였고, 그 결과 전류는 70A에서 기체 유량은 $CF_4$는 100sccm, $O_2$는 500sccm 일 때 식각률이 높게 나타났다. 그리고 전류와 유량을 위와 같은 조건에서 Plasmatron과 Si wafer 간의 거리를 5mm~15mm 변화를 주었을 때 Si wafer에 식각률을 측정해 본 결과 거리가 5mm일 때 식각률이 가장 높음을 확인 할 수 있었다. 아울러 거리를 변화시켰을 때가 유량이나 전압을 변화시킨 것 보다 식각률의 변화가 큰 경향을 보임을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.105-105
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• 2010

펄스 DC $O_2$플라즈마를 이용하여 PMMA와 폴리카보네이트 기판을 건식 식각 한 후 그 결과에 대하여 분석하였다. 식각 공정 변수는 펄스 파워 (300~500 V), 펄스 시간 ($0.5{\sim}2.0\;{\mu}s$), 펄스 주파수 (100~250 kHz)의 변화이었다. 특성 분석은 PMMA와 폴리카보네이트의 식각률, 두재료의 포토레지스트에 대한 식각 선택도, 식각 후 표면 거칠기 변화에 대해 실시하였다. 또한 주사 전자 현미경을 이용하여 식각 후 패턴의 표면 형상을 관찰하였다. 실험 결과, PMMA의 식각률이 폴리카보네이트보다 높음을 알 수 있었다. 펄스 파워를 300 V 에서 500 V로 증가함에 따라 PMMA의 식각률은 $0.17\;{\mu}m/min$ 에서 $0.53\;{\mu}m/min$ 로 증가하였다. 폴리카보네이트는 같은 식각 조건에서 $0.09\;{\mu}m/min$ 에서 $0.22\;{\mu}m/min$ 로 증가하였다. 그 이유는 폴리카보네이트의 경우, 결합력이 큰 벤젠 분자 구조를 포함하고 있기 때문에 PMMA보다 식각률이 더 낮다고 추측한다. 또한 PMMA 와 폴리카보네이트의 포토레지스트에 대한 식각 선택비는 펄스 파워가 증가함에 따라 같이 증가하는 것을 알 수 있었다. 5 sccm O2, 55 mTorr 공정 압력, 400 V 펄스 파워, 200 kHz 펄스 주파수의 조건에서 펄스 시간이 $0.5\;{\mu}s$ 에서 $1.0\;{\mu}s$ 로 증가할 때 PMMA와 폴리카보네이트의 식각률은 거의 변화가 없었다. 그러나 같은 조건에서 펄스 시간이 $1.0\;{\mu}s$ 에서 $2.0\;{\mu}s$ 로 증가한 경우에는 PMMA와 폴리카보네이트의 식각률은 선형적으로 증가하였다. 펄스 시간이 고분자 소재의 건식 식각에 영향을 줄 수 있다는 사실을 알 수 있었다. 주사현미경을 이용하여 식각된 표면 형상을 분석한 결과, 폴리카보네이트가 PMMA보다 표면이 매끈하게 관찰되었다. 요약하면, 펄스 DC $O_2$플라즈마는 PMMA와 폴리카보네이트 등의 고분자 소재의 건식 식각에 중요하게 활용될 수 있다는 사실을 본 연구를 통해 이해할 수 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.159-162
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• 2004

플라즈마 공정 모델 개발에 역전파 신경망이 가장 많이 응용되고 있으나, 관여하는 다수의 학습인자로 인해 그 최적화가 매우 어렵다. Radial basis function network (RBFN)은 관여하는 학습인자의 수가 적어 그 최적화가 상대적으로 용이하지만, 두인자의 다양한 조합에 의해 RBFN의 예측성능이 상당히 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 학습인자 상호간의 작용을 유전자 알고리즘 (genetic algorithm-GA)을 이용하여 최적화하는 기법을 소개한다. 제안하는 알고리즘을 광도파로 제작을 위해 수행한 실리카 식각공정 데이터에 적용하여 평가하였다. 평가에 이용된 식각 응답은, 실리카 식각률, aluminum (Al) 식각률, Al 선택비, 그리고 실리카 프로파일 각도이다. 최적화한 모델은 종래의 모델과 비교하였으며, 그 향상도는 실리카 식각률, Al 식각률, Al 선택비, 그리고 실리카 프로파일 각도에 대해서 각 기 0.8%, 32.4%, 20.3%, 1.3% 등이었다. Al 식각률과 선택비에 대해서 예측성능은 상당이 향상되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.402-402
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• 2012

최근 반도체 공정 중 fluorocarbon (CxHyFz) 가스와 함께 플라즈마 밀도가 큰 유도결합형 플라즈마을 사용한 식각장비가 많이 사용되고 있다. 특히 저 유전상수 값을 가지는 박막을 밀도가 큰 플라즈마와 함께 fluorocarbon 가스를 이용하여 식각을 하게 되면 매우 복잡한 현상이 생긴다. 따라서 식각률에 대한 모델을 세우고 적용하는 일이 매우 어렵다. 본 연구에서는 CF4가스를 Ar가스와 함께 혼합하고 기판 플라즈마와 유도결합형 플라즈마를 동시에 가진 식각장비를 사용하여, 저 유전상수 값을 갖는 박막을 식각하였다. 또한, 간단한 식각모델인 Langmuir adsorption model를 이용하여 식각률(Etch rate)에 대한 합리적인 이해를 얻기 위해, 기판과 유도결합형 플라즈마의 파워에 따른 식각률을 계산하고, 식각모델에서 사용되는 매개변수인 이온플럭스(Ion Flux)와 식각수율(Etch yield)을 연구하였다. 기판의 플라즈마 파워가 20에서 100 W 증가하면서 식각률이 269에서 478 nm/min로 증가하였으며, 식각수율이 0.4에서 0.59로 증가하는 것을 관찰하였다. 반면에 기판의 플라즈마 파워 증가에 따라 이온 플럭스는 3.8에서 $4.7mA/cm^2$로 변화가 크지 않았다. 또한, 유도결합형 플라즈마의 파워가 100에서 500 W 증가하면서, 식각률이 117에서 563 nm/min로 증가하였으며, 이온플럭스가 1.5에서 $6.8mA/cm^2$으로 변화하였다. 그러나, 식각수율은 0.46에서 0.48로 거의 변화하지 않았다. 그러므로 저 유전상수 값을 가지는 박막 식각의 경우, 기판의 플라즈마는 식각수율을 증가시키며 유도결합형 플라즈마는 이온 플럭스를 증가시켜 박막 식각에 기여하는 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.220-220
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• 2010

펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마를 이용하여 GaAs와 AlGaAs의 건식식각을 연구하였다. 공정의 주요 변수는 펄스 직류 전압(350~550V), 펄스 직류 시간($0.4{\sim}1.2{\mu}sec$.), 펄스 직류 주파수(100~250kHz)이었다. 식각 실험 후 샘플의 식각률, 식각 선택도, 표면 형상을 비교, 분석하였다. 또한, 광학 발광 분석기(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 식각하는 동안 플라즈마 방전 특성을 분석하였다. 표면 단차 측정기(Alpha-step IQ, Tencor)로 식각 깊이를 측정해 식각률을 계산하였다. 표면 거칠기 또한 단차 측정기의 표면 거칠기 프로그램을 이용하여 분석하였다. 식각 벽면과 표면 상태는 주사전자현미경(Field-emission scanning electron microscopy)을 이용하여 관찰하였다. 분석 결과는 1) 펄스 직류의 전압이 증가하면 전극에 걸리는 파워가 올라가고 GaAs와 AlGaAs의 식각률도 증가하였다. 2) 76 mTorr 공정 압력, $0.7{\mu}sec$. 펄스 직류 시간과 200 kHz 주파수 일 때 10 sccm $BCl_3$ 펄스 직류 플라즈마에서 GaAs와 AlGaAs 둘 다 약 $0.4{\mu}m/min$ 이상의 식각 속도를 보여주었다. 3) 식각 선택도는 펄스 직류의 전압이 높아지면 증가하였고, 펄스 직류 주파수의 증가도 공정 파워와 GaAs와 AlGaAs의 식각률을 증가시켰다. 4) 그러나 펄스 직류 주파수가 150kHz 이하일 때에는 GaAs와 AlGaAs가 거의 식각되지 않았다. 5) 표면 거칠기는 펄스 직류 주파수가 증가하면 미세하게 좋아졌고 플라즈마는 펄스 직류 주파수가 100~250kHz 일 때 생성되었다. 6) 펄스 직류 시간의 증가는 공정 파워, 식각률, 식각 선택도 모두의 증가를 가져왔다. 7) 광학발광분석기(OES) 데이타는 $BCl_3$ 플라즈마에서 넓은 범위(450~700nm)에서의 염소(Cl) 분자 피크를 나타내었다. 8) 전자 현미경 사진은 펄스 직류 전압이 400 V보다 550 V 일 때보다 더 이방성(Anisotropic)측면과 부드러운 표면을 나타냈지만, 조금의 홈(Trench)이 발견되었다. 결론적으로 펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마는 GaAs와 AlGaAs의 건식식각에서 우수한 결과를 나타냈었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2000년도 추계학술대회
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• pp.185-193
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• 2000

이방성 습식 식각을 이용하여 멤브레인을 제작하기 위하여 KOH-IPA의 식각액을 사용하여 단결정 실리콘 기판을 이방성으로 식각을 하고, 각 용액에 대한 식각 특성을 관찰하였다. 식각률은 식각액의 온도와 농도에 의존하며, 패턴 형성 방향과 식각액의 농도에 따라 식각 형태가 다르게 나타났다. 패턴은 Primary Flat에 45°로 기울여 형성되었으며 20wt·% KOH 80℃ 이상에서는 U-groove, 그 이하의 온도와 농도에서는 V-groove 식각 형태를 관찰할 수 있었다. 각 면에 대한 식각률 차이에 의해서 생기는 Hillock은 온도와 농도가 높아짐에 따라 줄어들었고, 재식각을 퉁하여 현저하게 줄어듦을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.159-159
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• 2010

펄스 직류 전원 $BCl_3$/He 플라즈마를 사용하여 GaAs의 건식 식각을 연구하였다. 공정 변수는 가스 유량 (0~100% $BCl_3$ in $BCl_3$/He), 펄스 파워 ($450{\sim}600\;{\nu}$), 펄스 주파수 (100~250 KHz), 펄스 시간 ($0.4{\sim}1.2\;{\mu}s$)이었다. 식각 공정 후 식각률, 포토레지스트에 대한 식각 선택도, 표면 거칠기는 표면 단차 측정기를 이용하였다. 식각 공정 동안 플라즈마 광 특성 분석은 광학 발광분석기 (Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 실험 후 주사 전자 현미경을 이용, 식각 후 시료의 단면과 표면을 관찰하였다. 실험 결과에 의하면 1) 펄스 파워, 주파수, 시간을 고정 ($500\;{\nu}$, $0.7\;{\mu}s$, 200 KHz)하고 10% He 가스가 혼합되어 있는 조건에서 GaAs의 식각률이 순수한 $BCl_3$를 사용한 것보다 높았다. 이를 통해 식각 공정에서 일정량 이하의 He 혼합은 GaAs 식각률을 증가시키는 시너지효과가 있음을 알 수 있었다. 2) 그러나 약 20% 이상의 He 가스의 혼합은 GaAs의 식각 속도를 저하시켰다. 3) 10% He (9 sccm $BCl_3/1$ sccm He), 200 KHz 펄스 주파수, $0.7\;{\mu}s$ 펄스 시간의 조건에서 펄스 파워가 증가함에 따라 GaAs의 식각률 또한 선형적으로 증가하였다. 4) 특히, $600\;{\nu}$의 파워에서 식각률은 ${\sim}0.5\;{\mu}m/min$로 가장 높았다. 5) 표면 단차 측정기와 전자현미경을 이용하여 식각한 GaAs를 분석한 결과 10% He이 혼합되어 있는 조건에서는 우수한 수직 측벽과 매끈한 표면 (RMS roughness <1 nm)을 관찰할 수 있었다. 6) 10% He이 혼합된 $BCl_3$/He 펄스 직류 플라즈마 식각 후 XPS 분석결과에서도 기준 샘플과 비교하였을 때, 공정 후의 GaAs 표면이 화학적으로 깨끗하며 잔류물이 거의 검출되지 않았다. 위의 결과를 정리하였을 때, 펄스 직류 $BCl_3$/He 플라즈마는 GaAs의 식각에서 매우 우수한 공정 결과를 나타내었다.