• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2004.11a
• /
• pp.272-275
• /
• 2004

플라즈마 식각공정은 소자제조를 위한 미세 패턴닝 제작에 이용되고 있다. 공정 메커니즘의 정성적 해석, 최적화, 그리고 제어를 위해서는 컴퓨터 예측모델의 개발이 요구된다. 역전파 신경망 (backpropagation neural network-BPNN) 모델을 개발하는 데에는 다수의 학습인자가 관여하고 있으며, 가장 그 최적화가 어려운 학습인자는 초기웨이트이다. 모델개발시, 초기웨이트는 random 값으로 설정이 되며, 이로 인해 초기웨이트의 최적화가 어렵다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘 (genetic algorithm-GA)을 이용하여 BPNN의 초기웨이트를 최적화하였으며, 이를 식각공정 모델링에 적용하여 평가하였다. 실리카 식각공정 데이터는 $2^3$ 인자 실험계획법을 이용하여 수집하였으며, GA에 관여하는 두 확률인자의 영향을 42 인자 실험계획법을 이용하여 최적화 하였다. 종래의 모델에 비해, 최적화된 모델은 실리카 식각률, Al 식각률, Al 선택비, 그리고 프로파일 응답에 대해서 각 기 24%, 13%,, 16%, 그리고 17%의 향상률을 보였다. 이는 제안된 최적화 기법이 플라즈마 모델의 예측성능을 증진하는데 효과적으로 응용될 수 있음을 의미한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2003.03a
• /
• pp.62-62
• /
• 2003

고밀도 유도결합 플라즈마(high density inductively coupled plasma) 식각은 GaAs 이종접합 양극성 트랜지스터(HBTs)와 고속전자 이동도 트랜지스터(HEMTs)와 같은 GaAs 기반 반도체의 정교한 패턴을 형성하는데 더욱 많이 이용되고 있다 본 연구는 고밀도 플라즈마 소스(source)인 평판형(planar) 고밀도 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 가스에 따른 GaAs 식각결과를 비교 분석하였다. 공정변수는 ICP 소스 파워를 0-500W, RIE 척(chuck) 파워를 0-150W, 공정압력을 0-15 mTorr 이었다. 그리고 가스 유량은 20sccm(standard cubic centimeter per minute)으로 고정시킨 상태에서 Ar 첨가 비율에 따른 GaAs의 식각결과를 관찰하였다. 공정 결과는 식각률(etch rate), GaAs 대 PR의 선택도(selectivity), 표면 거칠기(roughness)와 식각후 표면에 남아 있는 잔류 가스등을 분석하였다. 20 $BCl_3$ 플라즈마를 이용한 GaAs 식각률 보다 Ar이 첨가된 (20-x) $BC1_3/x Ar$ 플라즈마의 식각률이 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 식각률 증가는 Ar 가스의 첨가로 인한 GaAs 반도체와 Ar 플라즈마의 충돌로 나타난 결과로 예측된다. $BCl_3$ 와 $BC1_3/Ar$ 플라즈마에 노출된 GaAs 반도체 모두 표면이 평탄하였고 수직 측벽도 또한 우수하였다. 그리고 표면에 잔류하는 성분은 Ga와 As 이외에 $Cl_2$ 계열의 불순물이 거의 발견되지 않아 매우 깨끗함을 확인하였다. 이번 발표에서는 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 플라즈마를 이용한 GaAs의 건식식각 비교에 대해 상세하게 보고 할 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.44 no.5
• /
• pp.483-488
• /
• 2006

Etching process of PMMA (Polymethyl Methacrylate) on glass surface was investigated by dry etching technique using remote plasma. To determine the etching characteristics, the remote plasma etching was conducted for various process parameters such as plasma power, reaction gas and distance from plasma generation. As the distance from the plasma generation was increased, the etch rate of PMMA was linearly decreased by radical density in plasma. PMMA has removed by reactive radicals in the plasma. The etch rate increased with plasma power because of more reactive radicals. The etch rate and surface roughness of PMMA increased with $O_2$ concentration in the etchant.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.213-213
• /
• 2016

현재 반도체 산업에서는 디바이스의 고 집적화, 고 수율을 목적으로 패턴의 미세화 및 웨이퍼의 대면적화와 같은 이슈가 크게 부각되고 있다. 다중 패터닝(multiple patterning) 기술을 통하여 고 집적 패턴을 구현이 가능해졌으며, 이와 같은 상황에서 각 패턴의 임계치수(critical dimension) 변화는 패턴의 위치 및 품질에 큰 영향을 끼치기 때문에 포토마스크의 임계치수 균일도(critical dimension uniformity, CDU)가 제작 공정에서 주요 파라미터로 인식되고 있다. 반도체 광 리소그래피 공정에서 크롬(Cr) 박막은 사용되는 포토 마스크의 재료로 널리 사용되고 있으며, 이러한 포토마스크는 fused silica, chrome, PR의 박막 층으로 이루어져 있다. 포토마스크의 패턴은 플라즈마 식각 장비를 이용하여 형성하게 되므로, 식각 공정의 플라즈마 균일도를 계측하고 관리 하는 것은 공정 결과물 관리에 필수적이며 전체 반도체 공정 수율에도 큰 영향을 미친다. 흔히, 포토마스크 임계치수는 플라즈마 공정에서의 라디칼 농도 및 식각 선택비에 의해 크게 영향을 받는 것으로 알려져 왔다. 본 연구에서는 Cr 포토마스크 에칭 공정에서의 Cl2/O2 공정 플라즈마에 대해 O2 가스 주입량에 따른 식각 선택비(etch selectivity) 변화를 계측하여 선택비 제어를 통한 Cr 포토마스크 임계치수 균일도 향상을 실험적으로 입증하였다. 연구에서 사용한 플라즈마 계측 방법인 발광분광법(OES)과 optical actinometry의 적합성을 확인하기 위해서 Cl2 가스 주입량에 따른 actinometer 기체(Ar)에 대한 atomic Cl 농도비를 계측하였고, actinometry 이론에 근거하여 linear regression error 1.9%을 보였다. 다음으로, O2 가스 주입비에 따른 Cr 및 PR의 식각률(etch rate)을 계측함으로써 식각 선택비(etch selectivity)의 변화율이 적은 O2 가스 농도 범위(8-14%)를 확인하였고, 이 구간에서 임계치수 균일도가 가장 좋을 것으로 예상할 수 있었다. (그림 1) 또한, spatially resolvable optical emission spectrometer(SROES)를 사용하여 플라즈마 챔버 내부의 O atom 및 Cl radical의 공간 농도 분포를 확인하였다. 포토마스크의 임계치수 균일도(CDU)는 챔버 내부의 식각 선택비의 변화율에 강하게 영향을 받을 것으로 예상하였고, 이를 입증하기 위해 각각 다른 O2 농도 환경에서 포토마스크 임계치수 값을 확인하였다. (표1) O2 11%에서 측정된 임계치수 균일도는 1.3nm, 그 외의 O2 가스 주입량에 대해서는 임계치수 균일도 ~1.7nm의 범위를 보이며, 이는 25% 임계치수 균일도 향상을 의미함을 보인다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.407-407
• /
• 2010

본 논문에서는 확장된 히든마코브모델을 이용하여 플라즈마 식각공정에서 식각종료검출을 위한 방법을 연구하였다. 플라즈마 식각장비는 유도성 결합플라즈마 시스템을 사용하였으며, 종료점 검출을 위해 식각공정이 진행됨에 따른 플라즈마의 상태를 확인할 수 있는 광학 방사 분광기(Optical Emission Spectroscopy: OES)를 사용하였다. 식각이 진행되는 동안 여기되는 입자들은 특정한 재료에 해당하는 파장에서 빛을 방출한다. 플라즈마상태에서 여기되는 원자와 분자들에 의해서 방출되는 빛은 OES를 통해 식각되는 물질을 확인하기 위해서 특별한 파장의 빛을 선택하여 분석한다. 본 논문에서는 확장된 히든마코브모델을 이용해 산화물이 식각될 때 방출하는 고유한 파장의 빛을 분석하여 식각이 종료되는 시점을 찾는 연구를 하였다. 제안된 확장형 히든마코브 모델은 세미-마코브모델과 분절특징 히든마코브모델을 결합한 것으로, 확률적 통계기법을 통해 종료시점을 찾아내는 방법이다. OES를 통해 얻은 데이터는 식각 종료가 일어나기 전의 파장의 상태와 식각이 종료된 후의 파장의 상태로 구분되어지는데, 식각종료시점에서 파장의 상태가 변화하며 이를 감지하여 식각종료점을 검출한다. 분절특징 히든마코브모델을 이용하여 식각종료시점 전후의 파장의 상태를 모델링 하였으며, 일반적인 마코브 모델의 특정상태가 유지될 시간의 확률을 변형된 세미-마코브 모델을 이용하여 OES를 통해 얻은 데이터 내에서 식각 종료가 일어나기 전의 상태가 유지될 수 있는 확률을 모델링 하였다. 실험을 통해 얻어진 6개의 데이터중 4개를 학습을 위해 사용하여 모델링을 하였고 나머지 2개의 데이터를 검증을 위해 사용한 결과, 확장형 히든마코브모델의 식각종료시점검출에 있어 뛰어난 정확성과 우수성을 증명하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2003.05e
• /
• pp.77-80
• /
• 2003

MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술에서 실리콘 식각기술의 중요성으로 플라즈마 식각기술의 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 이중에서 ICP(Inductive Coupled Plasma)는 기존의 증착장치에 유도결합식 플라즈마를 추가로 발생시켜 증착막의 특성을 획기적으로 개선시키는 가장 최근에 개발된 기술이며, 이용에너지를 증가시키지 않고도 이용밀도를 높이고 이용업자들에 방향성을 가할 수 있는 새로운 플라즈마 기술로, 주로 MEMS 제조공정에 응용되고 있다. 본 연구에서는 STS-ICP $ASE^{HR}$을 이용하여 식각과 증착공정을 반복하여 식각을 하는 Bosch 식각에 관하여 연구하였다 STS-ICP $ASE^{HR}$ 장비의 Platen power, Coil power 및 Process pressure에 다양한 변화를 주어 각 변수에 따른 식각속도를 관찰하였다. 각 공정별 변수를 변화시킨 결과 Platen power 12W, Coil power 500W, 식각/Passivation Cycle 6/7sec 일 경우 식각속도는 $1.2{\mu}m$/min 이었고, Sidewall profile은 $90{\pm}0.7^{\circ}$로 나타나 매우 우수한 결과를 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.97-97
• /
• 2010

많은 플라즈마 공정 중에 건식 식각은 복잡하고 표면반응이 잘 알려지지 않은 등의 이유로 가장 어려운 분야 중의 하나이다. 이러한 이유로 식각 장치 디자인뿐만 아니라 플라즈마를 이용한 건식 식각의 공정 조건은 수많은 시행착오를 통해 시도되어 왔다. 이런 문제들을 극복하기 위해 많은 연구자들에 의해서 다양한 방법과 tool을 이용해 모델링이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $CF_4$ 가스를 이용한 유도결합 플라즈마에 의해 Si와 $SiO_2$를 식각하는 것을 상용 프로그램인 전산모사 유체역학 시뮬레이터인 CFD-ACE+를 이용하여 모델링했다. 150 mm 직경의 웨이퍼에 대한 모델은 식각 속도 실험결과와 비교 하였다. Ar의 경우 20 mTorr에서 13.56 MHz, 500 W인가 시 2.0 eV의 전자온도와 $7.3{\times}10^{11}\;cm^{-3}$의 전자밀도가 계산결과와 상당히 일치하게 측정되었고, $CF_4$를 이용한 $SiO_2$ 식각에서도 식각 속도가 평균 190 nm/min로 일치했고 식각 균일도는 3% 였다. 450 mm 웨이퍼 공정용 장치의 모델 계산 결과에서는 안테나와 기판의 거리, 챔버의 단면적, 기판 지지대와 배기구와의 높이 등 기하학적인 구조와 각 안테나 턴의 위치 및 전류비가 플라즈마 균일도에 많은 영향을 주었으며, 안쪽부터 4 turn이 있는 경우 2번째, 4번째 turn에만 1:4의 전류비를 인가했을 때, 수십%의 전자밀도의 불균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다. 또한, Si 식각에서는 식각 속도의 분포가 F radical의 분포와 같은 경향을 보임을 확인했고, $SiO_2$ 식각에서는 전자 밀도의 분포와 일치함을 확인함으로써 균일한 식각을 위해서 두 물질의 식각 공정에서는 다른 접근의 시도가 필요함을 확인했다. 플라즈마의 준중성 조건을 이용해서 Poisson 방정식을 풀지 않고 sheath를 해석적 모델로 처리하는 방법과, Poisson 식으로 정전기장을 푸는 방법을 통해서 입사 이온의 에너지 분포를 비교하였다. 에너지 범위는 80~120 eV로 같지만, 실험에서는 IED가 낮은 에너지 쪽이 더 높게 측정됐고, 계산 결과에서는 높은 에너지 쪽이 높았다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.4 no.2
• /
• pp.210-216
• /
• 1995

최근에 연구되고 있는 저온, 저압 플라즈마를 이용한 식각기술 중 차세대 반도체 metallization 공정에 응용될 수 있는 가장 적합한 기술이라 사료되는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP)를 이용한 RF 스퍼터 식각 반응로를 제작하고 이에 대한 특성을 조사하였다. 유도용 주파수로서 13.56 MHz를 사용하였으며 유도결합을 일으키기 위해 3.5회의 나선형 평판형 코일을 사용함으로써 비교적 대면적에 균일한 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있었다. 또한 기판에 독립적인 13.56MHz RF power를 가해 DC 바이어스를 인가함으로써 기판으로 입사하는 하전입자들의 에너지를 조절하여 기판에의 손상을 최소화하며 SiO2의 스퍼터 식각 속도를 극대화할 수 있었다. 따라서 이러한 특성을 갖는 유도 결합형 플라즈마 식각장치를 차세대 반도체의 RF스퍼터 식각 공정에 응용할 수 있으리라 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.142-142
• /
• 2013

DBD (Dielectric Barrier Discharge) 대기압 플라즈마를 이용한 a-Si 식각기술에 대한 연구결과를 논하고자 한다. 기술개발의 목적은 대면적 TFT-LCD 혹은 Flexible Display 공정에 적용가능한 대기압 플라즈마 식각장치의 개발 및 검증이다. 실험에서 식각 가스로는 SF6, NF3 등을 사용하였으며, 질소를 기본 가스로 사용하였다. 검증용으로 개발된 대기압 플라즈마 식각 장치는 대기압 플라즈마 장치를 연속적으로 통과하는 in-line system 형식으로 개발되었다. 검증에 사용된 대기압 플라즈마 장치는 300 mm의 방전 폭으로 1세대 LCD기판의 처리가 가능하다. 대기압 플라즈마 식각 기술 개발에서 식각율에 영향을 미치는 변수들은 기판의 온도, 식각가스의 농도, 기판의 이송속도, 기판과 플라즈마 발생장치 사이의 간격 그리고 플라즈마의 인가 전력 등으로 크게 구분지어 생각할 수 있다. 개발된 식각 장치는 SF6를 사용하는 경우 최대 환산 식각율은 500 nm/min 정도이다. 식각 기술에서 중요한 식각 Uniformity와 그와 연관된 a-Si/SiNx 식각 선택비는 사용하는 가스의 Recipe 개발에 중점을 두고 연구를 진행하였다. 식각 Uniformity는 약 7% 이내의 균일도를 갖고 a-Si/ SiNx의 선택비는 10이상의 결과를 얻었다. 또한 식각 가스는 식각 profile에 영향을 줄 수 있는데 대기압 환경에서 형성되는 collisional sheath에도 불구하고 비 등방성 식각이 가능하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.238-239
• /
• 2011

최근 반도체 산업은 더 높은 성능의 회로 제작을 통해 초고집적화를 추구하고 있다. 이를 위해서 회로 설계의 최소 선폭과 소자 크기는 지속적으로 감소하고 있고 이를 위한 배선 기술들은 플라즈마 공정을 이용한 식각공정에 크게 의존하고 있다. 식각공정에 있어서 반응가스의 조성은 식각 속도와 선택도를 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 CIS QMS (closed ion source quadrupole mass spectrometer)를 이용하여 CF4+Ar를 이용한 실리콘 산화막의 플라즈마 식각 공정 시 생성되는 라디칼과 이온 종들을 측정하였다. Ar 이온이 기판표면과 충돌하여 기판물질간의 결합을 깨놓으면, 반응성 기체 및 라디칼과의 반응성이 커져서 식각 속도를 향상 시키게 된다. 본 실험에서는 2 MHz의 RPS (remote plasma source)를 이용하여 플라즈마를 발생시키고 13.56 MHz의 rf 전력을 기판에 인가하여 식각할 웨이퍼에 바이어스 전압을 유도하였다. CF4/(CF4+Ar)의 가스 혼합비가 커질수록 식각 부산물인 SiF3의 양은 증가 하였으며, CF4 혼합비가 0일 때(Ar 100%) 비하여 1일 때(CF4 100%) SiF3의 QMS 이온 전류는 106배 증가하였다. 이때의 Si와 결합하여 SiF3를 형성하는 F라디칼의 소모는 0.5배로 감소하였다. 또한 RPS power가 800 W일 때 플라즈마에 의해서 CF4는 CF3, CF2, CF로 해리 되며 SiO2 식각 시 라디칼의 직접적인 식각과 Si_F2의 흡착에 관여되는 F라디칼의 양은 CF3 대비 7%로 검출되었고, 식각 부산물인 SiF3는 13%로 측정되었다. Ar의 혼합비를 0 %에서 100%까지 증가시켜 가면서 측정한 결과 F/CF3는 $1.0{\times}105$에서 $2.8{\times}102$로 변화하였다. SiF3/CF3는 1.8에서 6.3으로 증가하여 Ar을 25% 이상 혼합하는 것은 이온 충돌 효과에 의한 식각 속도의 증진 기대와는 반대로 작용하는 것으로 판단된다.