• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.1820-1822
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• 2002

본 논문에서는 반도체 제조공정에서 발생하는 $CF_4$의 분해와 제거를 위하여 3상 교류 플라즈마 토치를 제작하고, 플라즈마를 발생시켜 $CF_4$제거 가능성과 이에 따른 문제점에 대해 알아보았다. 매우 강하고 안정한 C-F 결합을 깨고 $CF_4$가스를 분해하기 위해서는 1100[$^{\circ}C$]정도의 고온이 필요한데, 본 실험의 플라즈마 플레임의 경우 $CF_4$가스를 열분해 광분해 시키기에는 충분한 온도와 에너지를 가지고 있다고 사료된다. 하지만 고온의 플라즈마와 토치 내부의 복잡한 유동과 고온의 플라즈마에 의한 전극의 융삭문제는 플라즈마를 연속적으로 발생시켜 $CF_4$가스의 제거효율을 높이기 위해서는 필히 개선해야 할 문제점인 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.91-91
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• 2010

본 논문은 펄스 직류전원 (Pulse DC) 플라즈마 소스와 반응성 가스인 $CF_4$와 불활성 가스인 Ar를 혼합하여 산업에서 널리 사용되는 유기고분자인 Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyethylene terephthalate (PET), 그리고 Polycarbonate (PC) 샘플을 건식 식각한 결과에 대한 것이다. 각각의 샘플은 감광제 도포 후에 자외선을 조사하는 포토레지스트 방법으로 마스크를 만들었다. 펄스 직류전원 플라즈마 시스템을 사용하면 다양한 변수를 줄 수 있다는 장점이 있다. 공정 변수는 Pulse DC Voltage는 300 - 500 V, Pulse DC reverse time $0.5{\sim}2.0\;{\mu}s$, Pulse DC Frequency 100~250 kHz 이었다. 변수 각각의 값이 높아질수록 고분자의 식각률이 높아졌다. 특히, PMMA의 식각률이 가장 높았으며 PET, PC 순이었다. 샘플 중 PC의 식각률이 가장 낮은 이유는 고분자 결합 중에 이중결합의 벤젠 고리 모양을 포함하고 있어 분자 결합력이 비교적 높기 때문으로 사료된다. 기계적 펌프만을 사용한 공정 전 압력은 30 mTorr이었다. 쓰로틀 밸브를 완전 개방한 상태에서 식각 공정 중 진공 압력은 $CF_4$ 가스유량이 늘어날수록 증가하였다. 식각률 역시 $CF_4$ 가스유량(총 가스 유량은 10 sccm)이 많을수록 증가함을 보여주었다 (PMMA: 10 sccm $CF_4$에서 330 nm/min, 3.5 sccm $CF_4$/6.5 sccm Ar에서 260 nm/min., PET: 10 sccm $CF_4$에서 260 nm/min, 3.5 sccm $CF_4$/6.5 sccm Ar에서 210 nm., PC: 10 sccm $CF_4$에서 230 nm, 3.5 sccm $CF_4c$/6.5 sccm Ar에서 160 nm). 이는 펄스 직류전원 플라즈마 식각에서 $CF_4$와 Ar의 가스 혼합비를 조절함으로서 고분자 소재의 식각률을 적절히 변화시킬 수 있다는 것을 의미한다. 표면 거칠기는 실험 후 표면단차 측정기와 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플의 표면을 측정하여 알 수 있었다. 실험전 기준 샘플 표면 거칠기는 PMMA는 1.53nm, PET는 3.1nm, PC는 1.54nm 이었다. 식각된 샘플들의 표면 거칠기는 PMMA는 3.59~10.59 nm, PET은 5.13~11.32 nm, PC는 1.52~3.14 nm 범위였다. 광학 발광 분석기 (Optical emission spectroscopy)를 이용하여 식각 공정 중 플라즈마 발광특성을 분석한 결과, 탄소 원자 픽 (424.662 nm)과 아르곤 원자 픽 (751.465 nm, 763.510 nm)의 픽의 존재를 확인하였다. 이 때 탄소 픽은 $CF_4$ 가스에서 발생하였을 것으로 추측한다. 본 발표를 통해 펄스 직류전원 $CF_4$/Ar의 고분자 식각 결과에 대해 보고할 것이다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.22 no.1
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• pp.31-36
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• 2011

Tetrafluoromethane ($CF_4$) has been used as the plasma etching and chemical vapor deposition (CVD) gas for semiconductor manufacturing processes. However, the gas need to be removed efficiently because of their strong absorption of infrared radiation and the long atmospheric lifetime which cause global warming effects. A waterjet gliding arc plasma system in which plasma is combined with the waterjet was developed to effectively produce OH radicals, resulting in efficient destruction of $CF_4$ gas. Design factors such as electrode shape, electrode angle, gas nozzle diameter, electrode gap, and electrode length were investigated. The highest $CF_4$ destruction of 93.4% was achieved at Arc 1 electrode shape, $20^{\circ}$ electrode angle, 3 mm gas nozzle diameter, 3 mm electrode gap and 120 mm electrode length.

• Analytical Science and Technology
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• v.16 no.5
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• pp.368-374
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• 2003

Halogen gases such as $BCl_3$ and $CF_4$ are among the most problematic gases used in semiconductor process. They raise serious environmental and health problems due to their extreme toxicity. This study is to develop a method to effectively remove those gases during the process by using various types of inorganic gas adsorption agents such as zeolite A, modified AgA zeolite, ZnO, and $AgMnO_3$, which have not been attempted in the conventional methods. The removal efficiencies of the gases were both qualitatively and quantitatively measured by a FT-IR spectrophotometer. The whole device for the measurement has been designed and built in our lab. The removal efficiencies of the gases were compared between those used resins. The experimental result revealed that ZnO showed the best removal efficiency for BCl3 gas that had removed 0.094 g per 1 g of the resin used. For $CF_4$ gas, none of the solid resins was able to remove the gas effectively. However, liquid $CHCl_3$ showed some removal ability of the $CF_4$ gas.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.4
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• pp.485-490
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• 2011

Tetrafluoromethane($CF_4$) has been used as etching and chamber cleaning gases for semiconductor manufacturing processes. These gases need to be removed efficiently because of their strong absorption of infrared radiation and long atmospheric lifetime which causes the global warming effect. We have developed a waterjet gliding arc plasma system in which plasma is combined with waterjet and investigated optimum operating conditions for efficient $CF_4$ destruction through enlarging discharge region and producing large amount of OH radicals. The operating conditions are waterjet flow rate, initial $CF_4$ concentration, total gas flow rate, specific energy input. Through the parametric studies, the highest $CF_4$ destruction of 97% was achieved at 2.2% $CF_4$, 7.2 kJ/L SEI, 9 L/min total gas flow rate and 25.5 mL/min waterjet flow rate.

• Membrane Journal
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• v.21 no.1
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• pp.22-29
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• 2011

During the maintenance, repair and replacement process of circuit breaker, $SF_6$ reacted with input air in arc discharge, which led to the production of by-product gases (eg, $N_2$, $O_2$, $CF_4$, $SO_2$, $H_2O$, HF, $SOF_2$, $CuF_2$, $WO_3$). Among these various by-product gases, $N_2$, $O_2$, $CF_4$ is major component. Therefore, the effective separation process is necessary to recycle the $SF_6$ gas from the mixture gas containing $N_2$, $O_2$, $CF_4$. In this study, the membrane separation process was applied to recycle the $SF_6$ gas from the mixture gas containing $N_2$, $O_2$, $CF_4$. The concentration of $SF_6$ gas in gas produced from the electric power industry is over than 90 vol%. Therefore, we made the simulated gas containing $N_2$, $O_2$, $CF_4$, $SF_6$ which the concentration of $SF_6$ gas is minimum 90 vol%. From the results of membrane separation process of $SF_6$ gas from $N_2$, $O_2$, $CF_4$ $SF_6$ mixture gases, PSF membrane shown the highest recovery efficiency 92.7%, in $25^{\circ}C$ and 150 cc/min of retentate flow rate. On the other hand, PC membrane shown the highest recovery efficiency 74.8%, in $45^{\circ}C$ and 150 cc/min of retentate flow rate. Also, the highest rejection rate of $N_2$, $O_2$, $CF_4$ is 80, 74 and 58.9% seperately in the same operation condition of highest recovery efficiency. From the results, we supposed the membrane separation process as the effective $SF_6$ separation and recycle process from the mixture gas containing $N_2$, $O_2$, $CF_4$, $SF_6$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.464-464
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• 2012

본 연구에서는 DBD (Dielectric Barrier Discharge)방식을 통해 발생된 대기압 plasma를 이용한 Photoresist (PR) Ashing에 관한 연구를 하였다. 사용된 DBD 반응기는 기존의 blank planar plate 형태의 Power가 인가되는 anode 부분과 Dielectric Barrier 사이 공간을 액상의 도전체로 채워 넣은 형태의 전극이 사용 하였으며, 인가 Power는 40 kHz AC 최대 인가 전압 15 kV를 사용 하였고(본 연구에서 인가 power는 30 KHz,전압 14 KV를 고정시킴) 플라즈마를 발생시 라디칼의 활성화를 유지하기 위해 전극 온도가 $180^{\circ}C$ 정하였다. Feeding 가스는 N2, 반응가스로는 CDA(Clean Dry Air), SF6와 CF4가스를 사용 하였으며 모든 공정은 In-line type으로 시편을 처리 하였다. CDA ratio의 경우에 질소대비 0.2%때 이송속도 30 mm/sec 1회 처리 기존 PR ashing은 최대 $320{\AA}$의 ashing 두께를 얻을 수 있었다. SF6와 CDA가스를 같이 반응하는 경우 ratio는 CDA : SF6 = 0.6% : 0.6%에서 PR ashing rate이 $841{\AA}/pass$의 값을 얻을 수 있었고, CDA가스만 첨가하는 경우보다 약2.6배 증가함을 관찰할 수 있었다. CF4 가스를 사용하는 경우 ratio는 CDA : CF4 = 0.2% : 0.2%에서 PR ashing rate이 $687{\AA}/pass$의 값을 얻을 수 있으며 CDA가스만 첨가하는 경우보다 약 2.1배 증가함을 관찰할 수 있었다. 그리고 PR ashing rate가 가스첨가종류와 비율에 따라서 변화함을 관찰하였고 최적조건을 찾기 위해 연구를 진행하였다. 추후 PR ashing rate가 향상을 하기 위해 가스혼합비율 및 stage 온도등 조건을 조절하여 공정최적조건을 얻기 위해 연구를 진행하였다.

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

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.210-210
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• 1999

그리드 전압을 +20V에서 -20V까지 변화시켜 줌을 이용해 확산 영역의 전자의 온도를 2-0.6eV까지 제어할 수 있었으며, 전자 밀도는 1010cm-3 - 1011cm-3, 플라즈마 전위는 3-25V까지 제어할 수 있었다. <그림1>은 실험결과이다. 그 외 전자의 온도는 입력 전력의 주파수 및 크기에는 거의 무관하나 압력에 반비례하였으며, 밀도는 전력의 크기에 비례하고, 압력에 반비례하나, 전력의 주파수에는 무관하였다. 그리드 전압이 20V에서 -20V로 변함에 따라 전자의 온도가 떨어져 높은 에너지를 가진 전자들이 줄어들게 되어 CF3+의 양은 많아지고 CF2+와 CF+의 양은 상대적으로 줄어들어 CF3+와 CF2+ 비는 4-18 CF3+와 CF+ 비는 2-5까지 변화하였으며, 변화모양은 전자 온도에 크게 의존하였다. <그림2>는 결과를 나타낸 것이다. 그 외 CF3+ / CF2+ 와 CF3+ / CF+는 입력 전력의 크기에 반비례하며, 압력, 가스 주입량에 따라서도 이온들의 분포 변하였다. 그러나 입력 전력의 주파수와는 무관하였다. Appearance mass spectrometry를 이용한 결과 CF, CF 중성종의 분포도 그리드 전압에 따라 변하여 그리드 전압이 높은 경우 더 많이 존재하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.4
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• pp.417-424
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• 1995

전자 회전 공명 플라즈마 발생 장치에서 CF4를 방전시켰을 때 각종 플루오로카본 래디칼의 절대적, 상대적 밀도 변화를 수소 철가율, 동작 압력 그리고 축방향에 따라 appearace mass spectrometry(AMS)를 통해 조사하였으며, 플루오린 원자의 상대적 밀도 변화가 actinometry법에 의해 조사되었다. 수소첨가에 따른 CF2 래디칼의 거동을 actinometry와 AMS로 살펴보았을 때 서로 일치하는 경향을 얻었으며 마이크로웨이브전력 500W, 압력 7.5mTorr에서 CF3와 CF2 래디칼의 밀도가 CF에 비해 높았으며 각각 2X1013/㎤, 1X1013/㎤의 값을 가졌다. 수소를 첨가함에 따라 플루오린 원자와 CF3의 밀도는 감소하는 반면 CF2와 CF의 밀도는 현저히 증가하여 수소가 40% 첨가된 경우 CF2의 밀도가 CF3보다 커짐을 확인하였다. 또한, CF2가 증가하면서 C2F4의 존재가 확인되었으며, 수소가 30% 첨가된 경우 축방향을 따라 C2F4래디캄만이 증가하였고 플루오린 원자는 감소하는 반면 다른 CFx(x=1~3)래디칼은 거의 변화가 없었다. 이러한 실험 결과를 토대로 CF4+H2 플라즈마를 이용한 산화막 식각 특성이 설명되었다.