• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권5호
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• pp.498-504
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• 2006

고밀도 $CHF_3$ 플라즈마를 이용한 식각에서 photoresist(PR)의 식각속도 및 $SiO_2$의 PR에 대한 식각 선택도가 이온의 입사 각도에 따라 변화하는 특성을 관찰하였다. 플라즈마 내에 파라데이 상자를 설치하여 이온의 입사 각도를 조절하였으며, 바이어스 전압을 변화시켜 이온의 입사 에너지를 조절하였다. 대부분의 바이어스 전압에서 $SiO_2$의 식각속도는 이온입사각도가 증가함에 따라 단조 감소함에 비해 PR의 식각속도는 중간각도 영역까지 일정하다가 그 이후에 감소하기 시작하였다. 이온입사각도가 $0^{\circ}$인 조건에서의 식각속도를 기준으로 정규화된 식각속도(NER)는 $SiO_2$의 경우 cosine함수와 거의 일치하였으나 PR의 경우 중간각도영역에서 over-cosine 형태를 보였다. PR에 대한 $SiO_2$의 식각선택도는 이온입사각도에 따라 점차로 감소하였는데, 이는 PR이 $SiO_2$에 비해 중간각도에서 물리적 스퍼터링에 의해 식각 수율이 크게 증가하였기 때문이다. 또한, 바이어스 전압의 증가에 따라 PR에 대한 식각선택도는 대부분의 이온입사각도에서 감소하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.291-291
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• 2011

플라즈마에 노출된 재료 표면의 온도 증가는 다음과 같은 요인에 의해서 결정된다. 이온의 충돌에 의한 역학적 에너지, 이온의 중성화, 라디칼의 안정화에 의한 에너지 방출(잠열, latent heat), 플라즈마에서 방출된 빛의 흡수. 이중 식각을 위한 기판 바이어스에 의해서 주로 결정되는 이온 충돌 에너지와 잠열의 방출이 300 mm wafer용 유도 결합 플라즈마 식각 장치에서 소스 전력과 바이어스 전력에 따라서 어떻게 변화하는지 전산 유체 역학 모사 프로그램인 CFD-ACE를 이용하여 상용 식각 장비인 AMAT사의 DPS II를 대상으로 온도 분포의 변화를 계산하였다. 실험 결과와 비교를 위하여 다섯 곳에(상, 하, 좌, 우, 중심) 열전대를 부착한 온도 측정 웨이퍼를 기판의 위치에 설치하고 여러 가지 실험 조건에 대해서 온도의 변화를 측정하였다. Ar 10 mTorr에서 2열 병렬 안테나의 전력을 300 W에서 시간에 따른 온도의 변화를 측정하였다. 이때 wafer의 평균 온도는 $28.9^{\circ}C$에서 $150^{\circ}C$까지 12분 내에 상승하였으며 최고 온도에 도달한 다음에는 거의 일정하게 유지 되었다. Si의 식각에서 온도의 영향을 가장 크게 받는 반응은 F 라디칼에 의한 Si의 직접 식각이며 Arrhenius 식의 형태로 표현하면 0.116*exp (-1250/T)의 형태로 된다. 문헌에 보고된 계수를 이용해서 $29^{\circ}C$의 식각 속도와 플라즈마에 의한 가열 최고 온도인 $150^{\circ}C$ 때의 값을 비교해보면 3.3배의 차이가 난다. 따라서 4%내의 식각 균일도를 목표로 하는 폴리 실리콘 게이트 식각 장비의 설계에서는 플라즈마에 의한 가열 불균일을 상쇄 할 수 있는 히터와 냉각 구조의 최적 설계가 필요하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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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.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2008년도 추계학술발표대회 및 제15회 신소재 심포지엄
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• pp.29.2-29.2
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• 2008

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 센서 박막재료 반도체 세라믹
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• pp.174-177
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• 2003

$Cl_2$ 플라즈마를 이용한 BLT 박막의 식각에서 Ar 가스의 첨가에 따른 식각 속도, 선택비 및 식각 형상의 변화에 대하여 관찰하였다. BLT 박막의 식각 속도는 100% Ar 플라즈마에서 100 % $Cl_2$ 플라즈마에서의 식각 속도보다 약 1.5배정도 빨랐으며, 80% Ar/20% $Cl_2$ 조건에서 $503{\AA}/min$ 최대 식각의 최대 시각 속도를 얻었다. RF 전력과 직류 바이어스 전압을 증가함에 따라 식각 속도는 증가하였으며, $Ar/Cl_2$ 플라즈마의 식각 속도가 $Cl_2$ 플라즈마의 식각 속도 보다 높았다. 식각 공정 변수의 변화에 의한 플라즈마 변수가 BLT 식각 속도에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 LP(Lanmuir porbe)와 OES(optical emission spectroscopy)분석을 수행하였다. Ar 첨가량이 증감함에 따라 LP 분석에서 전자의 온도는 증가하였으나 전자밀도는 감소하였다. 이는 Ar의 이온화 준위가 Cl 보다 높기 때문에 이온화 윷이 낮아지기 때문으로 판단된다, 또한, OES 분석에서 Ar 첨가량이 증가함에 따라 Cl 원자의 부피 밀도는 감소하였다. Ar 첨가에 의한 BLT 박막의 식각 속도의 변화와 LP 및 OES 분석을 고려하면, BLT 박막은 화학적 식각의 도움을 받는 무리적 식각에 의하여 식각됨을 확인하였다,

• 한국진공학회지
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• 제4권4호
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• pp.425-430
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• 1995

본 연구에서는 Marx Generator와 펄스 형성라인을 결합시켜 만든 VEBA(Versatile Electron Beam Accelerator)장치를 사용하여 아르곤 이온의 에너지를 식각 추적 방법을 써서 측정하였다. 이 장치에서 240kV, 30kA, 60ns의 전자빔이 발생되었다. 이 전자빔이 이극관을 통과하면서 이 때 주입된 아르곤 기체가 이온화되어 아르곤 이온이 얻어진다. 이렇게 형성된 이온은 가상적 음극에 의해 진공 전파관 속으로 가속되고 이를 전자빔과 분리한 후 알루미늄 박막으로 만든 식각 추적판을 때리도록 장치하였다. 이때 아르곤 이온이 뚫고 들어간 알루미늄 박막의 수로부터 이온의 에너지를 구하였다. 이렇게 얻어진 실험값은 이론값과 잘 일치하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.232-232
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• 2010

정보화 산업의 발달은 DRAM, flash memory 등을 포함한 기존의 반도체 메모리 소자를 대체할 수 있는 차세대 메모리 소자에 대한 개발을 요구하고 있다. 특히 magnetic random access memory (MRAM)는 SRAM과 대등한 고속화 그리고 DRAM 보다 높은 기록 밀도가 가능하고 낮은 동작 전압과 소비전력 때문에 대표적인 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 또한 MRAM소자의 고집적화를 위해서 우수한 프로파일을 갖고 재증착이 없는 나노미터 크기의 magnetic tunnel junction (MTJ) stack의 건식 식각에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고밀도 반응성 이온 식각법(Inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE)을 이용하여 재증착이 없이 우수한 식각 profile을 갖는 CoFeB과 IrMn 박막을 형성하고자 하였다. Photoresist(PR) 및 Ti 박막의 두 가지 마스크를 이용하여 HBr/Ar, HBr/$O_2$/Ar 식각 가스들의 농도를 변화시키면서 CoFeB과 IrMn 박막의 식각 특성들이 조사되었다. 자성 박막과 동일한 조건에 대하여 hard mask로서 Ti가 식각되었다. 좋은 조건을 얻기 위해 HBr/Ar 식각 가스를 이용 식각할 때 pressure, bias voltage, rf power를 변화시켰고 식각조건에서 Ti 하드마스크에 대한 자성 박막들의 selectivity를 조사하고 식각 profile을 관찰하였다. 식각 속도를 구하기 위해 alpha step(Tencor P-1)이 사용되었고 또한 field emission scanning electron microscopy(FESEM)를 이용하여 식각 profile을 관찰함으로써 최적의 식각 가스와 식각 조건을 찾고자 하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.138-138
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• 2003

광대역 LiNbO$_3$ 광변조기의 초고속 광 변조 구현을 위해서는 RF/ optical 속도 정합 및 임피던스 매칭 조건 하에서 낮은 구동전압을 얻을 수 있는 ridge 구조의 제작이 필수적이며 이런 구조 제작하기 위해서는 식각 속도와 식각면 거칠기 식각 profile 및 식각 과정에서의 반응물의 감소 등과 같은 개선을 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 LiNbO$_3$ 기판 위에 메탈 마스크를 형성한 후 비등방성 (anisotropic) 건식 식각 방법인 NLD (Neutral Loop Discharge)로 플라즈마 식각을 하였다. NLD plasma 식각은 1Pa 이하의 압력에서 낮은 전자 온도를 갖는 고밀도 플라즈마를 생성하고 이온 플라즈마를 형성하여 LiNbO$_3$ 표면의 원자와 분자를 이온충돌효과를 이용하여 물리적인 식각과 discharge로 형성된 레디칼 (radical)과의 상호작용에 의한 화학적 식각 메커니즘에 의한 방법으로 plasma에 의한 시편의 손상이 적으며 식각 속도가 또한 높은 것이 특징이다. 본 논문에서는 안테나 파워와 가스의 유량에 따른 LiNbO$_3$ 식각 profile 특성에 관하여 연구 하고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1382-1383
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• 2006

ZnO 박막은 wide band gap(Eg=3.37eV)의 derect band gap을 갖고 있기 때문에 여러 소자로의 응용가능성에 큰 기대를 하고 있는 물질이다. 본 논문에서는 소자 제조과정에서 요구되는 ZnO 박막의 식각변수에 따른 식각율과 식각특성에 관하여 연구하였으며 Inductively coupled plasma(ICP)를 사용하여 $BCl_3$/Ar 가스를 혼합하여 식각을 하였다. $BCl_3$/Ar=8/2 플라즈마에서 화학적 식각의 도움을 받아 ZnO 박막의 식각률은 1724 ${\AA}/min$ 로 최고를 보였으며 이때의 공정 조건은 800 W 의 RF power, 400 W 의 bias power, 1 Pa 의 공정 압력이었다. 식각시에 플라즈마 내부의 이온 거동상태를 측정하기위해 quadrupolemass spectrometer(QMS)를 사용하여 분석하였고 식각후 ZnO 박막의 식각률은 surface profiler(KLA fencer, ${\alpha}$-step 500)을 이용하여 측정하고 ZnO 박막과 B, Cl 라디칼과의 표면 반응 상태를 고찰하기 위하여 식각된 ZnO 박막의 표면을 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 분석하였다. XPS를 통하여 ZnO 박막과 Cl 라디칼과 반응을 하여 식각된다는 것과 낮은 휘발성으로 인하여 Ar 이온에 의한 스퍼터링 효과의 도움에 의해서 식각이 진행됨을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권4호
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• pp.531-536
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• 2005

포토리지스트 마스크로 패턴된 CoTb 및 CoZrNb 자성 박막에 대한 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각이 $Cl_2/Ar$와 $C_2F_6/Ar$ 가스를 이용하여 진행되었고 식각 속도와 식각 프로파일 측면에서 조사되었다. $Cl_2$와 $C_2F_6$ 가스의 농도가 증가함에 따라서 자성 박막들의 식각 속도는 감소하였고 식각 경사는 낮아졌다. 자성 박막들의 식각 가스로서 $Cl_2/Ar$이 빠른 식각 속도와 가파른 식각 경사를 얻는데 있어서 $C_2F_6/Ar$ 보다 더 효과적이었다. Coil rf power의 증가는 플라즈마 내의 Ar 이온과 라디칼의 밀도를 증가시키고 dc bias voltage의 증가는 기판으로 스퍼터되는 Ar 이온의 에너지를 증가시키기 때문에 coil rf power와 dc bias voltage가 증가할수록 식각 속도와 식각 경사는 증가하였지만 패턴의 측면에서 재증착이 일어났다. 자성 박막들의 적층으로 형성된 magnetic tunnel junction stack에 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각을 적용하여, 높은 식각 경사와 재증착이 없는 깨끗한 식각 프로파일을 얻었다.