• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.142-142
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• 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
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• 2016.02a
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• pp.303.2-303.2
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• 2016

현재 플라즈마를 이용한 기술은 반도체, 태양광 발전, 디스플레이 등 산업의 전반적인 분야에서 특히 반도체 공정을 이용한 산업에서는 핵심적인 기술이다. 반도체 공정 중에서 박막 증착과 식각 분야에서 플라즈마를 사용한 기술은 매우 높은 가치를 지니고 있다. 중요한 플라즈마 연구로는 이론적 접근을 통한 플라즈마 소스 개발과, 기 개발된 플라즈마 소스를 적용하여 반도체 공정에 적용함으로써 최적의 조건을 찾아내며, 그에 대한 메커니즘을 연구하는 분야로 크게 분리할 수 있다. 따라서 이러한 플라즈마 기술이 발달함에 따라 nano-scale의 연구 또한 상당히 중요한 부분으로 자리 잡고 있다. 본 실험에서는 RF magnetron sputter를 사용하고 질소 유량을 0.5 sccm으로 고정하여 AlN 박막을 증착하였다. 이후 상압 플라즈마를 이용하여 식각을 진행하였다. AlN 박막 전체 표면에 대하여 3초 및 6초간 식각을 진행하였다. 이후 Nano-Indenter를 사용하여 $100{\sim}7000{\mu}N$까지 힘을 증가시키며 측정하였다. 3초간 식각을 진행한 시료의 경우 압입 깊이 대비 Hardness 그래프에서 약 40 ~ 100 nm 까지 약 2.5 GPa 정도의 차이가 발생하였고 6초간 식각을 진행한 시료의 경우 압입 깊이 대비 Hardness의 그래프에서 약 40 ~ 130 nm 까지 약 1 GPa 정도의 차이가 발생함을 확인하였다. 이후 WET-SPM 장비를 사용하여 AFM 모드를 이용하여 박막 표면이 거칠기를 확인하였다. 플라즈마 식각공정을 거치지 않은 시료의 경우 박막의 거칠기는 7.77 nm로 측정되었고 3초간 플라즈마 식각공정을 거친 시료의 경우 6.53 nm, 6초간 플라즈마 식각공정을 거친 시료의 경우 8.45 nm로 나타남을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과들로부터 플라즈마 식각공정은 박막의 표면에도 영향을 미치지만 박막 내부 일정 부분까지 영향을 받는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.479-479
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• 2010

현재까지 대부분의 반도체 공정이나 LCD 공정에 사용되는 플라즈마는 진공 플라즈마이다. 이는 대기압에서의 플라즈마 발생의 어려움, 공정 품질 등이 원인이기도 하다. 그러나 진공 장비의 고가 및 진공 시스템 부피의 거대화 등의 많은 단점이 있다. 현재의 진공 플라즈마공정을 대기압 플라즈마 공정으로 대체 할 수 있다면 많은 경제적인 이득을 얻을 수 있을 것이다. 본 연구실에서 개발한 직류아크 플라즈마트론은 기존의 대기압 플라즈마 장치에 비해 수명이 길고, 광학적으로 깨끗하고, 활성도가 높은 플라즈마를 얻을 수 있는 장점이 있다. 직류아크 플라즈마트론의 식각공정에 적용을 위해 플라즈마트론을 저 진공 및 대기압에서 적용하여 실험하였다. 식각 가스로는 SF6를 사용하였고, Ar과 O2를 혼합하여 플라즈마트론의 음극 보호 및 식각률을 높이도록 하였다. 실험결과 저진공 플라즈마의 경우, 플라즈마 영역이 20 cm를 넘는 반면, 대기압에서는 플라즈마 유효 길이가 약 20 mm로 매우 짧았다. 하지만 저 진공(~ 3 mbar)에 적용하여 최대 $60\;{\mu}m/min$의 식각률을 보였고, 대기압 플라즈마의 경우 $300\;{\mu}m/min$ 넘는 식각률을 달성하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.05c
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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,

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.249-249
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• 1999

GaN과 같은 III-nitride 반도체 관한 식각 기술의 연구는 blue-emitting laser diode(LD)를 위한 경면(mirror facet)의 형성뿐만아니라 새로운 display 용도의 light emitting diodes (LED), 고온에서 작동되는 광전소자 제조 등에도 그 중요성이 증대되고 있다. 최근에는 III-nitride 물질의 높은 식각속도와 미려하고 수직한 식각형상을 이루기 위하여 ECR(Electron Cyclotron Resonance)이나 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 고밀도 플라즈마 식각과 CAIBE(Chemically assisted ion beam etching)를 이용한 연구가 진행되고 있다. 현재 제조되어 지고 있는 LED 및 LD와 같은 광소자의 구조의 대부분은 p-GaN/AlGaN/InGaN(Q.W)/AlGaN/n-GaN 와 같은 여러 층의 형태로 이루어져 있다. 이중 InGaN는 광소자나 전자소자의 특성에 영향을 주는 가장 중요한 부분으로써 현재까지 보고된 식각연구는 undoped GaN에 대부분 집중되고 있고 이에 비해 소자 특성에 핵심을 이루는 InGaN의 식각특성에 관한 연구는 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 고밀도 플라즈마원인 ICP 장비를 이용하여 InGaN를 식각하였고, 식각에는 Cl2/CH4, Cl2/Ar 플라즈마를 사용하였다. InGaN의 식각특성에 영향을 미치는 플라즈마의 특성을 관찰하기 위하여 quadrupole mass spectrometry(QMS)와 optical emission spectroscopy(PES)를 사용하였다. 기판 온도는 5$0^{\circ}C$, 공정 압력은 5,Torr에서 30mTorr로 변화시켰고 inductive power는 200~800watt, bias voltage는 0~-200voltage로 변화시켰으며 식각마스크로는 SiO2를 patterning 하여 사용하였다. n-GaN, p-GaN 층 이외에 광소자 제조시 필수적인 InGaN 층을 100% Cl2로 식각한 경우에 InGaN의 식각속도가 GaN에 비해 매우 낮은 식각속도를 보였다. Cl2 gas에 소량의 CH4나 Ar gas를 첨가하는 경우와 공정압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정 압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%CHF3 와 Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정압력을 15mTorr로 감소시키는 경우 InGaN과 GaNrks의 선택적인 식각이 가능하였다. InGaN의 식각속도는 Cl2/Ar 플라즈마의 이온에 의한 Cl2/CHF3(CH4) 플라즈마에서의 CHx radical 형성에 의하여 증가하는 것으로 사료되어 진다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2008.11a
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• pp.41-42
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• 2008

본 논문에서는 As-doped ZnO 박막의 플라즈마 식각 특성 및 메커니즘에 관하여 실험을 수행 하였다. As-doped ZnO 박막 식각 실험은 유도 결합 플라즈마 식각 장비(inductively coupled plasma;ICP)와 $BCl_3$/Ar 플라즈마에 첨가된 $Cl_2$가스의 비, RF 전력, DC bias voltage, 공정 압력에 대한 식각 속도의 변화를 관찰 하였다. $BCl_3$/Ar 플라즈마에 $Cl_2$ 가스 첨가량 6 sccm 까지는 증가하지만 그 이후 $Cl_2$ 가스의 첨가량이 증가할 때 식각속도가 감소하였다. 이는 플라즈마 내에서 Cl 라디칼의 밀도가 증가함에 따라서 $Ar^+$의 에너지가 감소와 비휘발성 식각 부산물의 증가에 의하여 효과적인 물리적 식각이 이루어 지지 못한 것으로 판단된다. OES를 이용하여 플라즈마 내에서 라디칼들의 빛의 세기를 측정하였고, 식각 후 As-type ZnO 박막 표면에서의 화학적 결합을 보기위해 XPS 분석을 실행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.290-290
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• 2011

유도결합플라즈마 장비의 공정에서 안테나의 역할은 매우 중요하다. 유도결합플라즈마의 식각 공정에서도 충분한 식각과 균등한 식각 결과를 얻기 위해 안테나의 역할은 중요한 요인 중 하나이다. 안테나와 공정 웨이퍼간의 거리에 따라 발생하는 플라즈마 밀도나 전자 온도 등이 변화하고 그에 따른 식각정도나 균등성도 달라진다. 본 연구에서는 플라즈마 특성 변화를 관찰하기 위해 기존 유도결합플라즈마 식각 장비의 안테나와 웨이퍼간 거리와 내부 안테나를 웨이퍼와 가깝게 하였을 때의 플라즈마 밀도, 안테나의 전류와 식각률 등을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.230-230
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• 2013

플라즈마를 활용한 미세 패턴의 건식 식각은 반도체 소자 공정에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 한편, 매년 발행되는 ITRS Roadmap 에 따르면 DRAM 의 1/2 pitch 는 감소하는 동시에 Contact A/R (Aspect Ratio) 는 증가하고 있다. 이러한 추세 속에서 기존의 공정을 그대로 활용할 경우 식각물의 프로파일 왜곡 혹은 휨 현상이 발생하고 식각 속도가 저하되며 이러한 특성들이 결과적으로는 생산성의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 무엇보다 독립된 plasma parameter 들이 식각물의 프로파일 혹은 식각 속도 등에 어떠한 영향을 주는 지에 대한 학문적 이해가 필요하다. 본 논문에서는 최소 CD (Critical Dimenstion) 100nm, 최대 A/R 30 인 HARC (High Aspect Ration Contact hole) 의 식각 특성이 plasma parameter 에 따라 어떻게 변하는지 확인해 보고자 한다. 산화물의 식각은 대표적인 high density plasma source 중의 하나인 ICP에서 진행하였으며 기존에 알려진 plasma parameter 에 더하여 자장의 인가가 산화물의 식각 특성에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 전자석을 ICP 에 추가로 설치하여 실험을 진행하였다. 결과적으로, plasma parameter 에 따른 혹은 자장의 세기 변화에 따른 산화물의 식각 실험을 플라즈마 진단 실험과 병행하여 진행함으로써 다양한 인자에 따른 산화물의 식각 메커니즘을 정확하게 이해하고자 하였다. 실험 내용을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 전자석의 전류 인가 조건에 따라 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장의 분포가 달라질 수 있음을 확인하였고 플라즈마 진단 결과 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장이 증가하였을 때 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있음은 물론 반경 방향으로의 플라즈마 밀도의 균일도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 ICP 조건에서 바이어스 주파수, 압력, 바이어스 파워, 소스 파워, 가스 유량 등의 plasma parameter 가 산화물의 식각 특성에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명하였고 이 과정을 통해 최적화된 프로파일을 바탕으로 축 방향 혹은 반경 방향으로 증가하는 자장을 인가하였을 때 (M-ICP 혹은 자화 유도 결합 플라즈마) ICP 대비 산화물의 식각 속도가 증가함은 물론 PR-to-oxide 의 선택비가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 자장의 인가에 따른 산화물의 정확한 식각 메커니즘은 향후의 실험 진행을 통해 이해하고 이를 통해 궁극적으로는 산화물의 식각 공정이 나아가야 할 올바른 방향을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.177.1-177.1
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• 2015

플라즈마 건식 식각공정은 반도체 공정에 있어 증착 및 세정 공정과 함께 중요한 공정중 하나이다. 기존 연구에서는 높은 식각 속도, 종횡비, 대면적에 대한 균일도 증가를 위하여 플라즈마 이온 밀도의 증가와 전자 온도를 감소시키기 위한 노력을 하고 있으며 플라즈마 식각분석 연구에서는 분광학 분석 기법을 활용하여 플라즈마에 의하여 활성화된 식각 가스와 박막 표면의 반응 메커니즘 연구가 진행 중에 있다. 그러나 지금까지의 플라즈마 식각연구에서는 플라즈마 식각 공정에서 발생되는 박막의 damage에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 플라즈마 식각과정에서 발생되는 박막 표면의 damage 연구를 위하여 Nano-indenter에 의한 분석 기법을 제시하였다. Nano-indentation 기법은 박막 표면을 indenter tip으로 직접 인가하여 박막 표면의 기계적 특성을 분석하고 이를 통하여 플라즈마에 의한 박막 표면의 물성 변화를 정량적으로 측정한다. 실험에서 플라즈마 소스는 Adaptively Coupled Plasma (ACP)를 사용하였고 식각 가스로는 HBr 가스를 주로 사용하였으며, 플라즈마 소스 파워는 1000 W로 고정 하였다. 연구 결과에 의하면 식각공정 챔버 내 압력이 5, 10, 15 및 20 mTorr로 증가함에 따라 TEOS SiO2 박막의 강도가 7.76, 8.55, 8.88 및 6.29 GPa로 변화되는 것을 측정하였고 bias power에 따라서도 다르게 측정됨을 확인하였다. 이 결과를 통하여 Nano-indentation 분석 기법을 활용하여 TEOS SiO2 박막의 식각공정의 변화에 따른 강도변화를 측정함으로써 플라즈마에 의한 박막 표면의 damage를 정량적으로 측정 가능함을 확인하였다.