• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 C
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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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.

• 공업화학
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• 제22권1호
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• pp.31-36
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• 2011

사불화탄소($CF_4$)는 반도체 제조공정에서 플라즈마 에칭과 화학기상증착(CVD)에서 사용되어온 가스이다. $CF_4$는 적외선을 강하게 흡수하고 대기 중 잔류시간이 길어서 지구온난화에 영향을 미치기 때문에 고효율의 분해가 필요하다. 본 연구에서는 플라즈마와 워터젯을 결합하여 방전영역을 증가시키고 다량의 OH 라디칼을 생성시켜 $CF_4$를 고효율로 분해할 수 있는 워터젯 글라이딩 아크 플라즈마 시스템을 개발하였다. 실험 변수로 전극 형태, 전극 각도, 가스 노즐직경, 전극 간격과 전극 길이를 취하였다. 변수실험을 통하여 Arc 형태의 전극에서 전극 각도가 $20^{\circ}$, 가스 노즐 직경이 3 mm, 전극 간격이 3 mm, 전극 길이가 120 mm일 때 $CF_4$ 분해율은 최고 93.4%까지 도달하였다.

• 분석과학
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• 제16권5호
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• pp.368-374
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• 2003

반도체 공정에서는 많은 종류의 가스를 사용하는 데 그중 할로겐 가스는 독성과 환경오염 문제를 야기 시키고 있다. 본 실험은 할로겐 가스를 기존의 제거 방식이 아닌 수지를 이용한 제거 방법 및 측정을 하는 연구를 하였다. 우선 실험에 사용한 할로겐 가스로는 $BCl_3$와 $CF_4$ 가스를 제거하는 실험을 하였다. 실험 장치는 실험조건을 고려하여 직접 제작을 하였다. 그리고 수지를 이용한 흡착 제거를 하기 위해 제올라이트, $Ag^+$ 이온으로 치환된 제올라이트, $AgMnO_3$, ZnO등 여러 가지 수지를 이용하여 실험하였다. 가스의 분석을 위해서 실제 사용되어지는 적외선 분광기 (FT-IR)를 이용하여 정성 및 정량분석을 하여 각각의 수지에 대한 할로겐 가스의 제거량을 계산하여 수지의 제거 능력을 확인하였다. 제올라이트, Ag 제올라이트, $AgMnO_3$, ZnO등의 수지중에서 ZnO가 가장 좋은 제거 효율을 보였으며 $BCl_3$ 가스의 경우 수지 1g에 대해 0.094 g을 제거하는 결과를 보였다. 그러나 $CF_4$ 가스는 일반적인 고체 수지는 제거를 하지 못하고 액체인 $CHCl_3$가 약간의 제거능력을 보이는 결과를 얻었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권4호
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• pp.485-490
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• 2011

사불화탄소($CF_4$)는 반도체 제조공정에서 에칭과 반응기 세척에서 사용되어온 가스이다. $CF_4$는 적외선을 강하게 흡수하고 대기 중 잔류시간이 길어서 지구온난화에 영향을 미치기 때문에 고효율의 분해가 필요하다. 본 연구에서는 플라즈마와 워터젯을 결합하여 워터젯 글라이딩 아크 플라즈마 시스템을 개발하고, 이를 이용하여 $CF_4$를 고효율로 분해할 수 있도록 방전영역을 증가시키고 다량의 OH 라디칼을 생성시킬 수 있는 최적의 조업 조건을 결정하였다. 공정 실험 변수로는 워터젯 주입량, $CF_4$ 초기 농도, 전체 가스량과 주입에너지량(SEI : Specific energy input)을 선정하였다. 변수실험을 통하여 워터젯 주입량이 25.5 mL/min, $CF_4$ 초기 농도 2.2%, 전체 가스량 9.2 L/min, SEI 7.2 kJ/L일 때 $CF_4$ 분해율은 최고 97%까지 도달하였다.

• 멤브레인
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• 제21권1호
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• pp.22-29
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• 2011

중전기의 유지 보수 및 교체 과정에서 절연체로 사용된 $SF_6$ 가스는 교체 충전과 정제과정에서 유입되는 공기와의 아크 방전에 의해 많은 종류의 부산물($N_2$, $O_2$, $CF_4$, $SO_2$, $H_2O$, HF, $SOF_2$, $CuF_2$, $WO_3$ 등)이 발생된다. 부산물 중에서도 대부분을 차지하는 것이 $N_2$, $O_2$, $CF_4$이며, $SF_6$가스를 재사용하기 위해서는 이들을 효과적으로 분리 회수하는 공정이 필요하다. 주요 부산물인 $N_2$, $O_2$, $CF_4$와의 분리 효율 측면에서 분리막법은 기존의 흡착, 심냉법에 비하여 상대적으로 높은 효율을 보이고 있어 이에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 따라서 본 논문에서는 중전기 산업에서 발생되는 $SF_6$ 가스 함유 농도 90 vol% 이상의 가스에 대하여 분리막법을 적용하여 $N_2$, $O_2$, $CF_4$와 $SF_6$ 가스의 온도와 배출유량의 변화에 따른 분리 회수 가능성을 관찰하였다. PSF와 PC 중공사 분리막을 이용하여 고농도 $SF_6$에 대한 분리 회수 실험 결과, PSF 분리막의 최대 회수율은 압력 0.3 MPa, 온도 $25^{\circ}C$, 배출유량 150 cc/min에서 92.7%를 나타내었으며, PC 분리막에서는 압력 0.3 MPa, 온도 $45^{\circ}C$, 배출유량 150 cc/min 일 때 74.8%의 최대 회수율을 나타내었다. 또한, 사용된 두 가지 분리막과 운전 조건에서 주요 부산물인 $N_2$, $O_2$, $CF_4$의 최대 제거율은 각각 약 80%, 74%, 그리고 58.9%가 관찰되었다. 이로부터 분리막 공정은 고농도 폐 $SF_6$ 가스에서 주요 부산물로부터 $SF_6$의 효과적인 분리 및 회수가 가능한 공정으로 적용할 수 있는 가능성을 파악 할 수 있었다.

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

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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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.

• 한국진공학회지
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• 제4권4호
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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.