확산펌프 기반의 BCl<SUB>3</SUB> 축전결합 플라즈마를 이용한 GaAs와 AlGaAs의 건식 식각

이성현,박주홍,노호섭,최경훈,송한정,조관식,이제원,Lee, S.H.,Park, J.H.,Noh, H.S.,Choi, K.H.,Song, H.J.,Cho, G.S.,Lee, J.W. 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.4

본 논문은 확산펌프 기반의 축전 결합형 $BCl_3$ 플라즈마를 사용하여 GaAs와 AlGaAs를 건식 식각한 연구에 관한 것이다. 실험에서 사용한 압력 범위는 $50{\sim}180$ mTorr, CCP 파워는 $50{\sim}200\;W$, $BCl_3$ 가스 유량은 $2.5{\sim}10$ sccm 이었다. 식각 후에 GaAs와 AlGaAs의 식각 속도와 표면 거칠기분석은 표면 단차 측정기를 이용하여 하였다. GaAs의 식각 벽면과 표면 상태는 전자현미경으로 분석하였다. 식각 중 플라즈마의 광 특성 분석은 광학 발광 분석기를 이용하였다. 본 실험을 통하여 5 sccm의 소량의 $BCl_3$ 가스 유량으로 공정 압력이 130 mTorr이내인 경우에는, 100 W CCP 파워의 조건에서 GaAs는 약 $0.25{\mu}m$/min 이상의 우수한 식각 속도를 얻을 수 있었다. AlGaAs의 경우는 GaAs의 식각 속도보다 조금 낮았다. 그러나 같은 유량에서 공정압력이 180 mTorr로 높아지면 GaAs와 AlGaAs의 식각 속도가 급격히 감소하여 거의 식각되지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 CCP 파워의 경우에는 50 W의 파워에서는 GaAs와 AlGaAs 모두 거의 식각되지 않았다. 그러나 $100{\sim}200\;W$의 조건에서는 $0.3{\mu}m$/min 이상의 높은 식각 속도를 주었다. 두 결과를 보았을 때 축전결합형 $BCl_3$ 플라즈마 식각에서 GaAs와 AlGaAs의 식각 속도는 CCP 파워가 $100{\sim}200\;W$ 범위에 있으면 그 값에 비례하지 않고 거의 일정한 값이 된다는 사실을 알았다. 75mTorr, 100 W의 CCP 파워 조건에서 $BCl_3$의 유량 변화에 따른 GaAs와 AlGaAs의 식각 속도의 경우, $BCl_3$의 유량이 2.5 sccm의 소량일 때는 GaAs는 식각 속도가 높았지만 AlGaAs는 거의 식각되지 않는 흥미로운 결과를 얻었다. 플라즈마 발광 특성을 보면 $BCl_3$ 축전 결합 플라즈마는 주로 $500{\sim}700\;mm$ 범위를 가지는 넓은 분자 피크만 만든다는 것을 알 수 있었다. 전자 현미경 사진 결과에서는 5 sccm과 10 sccm의 $BCl_3$ 플라즈마 모두 식각 중에 GaAs의 벽면을 언더컷팅 하였으며, 10 sccm의 $BCl_3$유량을 사용하였을 때 언더컷팅이 더 심했다. We report the etch characteristics of GaAs and AlGaAs in the diffusion pump-based capacitively coupled $BCl_3$ plasma. Process variables were chamber pressure ($50{\sim}180$ mTorr), CCP power ($50{\sim}200\;W$) and $BCl_3$ gas flow rate ($2.5{\sim}10$ sccm). Surface profilometry was used for etch rate and surface roughness measurement after etching. Scanning electron microscopy was used to analyze the etched sidewall and surface morphology. Optical emission spectroscopy was used in order to characterize the emission peaks of the $BCl_3$ plasma during etching. We have achieved $0.25{\mu}m$/min of GaAs etch rate with only 5 sccm $BCl_3$ flow rate when the chamber pressure was in the range of 50{\sim}130 mTorr. The etch rates of AlGaAs were a little lower than those of GaAs at the conditions. However, the etch rates of GaAs and AlGaAs decreased significantly when the chamber pressure increased to 180 mTorr. GaAs and AlGaAs were not etched with 50 W CCP power. With $100{\sim}200\;W$ CCP power, etch rates of the materials increased over $0.3{\mu}m$/min. It was found that the etch rates of GaAs and AlGaAs were not always proportional to the increase of CCP power. We also found the interesting result that AlGaAs did not etched at 2.5 sccm $BCl_3$ flow rate at 75 mTorr and 100 W CCP power even though it was etched fast like GaAs with more $BCl_3$ gas flow rates. By contrast, GaAs was etched at ${{\sim}}0.3{\mu}m$/min at the 2.5 sccm $BCl_3$ flow rate condition. A broad molecular peak was noticed in the range of $500{\sim}700\;mm$ wavelength during the $BCl_3$ plasma etching. SEM photos showed that 10 sccm $BCl_3$ plama produced more undercutting on GaAs sidewall than 5 sccm $BCl_3$ plasma.

외기조건과 태양광발전시스템 전력량의 상관관계 분석

김주영(J. Y. Kim),이현민(H. M. Lee),이제원(J. W. Lee),장동영(D. Y. Jang) 한국생산제조학회 2018 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2018 No.5

O₂/SF₆/CH₄ 플라즈마를 이용한 플렉시블 Polycarbonate와 PMMA의 건식 식각

주영우(Y. W. Joo),박연현(Y. H. Park),노호섭(H. S. Noh),김재권(J. K. Kim),이제원(J. W. Lee) 한국진공학회(ASCT) 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.2

현재 플렉시블 폴리머를 이용한 MEMS (Microelectromechanical Systems) 기술이 빠르게 발전하고 있다. 그 중에서 Polycarbonate (PC), Poly Methyl Methacrylate (PMMA)와 같은 플렉시블 폴리머 재료는 광학적 특성이 우수하고 인체 친화적이며 미세 패턴 제조 공정이 용이하다는 등의 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구는 반응성 이온 식각 기술을 이용하여 O₂, SF? 그리고 CH₄의 삼성분계 가스의 혼합 비율에 따른 PC와 PMMA의 건식 식각 결과 및 특성 평가에 관한 것이다. 준비한 각각의 기판에 포토리소그래피 방법으로 마스크를 형성하여 샘플을 만들었다. RF 척 파워를 100 W, 총 가스 유량을 10 sccm으로 고정시켜 플라즈마 식각 실험을 실시하였다. 그 결과에 의하면 전체적으로 PMMA의 식각율이 PC보다는 약 2배 정도 높았다. 그 결과는 PC는 PMMA 보다 상대적으로 높은 녹는점을 가지고 있다는 사실과 관계가 있다고 생각한다. 또한 O²/SF?/CH₄의 삼성분계 가스와 SF?/CH₄, O₂/SF?, O₂/CH₄로 나누었을 때 O₂/SF?의 혼합 가스에서 PMMA와 PC의 식각 속도가 가장 높았다 (PC: 5 sccm O₂/5 sccm SF6에서 약 350 nm/min, PMMA: 2.5 sccm O₂/7.5 sccm SF6에서 약 570 ㎚/min). SEM을 활용하여 식각된 표면을 분석한 결과 PC는 PMMA보다 상대적으로 식각 표면이 더 매끈하였다. 또한 표면 거칠기 분석결과 PC의 표면 거칠기는 1.9~3.88 ㎚이었지만 PMMA의 표면 거칠기는 17.3~26.1 ㎚로 현저하게 높았음을 확인할 수 있었다. There has been a rapid progress for flexible polymer-based MEMS(Microelectromechanical Systems) technology. Polycarbonate (PC) and Poly Methyl Methacrylate (PMMA), so-called acrylic, have many advantages for optical, non-toxic and micro-device application. We studied dry etching of PC and PMMA as a function of % gas ratio in the O₂/SF?/CH₄ ternary plasma. A photoresist pattern was defined on the polymer samples with a mask using a conventional lithography. Plasma etching was done at 100 W RIE chuck power and 10 sccm total gas flow rate. The etch rates of PMMA were typically 2 times higher than those of PC in the whole experimental range. The result would be related to higher melting point of PC compared to that of PMMA. The highest etch rates of PMMA and PC were found in the O₂/SF? discharges among O₂/SF?, O₂/CH₄ and SF6/CH4 and O₂/SF?/CH₄ plasma composition (PC: ~350 ㎚/min at 5 sccm O₂/5 sccm SF?, PMMA: ~570 nm/min at 2.5 sccm O₂/7.5 sccm SF6). PC has smoother surface morphology than PMMA after etching in the O₂/SF?/CH₄ discharges. The surface roughness of PC was in the range of 1.9~3.88 ㎚. However, that of PMMA was 17.3~26.1 ㎚.

IOT적용 태양광발전을 위한 필름히터에 관한 연구

김주영(J. Y. Kim),이제원(J. W. Lee),이현민(H. M. Lee),장동영(D. Y. Jang) 한국생산제조학회 2018 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2018 No.5

O₂/SF₆, O₂/N₂와 O₂/CH₄ 플라즈마를 이용한 폴리카보네이트 건식 식각

주영우(Y.W. Joo),박연현(Y. H. Park),노호섭(H.S. Noh),김재권(J. K. Kim),이성현(S.H. Lee),조관식(G. S. Cho),송한정(H. J. Song),전민현(M. H. Jeon),이제원(J. W. Lee) 한국진공학회(ASCT) 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.1

O₂/SF?, O₂/N₂ 그리고 O₂/CH₄의 혼합 가스를 이용하여 폴리카보네이트의 플라즈마 식각을 연구하였다. 플라즈마 식각 장비는 축전 결합형 플라즈마 시스템을 사용하였다. 폴리카보네이트 식각은 감광제 도포 후에 UV 조사의 포토리소그래피 방법으로 마스크를 제작하여 실험하였다. 본 식각 실험에서는 O₂와 다른 기체와의 혼합비와 RIE 척 파워 증가에 따른 폴리카보네이트의 식각 특성 연구를 중심으로 하였다. 특히 건식 식각 시에 사용한 공정 압력은 100 mTorr로 유지하였으며 공정 압력은 기계적 펌프만을 사용하여 유지하였다. 식각 실험 후에 표면 단차 측정기, 원자력간 현미경 그리고 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플을 분석하였다. 실험 결과에 의하면 폴리카보네이트 식각에서 O₂/SF?의 혼합 가스를 사용하면 순수한 O₂나 SF?를 사용한 것보다 각각 약 140 % 와 280 % 정도의 높은 식각 속도를 얻을 수 있었다. 즉, 100 W RIE 척 파워와 100 mTorr 공정 압력을 유지하면서 20 sccm O₂의 플라즈마 식각에서는 약 0.4 ㎛/min, 20 sccm의 SF?를 사용하였을 때에는 약 0.2 ㎛/min의 식각 속도를 얻었다. 그러나 60 %의 O₂와 40 %의 SF?로 혼합된 플라즈마 분위기에서는 20 sccm의 순수한 O₂에 비해 상대적으로 낮은 -DC 바이어스가 인가되었음에도 식각 속도가 약 0.56 ㎛/min으로 증가하였다. 그러나 SF? 양의 추가적인 증가는 폴리카보네이트의 식각 속도를 감소시켰다. O₂/N₂와 O₂/CH₄의 플라즈마 식각에서는 N₂와 CH₄의 양이 각각 증가함에 따라 식각 속도가 감소하였다. 즉, O₂에 N₂와 CH₄의 혼합은 폴리카보네이트의 식각 속도를 저하시켰다. 식각된 폴리카보네이트의 표면 거칠기 절대값은 식각 전에 비해 2 ~ 3 배정도 증가하였지만 전자현미경으로 표면을 관찰 하였을 때에는 식각 실험 후의 폴리카보네이트의 표면이 깨끗한 것을 확인할 수 있었다. RIE 척 파워의 증가는 -DC 바이어스와 폴리카보네이트의 식각 속도를 거의 선형적으로 증가시켰으며 이 때 폴리카보네이트의 감광제에 대한 식각 선택비는 약 1:1 정도였다. 본 연구의 의미는 기계적 펌핑 시스템만을 사용한 간단한 플라즈마 식각 시스템으로도 O₂/SF?의 혼합 가스를 사용하면 폴리카보네이트의 미세 구조를 만드는데 사용이 가능하며 O₂/N₂ 와 O₂/CH₄의 결과에 비해 상대적으로 우수한 식각 조건을 얻을 수 있었다는 것이다. 이 결과는 다른 폴리머 소재 미세 가공에도 응용이 가능하여 앞으로 많이 사용될 수 있을 것으로 예상한다. We studied plasma etching of polycarbonate in O₂/SF?, O₂/N₂ and O₂/CH₄. A capacitively coupled plasma system was employed for the research. For patterning, we used a photolithography method with UV exposure after coating a photoresist on the polycarbonate. Main variables in the experiment were the mixing ratio of O₂ and other gases, and RF chuck power. Especially, we used only a mechanical pump for in order to operate the system. The chamber pressure was fixed at 100 mTorr. All of surface profilometry, atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used for characterization of the etched polycarbonate samples. According to the results, O₂/SF? plasmas gave the higher etch rate of the polycarbonate than pure O₂ and SF? plasmas. For example, with maintaining 100W RF chuck power and 100 mTorr chamber pressure, 20 sccm O₂ plasma provided about 0.4 ㎛/min of polycarbonate etch rate and 20 sccm SF? produced only 0.2 ㎛/min. However, the mixed plasma of 60 % O₂ and 40 % SF? gas flow rate generated about 0.56 ㎛ with even low -DC bias induced compared to that of O₂. More addition of SF? to the mixture reduced etch of polycarbonate. The surface roughness of etched polycarbonate was roughed about 3 times worse measured by atomic force microscopy. However examination with scanning electron microscopy indicated that the surface was comparable to that of photoresist. Increase of RF chuck power raised -DC bias on the chuck and etch rate of polycarbonate almost linearly. The etch selectivity of polycarbonate to photoresist was about 1:1. The meaning of these results was that the simple capacitively coupled plasma system can be used to make a microstructure on polymer with O₂/SF? plasmas. This result can be applied to plasma processing of other polymers.

자동차 소음, 진동 저감을 위한 차체 설계 프로그램 개발

왕세명(S.M. Wang),이제원(J.W. Lee),기성현(S.H. Ki),문희곤(H.G. Moon),서진관(J.K. Suh) 한국소음진동공학회 1998 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.1998 No.6

O₂/SF₆/CH₄ 플라즈마를 이용한 플렉시블 Polycarbonate와 PMMA의 건식 식각

주영우,박연현,노호섭,김재권,이제원,Joo, Y.W.,Park, Y.H.,Noh, H.S.,Kim, J.K.,Lee, J.W. 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.2

현재 플렉시블 폴리머를 이용한 MEMS (Microelectromechanical Systems) 기술이 빠르게 발전하고 있다. 그 중에서 Polycarbonate (PC), Poly Methyl Methacrylate (PMMA)와 같은 플렉시블 폴리머 재료는 광학적 특성이 우수하고 인체 친화적이며 미세 패턴 제조 공정이 용이하다는 등의 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구는 반응성 이온 식각 기술을 이용하여 $O_2$, $SF_6$ 그리고 $CH_4$의 삼성분계 가스의 혼합 비율에 따른 PC와 PMMA의 건식 식각 결과 및 특성 평가에 관한 것이다. 준비한 각각의 기판에 포토리소그래피 방법으로 마스크를 형성하여 샘플을 만들었다. RF 척 파워를 100 W, 총 가스 유량을 10 sccm으로 고정시켜 플라즈마 식각 실험을 실시하였다. 그 결과에 의하면 전체적으로 PMMA의 식각율이 PC보다는 약 2배 정도 높았다. 그 결과는 PC는 PMMA 보다 상대적으로 높은 녹는점을 가지고 있다는 사실과 관계가 있다고 생각한다. 또한 $O_2/SF_6/CH_4$의 삼성분계 가스와 $SF_6/CH_4$, $O_2/SF_6$, $O_3/CH_4$로 나누었을 때 $O_2/SF_6$의 혼합 가스에서 PMMA와 PC의 식각 속도가 가장 높았다 (PC: 5 sccm $O_2$/5 sccm $SF_6$에서 약 350 nm/min, PMMA: 2.5 sccm $O_2$/7.5 sccm $SF_6$에서 약 570 nm/min). SEM을 활용하여 식각된 표면을 분석한 결과 PC는 PMMA보다 상대적으로 식각 표면이 더 매끈하였다. 또한 표면 거칠기 분석결과 PC의 표면 거칠기는 1.9$\sim$3.88 nm이었지만 PMMA의 표면 거칠기는 17.3$\sim$26.1 nm로 현저하게 높았음을 확인할 수 있었다. There has been a rapid progress for flexible polymer-based MEMS(Microelectromechanical Systems) technology. Polycarbonate (PC) and Poly Methyl Methacrylate (PMMA), so-called acrylic, have many advantages for optical, non-toxic and micro-device application. We studied dry etching of PC and PMMA as a function of % gas ratio in the $O_2/SF_6/CH_4$ temary plasma. A photoresist pattern was defined on the polymer samples with a mask using a conventional lithography. Plasma etching was done at 100 W RIE chuck power and 10 sccm total gas flow rate. The etch rates of PMMA were typically 2 times higher than those of PC in the whole experimental range. The result would be related to higher melting point of PC compared to that of PMMA. The highest etch rates of PMMA and PC were found in the $O_2/SF_6$ discharges among $O_2/SF_6$, $O_2/CH_4$ and $SF_6/CH_4$ and $O_2/SF_6/CH_4$ plasma composition (PC: ${\sim}350\;nm/min$ at 5 sccm $O_2/5$ sccm $SF_6$, PMMA: ${\sim}570\;nm/min$ at 2.5 sccm $O_2/7.5$ sccm $SF_6$). PC has smoother surface morphology than PMMA after etching in the $O_2/SF_6/CH_4$ discharges. The surface roughness of PC was in the range of 1.9$\sim$3.88 nm. However, that of PMMA was 17.3$\sim$26.1 nm.

O₂/SF₆, O₂/N₂와 O₂/CH₄ 플라즈마를 이용한 폴리카보네이트 건식 식각

주영우,박연현,노호섭,김재권,이성현,조관식,송한정,전민현,이제원,Joo, Y.W.,Park, Y.H.,Noh, H.S.,Kim, J.K.,Lee, S.H.,Cho, G.S.,Song, H.J.,Jeon, M.H.,Lee, J.W. 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.1

[ $O_2/SF_6$ ], $O_2/N_2$ 그리고 $O_2/CH_4$의 혼합 가스를 이용하여 폴리카보네이트의 플라즈마 식각을 연구하였다. 플라즈마 식각 장비는 축전 결합형 플라즈마 시스템을 사용하였다. 폴리카보네이트 식각은 감광제 도포 후에 UV 조사의 포토리소그래피 방법으로 마스크를 제작하여 실험하였다. 본 식각 실험에서는 $O_2$와 다른 기체와의 혼합비와 RIE 척 파워 증가에 따른 폴리카보네이트의 식각 특성 연구를 중심으로 하였다. 특히 건식 식각 시에 사용한 공정 압력은 100 mTorr로 유지하였으며 공정 압력은 기계적 펌프만을 사용하여 유지하였다. 식각 실험 후에 표면 단차 측정기, 원자력간 현미경 그리고 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플을 분석 하였다. 실험 결과에 의하면 폴리카보네이트 식각에서 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 순수한 $O_2$나 $SF_6$를 사용한 것보다 각각 약 140 % 와 280 % 정도의 높은 식각 속도를 얻을 수 있었다. 즉, 100 W RIE 척 파워와 100 mTorr 공정 압력을 유지하면서 20 sccm $O_2$의 플라즈마 식각에서는 약 $0.4{\mu}m$/min, 20 sccm의 $SF_6$를 사용하였을 때에는 약 $0.2{\mu}$/min의 식각 속도를 얻었다. 그러나 60 %의 $O_2$와 40 %의 $SF_6$로 혼합된 플라즈마 분위기에서는 20 sccm의 순수한 $O_2$에 비해 상대적으로 낮은 -DC 바이어스가 인가되었음에도 식각 속도가 약 $0.56{\mu}m$/min으로 증가하였다. 그러나 $SF_6$ 양의 추가적인 증가는 폴리카보네이트의 식각 속도를 감소시켰다. $O_2/N_2$와 $O_2/CH_4$의 플라즈마 식각에서는 $N_2$와 $CH_4$의 양이 각각 증가함에 따라 식각 속도가 감소하였다. 즉, $O_2$에 $N_2$와 $CH_4$의 혼합은 폴리카보네이트의 식각 속도를 저하시켰다. 식각된 폴리카보네이트의 표면 거칠기 절대값은 식각 전에 비해 $2{\sim}3$ 배정도 증가하였지만 전자현미경으로 표면을 관찰 하였을 때에는 식각 실험 후의 폴리카보네이트의 표면이 깨끗한 것을 확인할 수 있었다. RIE 척 파워의 증가는 -DC 바이어스와 폴리카보네이트의 식각 속도를 거의 선형적으로 증가시켰으며 이 때 폴리카보네이트의 감광제에 대한 식각 선택비는 약 1:1 정도였다. 본 연구의 의미는 기계적 펌핑 시스템만을 사용한 간단한 플라즈마 식각 시스템으로도 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 폴리카보네이트의 미세 구조를 만드는데 사용이 가능하며 $O_2/N_2$와 $O_2/CH_4$의 결과에 비해 상대적으로 우수한 식각 조건을 얻을 수 있었다는 것이다. 이 결과는 다른 폴리머 소재 미세 가공에도 응용이 가능하여 앞으로 많이 사용될 수 있을 것으로 예상한다. We studied plasma etching of polycarbonate in $O_2/SF_6$, $O_2/N_2$ and $O_2/CH_4$. A capacitively coupled plasma system was employed for the research. For patterning, we used a photolithography method with UV exposure after coating a photoresist on the polycarbonate. Main variables in the experiment were the mixing ratio of $O_2$ and other gases, and RF chuck power. Especially, we used only a mechanical pump for in order to operate the system. The chamber pressure was fixed at 100 mTorr. All of surface profilometry, atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used for characterization of the etched polycarbonate samples. According to the results, $O_2/SF_6$ plasmas gave the higher etch rate of the polycarbonate than pure $O_2$ and $SF_6$ plasmas. For example, with maintaining 100W RF chuck power and 100 mTorr chamber pressure, 20 sccm $O_2$ plasma provided about $0.4{\mu}m$/min of polycarbonate etch rate and 20 sccm $SF_6$ produced only $0.2{\mu}m$/min. However, the mixed plasma of 60 % $O_2$ and 40 % $SF_6$ gas flow rate generated about $0.56{\mu}m$ with even low -DC bias induced compared to that of $O_2$. More addition of $SF_6$ to the mixture reduced etch of polycarbonate. The surface roughness of etched polycarbonate was roughed about 3 times worse measured by atomic force microscopy. However examination with scanning electron microscopy indicated that the surface was comparable to that of photoresist. Increase of RF chuck power raised -DC bias on the chuck and etch rate of polycarbonate almost linearly. The etch selectivity of polycarbonate to photoresist was about 1:1. The meaning of these results was that the simple capacitively coupled plasma system can be used to make a microstructure on polymer with $O_2/SF_6$ plasmas. This result can be applied to plasma processing of other polymers.