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/CH4 플라즈마를 이용한 플렉시블 Polycarbonate와 PMMA의 건식 식각

주영우,박연현,노호섭,김재권,이제원 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.2

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/SF6/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/SF6 discharges among O2/SF6, O2/CH4 and SF6/CH4 and O2/SF6/CH4 plasma composition (PC: ~350 nm/min at 5 sccm O2/5 sccm SF6, 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/SF6/CH4 discharges. The surface roughness of PC was in the range of 1.9~3.88 nm. However, that of PMMA was 17.3~26.1 nm. 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, SF6 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 sccm 으로 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/SF6/CH4의 삼성분계 가스와 SF6/CH4, O2/SF6, O2/CH4로 나누었을 때 O2/SF6의 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 nm/min). SEM을 활용하여 식각된 표면을 분석한 결과 PC는 PMMA보다 상대적으로 식각 표면이 더 매끈하였다. 또한 표면 거칠기 분석 결과 PC의 표면 거칠기는 1.9~3.88 nm이었지만 PMMA의 표면 거칠기는 17.3~26.1 nm로 현저하게 높았음을 확인할 수 있었다.

orientation control of microphase-separated block copolymer thin films uning substrates with controlled roughness

주영우 한국고분자학회 2010 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.2010 No.10

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.

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

주영우,박연현,노호섭,김재권,이성현,조관식,송한정,전민현,이제원 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.1

We studied plasma etching of polycarbonate in O2/SF6, 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/SF6 plasmas gave the higher etch rate of the polycarbonate than pure O2 and SF6 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 SF6 produced only 0.2 ㎛/min. However, the mixed plasma of 60 % O2 and 40 % SF6 gas flow rate generated about 0.56 ㎛ with even low -DC bias induced compared to that of O2. More addition of SF6 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/SF6 plasmas. This result can be applied to plasma processing of other polymers. O2/SF6, 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/SF6의 혼합 가스를 사용하면 순수한 O2나 SF6를 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 SF6를 사용하였을 때에는 약 0.2 ㎛/min의 식각 속도를 얻었다. 그러나 60 %의 O2와 40 %의 SF6로 혼합된 플라즈마 분위기에서는 20 sccm의 순수한 O2에 비해 상대적으로 낮은 -DC 바이어스가 인가되었음에도 식각 속도가 약 0.56 ㎛/min으로 증가하였다. 그러나 SF6 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/SF6의 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.

축대칭 국부 하중을 받는 원통관리 극한하중에 관한 연구

주영우 울산대학교 1982 연구논문집 Vol.13 No.1

링하중과 대압력과 같은 축대칭 국부하중을 받는 원통관에 대하여 극한해석을 했다. 원통관의 재료는 균일하고 완전강소성체로 가정하였으며 Tresca의 항복조건을 만족한다. 정확한 항복곡선에 내접하는 6각형과 8각형항복곡선을 사용하여 극한하중을 구하였다. 이론 결과로부터 극한하중은 8각형 항복곡선을 사용하여 구한 것이 6각형 항복곡선으로 구한 것보다 컸다. 대압력의 경우 정적 붕과실험을 하여 얻은 실험치와 이론치를 비교하였으며 이것으로부터 이론과 실험사이에 밀접한 관계가 있음을 관찰하였다. The limit analysis is carried out on cylindrical tube under localized axisymmetric ring force and band pressure. The material of cylindrical tube is assumed to be homogeneous and rigid-perfectly plastic, and to obey Tresca's yield criterion. The limit loads are obtained by using hexagonal and octagonal yield curve inscribed to exact yield curve. The theoretical results indicate that the limit loads determined with octagonal yiel curve are larger than that with hexagonal yield curve. In case of band pressure the theoretical limit loads are compared with the experimental results of static-collapse experiment. A close correlation between theory and experiment is observed in this comparison.

구형쉘-노즐부의 응력해석

朱永祐 울산대학교 1977 연구논문집 Vol.8 No.2

얇고 두께가 일정한 구형쉘의 노즐접착부의 응력해석을 하였다. 구형쉘-노즐부의 근사해를 구하여서 다른 연구자가 발표한 실험치 및 이론치와 비교하였다. 비교결과 본 논문의 결과는 실헌치와 잘 일치하였으며, 타 이론식보다 유용하다는 결론을 얻었다. Stress Analysis of thin, constant-thickness, spherical shell-nozzle juncture was performed. Approximate solutioin was derived and compared with the experimeneal results and theory of other investigators. The comparison shows good agreement with experimental result. It is concluded that the method derived in this paper is feasible for stress analysis of the spherical shell-nozzle juncture.

강체의 변위를 해석하기 위한 데이타 교정법에 관하여

주영우 울산대학교 1984 연구논문집 Vol.15 No.1

강체의 변위를 해석하기 위하여 측정된 데이터를 교정하기 위한 방법에 관하여 연구하였다. 최적 변위매트릭스를 변수들의 값이 적다고 가정하여 근사화기켜 폐형해를 얻었다. 얻어진 폐형해를 사용하여 수치 계산을 하여 Suh의 결과 및 정확한 식으로 구한 값들과 비교, 검토하였다. 근사화기킨 해가 Suh의 것과 거의 같은 결과를 주었으며, 실제로 사용하기가 더 편리하고, 계산시간도 상당히 줄일 수 있었다. The data correction method for the analysis of rigid body displacement is investigated. The optimal displacement matrix is approximated under the assumption that the values of displacement variable, are small. A closed iorm solution is obtained. Numerical results are compared with Suh's and the other that is obtained by exact equations. The results show that approximated solution gives almost the same as the Suh's and is more convenient for practical use, and the computing time can be reduced considerably.

철도 차량용 전력변환 시스템을 위한 Active-Clamp Forward Converter의 최적 스위칭 반도체 선정

주영우,권영은,김정은 한국철도학회 2021 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2021 No.11

레벨 러핑 지브 크레인의 상부구조의 최적설계

주영우,염영진 울산대학교 1990 연구논문집 Vol.21 No.1

레벨 러핑 지브 크레인의 상부구조의 최적설계를 위한 연구를 하였다. 본 연구에서는 상자형 부재의 단면 결정과 하중 상태를 결정하도록 하였으며 본 프로그램을 보완하면 어떤 형태의 단면을 갖는 부재도 쉽게 다룰 수 있다. 본 연구에서 개발된 최적설계치와 기존 설계를 비교하였으며 최적설계의 결과가 더 경제적인 것으로 나타났다. Optimal design for the upper structures of the level luffing jib crane has been developed based on crane design standards. This program will cover from the determination of box-type beam section to the loading calculations of each beam sections and can be extended to any type of beam section by revising. A comparison between the existing design and the optimal design that was developed from this study has proved that the optimal design is more economical.