工學碩士學位 請求論文

대기압 플라즈마를 이용한 감광제

제거 공정과 결함에 관한 연구

A Study on Photoresist Stripping and Oxide Damage

in Atmospheric Pressure Plasma

2004年 2月

仁荷大學校 大學院

情報通信工學科

黃 寅 旭

工學碩士學位 請求論文

工學碩士學位 請求論文

대기압 플라즈마를 이용한 감광제

제거 공정과 결함에 관한 연구

A Study on Photoresist Stripping and Oxide Damage

in Atmospheric Pressure Plasma

2004年 2月

指導敎授 朴 世 根

이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

情報通信工學科

黃 寅 旭

이 論文을 黃寅旭의 工學碩士學位 論文으로 認定함.

2004 年 2 月

主審

副審

委員

- i -

요 약

본 논문에서는 Dielectric Barrier Discharge(DBD)방식의 대기압 플라즈마

장비를 제작하여 감광제 제거공정에 적용하였다. 입력전원의 세기와, 주파

수, 방전거리, 그리고 공정기체의 유량을 변화시켜 가면서 감광제 제거율을

알아보았으며, 대기압 플라즈마 특성을 조사해보기 위해서 Optical Emission

Spectroscopy(OES) 측정을 했다. 순수한 O2 플라즈마와 Ar을 첨가했을 때

를 비교해 본 결과, Ar을 첨가했을 때 보다 많은 산소 라디칼이 생성된다는

것을 알았다. 즉, 감광제 제거율이 증가하는 경향을 나타내었다.

입력전원, 전원 주파수가 증가함에 따라서, 감광제 제거율이 증가하였고,

방전 거리를 증가함에 따라 안정적인 플라즈마를 유지하기 위해서 입력전원

을 상승시켜야 했다. 즉, 전극간 거리가 증가하면 방전이 불안정하게 나타나

서 감광제 제거율이 감소했다. 일정한 산소기체의 유입량의 증가는 감광제

제거율을 점진적으로 증가하였으나, 과도한 공정기체의 유입은 방전 공간의

유속분포가 비대칭적이 되어, 스트리머가 한쪽으로 치우치는 등의 방전불안

이 야기되었다. 즉, 단위 부피당 방전에너지가 O2 분자를 라디칼로 변환시키

기 위한 충분한 에너지를 제공하지 못했기 때문에 감광제 제거율이 감소하는

경향을 보였다.

Metal Insulator Semiconductor(MIS) 캐패시터를 제작하여 플라즈마에 의

한 감광제 제거반응 과정에서 나타날 수 있는 charging damage를 조사한

결과, 단순한 DBD방식의 대기압 플라즈마는 gate 산화막에 손상을 주는 것

을 확인하였으며, 이를 피할 수 있는 공정 최적화가 필요함을 알 수 있었다.

- ii -

Abstract

In this study, an atmospheric pressure plasma by Dielectric Barrier

Discharge (DBD) type is generated and characterized, and is applied to

stripping of photoresist. The stripping rate was examined as a function

of the external applied power, its frequency, distance between discharge

electrodes and gas flow rate. Optical Emission Spectroscopy (OES) was

used to monitor the active species in the plasma. It was found that

when Ar is added to the oxygen plasma, more oxygen radicals are

generated. Therefore, the stripping rate of photoresist increases.

Ashing rate of photoresist increases with the applied voltage and

the frequency. When discharge distance is increased, the stripping rate

is reduced and thus the applied voltage should be increased to maintain

a stable plasma. While any increase in the inflow of oxygen gas results

in the gradual increase in ashing rate. However, when the flow rate

increases further, the rate starts to decrease because the power density

delivered to unit volume of oxygen molecule becomes lower and plasma

becomes unstable.

To investigate the charging damage by the plasma, C-V and I-V

properties were examined by ashing of MIS capacitor patterns. It was

found that an atmospheric pressure plasma of DBD type could cause

the damage on thin gate oxide layers.

- iii -

목 차

요 약 ············································································································ ⅰ

Abstract ······································································································· ⅱ

그림 목차 ···································································································· ⅴ

표 목차 ········································································································ ⅹ

Ⅰ. 서 론 ······································································································ 1

Ⅱ. 배 경 ······································································································ 3

Ⅲ. 대기압 플라즈마 특성 ······································································· 10

3.1. 장비 ································································································ 12

3.2. 시료제작 ························································································ 14

3.3. 진단 ································································································ 17

Ⅳ. 감광제 제거공정(Photoresist Ashing) ·········································· 21

4.1. 감광제 제거실험 ·········································································· 21

4.2. 실험결과 ························································································ 21

4.3. 통계적 실험 계획법 ···································································· 25

4.4. 플라즈마 결함 ·············································································· 31

Ⅴ. 결론 ······································································································ 36

Ⅵ. 참고 문헌 ···························································································· 37

- iv -

그 림 목 차

그림 1. 코로나 방전소스의 모식도........................................6

그림 2. DBD 소스의 모식도................................................8

그림 3. pd에 따른 공정기체들의 방식...................................11

그림 4. 대기압 플라즈마 장치 개략도...................................13

그림 5. 대기압 플라즈마 System.........................................13

그림 6. 감광제 제거용 시편 제작.........................................15

그림 7. MIS 캐패시터 시편 제작.........................................16

그림 8. MIS 캐패시터 C-V와 I-V 특성 측정...........................16

그림 9. OES System 개략도..............................................18

그림 10. 산소 플라즈마 OES 측정........................................20

그림 11. 산소 플라즈마 OES 측정(Ar 첨가).............................20

그림 12. 방전거리와 입력전압에 따른 감광제 제거울 변화.. ........22

그림 13. 주파수에 따른 감광제 제거울 변화............................ 23

그림 14. O2 flow rate에 따른 감광제 제거울 변화.....................24

그림 15. 입력 전압에 따른 감광제 제거율 변화........................ 25

그림 16. 플라즈마 ashing 처리후 표면의 거칠기.......................27

그림 17. 인자 수준에 따른 감광제 제거율...............................30

그림 18. Reference 시료의 C-V 특성 곡선............................. 34

그림 19. Reference 시료의 I-V 특성 곡선.............................. 34

- v -

그림 20. 플라즈마 ashing 후의 C-V 특성 곡선.........................35

그림 21. 플라즈마 ashing 후의 I-V 특성 곡선..........................35

- vi -

표 목 차

표 1. 산소의 해리와 이온화 에너지......................................19

표 2. L9(34) 직교배열표....................................................29

표 3. 분산분석표 (ANOVA table).........................................30

- 1 -

Ⅰ. 서론

반도체 집적회로 소자의 제조공정기술이 발전하고 복잡해짐에 따라 패

터닝을 위한 사진 식각공정수가 많아지면서 식각 후 사용된 감광제를 제거하

는 공정이 매우 중요하게 인식되고 있다.[1] 하지만 대부분 공정에서 사용되

고 있는 비평형 저온 플라즈마 기술은 현재까지 고진공에서의 다양한 재질의

박막증착, 식각, Cleaning 등의 반도체 공정에 사용되고 있다. 따라서 진공

환경을 유지시켜야하므로 진공 관련의 pump와 chamber 등이 필요하게 되

어 원가 상승의 요인이 되어왔고,[2] 시료의 특성에 따라 많은 제약 조건을

가지고 있다. 이러한 이유에서 최근에 관심을 받게 된 대기압 플라즈마는 진

공이 불필요하며, in-line 형태의 장비에 장착되어 연속공정이 가능하며 환경

친화적이고 장비와 운영비가 저렴하다. 이러한 비평형 저온의 상압플라즈마

기술은 현재까지 고진공에서의 비평형플라즈마를 이용하여 온 다양한 재질의

박막증착, 식각, Cleaning 등의 반도체 공정에 국한되지 않고, 폴리머 및 저

융점 금속의 표면처리, 플라즈마 살균, 램프, PDP/LCD , 미생물오염 제거장

비, 환경오염물 분해장비 등의 다양한 분야에서 응용되어지고 있다. 앞으로

전기, 전자산업, 자동차, 기계, 항공, 우주, 의료, 방산 산업 및 극한기술분

야 등의 넓은 분야에서 핵심적인 산업기반 기술의 하나로 발전될 것으로 보

인다. 이와 같은 대기압 플라즈마에 대한 연구는 극히 최근에 국외에서 급속

히 연구되고 있고 상용화된 소스를 발표하고 있는 반면, 국내에서는 PCB 등

의 비교적 damage가 문제되지 않는 공정에 적용하려는 시도가 지속적으로

이루어지고 있다. 상압 플라즈마 소스로써 코로나 방전이나 dielectric barrier

- 2 -

breakdown 방식, 또는 이를 응용하여 변형시킨 플라즈마 소스들은 오래전부

터 섬유나 의료산업에 응용되어온 기술이다. 전자 부품의 세정으로써 PCB기

판, 유리, 플라스틱의 표면을 세정하는 기술과 장비 역시 국내외 몇 개의 업

체에서 개발되어 오고 있다. 그러나 대기압에서 발생하여야하는 상압 플라즈

마는 그 소스의 선택과 구조 및 이에 따른 공정개발이 최적화 되어야 상기한

이점을 살릴 수 가 있다. 오랜 역사를 갖고 의료업계에서 살균이나 멸균에,

섬유업계에서 피복의 표면개질에, 그리고 비산먼지의 집진 등에 응용된 상압

플라즈마의 대명사격인 corona 방전, DBB 방식은 그러나 반도체나 평판 디

스플레이의 공정에는 적합하지가 못한다. 그것은 이 방식이 기판에 많은

damage를 주기 때문에 미세하고 섬세한 박막이나 전자회로를 파괴하기 때

문이다.[3] 따라서 damage free 하면서 환경친화적인 상압 플라즈마의 개발

과 이를 응용하는 연구는 필수적이라고 본다.

따라서 대기압에서 damage free하면서 감광제 제거공정에 적용할 수 있는

기술이 요구된다. 본 연구에서는 DBD(Dielectric Barrier Discharge)타입에

대기압 플라즈마 장치를 제작해서 입력 전원, 주파수, 유입 가스량 등의 각

종 공정변수에 따른 플라즈마 특성과 감광제 제거공정을 알아보았다. MIS

캐패시터를 제작해서 플라즈마 charging damage여부를 조사하여 대기압 플

라즈마 감광제 제거장비의 가능성을 확인했다.

- 3 -

Ⅱ. 배경

2-1. 플라즈마

물질의 상태는 온도를 올리면 고체에서 액체, 기체로 변화하고 있으며, 더

욱 올리면 기체는 전리하여 플라즈마로 된다. 이 의미에서 플라즈마는 제4의

물질상태라고 한다. 플라즈마는 일반적으로 고온상태에서 이온화된 입자를

말하는 것으로 전자와 양이온, 즉 하전입자로 구성되어 있으며 전기적으로

중성인 하전 기체의 물질상태를 정의하는 물리학 용어이다.

플라즈마는 (-)성의 전자와 이온들로 구성된다. 이온은 원자 또는 원자단으

로 구성되며, 인가된 전기장의 세기에 따라서 즉 분자들이 받는 에너지량에

따라서 복잡한 분해 또는 재결합 기구를 거쳐 원자 또는 원자단이 생성되며,

매우 높은 반응성을 갖는다. 다음은 전자들의 충돌에 의해 중성 분자들로부

터 이온성의 원자 또는 원자단들이 생성되는 여러 가지 과정을 나타낸 것이

다.

Collisional Processes

(1) Ionization

e + A → A+ + 2e

(2) Excitation

e + A → A* + e → e + A + hv

(3) Dissociation

e + AB → A + B+ + e

- 4 -

(4) Dissociative Ionization

e + AB → A + B+ + 2e

(5) Dissociative Recombination

e + AB+ → A + B*

(6) Dissociative Electron Attachment

e + AB+ → A + B-

플라즈마는 이온화된 원자 또는 원자단으로 구성되어 있기 때문에 매우 강

한 반응성을 가지며 특정 반응계에 대해서는 촉매역활을 한다고 볼 수 있다.

플라즈마 발생기에서 두 전극사이에 인가된 고전압이 제거되면 이온 상태의

물질들은 재결합 반응을 일으킨다. 재결합 반응은 이온화되기 이전의 상태로

진행될 수도 있고 새로운 물질이 생성되는 방향으로 진행될 수도 있다.

반도체 공정에 사용되는 플라즈마는 10-6이하의 낮은 이온화도를 가지는 극

히 부분적으로 이온화된 상태이며, 하전입자의 에너지가 비교적 낮고, 밀도

는 cm3당 약 109～1012의 범위를 가진다. 플라즈마 내부에는 이온화 과정을

통해 생성된 이온과 전자들이 존재하며 기체분자가 분리되는 해리과정을 거

쳐 전기적으로 중성이며 화학적 반응성이 매우 강한 라디칼을 생성한다.

라디칼은 식각하고자 하는 박막과 화학적으로 반응하여 휘발성 물질을 형성

하며 이온은 전자와 이온과의 이동도 차이로 인해 형성되는 sheath 영역의

전압차에 의해 가속되어 기판을 bombard하게 된다. 이온성 반응식각이란

이러한 라디칼에 의한 화학적 식각과 이온에 의한 물리적 식각이 조합되어

개별적인 식각보다 약 10배 이상의 식각속도와 선택적인 식각이 가능하게

된다.[4]

- 5 -

2-2. 플라즈마의 종류

가. 글로우 방전(Glow Discharge)

진공용기내의 평판 전극사이에서 일어나는 방전으로, 압력은 전형적으로 10

mbar보다 적다. 높은 에너지를 가진 전자들에 의해 중성원자 및 분자들이

여기된다. 글로우 방전이 특별한 이유 중의 하나는 방전을 유지하기 위해 필

요한 전압 및 전류가 비교적 낮다. 이것은 플라즈마 화학에 대한 조사 연구

의 중요한 기구가 되었다. 낮은 압력 및 가스 흐름 때문에 글로우 방전은 화

학물질의 대량생산에 사용되지 못하였다. 전등 산업에서 네온튜브가 옥외광

고용으로 사용되었으며, 형광튜브가 글로우 방전의 실제적인 사용 예이다.

나. 코로나 방전(Corona Discharge)

[그림 1]과 같이 뽀족한 금속전극에 수 KV의 고전압을 인가할 때 뽀족한

부분 주위에 약간의 발광현상을 볼 수 있으며, 이것으로 방전이 일어나는 것

을 알 수 있다.[4][5] 즉, 끝부분의 전계가 방전 파괴전계를 일으키는 것으로

방전이 시작된다. 코로나 방전에서는 끝부분의 전극에서 평판전극 방향으로

향함으로써 전계강도는 급격히 낮아지며, 뽀족한 전극부분에서 발생된 양이

온은 평판에 대향한 전극의 부의 전극방향으로 향하며, 늦은 속도로 이동한

다. 이온이 이동하는 부분에서는 이온화나 분자의 여기반응이 일어나며 대부

분의 전극사이에서 발광하게 된다. 포인트 주위의 작은 활성체적에 기인하여

코로나방전은 많은 양의 화학종 산업생산에는 적합하지 않다. 그러나 코로나

를 이용하면 공기 중에 이온바람을 만들 수 있고, 분자이온이 자유롭게 발생

하게 된다. 이 성질을 이용하면 공기 중에 떠도는 입자를 이온으로 대전시킬

- 6 -

수 있고, 실제로 굴뚝의 집진기로 사용한다. 제록스 복사기등도 코로나 이온

이 반도체 표면에 대전하는 성질을 이용한 것이다. 그 외에 배출가스의 처

리, 건식광석 분리, 방사선 감지 및 폴리머의 표면처리 등 대단히 많은 분야

에서 실제로 사용된다.

[그림 1] 코로나 방전소스의 모식도

- 7 -

다. 유전체 장벽방전(Dielectric Barrier Discharges)

[그림 2]에 나타낸 것과 같이 한쌍의 전극에서 한쪽 또는 양쪽 전극의 표

면을 유리등의 절연체로 감싸고 전극 간에서 직접 방전이 일어나지 않도록

해두고 교류 전압을 가한 경우의 기체 방전을 배리어 방전(barrier

discharge)이라하며 보통 1기압 정도이상에서 쓰인다.[6] 기체와 고체의 유전

율을 ε1, ε2라 하고고체 중의 전계를 E2라 하면 기체 중의 전계 E1은 평행

평판 전극인 경우 E1=(ε2/ε1) E2로 주어진다. 일반적으로 기체 절연 파괴전압

은 고체의 그것보다도 낮고 ε2〈 ε1이다. 따라서 절연 내력이 약한 기체에

강한 전계가 가해져서 기체 쪽이 먼저 절연파괴를 일으킨다.

전극 간에 1기압 정도 이상의 기체를 채워 교류 고전압을 인가하면 전계와

평행한 방향으로 무수히 많은 매우 가느다란 광 줄기가 발생하는데 광 줄기

는 스트리머에 의한 것이다.[6] 스트리머의 전하는 전극에 흘러 들어가지 않

으므로 고체 표면에 축척되는데 이것을 벽전하(wall charge)라 한다. 벽전하

가 증가해 기체 속의 전계가 떨어지면 방전은 그치나 다음 반 사이클에서는

전극의 전계와 벽전하의 전계 방향이 일치하므로 용이하게 방전이 일어난다.

즉, 한번 방전을 일으키면 그 후에는 낮은 전압에서도 방전을 유지할 수 있

다.

배리어 방전의 기체에 공기 또는 산소를 쓰면 다량의 오존(O3)이 발생한

다.[6] 이것을 이용한 오존 발생 장치를 오조나이저(ozonizer)라 한다. 오조나

이저는 상․하수도의 살균, 냄새 제거, 탈색이나 펄프 탈색 등에 사용되며 이때 전극간격은 1 mm 정도, 인가 전압은 10 KV 전후, 수기압이다. 오존은

고 에너지의 전자와 산소 분자와의 충돌에 의해 만들어지지만 기체의 온도가

높으면 분해해서 산소로 되돌아간다. 따라서 배리어가 없는 상태에서의 교류

- 8 -

방전은 큰 전류가 흘러 온도가 올라가고 전극 간 전압이 크게 저하되므로 오

존 생성에는 적합하지 않다.

[그림 2] DBD 소스의 모식도

라. RF 방전

RF 방전은 2~60 KHz 범위에서 이루어지며, 공업용은 보통 13.56 MHz가

쓰인다. RF 방전의 장점은 전극을 방전체적의 외부에 둘 수 있으며, 이것은

금속 증기에 의한 플라즈마의 오염 및 전극침식을 피할 수 있다. 전장의 파

장이 용기 크기보다 훨씬 크기 때문에 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있

다. RF 방전은 낮은 압력에서 잘 이루어지나 대기압에서도 가능하다. 낮은

압력의 에칭을 목적으로 한 RF방전은 반도체 제조분야 널리 이용되고 있다.

- 9 -

마. 마이크로파 방전(Microwave Discharge)

플라즈마의 생성 측 방전시작에서는 기체 중에 초기전자가 존재할 필요가

있다. 이 초기전자는 필라멘트를 가열해서 전자를 얻는 열전자방출, 높은 전

기장을 거쳐 전자를 인출하는 전계방출, 또는 우주선이나 방사선등에 의해

형성된다. 이 초기전자에 외부에서 마이크로파 전원에 의한 에너지를 가하면

가속된 높은 에너지를 가진 전자가 되고 그것은 분자나 전자와 충돌해서 에

너지 이동이 일어난다. 그 에너지 교환에 의해 중성의 분자나 원자는 이온과

즈마를 생성하는 방법은 직류 전계에 의한 방전과 고주파전계에 의한 방전이

있다. 고주파 방전에서는 방전 공간의 내부에 전극이 없어도 방전이 가능하

고 양광주만이 존재하는 방전 형식이 되며, 이것을 무전극방전이라고 부른

다. 주파수는 수~수백 MHz의 단파(HF), 혹은 초단파(VHF)영역, 수 GHz의

마이크로파을 이용하는 것이 일반적이다. HF에서는 13.56 MHz, 마이크로파

에서는 2,450 MHz를 이용한다. 플라즈마 발생부의 가스압력은 0.3~10

mTorr, 주파수 2.45 GHz, 마이크로파 전력 0.1~5 KW 정도로 안정하게 방

전시키는 것이 가능하며, 그 주요특징으로는 저온처리가 가능, 장치의 취급

이 용이, 처리실구조의 자유로운 변화가능, 처리공정의 단순화, 고밀도 플라

즈마 생성가능 등이 있다.

- 10 -

Ⅲ. 대기압 플라즈마 특성

플라즈마를 발생시키기 위해서는 일반적으로 수 mTorr 이상의 진공이 요구

된다. 진공상태의 플라즈마는 매우 안정하고 균일하기 때문에 여러 공정에

많이 응용되고 있다. 그러나 보다 좋은 상태의 플라즈마를 만들기 위해 사용

되는 진공장치가 너무 고가이고 공정을 위해 진공상태와 대기 상태가 반복되

는 과정이 필요하므로 비용이 많이 들고, 번거로운 단점이 있다. 또한 진공

용기의 크기에 따라 플라즈마의 크기가 제한되는 한계를 가지고 있다. 따라

서 그동안 이러한 단점을 극복하기 위해 진공이 아니 대기압 상태에서 플라

즈마를 발생시켜 보려는 연구가 꾸준히 시도되었다. 대기압 플라즈마를 발생

시키고 유지하기는 매우 어렵다. 먼저 높은 압력에서는 기체를 방전시키는데

필요한 방전전압이 높다. 압력과 기체 방전과의 관계를 Paschen curve에 따

르면 [그림 3]에서 보듯이 공기의 경우 10 Torr에서 300 V/mm의 전압이

요구되지만 대기압인 760 Torr에서는 5 KV/mm의 전압이 요구된다. 실험적

으로 얻어진 압력과 기체방전과의 관계식은 다음과 같다.[4][7][8]

V=B (p d )

In [A (p d ]− In [In (1 + 1/γse )]

여기서 A와 B는 실험적으로 얻는 기체가 갖는 특성 값으로 공기의 경우

A=1.46, B=36.5 이다. d는 전극사이의 거리, p는 압력, γ1는 음극관으로부

- 11 -

터 나오는 전자에 대한 2차 방출 상수로 공기의 경우 γ1=0.01이다.

전극간의 거리(d)에 대한 방전 개시전압을 나타낸 것이다. 전극간의 거리가

일정하다면 압력의 증가에 따라 방전개시 전압이 약간 감소하다가 일정값 이

상이 되면 급격히 증가하는 경향을 보이고 있다. 즉, 공정 압력이 대기압에

가까워질수록 높은 방전 개시 전압이 필요함을 보여주고 있으며, 압력이 높

아질수록 전극간의 거리가 좁아야한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, Ar의

경우 전극간의 거리가 5 mm라면 대기압에서 2500 V의 방전개시 전압이 필

요하게 된다.

이렇게 대기압에서 발생된 플라즈마는 저압에서 발생된 플라즈마와 다르게

입자간 충돌률이 커서, 전자들과 무거운 입자 (heavy particles)들 사이의 온

도차이가 줄어들게 된다.

[그림 3] pd에 따른 공정기체들의 방전개시전압

- 12 -

3-1. 장비

본 연구에 사용된 DBD(Dielectric Barrier Discharges)타입에 대기압 플라즈

마는 두개의 금속 전극으로 이루어져 있으며 양쪽 전극의 표면을 Al2O3로 감

싸고 있는 형태로써 전극으로는 stainless steel을 이용하였고, 전극의 크기

는 400 mm, 봉타입으로 구성되었다.[9] 또 공정기체가 균일하게 유입될 수

있도록 전극 내부에 가느다란 구멍을 뚫었다. [그림 4,5]는 플라즈마 반응기

에서 발생하는 특성을 알아보기 위해서, 특성 분석용 장비 OES가 부착된 개

략도를 나타내었다.

O2 와 Ar과 같은 첨가가스들은 상하부의 전극을 고정시키는 테프론 재질에

용기의 hole을 통해 유입에 되고, Mass Flow Controller(MFC)로 조절되어

반응 chamber에 들어오게 된다. 대기압에서 O2 공정기체의 유량은 slm 단

위로 0~20 slm까지 주입하였으며, 나머지 첨가가스들도 0에서 200 sccm까

지 MFC로 조절하여 주입하였다.

상압 플라즈마를 발생시키기 위하여 전극의 한쪽 극에는 current limiting

역할을 하기 위하여 절연층으로 전극을 보호해야한다. 이러한 절연층으로 사

용되는 물질로는 glass, Quartz, 세라믹, kepton tape등이 사용되어지고 있

다.[10]

- 13 -

Metal

Dielectric

Dielectric

Gas Inlet

Gas Inlet

O.E.S

Metal

AC Power

Gas Inlet

O.E.S.

AC Power

Gas Inlet

O.E.S.

AC Power

[그림 4] 대기압 플라즈마 장치 개략도

[그림 5] 대기압 플라즈마 system

- 14 -

3-2. 시료제작

감광제 실험을 위해서 4 또는 5인치 웨이퍼에 AZ- 1512 감광제를 도포하

고 90 ℃에서 10분간 프리-베이크하여 패터닝한 1.2 ㎛의 두께에 시편을 플

라즈마로 처리 후, 감광제 제거율을 알아보았다. 감광제 제거 실험은 입력전

압, 주파수, 방전거리, 공정 기체의 유량 등의 공정조건을 변화시키면서 감

광제의 제거율을 관찰하였으며, 감광제 제거 전후의 두께를 surface profiler

를 사용하여, 감광제 제거 전후의 두께를 각각 측정하여 구하였다. 산소 플

라즈마를 이용한 감광제 제거반응은 산소 라디칼과 유기물의 감광제와의 화

학적 반응이 주이므로, 라디칼의 양에 따라서 감광제 제거 효율이 차이가 보

이기 때문에 OES를 사용하여 산소 활성종들을 관찰하였다.

플라즈마에 의한 감광제 제거 공정중에 발생하는 결함정도를 측정하기 위해

MIS capacitor를 제작해서 C-V와 I-V 특성을 측정하였다. MIS 캐패시터 제

작을 위한 시료로 (100) 방향의 P형 실리콘 기판위에 고유전율 절연막으로

Al2O3를 Atomic Layer Deposition(ALD)장비를 사용하여 70Å 증착하였다.

전극으로는 Cr를 RF magnetron sputtering에 의해 1000Å 증착하여 MIS 캐

패시터의 전극으로 사용했고, AZ-1512 PR을 사용하여 패터닝한 후 Cr을 습

식 식각하여 여러 가지 조건에서 감광제 제거공정을 수행하였다. 실험 결과

는 4장에 나타내었다.

- 15 -

Wafer cleaning

감광제 도포 (AZ-1512 )

Soft baking (90 ℃, 10 min)

UV 노광 (exposure)

현상 (develop)

Hard baking (140 ℃, 10 min)

Measurement (α-step)

Ashing (DBD)

Wafer cleaning

감광제 도포 (AZ-1512 )

Soft baking (90 ℃, 10 min)

UV 노광 (exposure)

현상 (develop)

Hard baking (140 ℃, 10 min)

Measurement (α-step)

Ashing (DBD)

[그림 6] 감광제 제거 시편 제작

- 16 -

Wafer cleaning

Al2O3 deposition 70 Å : ALD

Cr deposition 1000 Å : Sputtering

Pattering

Wet etching (Cr electrode and Al2O3)

Ashing(DBD)

Measurement

Square pattern

1 mm

1 m

m

Wafer cleaning

Al2O3 deposition 70 Å : ALD

Cr deposition 1000 Å : Sputtering

Pattering

Wet etching (Cr electrode and Al2O3)

Ashing(DBD)

Measurement

Square pattern

1 mm

1 m

m

[그림 7] MIS 캐패시터 시편 제작

p-type Si

Cr Al2O3

VG

[그림 8] MIS 캐패시터 C-V와 I-V 특성 측정

- 17 -

3-3. 진단

플라즈마 진단이란 플라즈마의 실험적인 연구에서 쓰이는 방법으로 플라즈

마 내부의 전자, 이온 밀도등의 플라즈마 파라미터를 측정, 수치를 얻어내어

종합함으로써, 플라즈마의 물리적, 화학적 상태를 판단할 수 있는 방법을 말

한다. 플라즈마의 물리적, 화학적 상태를 보다 정확하게 진단하기 위해 여러

방법들이 고안되 있으며. Langmuir Probe, Optical Emission Spectrum(OES),

Laser Induced Fluorescence(LIF), Quadrapole Mass Spectrometer(QMS)등

이 대표적인 방법들이라 하겠다. 본 논문에서는 플라즈마내에 생성되는 산소

활성종을 특성을 이해하기 위하여, OES를 이용하여 진단하였다.

- 18 -

가. Optical Emission Spectroscopy(OES)

Plasma로부터 발산되는 빛은 이온이나 radical의 characteristic emission

때문에 발생하며, 그 spectrum은 plasma의 특성을 알 수 있는 자료를 제공

하게 된다. 본 논문에서는 ARC(Acton Research Corporation)사의 ST-4X모

델을 사용하였다. 분광 실험에 사용한 Optical emission spectroscope는 집

광된 빛을 단색광으로 만드는 monochromator, 분광된 빛을 전류 신호로 전

환하는 CCD(Charge-Coupled Device) camera, monochromator의 stepper

motor를 구동하는 scan controller, CCD camera의 출력 신호를 digitize 하

는 control board, 그리고 control board를 통하여 data를 받아 처리, 저장

하고, 동시에 CCD camera를 제어하는 PC로 구성되어 있다.

[그림 6] OES System 개략도

~ Monochromator CCD Camera CPU Host Computer

Scan Control

- 19 -

나. Optical Emission Spectroscopy(OES)를 이용한 대기압 플

라즈마 진단

[표 1]은 산소 플라즈마의 해리(dissociation)와 이온화(ionization)에 필요한

에너지를 각각의 종들에 대하여 나타내고 있다. [그림 10]은 순수한 산소 플

라즈마에 대해서 500 nm - 800 nm 사이의 스펙트럼을 나타내고 있다. O2

만 첨가했을때 매우 강한 라디컬 피크 O* (645.5 nm, 604.6 nm)와 N2

(688 nm)피크가 관찰되었다. [그림 11]은 O2에 Ar을 200 sccm을 첨가했을

때 대부분 피크가 증가하였으며, O* 725.5 nm에서 새로운 O*가 관찰되었

다. 즉, 페닝효과에 의해 전리가 활발히 이루졌음을 의미한다. 또 감광제를

식각하는 동안에 유기물 감광제와 O2 플라즈마가 결합하여 발생하는 부산물

을 OES을 통해 관찰하였으며, H2O, CO, CO2 가 주로 이룸을 확인할 수 있

었다.

표 1 산소의 해리와 이온화 에너지

State Dissociation energy (eV) Ionization energy (eV) O(3P) - 13.61 O-(2P) - 1.463 O*(1D) - 11.64 O2(3Σg-) 5.12 12.14 O2+(2Πg) 6.59 - O2-(2Πg) 4.06 0.44 O2*(1∆g) 4.14 11.16

O3 1.05 12.67 O3- 1.69 2.10

- 20 -

500 550 600 650 700 750 8000

1000

2000

3000

4000

Applied Voltage : 9KvFrequency : 5KHzFlow rate : O24slm

O2

N2688nm

O * 645.5nm

O * 604.6nm

Sig

nal I

nten

sity

(arb

itrar

y un

it)

Wavelength(nm)

[그림 10] 산소 플라즈마 OES측정

500 550 600 650 700 750 8000

1000

2000

3000

4000

O* 725nmN2688nm

O * 604.6nm

O * 645.5nm

Sig

nal I

nten

sity

(arb

itrar

y un

it)

Wavelength(nm)

Applied Voltage : 9KVFrequency : 5KHzFlow rate : O24slm

O2 O2 + Ar(200sccm)

[그림 11] 산소 플라즈마 OES측정 (Ar 200 sccm)첨가

- 21 -

Ⅳ. 감광제 제거공정(Photoresist Ashing)

4-1. 감광제 제거실험

반도체 제조 공정에서 식각시 마스크로 사용되는 organic polymer인 감광제

(photoresist)의 산소 플라즈마를 이용한 건식식각공정을 ashing 이라 한다.

특별히 이 공정을 ashing이라 하는 것은 1Torr이상에서 탄소, 수소, 산소로

이루어진 감광제를 산소 라디칼(radical)을 이용하여 H2O, CO2, CO의 형태

로 제거하기 때문이다.[11] 본 연구에서는 DBD 타입의 대기압 플라즈마를 이

용해서 상압에서 공정을 수행해서 감광제 제거효율을 알아보았다. 실험조건

은 방전 거리에 따라서 입력전압은 9 KV에서 13 KV까지 변화하였으며, 주

파수는 5 KHz에서 8 KHz까지 변화시켰다. 공정 기체의 유량은 산소를 4

slm에서 20 slm까지 변화시켰고, 산소에 아르곤 200 sccm을 첨가해서 감

광제 제거 실험을 하였다.

4-2. 실험결과

[그림 12]은 방전 거리와 입력 전압에 따른 감광제 제거율을 나타낸 것이

다. 방전 거리가 증가함에 따라 안정적인 플라즈마를 유지하기위해 입력전압

을 상승시켜야 했으며 방전 사이에 거리가 7 mm일때 방전 개시전압이 10

KV에서 방전이 일어났다. 따라서 전극간 거리가 증가하면 방전이 불안정하

게 나타났으며, 감광제 제거율이 감소하는 경향을 보였다.

- 22 -

9 10 11 12 130.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Ash

rate

(µm

/min

)

Applied Voltage (KV)

3mm 5mm 7mm

[그림 12] 방전거리와 입력 전압에 따른 감광제 제거율 변화

- 23 -

[그림 13]은 주파수 변화에 따른 감광제 제거율의 변화를 나타낸 것이다.

이때 공정 조건 유량을 8 slm에서 고정했다. 주파수에 비례하여 감광제 제

거율이 증가하였고, 입력 전원이 13 KV일때 최대 0.6 ㎛까지 제거되었다.

즉, 주파수가 증가함에 따라서 산소분자의 해리율이 증대되어 반응종의 농도

가 증가하기 때문이다.

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.00.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Ash

rate

(µm

/min

)

Frequency (KHz)

9 KV 10 KV 11 KV 12 KV 13 KV

[그림 13] 주파수에 따른 감광제 제거율 변화

- 24 -

[그림 14]은 공정기체를 순수한 O2만을 사용했을 경우와 Ar을 첨가한 경우

의 총유량에 따른 감광제 제거율을 나타낸 것이다. 두 조건 모두 유량이 증

가할수록 제거율이 증가하는 경향을 보이다가 14 slm이후에는 감소하는 경

향을 보였다. 이 경향은 유량이 증가함에 따라 감광제 제거반응에 필요한 산

소 라디칼 공급과 반응부산물의 제거가 용이해지기 때문에 감광제 제거율은

증가하지만, 공정기체의 유량이 14 slm을 넘기게 되면 과도한 공정기체의

유입에 방전 공간의 유속분포가 비대칭적이 되어 스트리머가 한쪽으로 치우

치는 등의 방전불안정이 야기되고, 방전에너지가 단위 O2 분자를 산소 라디

칼로 변환시키기 위한 충분한 에너지를 갖지 못했기 때문인 것으로 해석된

다.

4 6 8 10 12 14 16 18 200.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7Frequency = 6 KHz

O2 O2+ Ar(200sccm)

Ash

rate

(µm

/min

)

Flow rate (slm)

[그림 14] O2 flow rate에 따른 감광제 제거율 변화

- 25 -

[그림 15]는 입력 전원에 따른 감광제 제거율의 변화를 보여주고 있다. 이

때 공정조건은 산소 8 slm, 주파수 6 KHz, 플라즈마와 웨이퍼간의 거리는 3

mm로 고정하였다. 입력 전원을 9 - 13 KV로 변화 시켰을 때 감광제 식각

률은 0.25 ㎛에서 0.55㎛으로 증가한다. 이러한 증가는 높은 입력 전원에서

산소분자의 해리율이 증대되어 반응종의 농도가 증가하기 때문이다. 또 산소

에 아르곤 200 sccm을 첨가했을때 감광제 제거율이 증가함을 보였다.

9 10 11 12 130.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7Flow rate = 8 slm Frequency = 6 KHz

O2 O2+ Ar(200 sccm)

Ash

rate

(µm

/min

)

Applied Voltage (KV)

[그림 15] 입력전압에 따른 감광제 제거율 변화

- 26 -

[그림 16]는 입력전압의 증가에 따라 감광제 제거 후 표면에 거칠기를

Atomic Force Microscope(AFM)으로 측정한 것이다. 입력전압이 증가함에

따라서 표면에 거칠기가 증가하는 특성을 보인다.

- 27 -

RMS roughness : 1.97 nm

(a) Applied Voltage : 9 KV

RMS roughness : 1.97 nm

(a) Applied Voltage : 9 KV

(b) Applied Voltage : 10 KV

RMS roughness : 3.96 nm

(b) Applied Voltage : 10 KV

RMS roughness : 3.96 nm

(c) Applied Voltage : 13 KV

RMS roughness : 10.78 nm

(c) Applied Voltage : 13 KV

RMS roughness : 10.78 nm

[그림 16] 플라즈마 ashing 처리후 표면의 거칠기

- 28 -

4-3. 통계적 실험 계획법

감광제 제거공정에 있어 주요 공정 변수를 최적화하여 감광제 제거율과 균

일도를 얻으면서 플라즈마에 의한 damage를 최소화하기 위하여 robustic

design개념의 통계적 실험계획법을 사용하였다.[12] 통계적 실험계획법에는

반응표면분석법(RSM)과 다구찌 방법이 있는데 본 연구에서는 다꾸찌 방법을

robustic design방법으로 적용하였다. Robustness는 제어할 수 있는 인자의

sensitivity를 줄임으로써 response 특성의 변화를 최소화하는 능력을 말한다.

다꾸찌 방법에서는 손실함수(loss function)의 개념을 도입하여 품질 성능을

계산하며, 또한 이 개념은 결과 분석에도 사용된다. 이러한 다꾸찌 방법은

Linear graph를 이용한 직교배열법을 사용함으로써 인자의 영향과 교호작용

을 효율적으로 배치시킬 수 있어 실험수를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 또

한 인자의 최적 수준을 결정함에 있어 noise를 고려한 parameter design을

하게 되어 robust한 결정을 내릴 수 있다. 또한 uncontrollable factor(noise)

를 고려한 robustic 최적화가 가능하며 각 인자의 변동(variance)의 크기를

쉽게 알 수 있기 때문에 tolerance design을 간단히 수행할 수 있다. 실험

결과를 분석하기 위하여 ANOVA(analysis of variance) table을 작성한다. 실

험 수행 후 분산의 원인이 어디에 있는가를 규명하는 방법 즉 어떤 data의

모임이 평균값을 중심으로 변동하는데 이러한 변동의 정도를 분산이라 부르

며 ANOVA table은 그 원인을 통계적으로 분석한 표를 말한다. ANOVA

table은 SS(sum of square), df(degree of freedom), MS(mean square),

F-ratio(분산성분 중에서 장비성능으로 설명 가능한 성분과 설명되지 않는

성분의 비)로 이루어지며 분산의 원인을 표현하는 인자로서 사용된다.[13]

asher의 공정 단계와 감광제 제거반응의 화학반응을 고려하여 설계 변수와

- 29 -

Applied

Voltage(KV)

Frequency

(KHz)

Flow rate

(slm)

Distance

(mm)

1 9 5 4 3

2 9 6 8 5

3 9 7 12 7

4 11 5 8 7

5 11 6 12 3

6 11 7 4 5

7 13 5 12 5

8 13 6 4 7

9 13 7 8 3

response 특성에 영향을 끼치지만 제어할 수 없는 인자인 noise를 선정하였

다. 입력전원, 방전거리, 주파수, O2 flow rate가 주요한 인자이며, 장비의

불안정 등으로 인한 설계변수의 설정 값의 변화는 잡음의 원인으로 생각하였

다. 표 2에 설계변수와 그것들의 수준을 나타내었다.

표 2는 본 실험에 사용된 L9(34) 직교배열표이다. 총 9개의 시료를 식각하

였으며 4개의 인자에 대해 변화된 실험조건을 나타내고 있다.

[표 2] L9(34) 직교배열표

- 30 -

요인

SS

(sum of

square)

df

(degree of

reedom)

MS

(mean square)F-ratio

A.V. 0.1159 2 0.05795 10.34821

Frequency 0.0284 2 0.0142 2.535714

Flow rate 0.0086 2 0.0043

Distance 0.0026 2 0.0013

Total 0.1555 8

[표 3] 분산분석표 (ANOVA table)

[그림 17] 인자 수준에 따른 감광제 제거율

- 31 -

[표 3]은 ANOVA table 상에서 실험변수 중 distance와 Flow rate는 식각

특성에 큼 변동을 주지 않아 residual 성분으로 pooling시켰으며 다시

ANOVA table을 적용하면 대기압 플라즈마 식각에서 Applied Voltage가 식

각률에 가장 큰 영향을 주는 인자임을 확인할 수 있었다. [그림 17]은 대기

압 플라즈마 ashing의 주요인자로 확인된 입력전압에 따른 감광제 제거율과

다른 인자를 비교하여 나타내었다.

- 32 -

4-4. 플라즈마 결함

일반적으로 플라즈마를 이용하여 ashing공정을 할 경우 wafer의 손상 및

오염을 입게 된다. ashing 공정을 하는 동안 입게 되는 손상의 원인은 입자

충돌(charged particle)과 자외선, 그리고 mobile contamination에 의한 손상

이며 이것들은 SiO2/Si 계면에 영향을 끼치며 SiO2 표면에서 carrier의 재결

합을 증가시킨다.[14] 게이트 절연막에는 완전하지 않은 Si-Si 결합에 기인하

는 fixed interface charge, Qf와 interface trapped- charge, Qit, dielectric

의 결합에 기인하는 Qot, 불순물에 기인하는 mobile charge, Qm이 존재한다.

이러한 charge들이 식각공정 중 플라즈마로 부터의 시료에 도달하는 이온이

나 전자의 영향을 받는다.[15]

Flatband voltage란 Si의 band bending이 없게 되는 gate 전압, 즉 Φm=0,

net space charge=0 이 되는 Vg를 말한다. Flatband voltage shift(△VFB)는

fixed charge와 oxide trapped charge, mobile ion에 의해 생기는 변화이며

그 크기 또한 예측이 가능하다.

따라서 식각도와 균일도 이외에 플라즈마 damage 확인하기 위해 MIS

capacitor를 제작하고 여러가지 공정조건에 따라서 ashing을 한 후에 C-V와

I-V측정하였다.

[그림 18]은 주파수에 따른 ashing 전의 capacitor의 C-V와 I-V 측정결과

이다. 공정조건은 입력 전압 9 KV, O2 를 공정기체로 사용했으며 flow rate

는 8 slm으로 고정하였고 주파수를 변화시키면서 측정하였다. 습식 식각

으로 이용한 [그림 18]기준 시편은 플라즈마 damage를 받지 않았기 때문에

비교적 안정된 C-V 특성을 나타내고 있고, [그림 19]는 기준 시편의 I-V 특

성으로 누설전류는 10-4 A/cm2 이하의 낮은 누설전류를 나타내고 있다.

- 33 -

[그림 18]은 Accumulation 영역에서의 캐패시턴스의 값은 게이트 전압이

-2 V일때 기준 시료의 캐패시턴스 값은 3.46 nF 로 나타났고, [그림 20]은

플라즈마 ashing처리후의 캐패시턴스 값은 7 KHz 일 때 1.45 nF, 8 KHz

일 때 3.07 nF로 나타났다.

[그림 21]은 플라즈마 ashing처리후 주파수를 변화시키면서 누설전류를 나

타낸 것이다. 누설전류는 게이트 전압 -2 V일때 측정값이 7 KHz에서는

1.8×10-3 A/cm2, 8 KHz에서는 2.9×10-3 A/cm2로 reference 시편의 누설

전류 5.8×10-8A/cm2보다 큰 차이를 보여주고 있다. 즉, 주파수가 증가함에

따라 플라즈마 라디칼 밀도가 증가하여 누설전류가 증가했고, 플라즈마 전기

적 결함이 큰 것을 확인할 수 있었다.

- 34 -

-3 -2 -1 0 1 2 3

0.00E+000

5.00E-010

1.00E-009

1.50E-009

2.00E-009

2.50E-009

3.00E-009

3.50E-009

4.00E-009

Cap

acita

nce(

F)

Applied Voltage(V)

[그림 18] Reference 시료의 C-V 특성곡선

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.01E-10

1E-8

1E-6

1E-4

0.01

1

Leak

age

Cur

rent

(A/c

m2 )

Applied Voltage(V)

[그림 19] Reference 시료의 I-V 특성곡선

- 35 -

-3 -2 -1 0 1 2 3

0.00E+000

1.00E-009

2.00E-009

3.00E-009

4.00E-009

Cap

acita

nce

(F)

Applied Voltage (V)

7KHz 8KHz

[그림 20] 플라즈마 Ashing 후의 C-V 특성곡선

-3 -2 -1 0 1 2 31E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0.01

0.1

1

Leak

age

Cur

rent

(A/c

m2 )

Applied Voltage(V)

7KHz 8KHz

[그림 21] 플라즈마 Ashing 후의 I-V 특성곡선

- 36 -

Ⅴ. 결 론

비평형 저온 플라즈마 기술은 현재까지 고진공에서의 다양한 재질의 박막증

착, 식각, cleaning 등의 반도체 공정에 사용되고 있다. 따라서 진공 환경을

유지시켜야하므로 고가의 진공장비 및 측정장비가 필요하다. 그러므로 저압

에서의 공정은 대면적에 문제가 있고 또한 다양한 시편의 모양에 따른 3차

원적인 공정이 어렵다. 그리고 공정비용이 많아 비효율적인 문제가 발생한

다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 대기압 플라즈마를 이용한 감광제 제거

공정에 대해서 연구하게 되었고, 본 실험의 결과 대처 가능성을 확인했다.

먼저 DBD방식의 대기압 플라즈마 장비를 제작하여 감광제 제거공정을 여

러 공정변수에 따라서 실험했다. OES을 통하여 산소 활성종들을 관찰해서

최적에 감광제 제거 조건을 확인하였다. 방전거리가 증가할수록 방전개시전

압이 증가하였고, 최적 공정조건은 입력전압 13 KV, 주파수 8 KHz, 방전거

리 3 mm에서 0.6 ㎛의 비교적 높은 식각률을 얻을 수 있었다. 공정을 최적

화하기위하여 통계적 실험계획법인 다꾸지 방법을 이용하여 감광제 제거율을

극대화 시키는 공정변수를 확인하였다.

플라즈마 charging damage을 MIS 캐패시터를 제작해서 C-V와 I-V의 특성

을 비교한 결과 주파수 증가에 따라서 캐패시턴스 값은 기준 시편과 큰 차이

가 없었지만, 누설전류는 기준 시편과 비교했을때 큰 차이를 나타내었다.

즉, DBD방식의 대기압 플라즈마는 gate 산화막에 손상을 주는 것을 알 수

있었다.

- 37 -

Ⅵ. 참고 문헌

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post-etch residue cleaning," Semiconductor International, pp.185-

188, 1995.

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dielectric barrier discharges in oxygen," J. Appl. Physi., Vol.

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- 38 -

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[14] K. H. Sibbett, "Process dimulators for Si VLSI and high speed

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[15] R. F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, (Addison-

Wesley Publishing Company, Massachusetts, 1997), pp. 650-667.

- 39 -

감사의 글

엊그제 대학원 생활을 시작한 것 같은데 벌써 2년이라는 시간이 지났다는

게 믿어지지 않습니다. 대학원 생활을 마감해야 할 이 시점에서 드는 생각은

무척이나 아쉬움이 많다는 것입니다. 하지만 졸업이 새로운 시작을 알리기에

아쉬움을 뒤로한 체 2년 동안 대학원 생활을 잘 마무리 할 수 있게 도와주신

분들께 지면으로나마 감사에 말씀을 드립니다.

지난 2년동안 부족한 저에게 많은 가르침과 사랑을 주신 지도교수님 박세근

교수님께 감사드립니다. 그리고 바쁘신 와중에도 부족한 저에 논문을 심사해

주신 박동화 교수님, 오범환 교수님께 감사드립니다. 그리고 2년동안 많은

가르침을 주신 정보통신공학과 교수님들께 감사드립니다.

2년동안 대학원 생활을 함께하면서 희노애락을 함께 했던 선후배님들, 연구

실 맏형이신 은서 아빠 호영형, 대학원 동기인 승국, 은녕, 병철, 용희, 그리

고 항상 막내로써 묵묵히 열심히 하는 청훈에게 감사드립니다. 그리고 친구

처럼 선배처럼 나에게 조언을 주신 진우씨에게 감사드립니다. 또 자기일처럼

도와주신 원수형, 수범형, 경철, 관희, 영석에게 감사드립니다.

끝으로 항상 사랑으로 지금에 이 자리에 설 수 있도록 해주신 부모님과

장남으로써 항상 형제들을 아끼고 걱정하신 큰형님, 큰누님과 형제들에게

감사드립니다.

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목차Ⅰ. 서 론Ⅱ. 배 경Ⅲ. 대기압 플라즈마 특성3.1. 장비3.2. 시료제작3.3. 진단

Ⅳ. 감광제 제거공정(Photoresist Ashing)4.1. 감광제 제거실험4.2. 실험결과4.3. 통계적 실험 계획법4.4. 플라즈마 결함

Ⅴ. 결론Ⅵ. 참고 문헌

표목차[표-1] 산소의 해리와 이온화 에너지[표-2] L9(34) 직교배열표[표-3] 분산분석표 (ANOVA table)

그림목차[그림-1] 코로나 방전소스의 모식도[그림-2] DBD 소스의 모식도[그림-3] pd에 따른 공정기체들의 방식[그림-4] 대기압 플라즈마 장치 개략도[그림-5] 대기압 플라즈마 System[그림-6] 감광제 제거용 시편 제작[그림-7] MIS 캐패시터 시편 제작[그림-8] MIS 캐패시터 C-V와 I-V 특성 측정[그림-9] OES System 개략도[그림-10] 산소 플라즈마 OES 측정[그림-11] 산소 플라즈마 OES 측정(Ar 첨가)[그림-12] 방전거리와 입력전압에 따른 감광제 제거울 변화[그림-13] 주파수에 따른 감광제 제거울 변화[그림-14] O2 flow rate에 따른 감광제 제거울 변화[그림-15] 입력 전압에 따른 감광제 제거율 변화[그림-16] 플라즈마 ashing 처리후 표면의 거칠기[그림-17] 인자 수준에 따른 감광제 제거율[그림-18] Reference 시료의 C-V 특성 곡선[그림-19] Reference 시료의 I-V 특성 곡선[그림-20] 플라즈마 ashing 후의 C-V 특성 곡선[그림-21] 플라즈마 ashing 후의 I-V 특성 곡선

목차Ⅰ. 서 론 1Ⅱ. 배 경 3Ⅲ. 대기압 플라즈마 특성 10 3.1. 장비 12 3.2. 시료제작 14 3.3. 진단 17 Ⅳ. 감광제 제거공정(Photoresist Ashing) 21 4.1. 감광제 제거실험 21 4.2. 실험결과 21 4.3. 통계적 실험 계획법 28 4.4. 플라즈마 결함 32Ⅴ. 결론36Ⅵ. 참고 문헌 37

표목차[표-1] 산소의 해리와 이온화 에너지 19[표-2] L9(34) 직교배열표 29[표-3] 분산분석표 (ANOVA table) 30

그림목차[그림-1] 코로나 방전소스의 모식도 6[그림-2] DBD 소스의 모식도 8[그림-3] pd에 따른 공정기체들의 방식 11[그림-4] 대기압 플라즈마 장치 개략도 13[그림-5] 대기압 플라즈마 System 13[그림-6] 감광제 제거용 시편 제작 15[그림-7] MIS 캐패시터 시편 제작 16[그림-8] MIS 캐패시터 C-V와 I-V 특성 측정 16[그림-9] OES System 개략도 18[그림-10] 산소 플라즈마 OES 측정 20[그림-11] 산소 플라즈마 OES 측정(Ar 첨가) 20[그림-12] 방전거리와 입력전압에 따른 감광제 제거울 변화 22[그림-13] 주파수에 따른 감광제 제거울 변화 23[그림-14] O2 flow rate에 따른 감광제 제거울 변화 24 [그림-15] 입력 전압에 따른 감광제 제거율 변화 25[그림-16] 플라즈마 ashing 처리후 표면의 거칠기 27[그림-17] 인자 수준에 따른 감광제 제거율 30[그림-18] Reference 시료의 C-V 특성 곡선 34[그림-19] Reference 시료의 I-V 특성 곡선 34[그림-20] 플라즈마 ashing 후의 C-V 특성 곡선 35[그림-21] 플라즈마 ashing 후의 I-V 특성 곡선 35