Plate to Plate 유전장벽방전 플라즈마를 이용한 단결정 실리콘 식각연구

Abstract

플라즈마 전극 형태에 따른 방전의 특성과 식각율을 비교하기 위하여 dielectric barrier에 silver paste를 코팅한 전극과 일반 구리 전극을 사용하여 실험을 실시하였다. 기체의 흐름이 없는 air 상태에서 진동수 변화에 따른 전압 전류값을 이용하여 optimum frequency를 찾았으며, 선형, 격자형, 평판형등 3가지 형태의 전극모두 대체적으로 비슷한 power 곡선을 갖는다. 낮은 진동수에서는 높은 펄스당 에너지를 갖으나 낮은 진동수에 의해 낮은 펄스당 평균 power를 갖으며, 진동수가 높을수록 energy는 줄어드나 그 차이는 약 0.08 J 정도이다. 선형전극의 경우 2400 Hz 영역에서 optimum frequency를 갖으며, 일반 구리판을 이용한 평판형의 경우 2800 Hz영역, 코팅한 전극을 격자형태로 놓은 격자형태의 전극은 2600 Hz에서 optimum frequency를 찾을 수 있다. 전극간의 거리를 조절하여 정전용량에 따른 평균 power의 변화를 살펴보았다. 이를 통하여 정전용량이 높을수록 낮은 frequency에서 optimum frequency를 찾을 수 있었다. Si wafer를 삽입하는 방식을 이용한 식각 실험의 경우 질소 유량은 0.5 slm이 가장 적정량의 유량이었으며, O₂의 경우 40 sccm으로서, F₂유량의 약 20%에서 식각의 최대값을 갖는다. 각 전극 형태별 식각율을 살펴보면 대략 optimum frequency 근처에서 최대의 식각율을 관찰할 수 있었으며, 최대 식각율은 격자형태에서 1.75㎛/min 를 얻을 수 있었다. 하지만 삽입 형태의 방식은 방전의 불균일에 의한 wafer 표면의 불균일을 야기하였다. Remote type으로 etching을 실험한 결과 radical의 recombination으로 인하여 wafer는 플라즈마에 가까울수록 식각 효율이 높음을 볼 수 있었다. 식각에 사용된 CF4의 유량을 변화시켜본 결과 낮은 유량에서는 유량에 따라 식각율이 증가혀였고 200sccm 이상에서는 saturation 되었으며 250 sccm 에서 최대 식각율을 얻을 수 있다. 최대 etching rage은 700nm/min 정도로서, DBD 장치 내부로 삽입하는 방법에 비하여 etching rate은 낮으나, 대면적 처리가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 추후 전극 line 수에에 따른 etching rate의 변화에 대한 상세한 연구와 전극 형태에 따른 온도측정등이 추후에 필요할 것이다.

Dielectric barrier Discharge(DBD) is an easily obtainable plasma source at atmospheric pressure. and the operating frequency is reached to RF from AC. In this study, we try to etch a Si wafer by using DBD. Atmospheric pressure plasma was generated using the plate to plate DBD with the power electrodes of the planar copper plate and silver coated stripe. The size of electrode was 89mm x 100mm. We compared the effect of the electrode's shapes on the etching of Si-wafer. And for the large surface processing, remote type DBD is used Discharge character of the DBD is investigated by measuring a power absorbtion as a function of frequency. We obtain the optimum frequency of around 2.5 kHz for power absorption. We change the several factors of experiments like O₂(from 0 to 60sccm) flow rate, N₂(0 to 2slm) flow rate, and frequency(1000Hz to 3000Hz) with each electrode configuration. In remote type, we change the distance from the DBD to sample and change the O₂ from 0 to 60sccm, N₂ from 0 to 3 l/min and CF₄ from 50 to 300sccm. Finally, change the number of electrode (Silver paste), and measured the power and etching rate. In lattice shape etching was about 1.35㎛/min, and in remote type, we get about 700nm/min.