안녕하세요. 저는 서울 소재 대학 나노전자연구실의 학부연구생 이재성입니다. 

O2 플라즈마를 이용한 PMMA 식각에 대해서 교수님께 조언을 부탁 드리고자 글을 남깁니다.

프로젝트를 진행하면서 본래 E-beam resist에 해당하는 PMMA를 O2 플라즈마를 이용하여 etching해야 했습니다. 여러 논문들을 참고하여 플라즈마 실험 변수인, 압력, RF 파워, 가스 유량, 시간을 모두 논문과 동일하게 설정했지만, PMMA etch 결과는 논문과 다르게 거의 변화가 없었습니다.

그래서 제 생각에는 저희 연구실의 플라즈마 장비는 oxford plasma lab 80+로써 RIE etcher의 한 종류이지만, 사실은 PMMA를 O2 플라즈마로 etching하는 것이 RIE 보단 Physical etching에 가깝기에, 결국은 같은 플라즈마 조건이라도 실제로 플라즈마 장비가 다르면 애초에 etch를 못하는게 아닌가 싶습니다.

저의 이러한 추측이 맞는지 궁금합니다.

또한, 기존에는 PR 또한 O2 Plasma를 이용해서 dry etching이 가능할 것이라고 이론에서 익히 배웠는데, PR 또한 O2 플라즈마를 처리한 후 두께에 있어서 큰 변화가 없습니다. 그 이유가 PR을 O2 Plasma로 처리해주는 공정은 descum과 같이 찌꺼기를 제거하는 cleaning의 목적을 뒀을 때에 한정됐기 때문인지 혹은 그저 oxford plasma lab 80+ 장비의 한계성때문인지 궁금합니다.

PR뿐만 아니라 저희 연구실에 있는 950 PMMA C4의 데이트시트를 보아도 O2 Plasma를 이용해 PMMA를 제거할 수 있다고 서술돼 있는데 아무리 변수를 달리해서 O2 플라즈마 처리를 해줘도 PMMA 두께에 있어서 어떠한 변화도 없다는 사실에 정말 허탈감을 느꼈습니다.

제가 생각하는 PMMA를 O2 Plasma로 식각하는 원리는 O2가 따로 식각가스가 아니기에 Physical etching에 가깝다고 생각했습니다. 따라서 ion bombardment를 이용해야 하기 때문에 압력을 최대한 낮추고, RF 파워를 최대한 높혔습니다.

그래서 공정 변수를 다음과 같이 해보았습니다.

RF Power =200W, Pressure = 5mTorr, O2 flow rate = 20sccm, 10min

하지만 알파스텝으로 3번 두께를 측정하고 그 평균값을 비교해봤을때, 두께의 변화는 없었습니다.

당최 이유를 모르겠습니다. 부디 알려주시면 감사하겠습니다..!

혹시 다른 가스 없이 O2 100%로만 플라즈마를 만들어서 그런건가요?

아니면 Ar과 같은 불활성 기체를 이용해서 physical etching을 해야하는게 맞는 건가요?

여태껏 한달동안 4편의 논문들에서 소개한 O2 플라즈마를 이용해 PMMA를 식각한 공정변수를 지표로 삼아 여러 번 실험해보았지만, 두께의 변화에 있어서 모두 큰 변화가 없었습니다. 별다른 경향성이나 특이점 없이 애초에 두께에 있어서 변화가 없으니 앞으로 어떻게 해야할지 감이 잡히지 않습니다.

제가 궁금한 질문들을 간단히 정리하면 다음과 같습니다.

1. 애초에 physical etching은 RIE etching 장비로 구현할 수 없는지 궁금합니다.

2. 제가 검색엔진을 통해 정보를 찾은 바에 의하면, PR이 O2 플라즈마에 의해 Etch되는 원리는 PR이 감광성 고분자로써 플라즈마 속의 atomic oxygen에 의해 화학반응을 일으켜 제거된다고 하는데, 이 과정이 제가 아는 etching인지 혹은 develop후 잔여 찌꺼기를 제거하기 위한 descum과정에 해당하는지 궁금합니다.

3. 또한, 제가 찾은 논문에서 서술한 바에 의하면, PMMA는 polymer를 구성하는 탄소원자가 산소원자가 있으면 쉽게 volatize하는 성질 때문에 o2 plasma etch rate이 비교적 높은 편이라고 하는데, 그렇다면 왜 실제 공정상에서는 두께에 있어서 아무런 변화가 없는지 궁금합니다.

4. O2 100%로만 플라즈마를 만들어서 식각이 제대로 이뤄지지 않은 것인지 궁금합니다. 제가 참고한 논문에 의하면 O2 100%로 했을 경우 표면이 거칠어지겠지만, 식각에 있어서 불이익은 없다고 알고 있습니다.

혹은 Ar과 같은 불활성 기체를 이용해서 physical etching을 해야하는지 궁금합니다.

5. 앞으로 PMMA를 식각하기 위해서 어떻게 변수를 조절하며 실험을 해봐야 할지 조언을 주셨으면 합니다.

답변해주시면 정말 감사하겠습니다. 부탁드립니다. 교수님.