A.4 Etch parameter에 따른 PET Film의 식각특성
A.4.4 Bias power의 영향
Bias power는 0-50W 사이에서 변화를 주고 Source power는 200W로 고정한
상태에서 10mTorr (1.33 Pa)에서 20분간 처리하였다. 그림 A.4.4.1은 처리 전 시료와 Bias power 증가 처리한 시료의 SEM 이미지이다. 그림 (b)에서 볼 수 있듯이 Bias power 0W로 처리한 시료의 경우 작은 하얀 점과 같은 것이 존재하나 처리 전 시료와 차이가 거의 없는 것으로 보인다. Bias power를 점차적으로 증가함에 따라 돌출된 부분의 크기가 증가하는 동시에 그 간격이 점점 벌어지는 것을 볼 수 있다. 그 간격의 차이를 AFM을 이용하여 측정한 결과 평균제곱근 값이 각기 25W에서 11.3nm, 50W에서 16.5nm로 나타냈다.
(그림 A.4.4.1 참조)
25W에서 11.3%, 그리고 50W에서 8%로 나타났다. 0W에서 처리한 시료의 CF2
와 CF3 group의 농도합이 가장 큰 값을 보였음에도 접촉각은 103.5±1.1°로 가장 낮은 값을 보였는데 이는 표면의 거칠기가 상대적으로 적어 발수성을 띄기 어려운 상태가 되었기 때문으로 생각된다.
표면의 거칠기와 CF2 와 CF3 group의 농도합의 변화, 그리고 접촉각의 변화는
bias power 인가 정도에 따른 영향을 보이는데, 이는 PET 표면에 대한 ion
거동과 밀접한 관계가 있는 것으로 생각된다. 4장에서도 언급했던 (4.3.3.1)식과
(4.4.3.2)를 여기에도 동일하게 적용할 수 있다. 즉, bias power가 기판에 적용된
ICP 장치에서 전자온도가 증가하고 이에 따라 Bohm 속도가 증가하게 된다.
= ⁄ (4.3.3.1)
(여기서 , , 는 각기 Boltzmann constant, 전자온도, 이온질량)
이어서, 쉬스 경계지역에서 ion flux식(4.4.3.2)을 다시 생각해보면,
Γ = 0.605 = 0.605 ⁄ (4.4.3.2) 여기서,
n
o는 bulk plasma density 이다. 따라서, bias power가 증가함에 따라 Bohm 속도가 증가, ion flux 자체도 증가하게 된다. 본 실험을 진행한 식각 챔버에서는 직접적인 IED의 측정이 불가하여 다른 장치에서 측정한 Bias 의 영향에 따른 경향을 살펴보았다[75,114]. IED와 flux의 측정을 위해 상용 ion energy analyzer (Impedance Co.) 를 사용하여 측정한 결과를 그림 A.4.4.3과 A.4.4.4 에 나타냈다.이 결과는 200 sccm Ar, 압력 5mTorr(0.67Pa) 조건하에서 확보된 결과로 Bias
power가 증가함에 따라 이온에너지분포 또한 변하게 된 것을 볼 수 있다.
이온에너지 분포는 bi-modal 형태인데 이는 쉬스에서의 ion 이동시간이 rf period 보다 짧게 되는데 기인한다[29]. 더불어 이온에너지의 분포가 고에너지쪽 영역쪽으로 옮겨지게 된다. 그림 A.4.4.4에서 볼 수 있듯이 ion flux 또한 증가됨을 확인하였다.
그림 A.4.4.1 Bias power 변화에 따른 PET 시료의 SEM 사진 (처리전 시료 50k, 나머지 시료는 100k 배율로 촬영)
(a) Original (b) 0 W (c) 25 W (d) 50 W
표. A. 4.4.1 Bias power 변화에 따른 PET 시료의 접촉각 측정 결과
Time
RF-bias power, W (V DC, -V) 0
(5.6)
25 (66.3)
50 (102.9) Just after treatment 103.5±1.1° 115.9±0.6° 80.5±1.2°
After 120 days 104.7±1.6° 148.1±1.9° 149.1±1.0°
그림 A.4.4.2 Bias power 변화에 따른 PET 시료의 AFM측정 결과
그림 A.4.4.3 Bias power 변화에 따른 IED의 변화 [75, 114]
그림 A.4.4.4 Bias power 변화에 따른 ion flux의 변화 [75,114]
표 A.4.4.2 Bias power 변화에 따른 PET 시료의 XPS C1s peak 분석
Chemical bonds (binding energy)
RF-bias power, W (V DC, -V) 0
(5.6)
25 (66.3)
50 (102.9) C-C (284.6 eV) 34.1 % 47.2 % 53.8 % C-CF,C-O (286.5 eV) 26.6 % 22.5 % 22.2 % C=O,C-F (289.1 eV) 16.5 % 18.9 % 15.9 % CF2 (291.0 eV) 14.3 % 6.4 % 4.8 % CF3 (293.0 eV) 8.4 % 4.9 % 3.2 % Overall concentration
of CF2 and CF3 groups 22.7 % 11.3 % 8.0 %