• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.295-295
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• 2012

염소와 불소 혼합가스와 펄스 직류 전원 플라즈마를 이용하여 GaAs/$Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 선택적 식각을 연구하였다. 식각 주요 공정 변수는 혼합 플라즈마에서 불소 가스의 유량(0~50%) 이었다. 다른 공정 조건은 공정 압력, 펄스 파워, 펄스 주파수, 리버스 시간이 이 있다. 저진공(~100 mTorr) 플라즈마에 대한 연구로 한정하여 기계적 펌프만을 사용하여 공정을 진행하였다. 오실로스코프(Oscilloscope) 데이터에 의하면 가스의 조성 변화에도 척에 걸리는 입력 전압과 전류가 거의 변화가 없었다. $BCl_3/SF_6$플라즈마에서 $SF_6$가스가 10%의 조성에서 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 식각 선택비가 약 50:1로 우수한 결과를 나타내었다. 혼합 플라즈마에서 $SF_6$가스의 증가는 GaAs의 식각율과 선택도를 감소시켰다. 그리고 불소 성분 가스의 조성비가 일정량 이상일 경우에는 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$가 거의 식각되지 않았다. 위의 결과들을 종합적으로 보면 펄스 직류 전원 $BCl_3/SF_6$플라즈마에서 불소의 조성비는 GaAs의 선택적 식각에서 중요한 역할을 함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.261-261
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• 2011

펄스 직류 전원 $BCl_3/SF_6$ 플라즈마를 이용하여 GaAs/$Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 선택적 식각을 연구하였다. 식각 주요 공정 변수는 $BCl_3/SF_6$ 플라즈마에서 $SF_6$ 가스 유량(0~50%)이었다. $BCl_3/SF_6$의 총 가스 유량은 20 sccm이었다. 다른 공정 조건인 공정 압력(100 mTorr), 펄스 파워(500 V), 펄스 주파수(200 kHz), 리버스 시간 (0.7 ${\mu}s$)은 일정하게 고정시켰으며 기계적 펌프만을 이용하여 공정을 진행하였다. 오실로스코프(Oscilloscope) 데이터에 의하면 가스의 조성 변화에도 척에 걸리는 입력 전압과 전류가 거의 변화가 없었다. $BCl_3/SF_6$ 가스가 10%의 조성에서 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$의 식각 선택비가 약 48 : 1로 우수한 결과를 나타내었다. 그러나 $BCl_3/SF_6$ 가스의 증가는 GaAs의 식각율과 선택도를 감소시켰다. 그리고 $SF_6$ 가스의 조성비가 30% 이상일 경우에는 GaAs와 $Al_{0.2}Ga_{0.8}As$가 식각되지 않았다. 식각 후에 GaAs의 표면 거칠기(RMS surface roughness)는 0.7~1.3 nm로 나타났다. 위의 결과들을 종합적으로 보면 펄스 직류 전원 $BCl_3/SF_6$의 조성비가 10%일 때 가장 좋은 식각 선택비를 얻을 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2011

펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마의 전기적 특성과 GaAs의 건식식각을 연구하였다. 공정변수는 펄스 직류 전압 (350~550 V), 펄스 직류 주파수 (100~250 kHz), 리버스 시간 (0.4~1.2 ${\mu}s$)이었다. 전기적 특성은 오실로스코프를 이용하여 분석하였다. 펄스 직류 전원의 경우 평균 전압이 일정하더라도 주파수가 커지거나 리버스 시간이 커지면 peak-to-peak 전압이 증가한다는 사실을 이해하였다. GaAs 식각 실험 후 샘플의 식각률, 식각 선택비, 표면 형상을 비교, 분석하였다. GaAs의 식각 결과는 식각 속도, 식각 선택비, 표면 형상, 잔류 물질 분석을 실시하엿다. 본 실험에서는 1대의 기계적 펌프만을 상ㅇ하여 진공 압력을 유지하였다. GaAs의 식각 속도는 10 sccm $BCl_3$를 사용한 경우 최대 0.4 ${\mu}m$까지 얻을 수 있었다. 감광제에 대한 최대 식각 선택비는 약 2.5 : 1이었다. BCl₃ 플라즈마의 경우 75 mTorr의 저진공 조건에서는 500 V, 250 kHz, 0.7 ${\mu}s$의 실험에서 가장 좋은 식각 특성을 얻을 수 있엇다. X-레이 광전 분석기 데이터에 의하면, 식각된 GaAs의 표면을 깨끗하였으며, 염소와 관련된 잔류 물질은 거의 발견되지 않았다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2002년도 추계학술대회 논문집 Vol.15
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• pp.151-154
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• 2002

AP/RPCVD를 이용하여 $650^{\circ}C$의 저온에서 실리콘-게르마늄의 선택적 단결정 성장 (Selective Epitaxy Growth: SEG) 을 수행하였다. 본 실험에서는 $SiH_4$, $GeH_4$ 그리고 HCl 가스를 사용하여 잠입시간 동안 실리콘-게르마늄막을 성장시키고 연속해서 HCI 가스만을 주입하여 산화막 위에 형성되어진 작은 결정입자들을 식각하는 공정을 반복적으로 수행하였다. HCl 의 식각에 의해 한 주기의 잠입기 후에도 다시 잠입기가 존재함을 확인하였고, 이 성장법을 통하여 한 주기의 잠업시간 동안 증착할 수 있는 두께 이상으로 실리콘-게르마늄막의 선택적 성장이 가능하였다. 이는 저온 선택적 실리콘-게르마늄 성장 시 RPCVD에서 보이는 낮은 선택성과 $SiH_4$의 짧은 장입시간으로 인해 원하는 두께까지 확보하기 힘든 단점을 극복한 것이다. 선택성을 향상시키기 위해 실리콘-게르마늄 증착중 주입된 HCI의 유량에 따라 잠입시간과 증착속도에 영향을 주었으며, 연속공정을 위한 식각공정은 20sccm의 HCI을 20초간 주입하여 선택성을 유지하였다. 또한 보론 불순물의 첨가가 선택적으로 성장되는 박막의 결정성에 미치는 영향도 분석되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.221-221
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• 2010

본 실험에서는 축전결합형 고주파 플라즈마와 $BCl_3$와 He의 혼합가스를 이용하여 화합물 반도체인 GaAs와 AlGaAs의 건식식각에 대해 연구하였다. 공정변수로는 첫째, BCl3와 He의 혼합가스 비율을 0%에서 100%까지 변화시켰다. 둘째, 고주파 파워를 50 W에서 200W 까지 변화를 주었고, 셋째, 공정압력을 120 mTorr~300 mTorr 까지 변화시켰다. 식각 실험을 마친 시료는 표면 단차 측정기와, 주사전자현미경을 이용하여 식각률과 선택비, 표면거칠기, 표면형상에 대하여 분석을 진행하였다. 또한, 광학발광분석계 (OES)를 이용하여 건식식각 실험 중 혼합가스에 의해 발생하는 플라즈마의 발광특성에 대한 실시간 분석을 하였다. 결과에 따르면, 1) 혼합가스에서 He의 비율이 20%일 때 GaAs와 AlGaAs 시료의 식각율이 $0.7\;{\mu}m/min$ 와 $0.6\;{\mu}m/min$ 로 가장 높게 나타났다. 2) 감광제에 대한 시료의 선택비 또한 동일 조건에서 GaAs의 경우 1 : 12, AlGaAs의 경우 1:8로 가장 높게 나타났다. 3)고주파 파워의 변화에 따른 식각률의 경우 100 W에서 GaAs 의 경우 $0.6\;{\mu}m/min$, AlGaAs의 경우 $0.5\;{\mu}m/min$ 이었고, 고주파 파워가 증가할수록 식각률은 감소하였다. 4) 감광제에 대한 시료의 식각 선택비의 경우 50 W에서 GaAs 시료가 1:14, AlGaAs 시료가 1:10으로 가장 높은 선택비를 보였고 고주파 전원이 증가할수록 선형적으로 감소하였다. 5) 표면거칠기는 50~100 W 구간에서는 1.0~1.5 nm 으로 큰 증가폭이 없다가 150 W 이상에서는 3.0~5.0 nm 으로 증가하였다. 반응기의 압력이 120 mTorr에서 300 mTorr로 변화할 때 식각률과 선택비는 비교적 선형적으로 감소하였으며, 표면거칠기 또한 증가하였다. 결론적으로 $BCl_3/He$ 고주파 플라즈마에서 약 20%의 He을 포함하고 있을 때 가장 우수한 건식 식각 결과를 얻었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.223-223
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• 1999

PZT(PbZr1-xTixO3) 박막은 고유전율과 같은 remanent polarization을 가져서 고집적 소자의 커패시터 유전율층 또는 비휘발성 메모리 소자의 제조에 이용되고 있으나, fatigue 와 aging 문제로 인하여 새로운 물질의 개발이 필요한데, 그 대표적으로 연구되고 있는 것이 PMN-PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O-PbTiO3) 이다. 본 실험에서는 sol-gel 법에 의하여 제조된 PMN-PT막을 ICP(Inductively coupled plasma)에 의하여 식각하였고 mask층으로는 PR을 사용하였다. 식각 가스로는 Ar, Cl, BCl를 단독 또는 혼합하여 사용하였으며, 식각 특성을 보기 위하여 RF Power, Substrate bias, Operation pressure, Substrate temperature를 변화시켰다. 식각속도는 stylus profiler를 이용하여 측정하였고, 단면 profile은 scanning electron microscopy (SEM)를 이용하여 관찰하였다. 식각 메커니즘을 규명하고자 식각된 박막의 표면을 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)로 관찰하였고, optical emission spectroscopy (OES)로 플라즈마 특성을 규명하고자 하였다. 식각속도는 Ar 또는 Cl2 플라즈마에 BCl3 가스를 혼합하였을 경우 증가되었고, BCl3 가스를 단독으로 사용하여도 높은 식각속도를 나타내었으며, BCl3의 첨가량이 늘어날수록 PR의 식각속도는 감소하여 높은 선택비를 보였다. 90% BCl3/10%Cl2 플라즈마에서 2800$\AA$/min의 식각속도 그리고 1.37:1의 PR 선택비를 얻을 수 있었다. Power나 기판 bias 증가에 따라 식각속도는 증가하였으나 기판 온도변화에는 민감하지 않았다. BCl3 rich에서의 식각속도 증가와 선택비 증가는 B2O3의 형성에 의한 것으로 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.126-126
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• 1999

본 실험의 목적은 FED의 상부, 하부 전극으로 사용되는 Mo를 건식, 습식 식각함으로써 DED 소자의 공정을 개발하는 것이다. Mo는 $261^{\circ}C$의 높은 융점을 지니고 있으며, 우수한 열적 안정성과 비교적 낮은 비저항을 가지는 재료로써 FED와 같은 전계 방출 소자의 cathod 팁 및 전극물질로 사용되어지는 가장 보편적인 물질이다. FED와 같은 전계방출소자가 갖추어야 할 요건은 전자 방출 영역이 소자 동작시 변형되지 않아야 하고, 기계적 ,화학적, 열적 내구성이 좋아야 함인데 이러한 요건을 충족시킬 수 있고 가장 범용적으로 사용되는 물질이 Mo이다. 실험에서 사용된 Mo는 DC magnetron sputter를 사용하여 Ar 가스를 첨가하여 5mTorr하에서 Si 기판위에 증착속도를 300$\AA$/min로 하여 1.6$\mu\textrm{m}$ 증착하였다. 본 실험의 Mo 식각은 고밀도 플라즈마원인 ICP를 이용하였다. 식각특성은 식각 가스조합, inductive power, bias voltage, 공정 압력의 다양한 공정 변수에 따른 식각특성 변화를 관찰하였다. 식각시 chlorine 가스를 주요 식각 가스로 사용하고 BCl3, O2, Ar을 첨가가스로 사용하였으며, inductive power는 300-600, bias voltage는 120-200V 사용하였고 압력은 15-30mTorr, 기판온도는 7$0^{\circ}C$로 유지하였으며 식각마스크로는 electron-beam evaporator로 1$\mu\textrm{m}$ 증착한 SiO2를 patterning하여 사용하였다. 식각속도는 stylus profiler를 이용하여 측정하였으며 식각후 profile은 scanning electron microscopy (SEM)을 통하여 관찰하였다. 실험 결과 순수한 Cl2 BCl3 가스만을 사용한 경우 보다는 Cl2 가스에 O2를 첨가하였을 때 좋은 선택비를 얻었다. 또한, inductive power와 bias voltage, Mo의 식각속도의 적절한 조절을 통해 SiO2에 대한 선택도를 변화시킬 수 있었다. Cl2:O2비를 1:1로 하고 400W/-150V, 20mTorr의 압력, 7$0^{\circ}C$ 기판온도에서 식각시 200$\AA$/min의 Mo 식각속도, SiO2와의 선택비 8:1을 얻을 수 있었다. 또한 실제 FED 소자 구조형성에 적용한 결과 비등방적인 식각형상을 형성할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.67-67
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• 2011

Pulsed DC $BCl_3/SF_6$ 플라즈마를 사용하여 GaAs와 AlGaAs의 건식 식각을 연구하였다. 식각 공정 변수는 가스 유량 (50~100 % $BCl_3$ in $BCl_3/SF_6$), 펄스 파워 (450~600 V), 펄스 주파수 (100~250 KHz), 리버스 시간 (0.4~1.2 ${\mu}s$)이었다. 식각 공정 후 표면 단차 측정기 (Surface profiler)를 사용하여 표면의 단차와 거칠기를 분석하였다. 그 결과를 이용하여 식각률 (Etch rate), 표면거칠기 (Surface roughness), 식각 선택비 (Selectivity)와 같은 특성 평가를 하였다. 실험 후 주사 현미경 (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscopy)을 이용, 식각 후 시료의 단면과 표면을 관찰하였다. 실험 결과에 의하면 1) 18 sccm $BCl_3$ / 2 sccm $SF_6$, 500 V (Pulsed DC voltage), 0.7 ${\mu}s$ (Reverse time), 200 KHz (Pulsed DC frequency), 공정 압력이 100 mTorr인 조건에서 GaAs와 Al0.2Ga0.8As의 식각 선택비가 약 48:1로 우수한 결과를 나타내었다. 2) 펄스 파워 (Pulsed DC voltage), 리버스 시간(Reverse time), 펄스 주파수(Pulsed DC frequency)의 증가에 따라 각각 500~550 V, 0.7~1.0 ${\mu}s$, 그리고 200~250 KHz 구간에서 AlGaAs에 대한 GaAs의 선택비가 감소하게 되는 것을 알 수 있었다. 이는 척 (chuck)에 인가되는 전류와 파워를 증가시키고, 따라서 GaAs의 식각률이 크게 증가했지만 AlGaAs 또한 식각률이 증가하게 되면서 GaAs에 대한 식각 선택비가 감소한 것으로 생각된다. 3) 표면 단차 측정기와 주사전자현미경 사진 결과에서는 GaAs의 경우 10% $SF_6$ (18 sccm $BCl_3$ / 2 sccm $SF_6$)가 혼합된 조건에서 상당히 매끈한 표면 (RMS roughness < 1.0 nm)과 높은 식각률 (~0.35 ${\mu}m$/min), 수직의 식각 측벽 확보에서 매우 좋은 결과를 보여주었다. 또한 같은 공정 조건에서 AlGaAs는 식각이 거의 되지 않은 결과 (~0.03 ${\mu}m$/min)를 보여주었다. 위의 결과들을 종합해 볼 때 Pulsed DC $BCl_3/SF_6$ 플라즈마는 GaAs와 AlGaAs의 선택적 식각 공정에서 매우 우수한 공정 결과를 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.262-262
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• 2010

반도체 제조공정 중 식각공정(Etching)은 웨이퍼표면으로부터 화학적, 물리적으로 불필요한 물질들을 선택적으로 제거하는 방법이다. 식각공정 중 하나인 플라즈마 식각(Plasma etching) 공정에서 오버식각(over-etching) 과언더식각(under-etching) 되는것을피하기위해서통계적인방법을기준으로식각종료점(endpoint)를 결정한다. 본 논문의 목표는 통계적인 분석방법을 이용하지 않고 실시간 식각 데이터(realtime etching data)를 사용해서 식각 종료점을 검출하는 것이다. 식각 데이터는 시계열 데이터(time-series data)이기 때문에 간단한 구조와 적은 계산량으로 빠른 수렴속도와 좋은 안정도를 가진 Radial Basis Function Neural Network's (RBF-NN) 를 이용하여 시계열 모델(time-series model)을 구현 하였다. 광학방사분광기(Optical Emission Spectroscopy: OES)로부터 나온 6개의 데이터 세트중에서 4개의 데이터 세트는 RBF-NN을 학습하는데 사용되고 2개의 데이터 세트는 모델의 성과를 시험해 보기 위하여 사용하였다. 학습을 위한 데이터들은 Matrix화 시켜서 목표값을 설정하여 학습시킨다. 실험한 결과 학습한 RBF-NN 모형이 식각 종료점(endpoint)를 정확하게 검출된다는 것을 보여준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.142-142
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• 2013

DBD (Dielectric Barrier Discharge) 대기압 플라즈마를 이용한 a-Si 식각기술에 대한 연구결과를 논하고자 한다. 기술개발의 목적은 대면적 TFT-LCD 혹은 Flexible Display 공정에 적용가능한 대기압 플라즈마 식각장치의 개발 및 검증이다. 실험에서 식각 가스로는 SF6, NF3 등을 사용하였으며, 질소를 기본 가스로 사용하였다. 검증용으로 개발된 대기압 플라즈마 식각 장치는 대기압 플라즈마 장치를 연속적으로 통과하는 in-line system 형식으로 개발되었다. 검증에 사용된 대기압 플라즈마 장치는 300 mm의 방전 폭으로 1세대 LCD기판의 처리가 가능하다. 대기압 플라즈마 식각 기술 개발에서 식각율에 영향을 미치는 변수들은 기판의 온도, 식각가스의 농도, 기판의 이송속도, 기판과 플라즈마 발생장치 사이의 간격 그리고 플라즈마의 인가 전력 등으로 크게 구분지어 생각할 수 있다. 개발된 식각 장치는 SF6를 사용하는 경우 최대 환산 식각율은 500 nm/min 정도이다. 식각 기술에서 중요한 식각 Uniformity와 그와 연관된 a-Si/SiNx 식각 선택비는 사용하는 가스의 Recipe 개발에 중점을 두고 연구를 진행하였다. 식각 Uniformity는 약 7% 이내의 균일도를 갖고 a-Si/ SiNx의 선택비는 10이상의 결과를 얻었다. 또한 식각 가스는 식각 profile에 영향을 줄 수 있는데 대기압 환경에서 형성되는 collisional sheath에도 불구하고 비 등방성 식각이 가능하였다.