• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제2권4호
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• pp.37-40
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• 2003

반도체 장비의 기능성과 신뢰성을 높이기 위하여 부품의 제조기술은 점차 마이크로 머신 기술을 요구하고 있다. 마이크로머신 기술 중 hot junction이 위치하는 멤브레인 구조는 각종 센서와 히터의 미세부품에서 가장 이용도가 큰 구조이다. 실험에서는 마이크로머신의 기본 구조인 멤브레인 형태를 만들기 위해 KOH 용액과 TMAH 용액으로 단결정 실리콘을 이방성 습식식각 하였다. 실험결과, 식각액의 온도와 농도, 마스크 패턴과 웨이퍼의 결정성의 일치 등을 고려해야 하며, 식각 속도는 KOH 농도 및 온도에 따라 크게 변함을 알 수 있었다. KOH 용액은 30 wt% 80~$90^{\circ}C$ 온도 범위에서 가장 좋은 특성을 나타냈다. 한편, TMAH용액이 실리콘을 식각하는 용액으로 관심을 끄는 것은 단결정에서 상대적으로 $SiO_2$ 박막을 마스크로 사용할 수 있을 뿐 아니라 $SiO_2$ 박막을 마스크로 사용할 수 있을 뿐 아니라 다른 식각액보다 찌꺼기가 적다는 장점 때문이다. 그러나, 다른 용액에 비해 가격이 고가이며 식각 속도가 낮다는 것이 실용적인 측면에서 큰 단점이다. 실험결과를 종합적으로 고려할 때 KOH 용액 농도 30wt%와 온도 $90^{\circ}C$가 마이크로머신 기술에 의한 멤브레인 구조 제작에서 적합한 공정조건이라고 할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제19권2호
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• pp.114-120
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• 2010

일반적으로 결정질 실리콘 태양전지에서 표면에 텍스쳐링(texturing)하는 것은 알칼리 또는 산성 같은 화학용액을 사용하고 있다. 그러나 실리콘 부족으로 실리콘의 양의 감소로 인하여 웨이퍼 두께가 감소하고 있는 추세에 일반적으로 사용하고 있는 습식 텍스쳐링 방법에서 화학용액에 의한 많은 양의 실리콘이 소모되고 있어 웨이퍼의 파손이 심각한 문제에 직면하고 있다. 그리하여 습식 텍스쳐링 방법보다는 플라즈마로 텍스쳐링할 수 있는 건식 텍스쳐링 방법인 RIE (reactive ion etching) 기법이 대두되고 있다. 그리고 습식 텍스쳐링으로는 결정질 실리콘 태양전지의 반사율을 10% 이하로는 낮출 수가 없다. 다결정 실리콘 웨이퍼 표면에 텍스쳐링을 하기 위하여 125 mm 웨이퍼 144개를 수용할 수 있는 대규모 플라즈마 RIE 장비를 개발하였다. 반사율을 4% 이하로 낮추기 위하여 공정가스는 $Cl_2$, $SF_6$, $O_2$를 기반으로 RIE 텍스쳐링을 하였고 텍스쳐링의 모양은 공정가스, 공정시간, RF 주파수 등에 의해 조절이 가능하였다. 본 연구에서 RIE 공정을 통하여 16.1%의 변환효율을 얻었으며, RF 주파수가 텍스쳐링의 모양에 미치는 영향을 살펴보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.303-303
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• 2013

표면에 부착된 나노/마이크로 입자는 다양한 분야에서 오염물질로 작용한다. 특히 형상이 미세하고 공정 단계가 복잡한 반도체 및 디스플레이 등의 전자 소자 공정에서 미치는 영향이 크다. 따라서 입자상 오염물질의 제거에 관하여 상용화된 습식 세정 방법이 다양하게 존재하지만 표면 손상, 화학 반응, 부산물, 세정 효율 등 여러 가지 문제점이 있어 새로운 세정 방법이 요구된다. 이에 건식 세정 방법, 그 중에서도 입자의 충돌을 통해 제거하는 방법인 에어로졸 세정, 필렛 세정 등이 개발되었으나 마이크로 크기로 생성되는 입자로 인하여 형상의 손상이 크다. 따라서 본 연구에서는 나노 단위로 기체/고체 혼합물만 생성하여 세정하는 가스 클러스터 세정 방법을 이용하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다. 클러스터 세정 장비를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사 거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터를 이용한 세정 특성을 정의 및 제어하기 위하여 생성되는 클러스터 특성에 관하여 이론적, 수치 해석적, 실험적 연구를 수행하였다. 먼저, $CO_2$의 물리적 특성 및 이를 이용한 특정 크기 오염 물질을 제거하는데 요구되는 임계 클러스터 크기 계산을 이론적으로 구하였다. 이는 오염물질의 부착력과 클러스터의 운동량 전달에 의한 제거력의 비교를 통해 이루어졌다. 두 번째로 클러스터 크기분포를 수치 해석적으로 예측하기 위하여 각 조건에 대하여 유동해석을 수행하고 이를 통해 구해진 노즐 내 기체의 냉각 속도를 GDE (General Dynamic Equation) 계산에 대입하여 구하였다. 마지막으로 PBMS(Particle Beam Mass Spectrometer)를 이용하여 실험적으로 클러스터 크기분포를 각 조건에 대하여 구할 수 있었다. 또한 크기 분포 경향에 대한 간접적 확인을 위하여 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼에 클러스터의 충격으로 생성된 크레이터 크기의 경향을 분석하였다. 이와 같은 방법에 의하여 생성되는 클러스터는 노즐의 유량 증가, 온도 상승에 각각 비례하여 작아지는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.245-245
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• 2010

최근에 반도체 소자 및 마이크로머신, 바이오센서 등에 사용되는 미세 부품에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 미세 부품을 제작하기 위한 MEMS 공정은 대표적으로 화학용액을 이용한 습식식각, 플라즈마를 이용한 건식식각 등이 주를 이룬다. Micro blaster는 경도가 강하고 화학적 내성을 가지며 용융점이 높아 반도체 MEMS 공정에 어려움이 있는 기판을 다양한 형태로 식각 할 수 있는 기계적인 식각 공정 기술이라 할 수 있다. Micro blaster의 식각 공정은 고속의 날카로운 입자가 공작물을 타격할 때 입자의 아래에는 고압축응력이 발생하게 되고, 이 고압축 응력에 의하여 소성변형과 탄성변형이 발생된다. 이러한 변형이 발전되어 재료의 파괴 초기값보다 크게 되면 크랙이 발생되고, 점점 더 발전하게 되면 재료의 제거가 일어나는 단계로 이루어진다. 본 연구에서는 micro blaster 장비를 반도체 MEMS 공정에 적용하기 위한 식각 특성에 관하여 확인하였다. Micro blaster 장비와 식각에 사용한 파우더는 COMCO INC. 제품을 사용하였다. Micro blaster를 $Al_2O_3$ 파우더의 입자 크기, 분사 압력, 기판의 종류, 노즐과 기판과의 간격, 반복 횟수, 노즐 이동 속도 등의 공정 조건에 따른 식각 특성에 관하여 분석하였다. 특히 실제 반도체 MEMS 공정에 적용 가능한지 여부를 확인하기 위하여 바이오 PCR-chip을 제작하였다. 먼저 glass 기판과 Si wafer 기판에서의 식각률을 비교 분석하였고, 이 식각률을 바탕으로 바이오 PCR-chip에 사용하게 될 미세 홀과 미세 채널, 그리고 미세 챔버를 형성 하였다. 패턴을 형성하기 위하여 TOK Ordyl 사의 DFR(dry film photoresist:BF-410)을 passivation 막으로 사용하였다. Micro blaster에 사용되는 파우더의 직경이 수${\mu}m$ 이상이기 때문에 $10\;{\mu}m$ 이하의 미세 채널과 미세홀을 형성하기 어려웠지만 현재 반도체 MEMS 공정 기술로 제작 연구되어지고 있는 바이오 PCR-chip을 직접 제작하여 micro blaster를 이용한 반도체 MEMS 공정 기술에 적용 가능함을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제16권1호
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• pp.1-8
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• 2013

본 총설에서는 Si 비등방성 식각(anisotropic etching) 공정인 metal-assisted chemical etching(MAC etch 혹은 MACE) 분야 기본 원리, 중요 변수, 그리고 최근 연구 성과들을 정리하였다. 1990년에 최초로 Si 표면에 금속 촉매를 증착한 후 $H_2O_2$/HF 기반 식각을 진행하면 용액 중에서도 비등방성 식각을 통해 다양한 고종횡비(high aspect ratio) 나노구조를 형성할 수 있다는 것이 밝혀 졌다. 고가의 진공기반 장비가 필요한 건식 식각에 비해, 습식 식각을 통해서도 상대적으로 간편하고 경제적으로 종횡비가 큰 Si 마이크로/나노 구조를 만들 수 있게 되었다. 초기 연구들을 통해 MAC etch중 산화제가 촉매에 의해 환원되고, 촉매/Si 계면 근처의 Si 원자들이 선택적으로 식각/용해되어 수직 방향으로 촉매가 Si 기판을 파고 들어가며 비등방성 식각이 발생함이 밝혀졌다. MAC etch에 영향을 미치는 중요 변수로는 금속 촉매의 종류 및 모양, 식각액의 조성, Si기판의 도핑 농도이다. 또한 본 총설은 MAC etch에 의해 형성된 Si 나노 구조를 이용한 태양전지, 수소 연료, 리튬 이온 전지 등의 응용 분야를 다루었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.69-69
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• 2003

최근 trench capacitor, isolation trench, micro-electromechanical system(MEMS), micro-opto-electromechanical system(MOEMS)등의 다양한 기술에 적용될 고종횡비(HAR) 실리콘 식각기술연구가 진행되어 지고 있다. 이는 기존의 습식식각시 발생하는 결정방향에 따른 식각률의 차이에 관한 문제와 standard reactive ion etching(RIE) 에서의 낮은 종횡비와 식각률에 기인한 문제점들을 개선하기 위해 고밀도 플라즈마를 이용한 건식식각 장비를 사용하여 고종횡비(depth/width), 높은 식각률을 가지는 이방성 트랜치 구조를 얻는 것이다. 초기에는 주로 HBr chemistry를 이용한 연구가 진행되었는데 이는 식각률이 낮고 많은양의 식각부산물이 챔버와 시편에 재증착되는 문제가 발생하였다. 또한 SF6 chemistry의 사용을 통해 식각률의 향상은 가져왔지만 화학적 식각에 기인한 local bowing과 같은 이방성 식각의 문제점들로 인해 최근까지 CHF3, C2F6, C4F8, CF4등의 첨가가스를 이용하여 측벽에 Polymer layer의 식각보호막을 형성시켜 이방성 구조를 얻는 multi_step 공정이 일반화 되었다. 이에 본 연구에서는 SF6 chemistry와 소량의 02/HBr의 첨가가스를 이용한 single_step 공정을 통해 공정의 간소화 및 식각 프로파일을 개선하여 최적의 HAR 실리콘 식각공정 조건을 확보하고자 하였다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제28권1호
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• pp.25-32
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• 2017

본 논문에서는 플루오린화 수소산(hydrofluoric acid)과 표면 장력을 이용한 손실이 낮은 광섬유형 방향성 결합기 제작 방법을 제안한다. 제안한 방향성 결합기 제작 방법은 기존에 일반적으로 이용하던 열원을 이용한 제작 방법과는 다르게 다양한 장비들이 요구되지 않으며, 마멸을 이용한 방법보다 손실이 낮으며, 제작 과정이 매우 쉽다. 또한, 제작된 결과물은 테이퍼드(tapered) 형태의 아디아바틱(adiabatic)한 구조로 인해 광통신에서 널리 이용되는 C-band 영역에서 파장 의존성이 낮아 광통신에서 유망한 역할을 맡을 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.136-136
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• 1999

박막의 탄성특성을 평가하는 방법으로 nano-indentation, Brillouin light scattering measurement, ultrasonic surface wave measurement, bulge test, vibration membrane method 등 여러 가지가 제시되어 왔다. 최근에는 탄성특성을 평가할 수 있는 간단한 방법으로 기판 식각 기법을 이용한 freehang, bridge 방법이 제시되었다. 이중에서 bridge 방법은 간단한 식각 기법을 이용하여 얇은 박막에서도 탄성 특성을 평가할 수 있는 방법으로 제시되었다. 그러나 식각 과정에서 발생하는 patch 부분의 under-cut으로 인해 정확한 bridge의 길이를 측정할 수 없게 되어 오차가 발생하고 있다. 본 연구에서는 bridge 방법에서 발생하는 오차를 줄이기 위한 방법으로, patch 부분에 etch-stop을 제작해 줌으로서 식각 과정에서 발생하는 under-cut을 효과적으로 제거시켰다. Etch-stop은 2장의 mask를 align key를 이용하여 제작하였다. 먼저 산화막이 형성되어 있는 Si 기판위에 mask 1을 이용하여 patch 부분을 lithography 작업하고, 습식 식각 공정을 한 뒤 DLC 필름을 증착시킨다. 다음으로 mask 2를 이용하여 bridge pattern을 제작하고, DLC 필름을 증착시킨 후 lift-off 기술과 산화막 등방식각 공정을 통해 bridge를 제작하였다. 이렇게 제작된 bridge를 통해 필름이 기판에 부착되기 위해 필요한 변형률을 측정하고, 독립적으로 측정된 필름의 잔류응력과 함께 박막의 응력-변형률 관계식에 적용시켜 biaxial elastic modulus, E/(1-v)를 구할 수 있었다. Sidl 첨가된 DLC 필름은 rf-PACVD 장비를 이용하여 증착하였다. 이때 전극과 플라즈마 사이의 바이어스 음전압은 -400V로 합성압력은 10mTorr로 고정하였다. 사용한 반응가스는 벤젠(C6H6)과 희석된 실렌(SiH4:2H=10:90)이며, 희석된 실렌의 첨가량을 조절하여 필름 내에 함유된 Si의 양을 조절하였다. 각각의 조건에서 증착시간을 조절하여 필름의 두께를 조절하였다. 필름의 잔류응력은 압축잔류 응력에 의해 발생한 필름/기판 복합체의 곡률을 laser 반사법을 이용하여 측정하고, 이 결과를 Brenner 등에 의해 유도된 식을 대입하여 계산하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.599-599
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• 2012

태양광 발전은 태양광의 입사각과 셀 단면이 이루는각도에 따라 출력특성이 변화된다. 따라서 태양의 위치에 따른 출력특성이 바뀌며 이에 의해 발전가능 시간이 변화된다. 더욱이 건재 일체형(BIPV)의 경우 설치 방향을 조절 할 수 없으므로 입사각에 따른 출력특성이 더욱 중요하다. 이와 따라 결정질 태양전지의 입사각에 따른 광학 특성 변화는 태양전지 표면에 형성되는 Texture의 영향을 받는다. 일반적으로 습식 texturing 방법으로는 화학적인 반응을 이용한 WET 공정, 그리고 건식 texturing 방법으로는 플라즈마를 이용한 reactive ion etching (RIE) 공정이 사용된다. 본 연구에서는 RIE, WET 공정을 사용하여 만든 texturing 구조의 결정질 태양전지를 SEM 장비를 이용하여 표면의 형상을 분석하고, 광 입사각에 따른 양자효율의 특성에 대하여 분석하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제18권1호
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• pp.103-111
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• 2020

콘크리트 구조물 절단에 사용되고 있는 다이아몬드 와이어 쏘가 장착된 당김형 절단 장치의 단점을 개선하여 밀기형 절단장치를 개발하였다. 개발된 밀기형 절단장치에는 먼지 집진 커버가 부착되며 마찰열을 냉각하기 위한 건식이나 습식방법을 선택할 수 있다. 개발된 절단장치의 동작특성과 집진 먼지의 누설률 측정을 실험하였다. 시험결과 원활한 동작특성을 보였으며, 먼지의 누설률은 1.7%인 것으로 나타났다. 개발된 절단장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 시 작업자의 내부 피폭선량을 평가하였다. 보수적 평가를 위해 노심 중심부분을 절단하는 경우를 가정하였다. 비방사능이 99.5 Bq·g^-1인 누설 먼지로 인해 반면마스크를 착용한 작업자의 예탁유효선량은 0.25 mSv로 평가되었다. 개발된 밀기형 절단장비 사용 시 미량의 먼지 누설률로 인해 작업자의 방사선 피폭이 저감되며, 사용의 편리성으로 세부 절단 계획을 수립할 수 있어 방사성 콘크리트 폐기물 감량에도 기여할 수 있다. 따라서 원전의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트를 비롯하여 철근 콘크리트 구조물 해체 작업 시 절단 장비로서 사용될 수 있을 것이다.