• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 센서 박막재료 반도체 세라믹
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• pp.174-177
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• 2003

$Cl_2$ 플라즈마를 이용한 BLT 박막의 식각에서 Ar 가스의 첨가에 따른 식각 속도, 선택비 및 식각 형상의 변화에 대하여 관찰하였다. BLT 박막의 식각 속도는 100% Ar 플라즈마에서 100 % $Cl_2$ 플라즈마에서의 식각 속도보다 약 1.5배정도 빨랐으며, 80% Ar/20% $Cl_2$ 조건에서 $503{\AA}/min$ 최대 식각의 최대 시각 속도를 얻었다. RF 전력과 직류 바이어스 전압을 증가함에 따라 식각 속도는 증가하였으며, $Ar/Cl_2$ 플라즈마의 식각 속도가 $Cl_2$ 플라즈마의 식각 속도 보다 높았다. 식각 공정 변수의 변화에 의한 플라즈마 변수가 BLT 식각 속도에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 LP(Lanmuir porbe)와 OES(optical emission spectroscopy)분석을 수행하였다. Ar 첨가량이 증감함에 따라 LP 분석에서 전자의 온도는 증가하였으나 전자밀도는 감소하였다. 이는 Ar의 이온화 준위가 Cl 보다 높기 때문에 이온화 윷이 낮아지기 때문으로 판단된다, 또한, OES 분석에서 Ar 첨가량이 증가함에 따라 Cl 원자의 부피 밀도는 감소하였다. Ar 첨가에 의한 BLT 박막의 식각 속도의 변화와 LP 및 OES 분석을 고려하면, BLT 박막은 화학적 식각의 도움을 받는 무리적 식각에 의하여 식각됨을 확인하였다,

• 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 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.230-230
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• 2013

플라즈마를 활용한 미세 패턴의 건식 식각은 반도체 소자 공정에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 한편, 매년 발행되는 ITRS Roadmap 에 따르면 DRAM 의 1/2 pitch 는 감소하는 동시에 Contact A/R (Aspect Ratio) 는 증가하고 있다. 이러한 추세 속에서 기존의 공정을 그대로 활용할 경우 식각물의 프로파일 왜곡 혹은 휨 현상이 발생하고 식각 속도가 저하되며 이러한 특성들이 결과적으로는 생산성의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 무엇보다 독립된 plasma parameter 들이 식각물의 프로파일 혹은 식각 속도 등에 어떠한 영향을 주는 지에 대한 학문적 이해가 필요하다. 본 논문에서는 최소 CD (Critical Dimenstion) 100nm, 최대 A/R 30 인 HARC (High Aspect Ration Contact hole) 의 식각 특성이 plasma parameter 에 따라 어떻게 변하는지 확인해 보고자 한다. 산화물의 식각은 대표적인 high density plasma source 중의 하나인 ICP에서 진행하였으며 기존에 알려진 plasma parameter 에 더하여 자장의 인가가 산화물의 식각 특성에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 전자석을 ICP 에 추가로 설치하여 실험을 진행하였다. 결과적으로, plasma parameter 에 따른 혹은 자장의 세기 변화에 따른 산화물의 식각 실험을 플라즈마 진단 실험과 병행하여 진행함으로써 다양한 인자에 따른 산화물의 식각 메커니즘을 정확하게 이해하고자 하였다. 실험 내용을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 전자석의 전류 인가 조건에 따라 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장의 분포가 달라질 수 있음을 확인하였고 플라즈마 진단 결과 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장이 증가하였을 때 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있음은 물론 반경 방향으로의 플라즈마 밀도의 균일도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 ICP 조건에서 바이어스 주파수, 압력, 바이어스 파워, 소스 파워, 가스 유량 등의 plasma parameter 가 산화물의 식각 특성에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명하였고 이 과정을 통해 최적화된 프로파일을 바탕으로 축 방향 혹은 반경 방향으로 증가하는 자장을 인가하였을 때 (M-ICP 혹은 자화 유도 결합 플라즈마) ICP 대비 산화물의 식각 속도가 증가함은 물론 PR-to-oxide 의 선택비가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 자장의 인가에 따른 산화물의 정확한 식각 메커니즘은 향후의 실험 진행을 통해 이해하고 이를 통해 궁극적으로는 산화물의 식각 공정이 나아가야 할 올바른 방향을 제시하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권1호
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• pp.79-83
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• 2009

본 연구에서 고밀도 플라즈마 식각 장치를 사용한 비정질 실리콘 막의 게이트 전극선 형성공정에서 여러 가지 식각 변수가 치수 제어와 식각 속도 및 식각 선택비 등 식각 특성에 미치는 영향을 분석하였다. $Cl_2/HBr/O_2$로 구성된 식각 기체의 전체 유량을 증가시키면 비정질 실리콘의 식각 속도가 증가하나 식각 전후의 형상치수는 변화없이 거의 일정하였다. 전체 유량을 고정시키고 $Cl_2$와 HBr 간의 유량비를 변화시키면 HBr의 유량이 커질수록 비정질 실리콘의 식각 속도가 감소하였다. $O_2$의 유량을 증가시키면 산화막의 식각 속도가 상대적으로 낮아져 식각 선택비를 증가시켜 식각 공정의 안정성을 높이나 게이트 전극선을 경사지게 하는 특성을 보인다. Source power의 증가는 비정질 실리콘 식각 속도의 증가와 더불어 형상치수의 증가를 가져오며, bias power의 증가는 비정질 실리콘과 산화막의 식각 속도를 증가시키나 식각 선택비를 크게 감소시키는 경향을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.249-249
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• 1999

GaN과 같은 III-nitride 반도체 관한 식각 기술의 연구는 blue-emitting laser diode(LD)를 위한 경면(mirror facet)의 형성뿐만아니라 새로운 display 용도의 light emitting diodes (LED), 고온에서 작동되는 광전소자 제조 등에도 그 중요성이 증대되고 있다. 최근에는 III-nitride 물질의 높은 식각속도와 미려하고 수직한 식각형상을 이루기 위하여 ECR(Electron Cyclotron Resonance)이나 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 고밀도 플라즈마 식각과 CAIBE(Chemically assisted ion beam etching)를 이용한 연구가 진행되고 있다. 현재 제조되어 지고 있는 LED 및 LD와 같은 광소자의 구조의 대부분은 p-GaN/AlGaN/InGaN(Q.W)/AlGaN/n-GaN 와 같은 여러 층의 형태로 이루어져 있다. 이중 InGaN는 광소자나 전자소자의 특성에 영향을 주는 가장 중요한 부분으로써 현재까지 보고된 식각연구는 undoped GaN에 대부분 집중되고 있고 이에 비해 소자 특성에 핵심을 이루는 InGaN의 식각특성에 관한 연구는 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 고밀도 플라즈마원인 ICP 장비를 이용하여 InGaN를 식각하였고, 식각에는 Cl2/CH4, Cl2/Ar 플라즈마를 사용하였다. InGaN의 식각특성에 영향을 미치는 플라즈마의 특성을 관찰하기 위하여 quadrupole mass spectrometry(QMS)와 optical emission spectroscopy(PES)를 사용하였다. 기판 온도는 5$0^{\circ}C$, 공정 압력은 5,Torr에서 30mTorr로 변화시켰고 inductive power는 200~800watt, bias voltage는 0~-200voltage로 변화시켰으며 식각마스크로는 SiO2를 patterning 하여 사용하였다. n-GaN, p-GaN 층 이외에 광소자 제조시 필수적인 InGaN 층을 100% Cl2로 식각한 경우에 InGaN의 식각속도가 GaN에 비해 매우 낮은 식각속도를 보였다. Cl2 gas에 소량의 CH4나 Ar gas를 첨가하는 경우와 공정압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정 압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%CHF3 와 Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정압력을 15mTorr로 감소시키는 경우 InGaN과 GaNrks의 선택적인 식각이 가능하였다. InGaN의 식각속도는 Cl2/Ar 플라즈마의 이온에 의한 Cl2/CHF3(CH4) 플라즈마에서의 CHx radical 형성에 의하여 증가하는 것으로 사료되어 진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.31-31
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• 2000

Al2O3는 높은 화학적, 열적 안정성으로 인하여 미세전자 산업에서 절연막이나 광전자소자의 재료로써 널리 이용되고 있다. 특히, 사파이어는 고위도의 LED, 청색 LD의 재료인 GaN 계열의 III-Nitride 물질을 성장시킬 때 필요한 기판으로 보편적으로 사용되고 있다. 이러한 GaN계열의 광소자 제조에서 사파이어 기판을 적용시 지적되는 문제점들 중의 하나는 소자제조 후 사파이어의 결정 구조 및 높은 경도에 의해 나타나는 cutting 및 backside의 기계적 연마가 어렵다는 것이다. 최근에는 이온빔 식각이나 이온 주입 후 화학적 습식 시각, reactive ion etching을 통한 사파이어의 건식 식각이 소자 분리 및 backside 공정을 우해 연구되고 있다. 그러나 이러한 방법을 이용한 사파이어의 식각속도는 일반적으로 15nm/min 보다 작다. 높은 식각율과 식각후 표면의 작은 거칠기를 수반한 사파이어의 플라즈마 식각은 소자 제조 공정시 소자의 isolation 및 lapping 후 연마 공정에 이용할 수 있다. 본 연구에서는 평판 유도결합형 플라즈마를 이용하여 Cl2/BCL3/Ar 의 가스조합, inductive power, bias voltage, 압력, 기판온도의 다양한 공정 변수를 통하여 (0001) 사파이어의 식각특성을 연구하였다. 사파이어의 식각속도는 inductive power, bias voltage, 그리고 기판 온도가 증가할수록 증가하였으며 Cl2에 BCl3를 50%이하로 첨가할 때 BCl3 첨가량이 증가할수록 식각속도 및 식각마스크(photoresist)와의 식각선택비가 증가하는 것을 관찰하였다. 또한, Cl3:BCl3=1:1의 조건에 따라 Ar 첨가에 따른 식각속도 및 표면 거칠기를 관찰하였다. 본 연구의 최적 식각조건인 40%Cl2/40%BCl3/20%Ar, 600W의 inductive power, -300V의 bias voltage, 30mTorr의 압력, 기판온도 7$0^{\circ}C$에서 270nm/min의 사파이어 식각속도를 얻을수 있었다. 그리고 이러한 식각조건에서 표면의 거치기를 줄일수 있었다. 사파이어 식각은 보편적인 사파이어 lapping 공정시 수반되어 형성된 표면의 거치기를 줄이기 위한 마지막 공정에 응용될수 있다. 사파이어의 식각시 나타나는 식각 부산물은 플라즈마 진단방비인 optical emission spectroscopy (OES)를 통하여 관찰하였고, 식각시 사파이어의 표면성분비 변화 및 표면의 화학적 결합은 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 사용하여 측정하였다. 시각 전, 후의 표면의 거칠기를 scanning electron microscopy(SEM)을 통하여 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.246-246
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• 1999

TFT-LCD 제조공정의 발전에 따라, 박막층(a-Si, SiNx, gate 전극, ITO 등)에 대한 습식공정을 대치하는 건식식각이 선호되고 있다. scan signal의 전파지연시간을 단축시키는 장점을 갖는 Al gate 전극의 건식식각의 경우, 높은 식각속도와 slope angle의 조절, 그리고 식각균일도가 요구된다. 이러한 Al gate 전극물질로는 Al에 Ti이나 Nd와 같은 금속을 첨가하여 post annealing 동안에 발생하는 hillock을 방지하고 더불어 낮은 resistivity(<10$\mu$$\Omega$cm)와 열과 부식에 대한 높은 저항성을 얻을 수 있다. 그러나 Al-Nd alloy 박막은 식각속도와 photoresist에 대한 식각선택도가 낮아 문제로 지적되고 있다. 본 실험에서는 고밀도 플라즈마원의 일종인 자화된 고밀도 유도결합형 플라즈마를 이용하여 식각가스 조합, inductive power, bias voltage 그리고 공정압력 등의 다양한 공정변수에 따른 Al-Nd film의 기본적인 식각특성 변화를 관찰하였다. 식각시 chloring gas를 주요 식각가스로 사용하고 BCl, HBr 등을 10mTorr의 일정한 압력을 유지하는 조건하에서 첨가하였으며 inductive power는 5100W~800W, bias voltage는 -50V~-200V까지 변화를 주었다. 식각공정의 전후를 통하여 Al-Nd 박막표면의 조성변화를 관찰하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용하였으며 공정변수에 따른 식각후 profile 관찰은 scanning electron microscopy(SEM)을 통하여 관찰하였다. Al-Nd 식각속도는 100% Cl2 플라즈마에 비해 BCl3의 양이 증가할수록 증가하였으며 75%의 BCl3 gas를 첨가하였을 때 가장 높은 식각속도를 얻을 수 있었다. 또한 SEM을 이용한 표면분석으로 roughness가 감소된 공정조건을 찾을 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.138-138
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• 2003

광대역 LiNbO$_3$ 광변조기의 초고속 광 변조 구현을 위해서는 RF/ optical 속도 정합 및 임피던스 매칭 조건 하에서 낮은 구동전압을 얻을 수 있는 ridge 구조의 제작이 필수적이며 이런 구조 제작하기 위해서는 식각 속도와 식각면 거칠기 식각 profile 및 식각 과정에서의 반응물의 감소 등과 같은 개선을 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 LiNbO$_3$ 기판 위에 메탈 마스크를 형성한 후 비등방성 (anisotropic) 건식 식각 방법인 NLD (Neutral Loop Discharge)로 플라즈마 식각을 하였다. NLD plasma 식각은 1Pa 이하의 압력에서 낮은 전자 온도를 갖는 고밀도 플라즈마를 생성하고 이온 플라즈마를 형성하여 LiNbO$_3$ 표면의 원자와 분자를 이온충돌효과를 이용하여 물리적인 식각과 discharge로 형성된 레디칼 (radical)과의 상호작용에 의한 화학적 식각 메커니즘에 의한 방법으로 plasma에 의한 시편의 손상이 적으며 식각 속도가 또한 높은 것이 특징이다. 본 논문에서는 안테나 파워와 가스의 유량에 따른 LiNbO$_3$ 식각 profile 특성에 관하여 연구 하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권2호
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• pp.157-163
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• 2010

CRT 용 shadow mask의 생산속도 향상을 위해 첨가제를 투입한 염화제이철 수용액을 개발하였고 이를 shadow mask의 식각속도 향상에 적용하였다. $Fe(ClO_4)_3$ 첨가제를 종래의 식각용액인 염화제이철 수용액에 투입한 결과, shadow mask의 식각속도가 크게 향상되었으며, 이때 첨가제의 농도가 증가할수록 식각속도가 증가함을 알 수 있었다. 또한 첨가제가 투입된 식각용액으로 순수 니켈과 철-니켈 합금(Invar 강)의 식각속도를 비교한 결과, 대부분의 공정조건에서 둘 사이의 식각속도 차이가 작음을 알 수 있었고, 이는 첨가제의 투입에 따라 니켈과 철의 식각속도가 모두 향상된 결과로 해석되었다. 첨가제의 주입에 따라 식각속도가 증가하는 이유는, 첨가제 내의 음이온인 $ClO^{4-}$가 염화제이철 수용액 내의 $Cl^-$에 비해 전자를 이동하는 가교로서의 역할이 우수하여 전자를 더 빠르게 이동시킬 수 있기 때문인 것으로 추정된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.211-216
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• 2012

염화제이철 수용액에 의한 스테인레스 강판의 식각반응에 관한 연구를 수행하였다. 식각액 교반속도, 식각온도, $Fe^{3+}$ 이온 농도, 식각액의 유리산도 및 비중 등 여러 공정변수가 식각속도에 미치는 영향에 대해 조사하였고, 그 결과, AK(aluminum-killed) 철, 크롬(chlomium) 강, 그리고 스테인레스 강(STS430J1L 합금)의 식각반응이 1차 반응식을 잘 따름을 알 수 있었다. 또한 식각액의 피로도(fatigue ratio)가 16% 이하로 유지되면 식각액 내에 슬러지가 발생하지 않으며, 식각된 강판의 표면거칠기 또한 좋아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 조사한 범위 내에서는, 식각액의 보메(Baume)가 증가하면 식각속도는 감소하나 유리산도가 식각속도에 미치는 영향은 미비함을 알 수 있었다. 한편 본 연구의 실험결과는 공정모델링을 통해 유도된 식각속도식의 계산결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.