• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.295-295
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• 2012

본 연구에서는 아크방전을 이용한 질화 티타늄의 합성 과정 중에서, 시편 청정 공정변수를 변화시킴에 따라 계면에서의 미세조직 변화와 코팅층의 물성을 평가하였다. 아크 소스에 장착된 타겟은 $120mm{\Phi}$, 99.5 %의 티타늄 타겟을 사용 하였고, 시편과 타겟 간의 거리는 약 30 cm이며, 시편은 SUS를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 진공배기를 실시한 후 Ar 가스 분위기에서 시편에 전압을 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 시편 청정을 실시하였다. 이 시편 청정 과정에서 시편 인가전압을 0~1,000 V로 변화시켰고 시편 정청이 끝나면 시편에 인가된 전압을 차단하고 코팅하였다. 질화 티타늄의 두께는 약 $3{\mu}m$로 동일하게 코팅하였다. 시편 인가전압 변화에 따라 시편청정 공정 시 계면에서 티타늄층이 코팅되거나 모재 내부까지 침투하는 현상을 관찰하였다. 시편청정 공정변수 변화에 따른 질화 티타늄의 코팅을 통해 계면의 미세조직과 성분의 변화를 주사전자현미경, 투과전자현미경 이미지와 에너지 분산분광기 (Energy Dispersive Spectroscopy ; EDS)를 통해 확인하였으며 나노인덴터를 이용해 경도, 탄성계수 등의 물성변화를 측정하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 이용하여 시편 청정 공정 제어를 통한 다양한 물성변화가 가능 할 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.172-174
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• 2011

표면경도와 내마모특성을 가진 질화처리는 다양한 철강재료에 적용되고 있다. 플라즈마를 이용한 질화법은 다른 질화처리법에 비해 처리시간이 짧고 폐수 및 배기가스와 같은 오염물질의 발생이 거의 없어 친환경적이며 낮은 온도에서 처리가 가능하기 때문에 변형 및 금속학적 물성의 변화가 없는 것이 특징이다. 한편 DLC 처리법은 물리화학적 특성이 다이아몬드와 유사하면서도 저온 합성이 가능하고, 표면이 평활하다는 합성기술상의 장점을 가지고 있기 때문에 많은 분야에서의 응용이 연구되고 있는 재료이다. 특히 고경도, 고윤활성 등의 물리적, 화학적, 광학적 특성과 화학적 안정성과 신체적합성 등의 특성으로 인해 기계부품, 공구, 광학기기, 전자부품, 자동차부품과 의료용 기기분야 등에 적용하고 있다. 본 연구에서는 질화처리 및 DLC 처리를 한 챔버내에서 동시처리하여 그 특성을 평가하였다. 이와같이 얻어진 처리물을 Field Emission Scanning Electron Microscope를 이용하여 단면분석을 하였고, 시편의 경도는 나노인덴터로 측정하였다. ball-on-disk 방식의 마모시험기를 이용하여 내마모특성을 관찰하였으며, 접합력을 측정하기 위해 스크래치 테스트를 실시하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.98.1-98.1
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• 2016

PTFE (Polytetrafluoroethylene) 는 벌크 형태는 물론 박막으로도 독특한 특성을 나타내는 물질이다. 매우 낮은 마찰계수, 발수표면특성, 화학적 비반응성은 다양한 방면의 적용이 가능하게 한다. 두께 $1-2{\mu}m$ 이나 50 nm 이하의 박막의 형태로서 발수 특성은 스퍼터링 조건에 따라서는 벌크 PTFE의 특성보다 뛰어나다. 순수한 PTFE 타겟을 사용하여 얇은 PTFE 막 증착을 위해 RF (radio-frequency) 스퍼터링을 하였다. 스퍼터 타겟 건 파워, 공정 압력, 그리고 기판 스테이지와 Si wafer 나 다양한 시편에 인가되는 RF 바이어스 (bias) 등과 같은 스퍼터링 변수의 변화가 가능하다. 공정 변수에 따라서 RF 스퍼터링에 의한 순수한 PTFE 박막과 바이어스가 인가된 유사 PTFE 박막을 비교하여 탐구하였다. 스퍼터링에 의한 PTFE 코팅은 접촉각이 100도 또는 그이상의 초발수성을 나타내는 장점을 갖고 있고, 90% 이상의 높은 투과도를 나타낸다. PTFE 타겟을 사용한 종래의 일반적인 스퍼터링에 의하여, 일예로 실리콘 웨이퍼상에 증착된 코팅막은 낮은 경도와 기판과의 밀착력이 좋지 않은 문제를 갖고 있다. 높은 에너지 환경에서 만들어진 PTFE 코팅은 기존의 스퍼터링 방식으로 만들어진 코팅에 비해 다른 특성을 나타낸다. PTFE 막의 경도와 밀착력을 높이고자 bias를 인가한 RF 스퍼터링을 시도하였다. 코팅 접촉각, 투과도, 나노인덴터에 의한 경도, 그리고 스크래치 테스트에 의한 코팅막의 밀착력을 살펴보았다. PTFE 폴리머 타겟을 사용한 RF 스퍼터링으로 만들어진 고경도 PTFE 유사 코팅의 경도 변화 기구를 고찰하였다.

• 소성∙가공
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• 제12권7호
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• pp.640-646
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• 2003

The nanoprobe based on lithography, mainly represented by SPM based technologies, has been recognized as potential application to fabricate the surface nanostructures because of its operational versatility and simplicity. The objective of the work is to suggest new mastless pattern fabrication technique using the combination of machining by nanoindenter and KOH wet etching. The scratch option of the nanoindenter is a very promising method for obtaining nanometer scale features on a large size specimen because it has a very wide working area and load range. Sample line patterns were machined on a silicon surface, which has a native oxide on it, by constant load scratch (CLS) of the Nanoindenter with a Berkovich diamond tip, and they were etched in KOH solutions to investigate chemical characteristics of the machined silicon surface. After the etching process, the convex structure was made because of masking effect of the affected layer generated by nano-scratch. On the basis of this fact, some line patterns with convex structures were fabricated. Achieved patterns can be used as a mold that will be used for mass production processes such as nanoimprint or PDMS molding process. All morphological data of scratch traces were scanned using atomic force microscope (AFM).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.238-238
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• 2012

Ag (silver)의 일함수는 T-OLED (Top Emission Organic Light Emitting Diode)의 전극소자로 사용하기에는 다소 낮다는 단점이 있다(~4.3 eV). 이러한 단점을 해결하기 위한 대안으로 Ag 박막의 표면을 플라즈마 처리, UV 처리 및 열처리를 통하여 일함수를 높이는 연구가 진행 되어왔다(>5.0 eV). 하지만 현재의 대부분 연구는 후 처리된 박막의 일함수에 초점을 맞춰 연구가 진행 되어 박막의 nano-mechanical property에 대한 연구는 매우 부족하다. 따라서 본 논문에서는 AgOx 박막의 nano-mechanical property에 초점을 맞춰 분석을 실시하였다. 연구에 사용된 샘플은 Ag 박막을 유리기판 위에 rf-magnetron sputter 장치를 이용하여 100 W의 power로 150 nm 두께로 증착하였다. 증착된 Ag 박막은 $O_3$ 발생 UV 램프를 이용하여, 다양한 시간동안 UV 처리하였다(0~9분). 증착된 샘플은 Four-point probe, nanoindenter 장비를 이용하여 nano-mechanical property를 분석하였다. 실험 결과 UV 처리 시간이 0, 1분에서 면저항이 0.16, 0.50 ${\Omega}$/sq로 급격한 변화가 나타났으나, 반면 3분 이후 9분의 샘플의 경우, 0.55 ${\Omega}$/sq에서 0.24, 0.20, 0.15 ${\Omega}$/sq로 감소하여 전기적 특성변화를 볼 수 있었다. 또한 nanoindenting 결과 UV 처리한 박막의 극 표면 경도 값의 변화는 0~5분 처리한 샘플의 경우, 물리적인 경도가 증가하는 형태를 보이며 UV 처리를 5분간 했을때 7.89 GPa로 최고의 경도를 가진다. 그 이후부터는 6.97, 3.46 GPa의 결과로 박막의 경도가 감소되는 결과를 얻었다. 이러한 결과로부터 Ag 박막의 후처리에 따른 Ag 물질의 산화 및 결정상태에 따라 박막 내에 존재하는 residual stress를 분석할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제20권3호
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• pp.200-204
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• 2011

이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si(silicon)기판과 금속배선 물질인 Cu(copper)의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W(Tungsten)-C(Carbon)-N(Nitrogen) 확산방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 rf magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 증착한 후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온에서 $800^{\circ}C$까지 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 이후 Nanoindentation 기법을 이용하여 총 16 points에서 Elastic modulus와 Weibull distribution을 측정하였다. 그 결과 질화물질이 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 온도변화에 따른 박막의 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.

• 한국진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.360-364
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• 2010

나노 소재의 물성을 측정하기 위하여 대부분의 연구 그룹에서는 크게 두 가지 분석 기법인 분광학을 이용한 분석과 나노트라이볼로지를 이용한 분석을 사용하고 있다. 분광학을 이용한 분석에는 NMR (Nuclear Magnetic Resonance), IR (Infrared Spectroscopy), Raman 등이 대표적이라 할 수 있고, 나노트라이볼로지를 이용한 분석에는 AFM (Atomic Force Micro-Scope), EFM (Electrostatic Force Microscope), KFM (Kelvin Force Microscope), Nanoindenter 등의 탐침을 이용한 측정 기법이 대표적이다. Nanoindenter는 물질의 탄성 및 경도를 측정 할 수 있으며 이를 통해 물질의 특성을 연구 하는 데에 사용된다. 그러나 이런 Nanoindenter의 압입 실험에서 압입 조건 등의 통제 변수가 다르면 그 결과 값도 바뀌는 것을 볼 수 있는데 본 실험에서는 이런 압입 조건 중 Load - Hold - Unload force의 속도 및 시간을 변화시켜 물질의 탄성계수와 경도가 어떠한 차이를 가지는지 연구하였다.

• 한국진공학회지
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• 제22권5호
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• pp.245-249
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• 2013

MOSFET 구조의 차세대 Oxide 박막으로 주목받고 있는 $HfO_X$박막을 rf magnetron sputter를 이용하여 Si(100) 기판 위에 증착하였다. 증착시 산소의 유량을 5, 10, 15 sccm으로 변화를 주며 증착하였고 이후 furnace에서 400부터 $800^{\circ}C$까지 질소분위기로 열처리 하였다. 실험결과 $HfO_X$ 박막의 전기적 특성은 산소유량 증가에 따라 누설전류 특성이 향상되었으나, 열처리 온도가 증가함에 따라서는 감소하였다. 특히, 이 논문에서는 Nano-indenter와 AFM으로 $HfO_X$ 박막의 nanomechanics 특성을 측정하였다. 측정 결과에 의하면 열처리 온도가 증가함에 따라 최대 압입력을 기준으로 최대 압입 깊이가 24.9 nm에서 38.8 nm로 증가하였으며 특히 $800^{\circ}C$ 열처리된 박막에서 압입 깊이가 급격하게 증가하였다. 이러한 압입 깊이의 급격한 증가는 박막내 응력 완화에 의한 스트레스 변화로 예상되며, 그 원인으로 증착시 박막내 포함된 산소가 열처리 조건에 의해 빠져나감에 의한 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.291-292
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• 2012

MOSFET 구조에서 metal oxide에 기반을 둔 게이트 유전체의 연구는 실리콘(Si)을 기반으로 한 반도체 발명이래로 가장 인상적인 발전을 이뤄 왔다. 이는 metal oxide의 높은 유전상수 특성이 $SiO_2$보다 우수하고, 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 때문이다. 특히 지난 10년 동안, Hafnium에 기반을 둔 $HfO_2$는 차세대 반도체용 유전 물질로 전기적 구조적 특성에 대한 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 미미하여 이에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 Hf 및 $HfO_2$ 박막의 증착 및 열처리 조건을 다르게 하여 실험을 진행하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 6 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 6 sccm으로 증착한 시료의 current density 성능이 모든 열처리 과정에서 증가하였다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 경도 (Hardness)는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 감소했으나 온도가 높아질수록 증가하였다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 5.35 GPa, 6 sccm : 6.15 GPa)따른 두 시료간의 변화가 가장 두드러졌다. 반면에, 탄성계수 (Elastic modulus)는 산소농도 6 sccm을 넣고 증착된 시료들이 4 sccm을 넣고 증착한 시료보다 모두 높은 값을 나타냈다. 또한, $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 128.88 GPa, 6 sccm : 149.39 GPa)따라 표면의 탄성에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이는 증착된 $HfO_2$ 시료들이 비정질 상태에서 $HfO_2$로 결정화되는 과정에서 산소가 증가할수록 박막의 defect이 감소되기 때문으로 사료된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권2호
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• pp.63-67
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• 2008

전자산업의 소형화와 경량화 추세에 맞추어 최근 집적 칩(IC)이나 패키지를 적층시키는 삼차원 집적화(3D integration) 기술 개발은 차세대 핵심기술로 중요시되고 있다. 본 연구에서는 삼차원 집적화 공정 기술 중 하나인 초박막 실리콘 웨이퍼 연삭(grinding)공정이 웨이퍼 표면에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 실리콘 웨이퍼를 약 $30{\mu}m$과 $50{\mu}m$ 두께까지 연삭한 후, 미세연삭(fine grinding) 단계까지 처리된 시편을 건식 연마(dry polishing) 또는 습식 애칭(wet etching)으로 표면 처리된 시편들과 비교 분석하였다. 박막 웨이퍼 두께는 전계방시형 주사전자현미경과 적외선 분광기로 측정하였고, 표면 특성 분석을 위해선 표면주도(roughness), 표면손상(damage), 경도를 원자현미경, 투과정자현미경 그리고 나노인덴터(nano-indentor)를 이용하여 측정하였다. 표면 처리된 시편의 특성이 표면 처리되지 않은 시편보다 표면주도와 표면손상 등에서 현저히 우수함을 확인 할 수 있었으나, 경도의 경우 표면 처리의 유무에 관계없이 기존의 벌크(bulk)실리콘 웨이퍼와 오차범위 내에서 동일한 것으로 보였다.