• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.236-236
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• 2013

비냉각 적외선 검출기는 산업용 군사용으로 최근 각광을 받고 있다. 이는 주야간 빛이 없는 곳에서도 사물의 열을 감지할 수 있어 인체감지 및 보안감시, 에너지 절감 등에 응용될 수 있는 핵심부품이다. 비냉각 적외선 검출기로는 재료의 저항의 변화를 감지하는 마이크로볼로미터형이 가장 많이 사용된다. 감지재료로는 비정질 실리콘(a-Si)과 산화바나듐(VOx)이 가장 많이 사용된다. VOx 박막은 일반적으로 RF sputtering 방법으로 증착이 되며, 저항이 낮고, 저항의 온도변화 계수(TCR)가 크며 신호 대 잡음 특성이 우수한 반면 산소(oxygen) phase가 다양하여 갓 증착된 상태의 박막은 재현성이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존의 V 타겟을 사용한 VOx 박막을 증착하는 방법을 개선하여 ZnO 나노박막을 중간에 삽입하여 저항 특성을 조절할 뿐만 아니라 열처리에 의해 TCR 값을 향상시키고, VO2 phase 가 주로 나타나는 박막 증착 및 공정 방법을 소개한다. RF sputtering 장비를 이용하여 산소와 아르곤 가스의 혼합비를 4.5로 하였으며, VOx 증착 시 플라즈마 Power는 150 W 로 하여 상온에서 증착하였다. 갓 증착된 VOx 다층박막의 XRD 스펙트럼은 V2O5 피크가 주된 상을 이루고 있었으며, 산소열처리에 의해 VO2 상이 주로 나타남을 알 수 있었다. TCR 값은 갓 증착된 샘플에서 -0.13%/K의 값을 얻었으며, $300^{\circ}C$에서 50분간 열처리 후 -3.37%/K 으로 급격히 향상됨을 알 수 있었다. 저항은 열처리 후 약 100 kohm으로 낮아져 검출소자를 위한 조건에 적합한 특성을 얻을 수 있었다. 또한 산소열처리의 온도 및 시간에 따라 TCR 및 표면 거칠기 특성을 조사하였으며, 최적의 열처리 조건을 얻고자 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.310-310
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• 2016

최근 NAND flash memory는 높은 집적성과 데이터의 비휘발성, 낮은 소비전력, 간단한 입, 출력 등의 장점들로 인해 핸드폰, MP3, USB 등의 휴대용 저장 장치 및 노트북 시장에서 많이 이용되어 왔다. 특히, 최근에는 smart watch, wearable device등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 유연하고 투명한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 대표적인 플래시 메모리 소자의 구조로 charge trapping type flash memory (CTF)가 있다. CTF 메모리 소자는 trap layer의 trap site를 이용하여 메모리 동작을 하는 소자이다. 하지만 작은 window의 크기, trap site의 열화로 인해 메모리 특성이 나빠지는 문제점 등이 있다. 따라서 최근, trap layer에 다양한 물질을 적용하여 CTF 소자의 문제점을 해결하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 특히, 산화물 반도체인 zinc oxide (ZnO)를 trap layer로 하는 CTF 메모리 소자가 최근 몇몇 보고 되었다. 산화물 반도체인 ZnO는 n-type 반도체이며, shallow와 deep trap site를 동시에 가지고 있는 독특한 물질이다. 이 특성으로 인해 메모리 소자의 programming 시에는 deep trap site에 charging이 일어나고, erasing 시에는 shallow trap site에 캐리어들이 쉽게 공급되면서 deep trap site에 갇혀있던 charge가 쉽게 de-trapped 된다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 본 실험에서는 산화물 반도체인 ZnO를 trap layer로 하는 CTF 소자의 메모리 특성을 확인하기 위해 간단한 구조인 metal-oxide capacitor (MOSCAP)구조로 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 먼저, RCA cleaning 처리된 n-Si bulk 기판 위에 tunnel layer인 SiO2 5 nm를 rf sputter로 증착한 후 furnace 장비를 이용하여 forming gas annealing을 $450^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 후 ZnO를 20 nm, SiO2를 30 nm rf sputter로 증착한 후, 상부전극을 E-beam evaporator 장비를 사용하여 Al 150 nm를 증착하였다. 제작된 소자의 신뢰성 및 내구성 평가를 위해 상온에서 retention과 endurance 측정을 진행하였다. 상온에서의 endurance 측정결과 1000 cycles에서 약 19.08%의 charge loss를 보였으며, Retention 측정결과, 10년 후 약 33.57%의 charge loss를 보여 좋은 메모리 특성을 가지는 것을 확인하였다. 본 실험 결과를 바탕으로, 차세대 메모리 시장에서 trap layer 물질로 산화물 반도체를 사용하는 CTF의 연구 및 계발, 활용가치가 높을 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.104-104
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• 2010

현재 디스플레이 시장은 급변하게 변화하고 있다. 특히, 비정질 실리콘의 경우 디스플레이의 채널층으로 주로 상용화되어 왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 경우 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide, Tin Oxide, Titanum Oxide등의 산화물이 연구되고 있으며, indium이나 aluminum등을 첨가하여 전기적인 특성을 향상시키려는 노력을 보이고 있다. Tin oxide의 경우 천연적으로 풍부한 자원이며, 낮은 가격이 큰 이점으로 작용을 한다. 또한, $SnO_2$의 경우 ITO나 ZnO 열적으로 화학적 과정에서 더 안정하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 $SnO_2$ 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering를 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 일반적으로, $SnO_2$의 경우 증착 과정에서 산소 분압 조절과 oxygen vacancy 조절를 통하여 박막의 전도성을 조절할 수 있다. 이렇게 제작된 $SnO_2$의 박막을 High-resolution X-ray diffractometer, photoluminescence spectra, Hall effect measurement를 이용하여 전기적 및 광학적 특성을 알 수 있다. 그리고 후열처리 통하여 박막의 전기적 특성 변화를 확인하였다. gate insulator의 처리를 통하여 thin film의 interface의 trap density를 감소시킴으로써 소자의 성능 향상을 시도하였다. 그리고 semiconductor analyzer로 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가하였다. 그리고 Temperature, Bias Temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성을 평가하여 안정성이 확보된다면 비정질 실리콘을 대체할 유력한 후보 중의 하나가 될 것이라고 기대된다.

• 한국진공학회지
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• 제8권1호
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• pp.51-54
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• 1999

Ar기 처리를 하면서 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막을 제작하였다. 연속증착할 때의 deposition rate는 1.9 /s 이었으며, Ar기 처리시간을 0.5분, 1분으로 증가시키면 2.8 $\AA$/s, 3.3 $\AA$/s 로 증가하였다. Ar기 처리시간이 2분, 3분일 때는 3.3 $\AA$/s 로 일정하였다. Ar기 처리시간을 증가시키면 광학적 밴드 갭과 박막내의 수소량이 증가하다가 약간 감소하는 경향을 보였다. Ar기 처리한 a-Si:H 박막도 Staebler-Wronski 효과를 보였으나, 연속증착된 a-Si:H 보다 광열화 현상이 많이 감소하였다. 1시간의 빛조사에 의하여 연속증착된 a-Si:H 박막의 경우, 상온에서의 전기전도도와 전기전도도 활성화에너지(Ea)는 각각 1/25배, 0.09eV 증가하였다. Ar기 처리를 한 경우, 상온에서의 전기전도도는 1/3배, Ea는 0.03eV 증가하였다. Ar기 처리를 함으로서 a-Si:H 박막의 빛에 대한 안정성을 향상시킬 수 있었으며, 안정성향상에 관한 미시적 과정을 논의하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.166-166
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• 2007

ZnO는 육방정계(wurtzite) 결정구조를 지니며 상온에서 3.37eV의 wide band gap을 갖는다. ZnO의 엑시톤 결합 에너지는 GaN에 비해 2.5배 높은 60meV로서 고효율의 광소자 적용 가능성이 높다. 또한 고품위의 박막합성이 가능하다. 이러한 특성 때문에 display소자의 투명전극, 광전소자, 바리스터, 압전소자, 가스센서 등에 폭 넓게 응용되고 있다. ZnO박막의 제조는 스퍼터링, CVD, 진공증착법, 열분해법 등이 있다. 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터에 의해 제작된 ZnO 박막에 CMP공정을 수행하여 연마율과 비균일도 특성 및 광투과 특성을 연구하였다. ZnO박막은 $2{\times}2Cm$의 Corning glass위에 증착되었다. 로터리 펌프와 유확산 펌프를 이용하여 초기진공을 $2{\times}10^{-6}$ Torr까지 도달시킨 후 Ar과 $O_2$를 주입하였다. 증착은 상온에서 이루어졌으며 공정압력은 $6{\times}10^{-2}$Torr이였다. 초기의 불안정한 상태의 풀라즈마를 안정시키기 위해 셔터를 이용하여 pre-sputtering을 하였다. CMP 공정조건은 플레이튼 속도, 슬러리 유속, 압력은 칵각 60rpm, 90ml/min, $300g/cm^2$으로 일정하게 유지하였으며 헤드속도는 20rpm에서 100rpm까지 증가시키면서 연마특성을 조사하였다. 실리카슬러리의 적합성을 알아보기 위해 DIW와 병행하여 CMP공정을 수행하고 비교 분석하였다. CMP공정 결과 광투과도는 굉탄화된 표면의 확보로 인해 향상된 특성을 보였다. 실리카 슬러리를 사용하여 CMP를 할 경우는 헤드속도는 저속으로 하여야 양호한 연마특성을 얻을 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.195-199
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• 2011

DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 soda lime glass 위에 Mo 박막을 증착하였다. DC power와 증착 압력을 변화시키면서 상온에서 Mo 박막을 증착하였고 증착된 박막의 전기적 성질 및 구조적 성질을 조사하였다. DC power가 증가할수록 박막의 증착속도는 증가되었고 전기 저항도는 감소하였으며 박막의 결정성이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 증착 압력이 감소할수록 박막의 증착속도와 전기 저항도가 감소하였으며 가늘고 긴 모양의 결정입자가 조밀하게 박막을 형성하였다. 압력이 증가함에 따라서 결정입자는 원형으로 변형되었으며 박막의 표면에 공극의 생성이 증가하였다. Mo 박막의 전기 저항도는 Mo 원자에 결합된 산소의 양이 많아질수록 증가하게 되고, 박막의 결정성이 높아지면 산소의 결합도가 감소하여 낮은 저항도를 갖게 되는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.71-71
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• 1999

현재 소자 제작에 응용되는 수소화된 비정질 실리콘은 PECVD 방법으로 제작하는 것이 보편적인 방법이다. 그러나 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 band gap edge 근처에서 국재준위가 많아 mobility가 작으며 상온에서 조차 불안정하여 신뢰성이 높지 않고, 도핑된 비정질 실리콘의 높은 비저항 등의 단점으로 인하여 고속 회로에 응용이 불가능하다. 반면 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터는 a-Si:H TFT 에 비해 재현성이 우수하고 high resolution, high resolution, high contrast LCD에 응용할 수 있다. 하지만, 다결정 실리콘의 grain boundary로 인해 단결정에 비해 많은 defect 들이 존재하여 전도성을 감소시킨다. 따라서 Mobility를 증가시키기 위해서 grain size를 증가시키고 grain boundary 내에 존재하는 trap center를 감소시켜야 한다. 따라서 본 실험에서는 PECVD 장비로 초기 기판을 plasma 처리하여 다결정 실리콘 박막을 제작하여, 기판 처리에 대한 다결정 실리콘 박막의 성장의 특성을 조사하였다. 실험 방법으로는 PECVD 시스템을 이용하여 SiH4 gas와 H2 gas를 선택적으로 증착시키는 LBL 방법을 사용하여 $\mu$c-Si:H 박막을 제작하였다. 비정질 층을 gas plasma treatment 하여 다결정질 실리콘의 증착 initial stage 관찰을 주목적으로 관찰하였다. 다결정 실리콘 박막의 구조적 성질을 조사하기 위하여 Raman, AFM, SEM, XRD를 이용하여 grain 크기와 결정화도에 대해 측정하여 결정성장 mechanism을 관측하였다. LBL 방법으로 증착시킨 박막의 Raman 분석을 통해서 박막 증착 초기에 비정질이 증착된 후에 결정질로 상태가 변화됨을 관측할 수 있었고, SEM image를 통해서 증착 회수를 증가시키면서 grain size가 작아졌다 다시 커지는 현상을 볼 수 있었다. 이 비정질 층의 transition layer를 gas plasma 처리를 통해서 다결정 핵 형성에 영향을 관측하여 적정한 gas plasma를 통해서 다결정질 실리콘 박막 증착 공정을 단축시킬 수 있는 가능성을 짐작할 수 있었고, 또한 표면의 roughnes와 morphology를 AFM을 통하여 관측함으로써 다결정 박막의 핵 형성에 알맞은 증착 표면 특성을 분석 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.117-117
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• 2000

높은 광학적 투과성과 전기전도성을 갖는 ITO film은 solar cell같은 optoelectronic device나 휴대용 소형 TV, flat panel display 등의 투명전극으로 그 응용 분야가 광범위하여 많은 연구가 수행되어져 왔다. 기판으로서 유리를 사용할 때 생기는 활용범위 제한을 극복하고자 최근 유기물 위에 증착이 가능한 저온 증착방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 가운데 이온빔과 같은 energetic한 beam을 이용한 박막의 제조는 기판을 플라즈마 발생지역으로부터 분리시켜 이온빔의 flux 및 에너지, 입사각 등의 자유로운 조절을 통해 상온에서도 우수한 성질의 박막형성 가능성이 제시되어 지고 있다. ITO박막을 형성하는 방법 중 스프레이법이나 CVD법과 같은 화학적 증착방법은 증착시 350-50$0^{\circ}C$의 고온이 필요하고 현재 가장 많이 응용되어 지고 있는 sputter법은 15$0^{\circ}C$정도의 가열이 필요하므로 앞으로 응용가능성이 매우 커서 많은 연구가 진행중인 플라스틱과 아크릴 같은 flexible 한 기판위 증착에 적용이 불가능하다. 본 실험에서는 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)법을 이용하여 저온 ITO film을 유리와 유기막위에 증착하는 연구를 수행하였다. 유기막위에 증착된 ITO는 보다 가볍고 충격에 강하고 유리에 못지 않은 투과성을 가지고 있으나 현재 film의 quality 향상에 대한 요구가 증대되어 지고 있는 실정이다. 따라서, 본 실험에서는 dual oxygen ion gun의 조건변화에 따른 ITO film의 특성변화를 관찰하였다. 고정된 증？율에 한 개 ion gun에 ion flux를 고정시킨 후 또 다른 ion gun에서 발생하는 oxygen radical의 영향을 조사하였으며 oxygen radical의 rf power에 따른 변화는 OES(Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 너무 적은 oxygen ion beam flux나 oxygen radical은 film의 전도도 및 투과도를 저하시켰고 반면 너무 과도한 flux의 증가 시는 전도도는 감소하였고 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 기판에 도달하는 oxygen ion flux는 faraday cup을 이용하여 측정하였으며 증착된 ITO film은 XPS, UV-spectrometer, 4-point probe를 이용하여 분석하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.370-370
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• 2008

ITO 박막은 현재 차세대 디스플레이인 LCD, PDP, ELD 등의 평판 디스플레이의 화소전극 및 공통전극으로 가장 많이 적용되고 있는 소재이며, 최근에는 태양전지의 투명전극으로 그 용도가 더욱 증가되고 있다. 이러한 소자들의 투명 전도막으로 사용되기 위해서는 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과도와 낮은 면 저항을 가져야 한다. 광 투과도와 면 저항은 ITO 박막의 증착조건에 따라 변하게 되는데 본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Indium-Tin Oxide (ITO) 박막을 제작하고, 제작된 ITO 박막의 전기적 특성과 광학적 특성을 측정하여 공정조건에 따른 박막의 특성 변화를 평가하였다. 증착 조건은 주로 기판 온도와 증착 시간을 변화시켰다. 본 실험에서는 $In_2O_3$ : $SnO_2$의 조성비가 9:1 비율의 순도 99.99% ITO 타겟을 사용하였으며, coming 1737 glass를 30$\times$30 mm 크기로 가공하여 기판온도와 증착시간을 변화시키면서 ITO 박막을 제조하였다. 예비실험을 통해 인가전력 50W, 초기 진공 $2\times10^{-6}$ Torr, 작업 진공 $3.5\times10^{-2}$ Torr, 기판과 타겟 사이의 거리를 10 cm로 고정하였다. 기판 온도는 히터를 가열하지 않은 상온 ($25^{\circ}C$)에서 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 변화시켰고, 증착시간은 5분에서 30분까지의 범위에서 변화시켰다. 증착된 박막의 면 저항 촉정을 위해 4 point probe를 사용하였고, 홀 (hall) 계수 측정기 (HMS-300)를 이용하여 홀 계수를 측정하였으며, 또한 박막의 두께는 $\alpha$-step을 사용하여 측정하였다. ITO 박막의 상분석을 위해 XRD를 사용 하였고, SEM을 이용하여 미세구조를 관찰하였다. 실험 결과로는 기판온도 $400^{\circ}C$, 증착시간 15분 이상에서는 면 저항이 모두 $8\Omega$/$\Box$이하로 낮게 나왔으며, 투과율 또한 모두 80% 이상의 높은 투과도를 보였다. 또한 ITO박막의 전기 전도도는 캐리어 농도와 이동도의 측정을 통해 두 가지 인자들에 의해 비례되는 것을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.165-165
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• 2007

투명전도박막은 ITO, $SnO_2$, ZnO, 등이 있으나 $SnO_2$는 자외선 영역까지 투과시키는 우수한 광학적 특성을 나타내지만, 상당히 큰 전기저항으로 인해 현재는 현재 ITO가 널리 이용되고 있다. ITO(Indium Tin Oxide)박막은 자외선 영역에서 반사율이 높으며 가시광선영역에서는 80%이상의 뛰어난 투과율을 가지고 있다. 또한 낮은 전기저항과 넓은 광학적 밴드갭 때문에 가장 유용한 투과전도성 재료 중에 하나이다. 이러한 특성 때문에 여러 가지 문자 표시소자의 투명전극, 태양전지의 창재료, 정전차폐를 위한 반도체 포장재료, 열반사막, 면발열체, 광전변환 소자에 응용되고 있다. 일반적으로 박막의 제작에는 저항가열법과 전자선가열법, 스퍼터링법의 물리적 증착과 화학적 증착으로 나뉜다. 본 논문에서는 증착온도를 달리 하여 RF-sputtering에 의해 ITO박막을 증착한 후 온도증가에 따른 박막의 특성을 연구하였으며 또한 광역평탄화를 위한 CMP공정을 적용하여 증착온도가 연마에 미치는 영향을 연구하였다. 본 실험에서 사용된 ITO박막은 $2{\times}2Cm$의 Corning glass위에 증착되었으며 타겟은 $In_2O_3$와 $SnO_2$가 9:1로 혼합된 Purity 99.99%이상의 직경 2 inch인 ITO타겟을 사용하였다. 박막 증착시 기판온도는 상온에M $200^{\circ}C$까지 변화시켰으며 RF power는 100W로 일정하게 하였으며 증착압력은 $8{\times}10^{-2}$Torr이였다. CMP공정조건은 헤드속도 60rpm, 플레이튼 속도 60rpm, 슬러리 주입 유량 60mml/min, 압력 $300g/cm^2$이였다. 전기적 특성은 four point probe를 이용하여 측정하였으며 광학적 특성은 UV-Visible Spectrometer를 이용하여 200~900nm의 파장범위에서 광투과도를 측정하였다.