• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.05e
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• pp.77-80
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• 2003

MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술에서 실리콘 식각기술의 중요성으로 플라즈마 식각기술의 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 이중에서 ICP(Inductive Coupled Plasma)는 기존의 증착장치에 유도결합식 플라즈마를 추가로 발생시켜 증착막의 특성을 획기적으로 개선시키는 가장 최근에 개발된 기술이며, 이용에너지를 증가시키지 않고도 이용밀도를 높이고 이용업자들에 방향성을 가할 수 있는 새로운 플라즈마 기술로, 주로 MEMS 제조공정에 응용되고 있다. 본 연구에서는 STS-ICP $ASE^{HR}$을 이용하여 식각과 증착공정을 반복하여 식각을 하는 Bosch 식각에 관하여 연구하였다 STS-ICP $ASE^{HR}$ 장비의 Platen power, Coil power 및 Process pressure에 다양한 변화를 주어 각 변수에 따른 식각속도를 관찰하였다. 각 공정별 변수를 변화시킨 결과 Platen power 12W, Coil power 500W, 식각/Passivation Cycle 6/7sec 일 경우 식각속도는 $1.2{\mu}m$/min 이었고, Sidewall profile은 $90{\pm}0.7^{\circ}$로 나타나 매우 우수한 결과를 보였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07c
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• pp.1376-1377
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• 2006

본 연구에서는 고밀도 플라즈마 식각 시스템을 이용하여 contact hole 식각을 연구하였다. 실험은 공정 변수에 따른 식각 특성을 변화를 SEM 분석을 이용하여 보였으며 공정 압력 증가에 따른 contact hole 패턴의 하부 및 측면이 vertical 하지 못한 현상을 볼 수 있었으며 이는 과도한 라디컬 생성으로 인하여 식각 반응 부산물과 폴리머가 식각 패턴 밖으로 탈착되지 못하여 나타나는 것으로 생각되며 하부 bias 전력을 증가시킴으로써 식각 반응 부산물과 폴리머의 탈착을 도와 식각 프로파일 개선에 영향을 줌을 확인하였다. 또한, 본 장비의 낮은 전자온도 등의 특성으로 인하여 PR의 degradation 현상 등이 나타나지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.220-220
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• 2010

펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마를 이용하여 GaAs와 AlGaAs의 건식식각을 연구하였다. 공정의 주요 변수는 펄스 직류 전압(350~550V), 펄스 직류 시간($0.4{\sim}1.2{\mu}sec$.), 펄스 직류 주파수(100~250kHz)이었다. 식각 실험 후 샘플의 식각률, 식각 선택도, 표면 형상을 비교, 분석하였다. 또한, 광학 발광 분석기(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 식각하는 동안 플라즈마 방전 특성을 분석하였다. 표면 단차 측정기(Alpha-step IQ, Tencor)로 식각 깊이를 측정해 식각률을 계산하였다. 표면 거칠기 또한 단차 측정기의 표면 거칠기 프로그램을 이용하여 분석하였다. 식각 벽면과 표면 상태는 주사전자현미경(Field-emission scanning electron microscopy)을 이용하여 관찰하였다. 분석 결과는 1) 펄스 직류의 전압이 증가하면 전극에 걸리는 파워가 올라가고 GaAs와 AlGaAs의 식각률도 증가하였다. 2) 76 mTorr 공정 압력, $0.7{\mu}sec$. 펄스 직류 시간과 200 kHz 주파수 일 때 10 sccm $BCl_3$ 펄스 직류 플라즈마에서 GaAs와 AlGaAs 둘 다 약 $0.4{\mu}m/min$ 이상의 식각 속도를 보여주었다. 3) 식각 선택도는 펄스 직류의 전압이 높아지면 증가하였고, 펄스 직류 주파수의 증가도 공정 파워와 GaAs와 AlGaAs의 식각률을 증가시켰다. 4) 그러나 펄스 직류 주파수가 150kHz 이하일 때에는 GaAs와 AlGaAs가 거의 식각되지 않았다. 5) 표면 거칠기는 펄스 직류 주파수가 증가하면 미세하게 좋아졌고 플라즈마는 펄스 직류 주파수가 100~250kHz 일 때 생성되었다. 6) 펄스 직류 시간의 증가는 공정 파워, 식각률, 식각 선택도 모두의 증가를 가져왔다. 7) 광학발광분석기(OES) 데이타는 $BCl_3$ 플라즈마에서 넓은 범위(450~700nm)에서의 염소(Cl) 분자 피크를 나타내었다. 8) 전자 현미경 사진은 펄스 직류 전압이 400 V보다 550 V 일 때보다 더 이방성(Anisotropic)측면과 부드러운 표면을 나타냈지만, 조금의 홈(Trench)이 발견되었다. 결론적으로 펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마는 GaAs와 AlGaAs의 건식식각에서 우수한 결과를 나타냈었다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.13 no.7
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• pp.1393-1398
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• 2009

Conventionally, etching is first considered for microelectronics fabrication process and is specially important in process of a-Si:H thin film transistor for LCD. In this paper, we stabilize properties of device by development of wet and dry etching process. The a-Si:H TFTs of this paper is inverted staggered type. The gate electrode is lower part. The gate electrode is formed by patterning with length of 8 ${\mu}$m${\sim}$16 ${\mu}$m and width of 80${\sim}$200 ${\mu}$m after depositing with gate electrode (Cr) 1500 ${\AA}$under coming 7059 glass substrate. We have fabricated a-SiN:H, conductor, etch-stopper and photo resistor on gate electrode in sequence, respectively. The thickness of these thin films is formed with a-SiN:H (2000 ${\mu}$m), a-Si:H(2000 ${\mu}$m) and n+a-Si:H (500 ${\mu}$m), We have deposited n-a-Si:H, NPR(Negative Photo Resister) layer after forming pattern of Cr gate electrode by etch-stopper pattern. The NPR layer by inverting pattern of upper gate electrode is patterned and the n+a-Si:H layer is etched by the NPR pattern. The NPR layer is removed. After Cr layer is deposited and patterned, the source-drain electrode is formed. In the fabricated TFT, the most frequent problems are over and under etching in etching process. We were able to improve properties of device by strict criterion on wet, dry etching and cleaning process.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.11a
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• pp.272-275
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• 2004

플라즈마 식각공정은 소자제조를 위한 미세 패턴닝 제작에 이용되고 있다. 공정 메커니즘의 정성적 해석, 최적화, 그리고 제어를 위해서는 컴퓨터 예측모델의 개발이 요구된다. 역전파 신경망 (backpropagation neural network-BPNN) 모델을 개발하는 데에는 다수의 학습인자가 관여하고 있으며, 가장 그 최적화가 어려운 학습인자는 초기웨이트이다. 모델개발시, 초기웨이트는 random 값으로 설정이 되며, 이로 인해 초기웨이트의 최적화가 어렵다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘 (genetic algorithm-GA)을 이용하여 BPNN의 초기웨이트를 최적화하였으며, 이를 식각공정 모델링에 적용하여 평가하였다. 실리카 식각공정 데이터는 $2^3$ 인자 실험계획법을 이용하여 수집하였으며, GA에 관여하는 두 확률인자의 영향을 42 인자 실험계획법을 이용하여 최적화 하였다. 종래의 모델에 비해, 최적화된 모델은 실리카 식각률, Al 식각률, Al 선택비, 그리고 프로파일 응답에 대해서 각 기 24%, 13%,, 16%, 그리고 17%의 향상률을 보였다. 이는 제안된 최적화 기법이 플라즈마 모델의 예측성능을 증진하는데 효과적으로 응용될 수 있음을 의미한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.10a
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• pp.223-224
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• 2009

본 연구에서는 $Cl_2$/Ar 기반의 플라즈마 식각에 $N_2$가스를 첨가하여 ZnO 박막을 식각 하였을 때 관찰된 ZnO 박막의 식각 특성에 관하여 연구 하였다. ZnO 박막 식각 실험은 RF 800 W, bias power 400 W, 공정 압력 15 mTorr를 기준으로 하였으며 가스 혼합 비율로는 최적의 식각률을 보여주는 $Cl_2$/Ar=8:2 비율에서 실행하였다. 연구의 목적인 첨가 가스 $N_2$를 $Cl_2$ (80%)/Ar (20)%에 5 sccm 씩 첨가하여 20 sccm 까지 증가 시켜 실험 하였다. $N_2$ 가스가 15 sccm 첨가되었을 때 식각률 95.9 nm/min로 기존 $Cl_2$/Ar 기반의 플라즈마 식각보다 높은 식각률을 보여 주었으며 $N_2$ 가스 흐름 조절 외에도 공정 압력, RF power, bias power를 변경하며 실험하였다. 식각된 ZnO 박막의 표면은 최대 식각률을 보이는 공정 조건을 찾기 위해 surface profiler ($\alpha$-step)을 이용하여 식각률을 측정하였으며 ZnO 박막 표면의 화학적인 변화를 조사하기 위해 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하였다. XPS 분석 결과 Zn $2p_{3/2}$ peak 가낮은 binding energy 쪽으로 이동한 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 O 1s 의 스펙트럼을 분석한 결과 N-O bond와 O-H bond가 존재함이 밝혀졌다.

• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.36 no.4
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• pp.334-338
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• 2003

$BCl_3$고밀도 평판형 유도결합 플라즈마(High Density Planar Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 AlGaAs와 InGaP의 건식식각에 대하여 연구하였다. 본 실험에서는 ICP 소스파워(0∼500 W), RIE 척 파워(0-150 W), 공정압력(5∼15 mTorr)의 변화에 따른 AlGaAs와 InGaP의 식각률, 식각단면 그리고 표면 거칠기 등을 분석 하였다. 또, 공정 중 OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 in-situ로 플라즈마를 관찰하였다. $BCl_3$ 유도결합 플라즈마를 이용한 AlGaAs의 식각결과는 우수한 수직측벽도와(>87$^{\circ}$) 깨끗하고 평탄한 표면(RMS roughness = 0.57 nm)을 얻을 수 있었다. 반면, InGaP의 경우에는 식각 후 표면이 다소 거칠어진 것을 확인할 수 있었다. 모든 공정조건에서 AlGaAs의 식각률이 InGaP보다 더 높았다. 이는 $BCl_3$ 유도결합 플라즈마를 이용하여 InGaP을 식각하는 동안 $InCl_{x}$ 라는 휘발성이 낮은 식각부산물이 형성되어 나타난 결과이다. ICP 소스파워와 RIE 척파워가 증가하면 AlGaAs와 InGaP모두 식각률이 증가하였지만, 공정압력의 증가는 식각률의 감소를 가져왔다. 그리고 OES peak세기는 공정압력과 ICP 소스파워의 변화에 따라서는 크게 변화하였지만 RIE 척파워에 따라서는 거의 영향을 받지 않았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.11a
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• pp.159-162
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• 2004

플라즈마 공정 모델 개발에 역전파 신경망이 가장 많이 응용되고 있으나, 관여하는 다수의 학습인자로 인해 그 최적화가 매우 어렵다. Radial basis function network (RBFN)은 관여하는 학습인자의 수가 적어 그 최적화가 상대적으로 용이하지만, 두인자의 다양한 조합에 의해 RBFN의 예측성능이 상당히 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 학습인자 상호간의 작용을 유전자 알고리즘 (genetic algorithm-GA)을 이용하여 최적화하는 기법을 소개한다. 제안하는 알고리즘을 광도파로 제작을 위해 수행한 실리카 식각공정 데이터에 적용하여 평가하였다. 평가에 이용된 식각 응답은, 실리카 식각률, aluminum (Al) 식각률, Al 선택비, 그리고 실리카 프로파일 각도이다. 최적화한 모델은 종래의 모델과 비교하였으며, 그 향상도는 실리카 식각률, Al 식각률, Al 선택비, 그리고 실리카 프로파일 각도에 대해서 각 기 0.8%, 32.4%, 20.3%, 1.3% 등이었다. Al 식각률과 선택비에 대해서 예측성능은 상당이 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.406-406
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• 2010

일반적으로, 나노스케일의 MOS 소자에서는 게이트 절연체 두께가 감소함에 따라 tunneling effect의 증가로 인해 PID (plasma induced damage)로 인한 소자 특성 저하 현상을 감소하는 추세로 알려져 있다. 하지만 요즘 많이 사용되고 있는 high-k 게이트 절연체의 경우에는 오히려 더 많은 charge들이 trapping 되면서 PID가 오히려 더 심각해지는 현상이 나타나고 있다. 이러한 high-k 게이트 식각 시 현재는 주로 Hf-based wet etch나 dry etch가 사용되고 있지만 gate edge 영역에서 high-k 게이트 절연체의 undercut 현상이나 PID에 의한 소자특성 저하가 보고되고 있다. 본 연구에서는 이에 차세대 MOS 소자의 gate stack 구조중 issue화 되고 있는 metal gate 층과 gate dielectric 층의 식각공정에 각각 중성빔 식각과 중성빔 원자층 식각을 적용하여 전기적 손상 없이 원자레벨의 정확한 식각 조절을 해줄 수 있는 새로운 two step 식각 공정에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 TiN metal gate 층의 식각을 위해 HBr과 $Cl_2$ 혼합가스를 사용한 중성빔 식각기술을 적용하여 100 eV 이하의 에너지 조건에서 하부층인 $HfO_2$와 거의 무한대의 식각 선택비를 얻었다. 하지만 100 eV 조건에서는 낮은 에너지에 의한 빔 스케터링으로 실제 패턴 식각시 etch foot이 발생되는 현상이 관찰되었으며, 이를 해결하기 위하여 먼저 높은 에너지로 식각을 진행하고 $HfO_2$와의 계면 근처에서 100 eV로 식각을 해주는 two step 방법을 사용하였다. 그 결과 anistropic 하고 하부층에 etch stop된 식각 형상을 관찰할 수 있었다. 다음으로 3.5nm의 매우 얇은 $HfO_2$ gate dielectric 층의 정확한 식각 깊이 조절을 위해 $BCl_3$와 Ar 가스를 이용한 중성빔 원자층 식각기술을 적용하여 $1.2\;{\AA}$/cycle의 단일막 식각 조건을 확립하고 약 30 cycle 공정시 3.5nm 두께의 $HfO_2$ 층이 완벽히 제거됨을 관찰할 수 있었다. 뿐만 아니라, vertical 한 식각 형상 및 향상된 표면 roughness를 transmission electron microscope(TEM)과 atomic force microscope (AFM)으로 관찰할 수 있었다. 이러한 중성빔 식각과 중성빔 원자층 식각기술이 결합된 새로운 gate recess 공정을 실제 MOSFET 소자에 적용하여 기존 식각 방법으로 제작된 소자 결과를 비교해 본 결과 gate leakage current가 약 one order 정도 개선되었음을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.64.2-64.2
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• 2012

전자산업에서 소자를 제작하는 핵심공정으로써, 패턴을 형성하는 방식은 식각 마스크를 통해 이루어진다. 공정 순서는 원하는 물질을 증착한 후 사진공정 (photolithograpy)을 통하여 원하는 패턴의 감광제 식각마스크 (etch mask)를 형성하게 된다. 이후, 습식식각이나 건식식각을 통하여 물질의 불필요한 부분을 제거한 후 최종적으로 감광제 식각마스크를 제거하여 원하는 물질의 패턴을 얻게 된다. 최근에 소개된 잉크젯 프린팅 기술 (inkjet printing technology)은 나노 잉크를 이용하여 사진공정과 식각공정을 이용하지 않고, 직접 나노잉크를 분사하여 패턴을 형성하는 방법으로, 패터닝 공정을 단순화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 각종 전자 산업의 환경오염물을 획기적으로 줄일 수 있는 친환경기술이다. 특히, OLED, O-TFT, RF-ID, PCB 분야 등 다양한 전자산업분야의 제조기술로서 응용하고자, 전도성 폴리머나 실버 (silver) 나노파티클 잉크를 이용한 전도성 라인 패터닝 (line patterning)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 강연에서는 친환경 생산공정기술 측면에서의 잉크젯기술을 분석하고, 기술의 구성요소, 응용분야, 기술 동향에 관해서 소개하고, 또한 현재 한국생산기술연구원에 진행하고 있는 잉크젯 프린팅 기술 기반의 인쇄전자 분야에 관한 내용을 소개한다.