• Korean Chemical Engineering Research
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• v.43 no.4
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• pp.531-536
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• 2005

Inductively coupled plasma reactive ion etching of CoTb and CoZrNb magnetic materials with the photoresist mask was performed using $Cl_2/Ar$ and $C_2F_6/Ar$ gas mixtures and characterized in terms of etch rate and etch profile. As the concentrations of $Cl_2$ and $C_2F_6$ gases increased, the etch rates of magnetic films decreased and the etch slopes became slanted. The $Cl_2/Ar$ gas was more effective in obtaining fast etch rate and steep sidewall slope than the $C_2F_6/Ar$ gas. As the coil rf power and dc bias increased, fast etch rate and steep etch slope were obtained but the redeposition on the sidewall was observed. This is due to the increase of ion and radical densities in plasma with increasing the coil rf power and the increase of incident ion energy to the substrate with increasing the dc bias voltage. By applying high density reactive ion etching to magnetic tunnel junction stack containing various magnetic films and metal oxide, steep etch slope and clean etch profile without redeposition were obtained.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.395-396
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• 2011

본 논문에서는 30% 내외의 평균반사율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지의 입사광 손실을 최소화하여 광전변환효율 극대화를 구현하기 위해서 SF6/O2 혼합가스를 이용한 RIE 표면 texturing 공정을 수행하였다. 현재 다결정 실리콘 태양전지는 다양한 방향의 grain을 가지기 때문에 단결정 실리콘에 적용되는 습식 식각 방식이 다결정 실리콘 표면 texturing에 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 이를 개선하기 위해서 이방성 식각 특성을 가지는 다양한 texturing 방법이 시도되고 있다. 대표적으로 기계적인 방식의 V-grooving, 레이저 grooving, 플라즈마 건식식각을 이용한 texturing 및 산 용액을 이용한 texturing 등의 연구가 보고되고 있다. 그 중에서 플라즈마 건식식각 방식의 하나인 RIE를 이용한 표면 texturing 공정이 간단한 공정과 산업계 응용의 용이성 때문에 활발히 연구되어 왔다. 특히 Sandia group과 일본 Kyocera사의 연구 결과에서는 그 가능성을 입증하고 있다. 본 연구에서는 공정의 단순화와 안전한 공정을 위해서 SF6/O2 혼합 가스를 이용하여 마스크 패턴 공정없이 RIE texturing 공정을 수행하였으며, RIE-textured 다결정 실리콘에 대해서 태양전지를 제작하여 표면 texturing이 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 그 결과 SF6/O2 혼합 가스를 이용한 RIE texturing은 다결정 실리콘 표면에 주로 needle 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 각 texturing 조건별 반사율의 차이는 needle 구조의 조밀도와 관련되는 것을 알 수 있었으며, 동일 공정 parameter 상에서 식각 시간 1, 2, 3, 4, 5분 기준 시간에 따른 표면 구조 분석 결과 seed 가 형성되고 그에 따라서 needle 형태로 식각되는 과정을 관찰하였다. 반사율은 분당 약 4%씩 낮아져 5분 식각 후 14.45% 까지 낮아졌으며, 표면 구조에서 폭은 약 30 nm로 모두 일정하며, 길이가 약 20, 30, 50, 80, 100 nm으로 증가되었다. 이 결과로 보아 seed로부터 needle 구조가 심화되어가는 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 RIE texturing 후 제작된 태양전지는 효율이 1분 식각 기준 15.92%에서 약 0.35% 씩 낮아져 5분 식각 후 14.4%로 낮아졌다. Voc 는 texturing 시간에 관계없이 일정하며 Isc가 점점 감소되는 것으로 확인되었다. EQE 결과도 이와 동일하게 RIE texturing 시간이 길어질수록 전체 파장 범위에서 일정하게 낮아지는 것이 관찰되었다. Electroluminescence(EL) 이미지 결과 texturing 시간이 길어진 태양전지일수록 점점 어두운 이미지가 나타나 5분 식각의 경우 가장 어두운 결과를 나타내었다. 이런 결과는 한 가지 이유보다는 복합적인 문제로 예상되는데 궁극적으로는 RIE 공정 후 표면에 쌓인 charged particle들이 trap 준위를 형성하여 효율 및 공정상에 영향을 미친 것으로 보이며, 특히 잔류 O기가 불균일한 산화막을 형성하는 것으로 예상된다. 또한 EL 분석 결과를 볼 때 RIE texturing 공정이 길어질수록 불안정한 pn-junction을 형성하는 것을 확인하였으며, emitter 층 형성 후 PSG (phosphorous silica glass) 공정에서 needle의 상부 구조가 무너지면서 면저항이 증가된 결과로 분석된다. PSG 제거 후 측정된 면저항의 경우 3분 texturing 샘플부터 면저항이 약 4${\Omega}/sq$ 정도 증가됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.73-73
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• 2009

트렌지스터의 채널 길이가 줄어듦에 따라 절연층으로 쓰이는 $SiO_2$의 두께는 얇아져야 한다. 이에 따라 얇아진 절연층에서 터널링이 발생하여 누설전류가 증가하게 되어 소자의 오동작을 유발한다. 절연층에서의 터널링을 줄여주기 위해서는 High-K와 같은 유전율이 높은 물질을 이용하여 절연층의 두께를 높여주어야 한다. 최근에 각광 받고 있는 High-K의 대표적인 물질은 $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$등이 있다. $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$는 $SiO_2$보다 유전상 수는 높지만 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도와 같은 특성 면에서 $SiO_2$를 완전히 대체하기는 어려운 실정이다. 최근 연구에 따르면 기존의 High-K물질에 금속을 첨가한 금속산화물의 경우 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도의 특성이 향상되었다는 결과가 있다. 이 금속 산화물 중 $HfAlO_3$가 대표적이다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, 밴드캡 에너지 6.5 eV, 재결정 온도 $900\;^{\circ}C$이고 열역학적 안전성이 개선되었다. 게이트 절연층으로 사용될 수 있는 $HfAlO_3$는 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어, 이방성 식각인 건식 식각에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 $BCl_3$/Ar 유도결합 플라즈마를 이용하여 $HfAlO_3$ 박막의 식각 특성을 알아보았다. RF Power 700 W, DC-bias -150 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 $40\;^{\circ}C$를 기본 조건으로 하여, $BCl_3$/Ar 가스비율, RF Power, DC-bias 전압, 공정압력에 의한 식각율 조건과 마스크물질과의 선택비를 알아보았다. 플라즈마 분석은 Optical 이용하여 진행하였고, 식각 후 표면의 화학적 구조는 X-ray Photoelectron Spectroscoopy(XPS) 분석을 통하여 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.91-91
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• 2010

본 논문은 펄스 직류전원 (Pulse DC) 플라즈마 소스와 반응성 가스인 $CF_4$와 불활성 가스인 Ar를 혼합하여 산업에서 널리 사용되는 유기고분자인 Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyethylene terephthalate (PET), 그리고 Polycarbonate (PC) 샘플을 건식 식각한 결과에 대한 것이다. 각각의 샘플은 감광제 도포 후에 자외선을 조사하는 포토레지스트 방법으로 마스크를 만들었다. 펄스 직류전원 플라즈마 시스템을 사용하면 다양한 변수를 줄 수 있다는 장점이 있다. 공정 변수는 Pulse DC Voltage는 300 - 500 V, Pulse DC reverse time $0.5{\sim}2.0\;{\mu}s$, Pulse DC Frequency 100~250 kHz 이었다. 변수 각각의 값이 높아질수록 고분자의 식각률이 높아졌다. 특히, PMMA의 식각률이 가장 높았으며 PET, PC 순이었다. 샘플 중 PC의 식각률이 가장 낮은 이유는 고분자 결합 중에 이중결합의 벤젠 고리 모양을 포함하고 있어 분자 결합력이 비교적 높기 때문으로 사료된다. 기계적 펌프만을 사용한 공정 전 압력은 30 mTorr이었다. 쓰로틀 밸브를 완전 개방한 상태에서 식각 공정 중 진공 압력은 $CF_4$ 가스유량이 늘어날수록 증가하였다. 식각률 역시 $CF_4$ 가스유량(총 가스 유량은 10 sccm)이 많을수록 증가함을 보여주었다 (PMMA: 10 sccm $CF_4$에서 330 nm/min, 3.5 sccm $CF_4$/6.5 sccm Ar에서 260 nm/min., PET: 10 sccm $CF_4$에서 260 nm/min, 3.5 sccm $CF_4$/6.5 sccm Ar에서 210 nm., PC: 10 sccm $CF_4$에서 230 nm, 3.5 sccm $CF_4c$/6.5 sccm Ar에서 160 nm). 이는 펄스 직류전원 플라즈마 식각에서 $CF_4$와 Ar의 가스 혼합비를 조절함으로서 고분자 소재의 식각률을 적절히 변화시킬 수 있다는 것을 의미한다. 표면 거칠기는 실험 후 표면단차 측정기와 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플의 표면을 측정하여 알 수 있었다. 실험전 기준 샘플 표면 거칠기는 PMMA는 1.53nm, PET는 3.1nm, PC는 1.54nm 이었다. 식각된 샘플들의 표면 거칠기는 PMMA는 3.59~10.59 nm, PET은 5.13~11.32 nm, PC는 1.52~3.14 nm 범위였다. 광학 발광 분석기 (Optical emission spectroscopy)를 이용하여 식각 공정 중 플라즈마 발광특성을 분석한 결과, 탄소 원자 픽 (424.662 nm)과 아르곤 원자 픽 (751.465 nm, 763.510 nm)의 픽의 존재를 확인하였다. 이 때 탄소 픽은 $CF_4$ 가스에서 발생하였을 것으로 추측한다. 본 발표를 통해 펄스 직류전원 $CF_4$/Ar의 고분자 식각 결과에 대해 보고할 것이다.

• The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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• v.24 no.12B
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• pp.2335-2341
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• 1999

The $2\times32$ coupler consists of Mach-Zehnder interferometer and Y branch coupler. For the designs of this coupler, three dimensional rectangular core waveguide decomposed to two-dimensional structure by the effective index method. To optimize the waveguide structure, the confinement factor was investigated with two-dimensional finite difference Beam Propagation Method. The $2\times32$ coupler fabricated by simulation with height between Mach-Zehnder arms, H=$43.6\mu\textrm{m}$(path difference $0.668\mu\textrm{m}$) was showed best characteristics. In the results of dry etching of core layer, the etching rate of core layer was above 2600${\AA}$/min, the etching ratio of SiO2 to Al mask was 30:1 and the uniformity of etching was $\pm$5%. The maximum insertion loss and the uniformity of $2\times32$ coupler were below 19.2dB, 2dB respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.500-500
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• 2013

특정한 유기 물질에 전류를 인가했을 때 발광을 하는 특성을 이용한 Organic Light Emitting Diode (OLED)는 뛰어난 색재현성, 적은 전력소모, 간단한 제조공정, 넓은 시야각 등으로 인해 PDP, LCD, LED에 이은 차세대 디스플레이 소자로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 OLED는 각기 다른 굴절률을 가지는 다층구조로 되어있어 실질적으로 소자 밖으로 나오는 빛은 원래 생성된 빛의 20% 정도 밖에 되지 않는다. 이러한 광 손실을 줄이기 위해 Photonic Crystal (PC)이나 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 부착 등과 같이 특정한 크기를 갖는 주기적인 나노 구조물을 이용한 광추출 효율 상승 방법은 특정 파장의 빛에서만 효과가 있는 한계가 있었으며 고가의 공정과정을 거쳐야 했으므로 OLED 소자의 가격 향상에 일조하였다. 이의 해결을 위해 본 연구는 유리기판 위에 랜덤한 분포를 가지는 나노 구조물 제작 공정법을 제안한다. 먼저 유리기판 위에 스퍼터로 금속 박막을 입혀 이를 Rapid thermal annealing (RTA) 공정을 이용하여 랜덤한 분포의 Island를 가지는 마스크를 제작하였다. 그 후 플라즈마 식각을 이용하여 유리기판에 나노 구조물을 형성하였고 기판 위에 남아있는 마스크는 Ultrasonic cleaning을 이용하여 제거하였다. 제작된나노구조물은 200~300 nm의 높이와 약 200 nm 폭을 가지고 있다. 제작된 유리기판의 OLED 소자로의 적용가능성을 알아보기 위한 광학특성 조사결과는 300~900 nm의 파장영역에서 맨유리와 거의 비슷한 수직 투과율을 보이면서 최대 50%정도의 Diffusion 비율을 나타내고 있고 임계각(41도) 이상의각도에서 인가된 빛의 투과율에 대해서도 향상된 결과를 보여주고 있다. 제안된 공정의 전체과정 기존의 PC, MLA 등의 공정에 비해 난이도가 쉽고 저가로 진행이 가능하며 추후 OLED 소자에 적용될 시 대량생산에 적합한 후보로 보고 있다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2001.05a
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• pp.269-272
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• 2001

실리콘 마이크로머시닝 기술과 바이폴라 공정으로 집적화된 압력센서를 제작하고 동작특성 평가를 수행하였다. 센서부 보상파라미터를 추출하였고 트리밍 공정을 통하여 출력전압의 보상을 수행하였다. 센서 특성은 압저항 위치, 마스크 정렬 오차, 다이어프램 정밀두께제어 정도, 보호막의 과도식각 정도 등에 의하여 민감하게 좌우됨을 알 수 있었다. 웨이퍼별 샘플추출을 통하여 센서부 감도는 평균 0.653mV/kPa, 감도의 온도계수는 -2078.8ppm/℃, 옵셋 전압은 30.78mV, 옵셋전압의 온도계수는 32.11㎶/℃로 측정되었다. 추출된 샘플의 다이어프램 두께오차는 27±2.5㎛였다. 센서부 특성평가 결과를 통하여 신호처리회로의 옵셋 및 스팬보상, 온도보상을 위한 트리밍 공정을 수행한 결과 개발사양을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.21.1-21.1
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• 2009

상변화 메모리는 비휘발성 메모리이면서 빠른 동작 속도, 낮은 동작 전압 등 다양한 장점을 지니고 있어 차세대 메모리로 주목 받고 있다. 최근 상변화 메모리의 동작 전류를 감소시키기 위해 상변화 물질 및 전극 물질에 대한 연구를 진행하고 있으며, 소자의 크기를 최소화 하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 나노 임프린트 리소그래피와 전도성 AFM을 이용하여 나노급 상변화 물질의 특성을 평가하였다. 나노급 상변화 물질을 형성하기 위해 열경화성 나노 임프린트 리소그래피를 이용하여 $Ge_2Sb_2Te_5$(GST)/Mo/SiO2 기판 위에 200nm급 홀 패턴을 형성하였다. 홀 패턴에 Cr을 증착하여 리프트 오프 한 뒤 Cr을 하드 마스크로 사용하여 GST를 식각하였다. 그 결과, Mo 하부 전극 위에200nm 지름과 100nm 높이를 가지는 GST 나노 기둥을 형성하였다. GST 나노 기둥의 전기적 특성 평가를 위해 저항 측정 장비 및 펄스 발생기와AFM을 사용하였다. AFM은 접촉 모드로 설정하였으며, Pt가 코팅된 AFM tip을 사용하여 Cr 하드 마스크와 함께 상부 전극으로 사용하였다. GST 나노 기둥을 초기화 시키기 위해 I-V sweep을 하였으며, 그 결과 $1M\Omega$에서 $10\;k\Omega$으로 저항이 변화함을 확인하였다. GST 나노 기둥은 2V, 5ns의 리셋 펄스에서 비정질로 변화하였으며, 1.3V, 150ns의 셋 펄스에서 결정질로 변화하였다. 이 동작 전압으로 5번의 스위칭 특성을 평가하였으며, 이 결과는 소자 형태의 200nm 급GST의 특성과 유사하여 나노급 상변화 물질을 테스트하는 새로운 방법으로 사용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.143-144
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 발광다이오드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 InGaN/GaN 양자 우물 구조는 푸른색, 녹색 발광다이오드 구현에 있어 우수한 물질적 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 하지만 우수한 물질적 특성에도 불구하고 고인듐 고품위 막질 성장의 어려움으로 인해 높은 효율의 녹색 발광다이오드 구현하는 것은 여전히 어려운 실정이다. 이를 극복하기 위한 대안 중에 하나인 선택 영역 박막성장법(Selective Area Growth)은 마스크 패터닝을 통해 열린 영역에서만 박막을 성장하는 방법으로써 인듐 함량을 향상 시킬 수 있는 방법으로 주목 받고 있다. 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 GaN를 성장하기 위해 그림 1의 공정을 통하여 n-GaN층 위에 SiO2 마스크를 포토리소그라피와 Reactive Ion Etching (RIE)를 이용한 건식 식각 공정을 통해 형성한 후 Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) 장비를 이용하여 선택적으로 에피를 성장하였다. 성장된 마이크로 피라미드 발광다이오드 구조는 n-GaN 피라미드 구조위에 양자우물 및 p-GaN을 성장함으로써 p-GaN/MQW/n-GaN 구조를 갖는다. 이렇게 생성된 피라미드 구조의 에피를 이용하여 발광다이오드를 제작한 후 그에 대한 전기적, 광학적 특성을 측정하였다. 2인치 웨이퍼의 중심을 원점 좌표인 (0,0)으로 설정하였을 때 2인치 웨이퍼에서 좌표에 해당하는 위치에서의 Photoluminescence (PL) 측정한 결과 일반적인 구조의 발광다이오드의 경우 첨두치가 441~451nm인데 반해 피라미드 구조의 발광다이오드의 경우 첨두치가 558nm~563nm 임을 알 수 있었다. 이를 통해 피라미드 구조 발광다이오드의 경우 일반적인 구조의 발광다이오드에 비해 인듐의 함유량을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 논문에서는 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 마이크로 피라미드 InGaN/GaN 양자 우물 구조 구현과 광 전기적 특성에 대해 더 자세히 논의 하도록 하겠다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.279.1-279.1
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• 2014

글래스(glass), 폴리머 또는 쿼츠와 같은 투명기판은 렌즈, 디스플레이, 광검출기, 광센서, 발광다이오드 및 태양전지와 같은 광 및 광전소자 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 소자들의 경우, 광추출 또는 광흡수 효율을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 그러나 투명기판의 경우, 약 1.5의 굴절율로 인해 표면에서 4% 반사가 발생되는데, 이러한 광학적 손실은 소자의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 글래스와 공기 경계면에서 발생되는 광손실을 줄이기 위한 효율적인 무반사 코팅이 필요하다. 최근, 우수한 내구성 뿐만 아니라, 광대역 파장 및 다방향성에서 무반사 특성을 보이는 서브파장 주기를 갖는 나노구조(subwavelength structures)의 형성 및 제작 공정에 관한 연구가 보고되고 있다. 이러한 나노구조는 경사 굴절율 분포를 가지는 유효 매질을 형성하기 때문에 투명기판 표면에서의 Fresnel 반사로 인한 광손실을 줄일 수 있다. 또한, 무반사 서브파장구조를 형성하기 위한 패터닝 방법으로, 간단/저렴하고 대면적 제작이 용이한 열적 응집 공정을 이용한 자가정렬된 금속 나노입자 형성 기술이 널리 사용되고 있다. 따라서 본 실험에서는 열적 응집현상에 의해 형성된 비주기적 금 나노입자 식각 마스크 패턴 및 유도결합 플라즈마 장비를 이용하여 글래스 기판 위에 무반사 서브파장 나노구조를 제작하였다. 금 나노패턴 및 제작된 글래스 서브파장 나노구조의 식각 프로파일은 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, UV-Vis-NIR 스펙트로미터를 사용하여 빛의 투과율을 측정하였다. 또한, 제작된 샘플들에 대해서, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 표면 wettability를 조사하였다.