• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.293-293
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• 2010

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 챔버 내에 압축된 공기나 가스에 의해 가속된 미세 파우더들이 재료와 충돌하면서 식각하는 기계적 건식 식각 공정 기술이라고 할 수 있는 micro blaster 공정을 이용하면 기존 재생공정보다 낮은 재처리 비용과 간단한 공정으로 재생웨이퍼를 제작할 수 있다. 하지만 이러한 micro blaster 공정은 식각 후 표면에 많은 particle과 crack을 형성시켜 태양전지용으로 사용하기에 단점을 가진다. 본 연구에서는 이러한 micro blaster를 이용한 태양전지용 재생 웨이퍼를 제작하기 위해 폐 실리콘 웨이퍼의 표면 물질을 식각하고, 식각 후 충돌에 의해 발생된 표면의 particle과 crack을 DRE(Damage Remove Etching)공정으로 제거하는 연구를 진행 하였다. 먼저 폐 실리콘 웨이퍼와 같은 표면을 형성하기 위하여 시편 표면에 각각 Al($2000{\AA}$), $Si_3N_4(3000{\AA})$, $SiO_2(1{\mu}m)$, AZ1512($1{\mu}m$)을 형성하고 micro blaster의 파우더 크기, 압력, 스캔 속도 등의 공정 조건에 따라 폐 실리콘 웨이퍼 표면 물질을 식각하였다. 식각 후 폐 실리콘 웨이퍼의 식각된 깊이와 표면 물질 잔량을 측정하고, 폐 실리콘 웨이퍼의 표면에 particle과 crack, 요철이 형성되어 있는지를 확인하였다. 그 결과 폐 실리콘 웨이퍼에 형성된 물질의 두께 이상으로 식각되었으며, 표면 물질의 잔량이 남아 있지 않았고, 표면에 많은 particle과 crack, 요철이 형성되었다. 표면에 형성된 요철은 유지하면서 많은 particle과 crack을 제거하기 위하여 micro blaster공정 후 DRE 공정으로 표면 개선이 필요하였다. 이때 남겨진 요철은 입사광량을 증가시키고, 표면 반사율을 감소시켜 태양전지내의 흡수하는 빛의 양을 증가시키는 태양전지 texturing 공정 효과로 작용하게 된다. 표면에 남은 particle과 crack을 완전히 제거하면서 요철은 유지할 수 있게 HNA 용액의 농도와 시간에 따른 식각 정도를 측정하였다. DRE 공정 후 표면 particle과 crack이 완전히 제거되어 표면이 개선됨을 확인하였다. Micro blaster를 이용하여 폐 실리콘 웨이퍼의 표면을 식각하고, DRE공정으로 표면을 개선함으로써 태양전지용 기판으로의 재생 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.264-265
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• 2009

본 연구에서 유도결합 플라즈마 식각 장치외 $BCl_3/Ar/Cl_2$ 가스 혼합비를 이용하여 ZnO 박막을 식각 하였을 때, 식각 된 ZnO 박막의 표면 반응에 관하여 관찰하였다. ZnO 박막의 식각 실험 조건은 RF 전력 700 W, 직류바이어스 전압 - 150 V, 공정 압력 15 mTorr로 고정하였고, $Cl_2/(Cl_2+BCl_3+Ar)$ 가스 혼합비를 변경하면서 식각 실험을 수행하였다. $Cl_2$ 가스가 3 sccm 일 때, ZnO 박막의 식각속도는 53 nm/min으로 가장 높았으며, 이때 ZnO 박막에 대한 $SiO_2$의 선택비는 0.89 이었다. 식각된 ZnO 박막의 표면은 XRD (X-ray diffraction)와 AFM(atomic force microscopy)를 이용하여 결정상의 변화와 표면의 거칠기를 분석하였다. AFM 분석 결과에서 Ar, $BCl_3$와 $Cl_2$ 플라즈마를 이용하여 식각된 시료의 표면 거칠기 근 값이 식각전의 시료나 $BCl_3/Ar/Cl_2$ 플라즈마로 식각된 시료보다 큰 것을 확인하였다. 이는 식각된 시료에서의 Zn 양의 감소나 비휘발성 식각 잔류물에 의한 영향으로 판단된다. SIMS(secondary ion mass spectrometery) 분석을 통해 검증 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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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.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.315.1-315.1
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• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.196-196
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• 2014

플라즈마 건식 식각 기술은 반도체 식각공정에서 효과적으로 이용되고 있으며, 반도체 소자의 크기가 줄어듬에 따라 미세하고 정확하게 식각 깊이를 제어할 수 있는 원자층 식각 기술이 개발되었다. 3-5족 반도체 소자의 Interface Passivation Layer 로 이용되는 $Al_2O_3$ 와 BeO 의 원자층 식각을 하였으며, 각각의 원자층 식각 조건과 식각 후의 표면 거칠기 변화에 대한 영향을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.159-159
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• 2010

펄스 직류 전원 $BCl_3$/He 플라즈마를 사용하여 GaAs의 건식 식각을 연구하였다. 공정 변수는 가스 유량 (0~100% $BCl_3$ in $BCl_3$/He), 펄스 파워 ($450{\sim}600\;{\nu}$), 펄스 주파수 (100~250 KHz), 펄스 시간 ($0.4{\sim}1.2\;{\mu}s$)이었다. 식각 공정 후 식각률, 포토레지스트에 대한 식각 선택도, 표면 거칠기는 표면 단차 측정기를 이용하였다. 식각 공정 동안 플라즈마 광 특성 분석은 광학 발광분석기 (Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 실험 후 주사 전자 현미경을 이용, 식각 후 시료의 단면과 표면을 관찰하였다. 실험 결과에 의하면 1) 펄스 파워, 주파수, 시간을 고정 ($500\;{\nu}$, $0.7\;{\mu}s$, 200 KHz)하고 10% He 가스가 혼합되어 있는 조건에서 GaAs의 식각률이 순수한 $BCl_3$를 사용한 것보다 높았다. 이를 통해 식각 공정에서 일정량 이하의 He 혼합은 GaAs 식각률을 증가시키는 시너지효과가 있음을 알 수 있었다. 2) 그러나 약 20% 이상의 He 가스의 혼합은 GaAs의 식각 속도를 저하시켰다. 3) 10% He (9 sccm $BCl_3/1$ sccm He), 200 KHz 펄스 주파수, $0.7\;{\mu}s$ 펄스 시간의 조건에서 펄스 파워가 증가함에 따라 GaAs의 식각률 또한 선형적으로 증가하였다. 4) 특히, $600\;{\nu}$의 파워에서 식각률은 ${\sim}0.5\;{\mu}m/min$로 가장 높았다. 5) 표면 단차 측정기와 전자현미경을 이용하여 식각한 GaAs를 분석한 결과 10% He이 혼합되어 있는 조건에서는 우수한 수직 측벽과 매끈한 표면 (RMS roughness <1 nm)을 관찰할 수 있었다. 6) 10% He이 혼합된 $BCl_3$/He 펄스 직류 플라즈마 식각 후 XPS 분석결과에서도 기준 샘플과 비교하였을 때, 공정 후의 GaAs 표면이 화학적으로 깨끗하며 잔류물이 거의 검출되지 않았다. 위의 결과를 정리하였을 때, 펄스 직류 $BCl_3$/He 플라즈마는 GaAs의 식각에서 매우 우수한 공정 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.584-584
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• 2012

결정형 실리콘 태양전지 공정 중 표면 texturing 공정은 표면에 요철을 형성시켜 반사되는 빛 손실을 줄여서, 증가된 빛 흡수 양에 의해 단락전류(Isc)를 증가시키는데 그 목적이 있다. 표면 texturing 공정은 습식 식각과 건식 식각에 의한 방법으로 나눌 수 있다. 습식 식각은 KOH, TMAH, HNA 등의 실리콘 식각 용액을 사용하여 공정상의 위험도가 크고, 사용 후 용액의 폐기물에 의한 환경오염 문제가 있다. 건식 식각은 습식 식각과 달리 폐기물의 처리가 없고 미량의 가스를 이용한다. 그리고 다결정 실리콘 웨이퍼처럼 불규칙적인 결정방향에도 영향을 받지 않는 장점을 가지고 있어서 건식 식각을 이용한 표면 texturing 공정에 관한 많은 연구가 진행되고 있으며, 특히 RIE(reactive ion etching)를 이용한 태양전지 texturing 공정이 가장 주목을 받고 있다. 하지만 기존의 RIE를 이용하여 표면 texturing 공정을 하게 되면 500 nm 이하의 needle-like 구조의 표면이 만들어진다. Needle-like 구조의 표면은 전극을 형성할 때에 접촉 면적이 좁기 때문에 adhesion이 좋지 않은 것과 단파장 대역에서 광 손실이 많다는 단점이 있다. 본 논문에서는 기존의 RIE texturing의 단점을 보완하기 위해 챔버 내부에 metal-mesh를 장착한 후 RIE를 이용하여 $1{\mu}m$의 피라미드 구조를 형성하였고, RIE 공정 시 ion bombardment에 의한 표면 손상을 제거(RIE damage remove etching)하기 위하여 10초간 TMAH(Tetramethyl -ammonium hydroxide, 25 %) 식각 공정을 하였다.

• 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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.241-241
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• 2015

플라즈마 건식 식각 기술은 반도체 식각공정에서 효과적으로 이용되고 있으며, 반도체 소자의 크기가 줄어듬에 따라 미세하고 정확하게 식각 깊이를 제어 할 수 있는 원자층 식각기술 많은 관심을 받고 있다. 실리콘을 대체 할 수 있는 우수한 전기적 특성을 가진 III-V 화합물 반도체 재료인 InGaAs에 대한 원자층 식각을 통하여, 흡착가스에 대한 표면흡착 및 탈착가스에 대한 표면탈착 메커니즘을 고찰하였다. 또한, 성분 및 표면분석 장치를 이용하여 InGaAs 원자층 식각 특성에 대해 연구하였다.