• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.16 no.4
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• pp.29-32
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• 2009

Dense and periodic arrays of nano-sized holes were patterned in oxide thin film on GaAs substrate. To obtain the nano-size patterns, self-assembling diblock copolymer was used to produce thin film of uniformly distributed parallel cylinders of polymethylmethacrylate (PMMA) in polystyrene (PS) matrix. The PMMA cylinders were removed with UV expose and acetic acid rinse to produce PS nanotemplate. By reactive ion etching, pattern of the PS template was transferred to under laid silicon oxide layer. Transferred patterns were reached to the GaAs substrate by controlling the dry etching time. We confirmed the achievement of etching through the removing oxide layer and observation of GaAs substrate surface. Optimized etching time was 90 to 100 sec. Pore sizes of the nanopattern in the silicon oxide layer were 20~22 nm.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07a
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• pp.252-255
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• 2004

반도체는 high integrated, high speed, low power를 위하여 design 뿐만 아니라 재료 측면에서도 많은 변화를 가져오고 있으며, RC delay time을 줄이기 위하여 Al 배선보다 비저항이 낮은 Cu와 low-k material 적용이 그 대표적인 예이다. 그러나, Cu 배선의 경우 dry etching이 어려우므로, 기존의 공정으로는 그 한계를 가지므로 damascene 또는 dual damascene 공정이 소개, 적용되고 있다. Damascene 공정은 절연막에 photo와 RIE 공정을 이용하여 trench를 형성시킨 후 electrochemical plating 공정을 이용하여 trench에 Cu를 filling 시킨다. 이후 CMP 공정을 이용하여 절연막 위의 Cu와 barrier material을 제거함으로서 Cu 배선을 형성하게 된다. Dual damascene 공정은 trench와 via를 동시에 형성시키는 기술로 현재 대부분의 Cu 배선 공정에 적용되고 있다. Cu CMP는 기존의 metal CMP와 마찬가지로 oxidizer를 이용한 Cu film의 화학반응과 연마 입자의 기계가공이 기본 메커니즘이다. Cu CMP에서 backside pressure 영향이 uniformity에 미치는 영향을 살펴보았으며, electrochemical plating 공정에서 발생하는 hump가 CMP 결과에 미치는 영향과 dishing 결과를 통하여 그 영향을 평가하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.39.1-39.1
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• 2009

본 실험은 연성과 광 투명도가 뛰어난 아크릴 (PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate) 기판의 축전 결합형 플라즈마 (CCP) 건식 식각 연구에 관한 것이다. 특히 식각 반응기 내부의 압력 변화에 따른 두 기판의 건식 식각 특성 분석에 초점을 맞추었다. 실험에 사용된 기판은 두께 1mm의 아크릴 (PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate)를 $1.5\times1.5\;cm^2$로 절단하여 Photo-lithography 공정을 통하여 감광제 (Photo-resist)로 패턴하였다. 식각 반응기 내부에 패턴 된 아크릴(PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate)를 넣은 후 반응기 내부 진공 상태로 만들었다. 그 후 5 sccm $O_2$ 가스를 유량조절기 (Mass flow controller)를 통하여 식각 반응기 내부로 유입하여 실험을 하였다. 이때 식각 공정 변수는 식각 반응기 내부 압력과 샘플 척 파워이다. 특성평가 항목은 식각 후 기판 (Substrate)의 식각율 (Etch rate), 식각 선택비 (Selectivity) 그리고 기판 표면 거칠기 (RMS roughness)이다. 실험 결과는 표면 단차 분석기(Surface profiler)를 이용하여 기판 (Substrate)의 표면을 분석 하였다. 또한 OES (Optical Emission Spectroscopy) 를 이용하여 식각 중 내부 플라즈마의 상태를 분석하였다. 본 실험 결과에 따르면 5 sccm $O_2$ 가스와 100 W 척 파워를 고정한 후 반응기 내부의 압력을 25 mTorr에서 180 mTorr까지 변화시켜 실험한 결과 40 mTorr의 반응기 내부 압력에서 실험 자료 중 가장 높은 식각율로 아크릴 (PMMA)은 $0.46\;{\mu}m/min$, 폴리카보네이트 (Polycabonate)는 $0.28\;{\mu}m/min$의 결과를 얻었다. 또한 이 자료를 바탕으로 5 sccm $O_2$ 가스와 반응기 내부 압력을 40 mTorr로 고정시키고 RIE 척 파워를 25 W에서 150 W로 증가시켰을 때 아크릴 (PMMA)의 식각율은 $0.15\;{\mu}m/min$에서 $0.72\;{\mu}m/min$까지 증가하였고, 폴리카보네이트 (Polycabonate) 의 식각율은 $0.1\;{\mu}m/min$에서 $0.36\;{\mu}m/min$까지 증가하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.16-22
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• 2008

We studied plasma etching of polycarbonate in $O_2/SF_6$, $O_2/N_2$ and $O_2/CH_4$. A capacitively coupled plasma system was employed for the research. For patterning, we used a photolithography method with UV exposure after coating a photoresist on the polycarbonate. Main variables in the experiment were the mixing ratio of $O_2$ and other gases, and RF chuck power. Especially, we used only a mechanical pump for in order to operate the system. The chamber pressure was fixed at 100 mTorr. All of surface profilometry, atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used for characterization of the etched polycarbonate samples. According to the results, $O_2/SF_6$ plasmas gave the higher etch rate of the polycarbonate than pure $O_2$ and $SF_6$ plasmas. For example, with maintaining 100W RF chuck power and 100 mTorr chamber pressure, 20 sccm $O_2$ plasma provided about $0.4{\mu}m$/min of polycarbonate etch rate and 20 sccm $SF_6$ produced only $0.2{\mu}m$/min. However, the mixed plasma of 60 % $O_2$ and 40 % $SF_6$ gas flow rate generated about $0.56{\mu}m$ with even low -DC bias induced compared to that of $O_2$. More addition of $SF_6$ to the mixture reduced etch of polycarbonate. The surface roughness of etched polycarbonate was roughed about 3 times worse measured by atomic force microscopy. However examination with scanning electron microscopy indicated that the surface was comparable to that of photoresist. Increase of RF chuck power raised -DC bias on the chuck and etch rate of polycarbonate almost linearly. The etch selectivity of polycarbonate to photoresist was about 1:1. The meaning of these results was that the simple capacitively coupled plasma system can be used to make a microstructure on polymer with $O_2/SF_6$ plasmas. This result can be applied to plasma processing of other polymers.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.2
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• pp.85-91
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• 2009

There has been a rapid progress for flexible polymer-based MEMS(Microelectromechanical Systems) technology. Polycarbonate (PC) and Poly Methyl Methacrylate (PMMA), so-called acrylic, have many advantages for optical, non-toxic and micro-device application. We studied dry etching of PC and PMMA as a function of % gas ratio in the $O_2/SF_6/CH_4$ temary plasma. A photoresist pattern was defined on the polymer samples with a mask using a conventional lithography. Plasma etching was done at 100 W RIE chuck power and 10 sccm total gas flow rate. The etch rates of PMMA were typically 2 times higher than those of PC in the whole experimental range. The result would be related to higher melting point of PC compared to that of PMMA. The highest etch rates of PMMA and PC were found in the $O_2/SF_6$ discharges among $O_2/SF_6$, $O_2/CH_4$ and $SF_6/CH_4$ and $O_2/SF_6/CH_4$ plasma composition (PC: ${\sim}350\;nm/min$ at 5 sccm $O_2/5$ sccm $SF_6$, PMMA: ${\sim}570\;nm/min$ at 2.5 sccm $O_2/7.5$ sccm $SF_6$). PC has smoother surface morphology than PMMA after etching in the $O_2/SF_6/CH_4$ discharges. The surface roughness of PC was in the range of 1.9$\sim$3.88 nm. However, that of PMMA was 17.3$\sim$26.1 nm.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.393-393
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• 2012

Optically active nanostructures such as subwavelength moth-eye antireflective structures or surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) active structures have been demonstrated to provide the effective suppression of unwanted reflections as in subwavelength structure (SWS) or effective enhancement of selective signals as in SERS. While various nanopatterning techniques such as photolithography, electron-beam lithography, wafer level nanoimprinting lithography, and interference lithography can be employed to fabricate these nanostructures, roll-to-roll (R2R) nanoimprinting is gaining interests due to its low cost, continuous, and scalable process. R2R nanoimprinting requires a master to produce a stamp that can be wrapped around a quartz roller for repeated nanoimprinting process. Among many possibilities, two different types of mask can be employed to fabricate optically active nanostructures. One is self-assembled Au nanoparticles on Si substrate by depositing Au film with sputtering followed by annealing process. The other is monolayer silica particles dissolved in ethanol spread on the wafer by spin-coating method. The process is optimized by considering the density of Au and silica nano particles, depth and shape of the patterns. The depth of the pattern can be controlled with dry etch process using reactive ion etching (RIE) with the mixture of SF6 and CHF3. The resultant nanostructures are characterized for their reflectance using UV-Vis-NIR spectrophotometer (Agilent technology, Cary 5000) and for surface morphology using scanning electron microscope (SEM, JEOL JSM-7100F). Once optimized, these optically active nanostructures can be used to replicate with roll-to-roll process or soft lithography for various applications including displays, solar cells, and biosensors.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.62-62
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• 2003

고밀도 유도결합 플라즈마(high density inductively coupled plasma) 식각은 GaAs 이종접합 양극성 트랜지스터(HBTs)와 고속전자 이동도 트랜지스터(HEMTs)와 같은 GaAs 기반 반도체의 정교한 패턴을 형성하는데 더욱 많이 이용되고 있다 본 연구는 고밀도 플라즈마 소스(source)인 평판형(planar) 고밀도 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 가스에 따른 GaAs 식각결과를 비교 분석하였다. 공정변수는 ICP 소스 파워를 0-500W, RIE 척(chuck) 파워를 0-150W, 공정압력을 0-15 mTorr 이었다. 그리고 가스 유량은 20sccm(standard cubic centimeter per minute)으로 고정시킨 상태에서 Ar 첨가 비율에 따른 GaAs의 식각결과를 관찰하였다. 공정 결과는 식각률(etch rate), GaAs 대 PR의 선택도(selectivity), 표면 거칠기(roughness)와 식각후 표면에 남아 있는 잔류 가스등을 분석하였다. 20 $BCl_3$ 플라즈마를 이용한 GaAs 식각률 보다 Ar이 첨가된 (20-x) $BC1_3/x Ar$ 플라즈마의 식각률이 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 식각률 증가는 Ar 가스의 첨가로 인한 GaAs 반도체와 Ar 플라즈마의 충돌로 나타난 결과로 예측된다. $BCl_3$ 와 $BC1_3/Ar$ 플라즈마에 노출된 GaAs 반도체 모두 표면이 평탄하였고 수직 측벽도 또한 우수하였다. 그리고 표면에 잔류하는 성분은 Ga와 As 이외에 $Cl_2$ 계열의 불순물이 거의 발견되지 않아 매우 깨끗함을 확인하였다. 이번 발표에서는 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 플라즈마를 이용한 GaAs의 건식식각 비교에 대해 상세하게 보고 할 것이다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.22 no.1
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• pp.5-10
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• 2012

In general, the fabrications of the LEDs with mesa structure are performed grown by MOCVD method. In order to etch and separate each chips, the LEDs are passed the RIE and scribing processes. The RIE process using plasma dry etching occur some problems such as defects, dislocations and the formation of dangling bond in surface result in decline of device characteristic. The SAG method has attracted considerable interest for the growth of high quality GaN epi layer on the sapphire substrate. In this paper, the SAG method was introduced for simplification and fabrication of the high quality epi layer. And we report that the size of selective area do not affect the characteristics of original LED. The diameter of SAG circle patterns were choose as 2500, 1000, 350, and 200 ${\mu}m$. The SAG-LEDs were measured to obtain the device characteristics using by SEM, EL and I-V. The main emission peaks of 2500, 1000, 350, and 200 ${\mu}m$ were 485, 480, 450, and 445 nm respectively. The chips of 350, 200 ${\mu}m$ diameter were observed non-uniform surface and resistance was higher than original LED, however, the chips of 2500, 1000 ${\mu}m$ diameter had uniform surface and current-voltage characteristics were better than small sizes. Therefore, we suggest that the suitable diameter which do not affect the characteristic of original LED is more than 1000 ${\mu}m$.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.21 no.3
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• pp.67-71
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• 2014

An attempt to grow high quality GaN on silicon substrate using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), herein GaN epitaxial layers were grown on various Si(111) substrates. Thin Platinum layer was deposited on Si(111) substrate using sputtering, followed by thermal annealing to form Pt nano-clusters which act as masking layer during dry-etched with inductively coupled plasma-reactive ion etching to generate nano-patterned Si(111) substrate. In addition, micro-patterned Si(111) substrate with circle shape was also fabricated by using conventional photo-lithography technique. GaN epitaxial layers were subsequently grown on micro-, nano-patterned and conventional Si (111) substrate under identical growth conditions for comparison. The GaN layer grown on nano-patterned Si (111) substrate shows the lowest crack density with mirror-like surface morphology. The FWHM values of XRD rocking curve measured from symmetry (002) and asymmetry (102) planes are 576 arcsec and 828 arcsec, respectively. To corroborate an enhancement of the growth quality, the FWHM value achieved from the photoluminescence spectra also shows the lowest value (46.5 meV) as compare to other grown samples.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.63-63
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• 2003

플라즈마 공정은 DRAM, 이종접합 양극성 트랜지스터(HBTs), 레이저, 평면도파로(planar lightwave circuit)와 같은 전자소자 및 광조자 제작에 있어서 핵심 공정중의 하나이다. 최근 미세 구조의 크기가 극도로 감소하게 됨에 따라 실제 소작 제작에 있어서 미세한 모양을 식각하는 공정이 매우 중요하게 되었다. 그 중에서 고밀도 유도결합 플라즈마(high density inductively coupled plasma)를 이용한 기술은 빠르고 정확한 식각률, 우수한 식각 균일도와 높은 재현성 때문에 습식식각 기술보다 선호되고 있다. 본 연구는 평판형(planar) 고밀도 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 BCl$_3$와 BCl$_3$/Ar 플라즈마에 따른 AlGaAs/GaAs의 식각결과를 비교 분석하였다. 공정 변수는 ICP 소스(source power)파워, RIE 척(chuck) 파워, 공정 압력, 그리고 Ar 조성비(0-100%)이었다. BCl$_3$에 Ar을 첨가하게 되면 순수한 BCl$_3$ 플라즈마에서의 AlGaAs/GaAs 식각률(> 3000 $\AA$/min) 보다 분당 약 1000$\AA$ 이상 높은 식각률(>4000 $\AA$/min)을 나타내었다. 이 결과는 Ar 플라즈마의 이온보조(ion-assisted)가 식각률 증가에 기인한다고 예측된다. 그리고 전자주사 현미경(SEM)과 원자력간 현미경(AFM)을 사용하여 식각 후 표면 거칠기 및 수직 측벽도 둥을 분석하였다. 마지막으로 XPS를 이용하여 식각된 후에 표면에 남아 있는 잔류 성분 분석을 연구하였다. 본 결과를 종합하면 BCl$_3$에 기초한 평판형 유도결합 플라즈마는 AlGaAs/GaAs 구조의 식각시 많은 우수한 특성을 보여주었다.79$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.016$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 2는 0.045$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.014$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 3은 0.123$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.017$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 4는 0.055$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.016$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 5는 0.031$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.015$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 6은 0.111$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.020$\ell/\textrm{cm}^3$로 나타났다. 3. 단일재료의 악취흡착성능 실험결과 암모니아는 코코넛, 소나무수피, 왕겨에서 흡착능력이 우수하게 나타났으며, 황화수소는 펄라이트, 왕겨, 소나무수피에서 다른 재료에 비하여 상대적으로 우수한 것으로 나타났으며, 혼합충진재는 암모니아의 경우 코코넛과 펄라이트의 비율이 70%:30%인 혼합재료 3번과 소나무수피와 펄라이트의 비율이 70%:30%인 혼합재료 6번에서 다른 혼합재료에 비하여 우수한 것으로 나타났으며, 황화수소의 경우 혼합재료에 따라 약간의 차이를 보였다. 4. 코코넛과 소나무수피의 경우 암모니아가스에 대한 흡착성능은 거의 비슷한 것으로 사료되며, 코코넛의 경우 전량을 수입에 의존하고 있다는 점에서 국내 조달이 용이하며, 구입 비용도 적게 소요되는 소나무수피를 사용하는 것이 경제적이라고 사료된다. 5. 마지막으로 악취제거 미생물균주를 접종한 소나무수피 70%와 펄라이트 30%의 혼합재료를 24시간동안 장기간 운전