초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 반도체와 디스플레이 산업에서 이용되는 기존의 다양한 열처리 장비들(CO₂ Laser, Halogen Lamp, Furnace)의 단점을 보완할 수 있는, 에너지 변환효율이 높으면서, 경제성이 있고, 급속열처리를 수행할 수 있는 새로운 고출력 VCSEL을 이용한 열처리 장비를 연구 개발하고자 하였다. 이 과정에서 VCSEL의 열 및 광학적 성능을 확인하였고, 반도체 웨이퍼 어닐링, LPCVD 공정설계 등의 이론적 연구와 실리콘 결정화 및 산화물 박막 어닐링 등의 실험을 통하여 검증하였다.

□ 연구개요
본 과제에서는 반도체와 디스플레이 산업에서 이용되는 기존의 다양한 열처리 장비들(CO₂ Laser, Halogen Lamp, Furnace)의 단점을 보완할 수 있는, 에너지 변환효율이 높으면서, 경제성이 있고, 급속열처리를 수행할 수 있는 새로운 고출력 VCSEL을 이용한 열처리 장비를 연구 개발하고자 하였다. 이 과정에서 VCSEL의 열 및 광학적 성능을 확인하였고, 반도체 웨이퍼 어닐링, LPCVD 공정설계 등의 이론적 연구와 실리콘 결정화 및 산화물 박막 어닐링 등의 실험을 통하여 검증하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(당초목표) 본 과제의 최종목표는 고출력 VCSEL (Vertical Cavity Surface Emission Laser)을 이용한 반도체 공정용 실리콘 웨이퍼의 급속 열처리 공정설계/제작 및 실증실험으로, 제1차년도에는 고출력 VCSEL 열처리 시스템에 대한 열해석과 최적 냉각시스템의 설계, 제2차년도에는 반도체 Transistor의 Ultra Shallow Junction (USJ), dopant activation, crystallization 등 제작공정에 적용 가능한 실리콘 Wafer 후면 가열을 위한 VCSEL Rapid Thermal Processing (RTP) 공정설계 및 제작, 제3차년도에는 온도 균일성을 보장하는 Chemical Vapor Deposition(CVD) 또는 Atomic Layer Depostion (ALD) 공정용 VCSEL 열처리 시스템 설계 및 실증실험이다.
(연구결과) 1차년도 목표인 고출력 VCSEL 열처리 시스템 대한 열 해석과 냉각 시스템의 성공적인 개발을 통하여, 2차년도 목표인 온도 균일성을 보장하는 VCSEL RTP 시스템 개발이라는 목표에 도달할 수 있었으며, 추가적으로 절연 산화막 제작 공정에도 적용 가능함을 확인하였다. 3차년도에는 2차년도의 후속 연구로써 CVD 공정중 Wafer edge 영역에서 온도 감소현상을 해결하기 위하여 최적 VCSEL Power 제어연구를 진행하여 Wafer 배제영역을 획기적으로 감소시킬 수 있었으며, 또한 비정질 실리콘 박막에 대한 급속 고상 결정화 공정개발도 성공적으로 달성하였다. 비록 2차년도와 3차년도의 연구목표는 일부 바뀌었지만, 3년 전 연구기간에 목표로 설정하였던 연구는 모두 진행하여, 좋은 연구결과를 도출하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
• Laser 장비의 단점 중 하나로 꼽히는 대면적화의 어려움에서 VCSEL은 크기의 제약 없이 고출력 Module로 Scale-up이 가능하다.
• CVD 장비의 경우 현재 Halogen Lamp를 사용한 장비들이 주를 이루고 있다. 할로겐 램프에서 방사된 빛의 스펙트럼이 넓은 영역에 걸쳐 있기 때문에, 균일한 가열과 민감한 온도조절에 어려움이 있고 Wafer를 투과한 빛이 반응기 내부를 가열하는 안전상의 문제점이 지속적 보고되고 있다. 반면에 연구대상 VCSEL은 파장 980nm의 빛을 방출하고, 이 빛은 Si-wafer에 모두 흡수되어 제어가 용이하고, 따라서 안전하다.
• 비정질 실리콘을 결정화하여 박막을 제작하는 것은 다결정 실리콘 박막을 직접 증착하는 것보다 대면적 기판에 적용하는 것에 용이 하고, 더 우수한 특성의 다결정 실리콘 박막을 만들 수 있다. Furnace 열처리 공정의 단점과 Excimer 레이저 공정의 단점을 보완한 고출력/대면적 VCSEL 열처리 장비로 대체한다면 더 높은 공정효율을 기대할 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 연도별 연구수행 내용 요약 ... 6
• 나. 연도별 연구결과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 20
• 끝페이지 ... 21