박막 제조 기술이 정보, 통신, 에너지, 환경 등 현대 산업 분야와 밀접한 관계를 맺고 있고, 크게 유익한 전문 기술 분야로 자리잡고 있으므로 다음 사항에 역점을 두고 구성하였다. 첫째, 필자들이 지난 10여 년 동안 대학 또는 석 · 박사 과정의 강의경험에서 얻은 기본 지식을 토대로 실무 교재에 맞도록 체계적으로 정리하였다. 둘째, 박막 기술의 비중이 갈수록 산업 현장에서 전문 기술 분야로 활용되고 있는 상황을 감안하여 실무위주로 기술하였다. 셋째, 반도체 제조 공정을 시작으로 해서 각종 재료의 개발, 합성, 재질, 가공, 시각 등의 공업적 기술을 함축성 있게 실용화 하였다. 넷째, 박막 기술에 종사하는 기술자나 연구자가 실제로 활용할 수 있도록 첨단 공정 기술을 실무적으로 다루었다.

저자 : 최시영 저자 최시영 경북대학교 전자전기공학부 교수 저자 김진섭 인제대학교 전자정보통신공학부 교수 저자 마대영 경상대학교 전기공학부 교수 저자 박욱동 동양대학교 전자공학부 교수 저자 최규만 관동대학교 정보기술공학부 교수 저자 김기완 경북대학교 명예교수

1 장 박막의 정의 1. 박 막 13 1－1 진 공 14 1－2 기체의 일반적인 성질 14 1－3 대기압 15 1－4 진공도 17 1－5 기체의 평균 자유행정 17 1－6 유확산 펌프의 작동 23 1－7 압력의 측정 24 1－8 McLeod 게이지 25 1－9 Pirani 게이지와 열전대 게이지 26 1－10 열이온적 이온화 게이지 27 2 장 박막의 제조방법 1. 화학적 및 전기화학적 방법 29 1－1 음극 전해 성막법 29 1－2 무전극 또는 무전기 성막법 30 1－3 양극 산화법 30 1－4 CVD법 31 1－5 액상 에피탁시법 32 1－6 Langmuir－Blodgett 막 형성법 33 1－7 흡착방법 33 2. 진공 증착 33 2－1 물리적 기초 33 2－2 실험 기술 35 3. 이온을 이용하는 방법과 음극 스퍼터링 45 3－1 2극 스퍼터링의 원리 45 3－2 저압 음극 스퍼터링 49 3－3 이온 프레이팅과 이온빔을 이용한 방법 51 4. 미세 마스크 제조 52 4－1 일반적인 마스킹 52 4－2 리소그래피 방법 52 4－3 이온선속 밀링과 이온주입 56 3 장 막의 두께와 증착률의 측정방법 1. 칭량법 57 1－1 미세 칭량법 57 1－2 수정 진동방법 58 2. 전기적 방법 61 2－1 전기저항 측정법 61 2－2 커패시턴스의 측정 61 2－3 Q－factor 변화에 의한 방법 62 2－4 이온화법 62 3. 광학적 방법 63 3－1 광흡수계수의 측정을 기초로 한 방법 63 3－2 간섭방법 64 3－3 파이로메트릭 방법 68 3－4 운동량 수송을 사용한 증착률의 모니터링 69 3－5 특수한 두께 모니터링 방법 70 4 장 박막형성의 메커니즘 1. 박막의 형성 71 1－1 박막의 형성 단계 71 2. 핵 형성 72 2－1 핵자 형성에 대한 열역학적 이론 76 2－2 핵자 형성의 통계적 이론 82 2－3 핵 형성과정에 대한 인자들의 영향 88 2－4 핵 형성이론의 증거를 위한 몇 가지 실험 93 3. 섬들 (islands) 의 성장과 합체 98 4. 막의 최종 구조에 대한 여러 인자들의 영향 106 4－1 음극 스퍼터링과 이온을 사용한 다른 방법에 의해 증착된 막의 성질 107 5. 박막의 결정학적 구조 111 6. 에피택시얼막 121 5 장 박막의 특성평가 1. 박막의 전자 현미경학적 고찰 126 1－1 투과 전자 현미경 126 1－2 복제기술에 의한 표면의 전자 현미경학적 검사 135 1－3 박막 표면의 직접 영상을 얻기 위한 전자 현미경 137 1－4 특별한 전자 현미경학적 방법 142 2. 전자 회절 148 2－1 반사나 투과에서 고에너지 전자회절(HEED) 148 2－2 저에너지 전자회절(LEED) 150 3. X-ray 방법 152 3－1 X-ray 회절 152 3－2 X-선 마이크로스코프 153 3－3 X-선 형광분석 153 4. 전자빔 방법 154 4－1 일반 원리 154 4－2 전자 마이크로브 분석(EMA) 157 4－3 Auger 전자 분광기 160 4－4 에너지 손실 분광기(ELS) 162 5. 이온빔 방법 163 5－1 저에너지 이온산란 163 5－2 Rutherford Backscattering (RBS) 165 5－3 2차 이온 질량 분광기 (SIMS) 166 5－4 이온이 유도된 X-선 방출 169 6. 광빔 방법 170 6－1 광전자 분광기 170 6－2 레이저로 유도된 분광기 172 6 장 박막의 특성 1. 박막의 역학적 특성 173 1－1 박막에서의 응력 174 1－2 박막의 응력 측정 178 1－3 박막의 역학적 상수 측정 181 1－4 박막의 부착성 184 1－5 Rayleigh 표면파 189 2. 박막의 전기적, 자기적 특성 191 2－1 연속적인 금속막의 전도도 192 2－2 불연속적인 금속막의 전도도 196 2－3 반도체 박막의 전기적 특성 201 2－4 기체 흡착에 의한 저항률의 변화 204 2－5 전자 마이그레이션 206 2－6 박막의 전류 자기효과 208 2－7 박막에서의 초전도 209 2－8 유전체 박막의 전도도 216 2－9 박막의 유전 특성 225 2－10 박막의 강자성 특성 230 3. 박막의 광학적 특성 234 3－1 기본적인 광학적 특성 234 3－2 광발생과 광도파로 236 3－3 광변조 239 7 장 박막의 응용 1. 역학적 특성의 응용 242 1－1 박막 코팅층의 사용 예 242 1－2 이온 보조 스퍼터링 243 2. 전자공학과 미세 전자공학에의 응용 244 2－1 전기적 접촉, 상호연결, 저항체 244 2－2 커패시터와 인덕터 247 2－3 능동 전자소자 248 2－4 집적회로 252 2－5 몇 가지 더 개선된 전자소자 255 2－6 강자성체와 초전도체 박막의 응용 256 2－7 표면파를 이용한 마이크로 음향소자 262 3. 광학, 광전자공학 및 집적광학에의 응용 264 3－1 광학에의 응용 264 3－2 광전자에의 응용 267 3－3 집적광학에의 응용 272 3－4 태양 에너지의 실용화 276 8 장 박막제조의 첨단기술 1. 단원자층 에피탁시 278 1－1 단원자층 에피탁시의 원리와 특성 278 1－2 ALE 의 성장기구 280 1－3 각종 재료의 ALE 286 2. 금속 인공격자 288 2－1 인공격자의 특징 288 2－2 금속 인공격자의 제조법 290 2－3 금속 인공격자의 기능 293 3. 나노 구조제어 295 3－1 V 홈 구조상 선택성장에 의한 구조제어 295 3－2 절연막 마스크 패턴상 선택성장에 의한 나노구조제어 296 3－3 凸형 스트립 구조상 선택성장에 의한 나노구조제어 298 3－4 면방위에 의한 나노구조제어 299 4. 원자 조작 300 4－1 주사형 프로브 현미경의 원리 301 4－2 SPM 에 의한 원자, 분자 조작 303

머리말
박막 제조 기술은 정보, 통신, 에너지, 환경 등 현대의 중심적인 산업 분야와 밀접한 관계를 맺고 있고, 최근의 눈부신 산업의 발전에 수반되는 불가결한 기술로 인식되고 있다. 따라서, 박막 기술에 종사하는 기술자나 연구자 수도 매우 많아지고, 기술 내용도 광범위하게 넓혀지고 있다.

이와 같은 상황 중에서 연구자나 기술자가 실제로 이용하는 박막 기술은 특정의 목적을 위하여 전문화되고, 특수화된 경우가 많다. 그래서 박막 기술은 지금까지 특수 기술로서 취급되어 왔지만, 최근에는 반도체 제조 공정을 시작으로 해서 각종 재료의 개발, 합성, 재질, 가공, 시각 등에 공업적으로 널리 실용화되어서 현재에는 일반 기술로서 취급되고 있다.

또한, 이들은 ULSI 집적회로, LCD 또는 PDP에 소자 및 나노 소자의 제작, 마이크 로머시닝 등의 첨단 공정 기술에도 널리 활용되고 있으므로 특히 주목받고 있다. 날이 갈수록 이런 산업에서 박막 기술이 차지하는 비중이 더 커져 가고 있다. 그러나 박막 기술에 관한 기술 서적이 외국에서는 많이 저술되고 있지만, 국내에서는 거의 출판되지 않고 있다. 따라서, 이 책은 필자들이 지난 10여 년 동안 대학교 전자공학, 전자소자, 전자재료 과목을 비롯, 석박사 과정의 강의 경험에서 얻은 기본 지식을 바탕으로 하나하나 정리하여 기술한 것이다. 또한, 졸업생들이 산업 현장에서 일하는데도 이 박막 기술이 크게 유익한 전문 기술 분야로 자리잡고 있으므로 이들을 감안하여 출판하게 되었다.

끝으로 이 책이 나오기까지 출판을 맡아 주신 도서출판 일진사 여러분께 진심으로 감사 드립니다..

저자 일동

< 문화관광부 주최 '2002 우수학술도서' 선정> 박막 제조 기술이 정보, 통신, 에너지, 환경 등 현대 산업 분야와 밀접한 관계를 맺고 있고, 크게 유익한 전문 기술 분야로 자리잡고 있으므로 다음 사항에 역점을 두고 구성하였다. 첫째, 필자들이 지난 10여 년 동안 대학 또는 석·박사 과정의 강의경험에서 얻은 기본 지식을 토대로 실무 교재에 맞도록 체계적으로 정리하였다. 둘째,박막 기술의 비중이 갈수록 산업 현장에서 전문 기술 분야로 활용되고 있는 상황을 감안하여 실무위주로 기술하였다. 셋째, 반도체 제조 공정을 시작으로 해서 각종 재료의 개발, 합성, 재질, 가공, 시각 등의 공업적 기술을 함축성 있게 실용화 하였다. 넷째, 박막 기술에 종사하는 기술자나 연구자가 실제로 활용할 수 있도록 첨단 공정 기술을 실무적으로 다루었다.