안녕하세요 오늘은 Sputtering장치랑 무엇인지에 대해 알아보도록 하겠습니다. Sputtering장치는 현재도 수많은 분야에서 다양한 형태로 사용되고 있으며 앞으로도 계속적으로 수요가 늘 아날 전망입니다. Sputtering장치의 뜻과 분류에 관해서 간단하게 살펴보겠습니다.
목차
●Sputtering 이란?
●Sputtering 법의 분류
1.Sputtering 이란?
양이온을 가속해서 음극 표면에 충돌시켜 음극 표면의 원자를 튀어나오게 하는 것을 Sputter라고 합니다. 이현상을 이용하여 박막을 형성하는 방법을 Sputtering이라고 흔히 부르고 있습니다. 진공장치 내에 양극과 음극을 준비, Sputte하려면 재료를 음극성에 붙입니다. 거기에 방전용 가스(대부분 아르곤 가스 Ar를 사용)를 일정 유량 투입하고, 전극 간에 전압(DC 또는 RF)을 인가해서 Glow 방전을 발생시킵니다. 발생한 Glow 방전은 일종의 플라즈마입니다. 플라즈마 중의 정이온이 음극 상에 부착된 Target(Sputter 시키고 싶은 물질) 표면에 충돌하여 타깃 물질을 튀겨냅니다. 이 물질을 기판상에 쌓음으로써 박막을 형성하는 것을 Sputtering라고 합니다.
2.Sputtering 법의 분류
Sputtering법은 방전의 발생법, Sputter의 방법, 효율, 박막법 등에 의해 여러 분류 방법이 있습니다
(1) DC(직류) Sputtering
가장 표준적인 방법으로 진공조에 방전용 가스를 도입하교 압력을 10*1~10*-1 PA로 제어합니다 Anode(양극) Cathode(음극) 간에 수 kV의 DC전압을 인가 음극상에는 금속 또는 반도체의 타깃 물질을 부착하고 양극의 전극상에는 기판을 두어 Glow를 방전시킵니다. 양이온은 Cathode 측에 가속도어 타깃에 충돌합니다. 이 압력에서 이온의 평균자유행정은 짧고, 도중에 중성 기체 분자와 충돌하는 횟수가 늘어납니다, 음극을 충격하기 직전의 이온 에너지는 낮아져서 타깃에서 튀어나오는 Sputter원자의 수도 적어지게 되어 Sputter효율이 떨어집니다. 이를 개선하는 방식에서 RF나 고자계를 이용한 Spurtter가 개발되었습니다.
(2) RF(고주파) Sputtering
DC Sputtering는 금속이나 반도체의 박막형성에 사용됩니다. 하지만 타깃이 절연물인 경우는 타깃에 충돌한 이온으로 대전하고 타깃 자체의 전위가 상승하기 때문에 이온이 점점 입사할 수 없게 되어 결국에는 Sputter가 멈추게 됩니다. 음극과 양극의 전위가 역전할 때 전자가 타깃에 흘러들어 가며 이것으로 타깃의 대전이 없어져 체인지 업을 막을 수 있습니다
(3) Magnetron Sputtering(High Rate Sputtering)
Sputtering법은 예전부터 있던 성막법이지만. 증착법에 비해 발전이 늦어졌습니다. 그 이유는 박막형성 속도가 느리기 때문입니다, 종래법에서는 Glow 방전 중의 이온 밀도가 낮을 것, 기체 분자에 의한 Sputtering 원자와 기체 분자의 충돌에 따른 산란이 클 것이라는 문제가 있습니다. 산란을 줄이기 위해서 단순하게 기체 분자의 밀도를 낮추면 방전에 의해 발생한 이온 밀도가 감소합니다. 결과적으로 Sputtering된 원자의 수도 감소해 버립니다. 반대로 이온의 수를 늘리기 우해서 기체 분자의 밀도를 올리면 산란이 증가합니다.
(4) ECR Sputtering
ECR은 Electron Cyclorron Resonance의 약어로서 Sputtering,Etching 및 CVD 장치의 플라즈마 발생법으로 사용되고 있습니다. Micro파(통상 2.24 GHz)를 ECR조건을 만족하는 자계 안으로 도입하여 Micro파 에너지를 효율이 좋은 전자에 흡수시켜 고밀도의 플라즈마를 만듭니다.
(5) Ion Beam Sputtering
일반적으로 Sputtering법은 비교적 압력이 높은 영역에서 만들어지는 Glow 방전을 이용하기 때문에 박막 중에 방전 가스 원자가 흡수되거나 Sputtering 원자가 방전 가스 원자에 산란되기도 합니다. 이 때문에 형성한 막질에 악영향을 미치는 경우가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 개발된 것이 Ion Beam Sputtering법입니다. Ion Beam Sputtering법은 Ion Gun에서 발생시킨 정이온을 Beam형상으로 하여 Target에 충돌시켜서 Sputtering을 하는 방식입니다 이 때문에 10*-2Pa대의 진공 영역에서 Sputtering 하는 것이 가능합니다 또한 기판이나 Target 가까이 N2, O2등의 Gas를 도입하는 반응성 Ion Beam Sputtering 방식도 있습니다.
금일은 Sputtering장치에 대한 뜻과 Sputtering법의 분류에 대해 간단하게 알아보았습니다. 다음 시간에는 Sputtering장치의 주요 구성 기기 및 정기점검 사항에 대해 살펴보도록 하겠습니다.