스퍼터링

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스퍼터링에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

을 의미한다. 일반적으로 Fig. 27과 같은 상황에서는 다음과 같은 관계가 성립한다.
여기서 V1과 V2는 각 전극에서의 sheath voltage를 의미하고 A1과 A2는 각 전극의 면적을 의미한다. 한편 D1과 D2는 각 전극에서의 sheath thickness를 의미한다.
4) M a g n e t r o n 스퍼터링
이 장치는 DC 스퍼터링 장치와 비슷하지만 cathode에는 영구 자석이 장착되어 target 표면과 평행한 방향으로 자장을 인가해 준다. 이러한 영구 자석이 장착되어 있는 target을 magnetron target이라고 한다.
DC 스퍼터링 장치에서 target에 이온이 충돌해서 발생하는 2차 전자에 의해 glow discharge가 유지된다. 이러한 2차 전자들은 cathode에 수직한 방향의 경로를 통해서 anode로 다가간다.
Magnetron 스퍼터링에서는 자장이 target 표면과 평행하기 때문에 전장에 대해서는 수직하다. 따라서 전자는 Lorentz 의 힘을 받아 선회 운동(gyration)을 하며 가속되기 때문에 나선 운동을 한다. 이는 target 근처에서 전자가 벗어나지 못하게 하고 계속 그 주변을 선회하도록 하기 때문에 플라즈마가 target 표면의 매우 가까운 곳에 유지되어 근처 지역에서 플라즈마 밀도가 높아지게 되므로 이온화율이 증가한다. 이온이 많이 생겨 discharge 전류가 증가하고 스퍼터 속도가 향상된다. 따라서 기판에 대한 전자의 충돌이 줄어들고, 결국 증착 속도가 향상되며 스퍼터 가능 압력도 낮출 수 있다. 박막의 증착 속도는 약 50배 정도까지 향상될 수 있으며, 증착 압력도 1 mTorr까지 낮아질 수 있다.
전형적인 자장의 세기는 200 ∼ 500 G이다.
Fig. 14. Applied fields and electron motion in the planar magnetron
이 밖에도 chamber 벽과 기판으로부터 스퍼터링이 감소하고 증착 도중에 자연적으로 이루어지는 기판 가열이 감소한다.
Fig. 15. Principle of the magnetron effect
Magnetron target의 결점은 target이 균일하게 소모되지 않는다는 것이다. 즉, 자기력선이 직선에 가까운 곳에서 더 많은 스퍼터링이 일어난다. 따라서 target에서 균일한 증착 속도가 얻어지지 않는다. 이와 같은 상황을 Fig. 30에 나타내었다.
Fig. 16. Schematic of a planar magnetron target
앞에서 본 바와 같이 magnetron target은 전형적으로 ‘racetrac k'형태로 sputter erosion이 일어난다. 따라서 고체 원판형 target에서 많은 양의 낭비가 심하고, target을 가로질러 스퍼터된 원자의 밀도가 고리 모양의 분포가 된다. 이러한 증착의 불균일성과 target의 활용도를 개선하기 위하여 다른 형태의 많은 magnetron target들이 개발되고 있다.
5) 혼합 스퍼터링
Magnetron 스퍼터링 및 반응성 스퍼터링에 RF가 이용될 수 있다. RF를 사용할 경우 전장의 진폭과 방향이 다양하기 때문에 한 주기 내에서 플라즈마 내의 전자들이 받는 힘이 변하게 된다(한 주기의 일부분에만 true magnetron behavior가 존재). 따라서 플라즈마 내에서 행동하는 전자들의 힘도 다양해져 플라즈마가 더 이상 target 근처에 국한되지 않는다는 장점이 있다.
※스퍼터링의 응용
스퍼터링 방법을 사용하면 막의 두께가 비교적 균일하며, 내화 재료 및 절연막의 형성도 가능하며, 합금 target을 사용할 경우 target과 같은 조성의 박막이 얻어지기 때문에 합금target을 이용하여 합금 박막을 쉽게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한 arc deposition 같이 작은 방울이 형성되지도 않는다.
스퍼터링의 target 표면의 원자를 이탈시키는 성질을 이용하여 에칭 공정(etching process)을 수행할 수 있어 cleaning이나 thining 또는 pattern 형성에 스퍼터링이 이용될 수도 있다.
그러나 스퍼터링은 기본적으로 진공 상태를 필요로 하는 증착이므로 진공에서 견디지 못하는 target 또는 기판은 사용할 수가 없다.
Organic solid는 대부분 target으로 이용이 불가능한데, 그 이유는 이온 충돌과 target의 온도 상승으로 인하여 재료가 견디지 못하고 degradation되기 때문이다.
실험 방법:
우리들은 표준 실험을 이렇게 놓았다.
1. 증착 시간 - 5분
2. 증착 압력 - 1× 10
3. RF 파워 - 200w
그리고 각 조마다 증착 시간, 증착 압력, RF파워를 다르게 하여서 실험 해 보았다.
우리 조 같은 경우에는 증착 압력을 변수로 5× 10 으로 놓고 실험 해 보았다.
실험 결론 및 고찰:
이번 실험은 일반적으로는 기계 자체가 다루기 복잡하기 때문에 조교님의 도움으로 기계의 작동법을 배웠고 한번 배워서는 조금 어려운 기계인거 같았다. 유리에다가 구리를 증착시킨다는 설명을 처음 접했을 때에는 과연 구리가 유리에 달라붙을 것인가라는 의문도 있었고 실험을 해 봐야 알거 같다는 생각을 해 보았다. 실험은 각 조마다 증착 변수를 다르게 해서 어느 변수로 했을 때 밀착력의 차이가 더 있나? 라는 실습 목표를 정해두고 실험을 해 봤다. 실험을 준비하는 시간이 좀 걸렸지만 실험하는 시간은 별로 안 걸려서 실험 자체는 빨리 끝났다. 실험 결과는 유리에 달라붙은 구리가 얼마나 밀착력이 있나? 를 알아보는 것인데 유리 테이프로 밀착력을 실험 해 보았다. 그러나 테이프를 붙이고 두들긴 다음에 띄어 내자마자 테이프 붙인 부분이 전체적으로 구리가 다 뜯어져서 결과적으로는 성공하지는 못했다. 아마도 유리에 증착시켜서 밀착력이 없는 거 같았다. 다른 조도 마찬가지로 유리에 증착된 구리는 다 뜯어지고 말았다. 실험은 실패로 끝났지만 그래도 스퍼터링이라는 도금의 방법과 기계에 대해서 배운게 많아서 실망스럽지는 않았다. 나중에 이 실험을 다시 할 수 있는 기회가 있다면 기계에 대해서 더 많이 배우고 실험도 성공적으로 해 보고 싶다.

키워드

스퍼터링,   스퍼터,   증착