플라즈마 시스템
Best for High Quality
스퍼터링 Sputtering
플라즈마 속의 이온(Ar+)이 높은 에너지를 갖고 음극으로 가속하여 음극과 충돌하며 충돌 주변의 원자들에게 에너지를 전달한다. 전달된 에너지가 원자들의 결합력보다 클 경우에 원자들 중 일부가 결합을 끊고 외부로 튕겨 나오는데 이러한 이온 충돌로 인하며 분리된 원자들이 음극 반대편에 위치한 기판으로 날아가 붙으면서 박막을 증착하는 방식이다.
이때, 충돌한 분자의 일부만 이온화되며 대부분은 이온화되지 못하고 여기(excitation)되어 원래의 안정화 상태로 돌아가는 글로우(Glow)광선이 발생하며 이는 플라즈마 공정에서 항상 나타나는 현상이다.
스퍼터링은 각 입자가 열에너지와 큰 운동에너지를 가지므로 진공증착에 비하여 1,000~100,000배 이상 에너지가 높기 때문에 박막이 치밀하고 밀착력이 좋다.
DC 스퍼터링 DC Sputtering
직류 전원을 이용한 스퍼터링 방법이다.
RF 스퍼터링 RF Sputtering
타겟이 산화물이나 절연체일 경우 스퍼터링이 되지 않는 DC스퍼터링의 단점을 RF 스퍼터링함으로써 해결될 수 있으며 특히 낮은 Ar 압력에서도 플라즈마가 유지될 수 잇다. RF 스퍼터링은 금속 이외에도 비금속, 절연체, 산화물, 유전체 등의 스퍼터링이 가능하며 주로 13.56MHz의 고주파 저원을 사용한다.
마그네트론 스퍼터링 Magnetron Sputtering
마그네트론 스퍼터링은 타겟 뒷면에 영구자석이나 전자석을 배열하여 전기장에 의해 케소드(Cathode)로 부터 방출되는 전자를 타켓 바깥으로 형성되는 자기장내에 국부적으로 집중시켜 가스원자와의 충돌을 촉진시킴으로써 스퍼터율을 높이는 방식이다.
바이어스 스퍼터링 Bias Sputtering
Bias 스퍼터링은 스퍼터 에치(Sputter etch)와 스퍼터링하는 Bias 스퍼터로 나눌 수 있다.
스퍼터 에치(Back Sputtering)에서는 기판에 -100V~-200V정도의 RF 또는 DC(-) Bias 를 걸어주어, Ar+ion 을 기판에 충돌하게 함으로써 기판의 표면에 존재하는 불순물 등을 제거한다.
Bias 스퍼터에서는 Target 에 약 -1KV 정도, 기판에 -60~-10V정도의 (-) Bias를 걸어주면, Ar+ Ion 은 Target에 충돌하여 스퍼터시킨다.또한 진공 챔버중에 존재하는 O2- ion과 전자들이 기판에 걸린 (-) Bias에 의해 기판에서 멀어지므로 박막 내에 혼힙되는 산소의 양을 감소 시킬 수 있다.
일반적으로 박막 제조에서는 산소의 침투가 박막의 산화 등 나쁜 영향을 주기 때문에, 산화되기 쉬운 원소의 스퍼터(Ta, Mo, Nb, Cr, Rare earth원소) 에서는 Bias 스퍼터링이 필수적이다.
반응성 스퍼터링 Reactive Sputtering
Reactive 스퍼터링은 보통 스퍼터링과 동일하나 Ar기체 외에 미량의 산소 또는 질소를 함께 공급함으로써 원하는 화합물 박막을 형성하는 방식이다.
질화물 타겟을 직접 스퍼터하는 것보다 제조, 순도 및 가격면에서 유리하다. 그 이유는 타겟으로 부터의 기체 상태의 원자는 매우 불안정한 상태여서, 반응성 기체와 쉽게 반응하며 기판에 도달한 원자도 박막 상태에서 반응이 빠르기 때문이다. Reactive 스퍼터링 중 기판온도를 올려주면 화합물 형성 속도가 빨라져 성막 속도를 증가시킬 수 있다.
그러나 Reactive 스퍼터링은 진공압력 게이지(Gauge)나 Glow 방전용 필라멘트(Filament)의 수명을 짧게 하고 DC 스퍼터 효율을 감소시킨다. 이러한 현상은 DC스퍼터링의 경우 스퍼터 초기 부터 타겟 뒷면의 영구자석을 회전시켜 주거나, 전자석의 전류를 변화시키면 개선될 수 있다.