[공정][가스]PH3 포스핀 가스를 사용하는 스퍼터 챔버 실링 재료

스퍼터 챔버 실링 재료로 오링을 사용하는 경우 포스핀과의 반응성이 없으므로 문제가 되지 않는다. 다만, 스퍼터 시스템이 고온의 플라즈마를 사용하기 때문에 포스핀이 분해되어 부산물을 생성할 가능성이 있으므로 주기적으로 오링의 상태를 점검하고, 크리닝 및 교체 설치를 실행해야 한다. 크리닝 및 교체 주기는 사용자의 공정 빈도를 고려하여 설정해 준다.

구리 가스켓을 사용하는 경우 오링 재질보다 보다 높은 수준의 밀폐 성능을 갖고 있어 UHV 수준의 진공도를 실현 할 수 있다.

그러나, 오링과 달리 구리는 포스핀과 반응 가능성이 있다.

다만, 그 조건이 고온의 환경이어야 하고, 스퍼터 시스템의 플라즈마 노출 부위가 아니라면 문제가 되지 않는다.

오링과 마찬가지로 공정 중에 포스핀이 분해되어 발생되는 부산물에 영향을 받아 문제가 발생 할 수 있으므로, 오링 보다는 짧은 주기로 가스켓을 교체 설치해 주는 것이 좋다.

습기등에 노출되면 부식이 빨라질 수 있기 때문에 가스켓의 보관에도 신경을 써야 한다.

스퍼터링 Cu 박막의 접착력 향상에 대해서

 스퍼터방식으로 만들어진 구리 박막은 접착력에 문제가 발생하면서 떨어지는 경우가 종종 있습니다.
 여러가지 원인이 있을 수 있지만, 구리 박막 자체의 접착력이 약한 경우와, 불순물의 영향으로 접착력이 떨어지는 경우, 여러층으로 박막을 제조하는 경우 써멀 스트레스로 인해 떨어지는 경우등이 있습니다.

 스퍼터 방식으로 구리 박막을 제조 할 경우에는 모든 박막이 그렇지만, 최소한의 시간으로 빠르게 증착하는 것이 중요합니다.
 하지만, 빠르게 증착속도를 일정하게 유지하는 것이 생각 만큼은 쉽지 않습니다. 빠른 증착속도를 유지하기 위해서는 여러가지를 고려해야 합니다.

 스퍼터에서 증착속도를 높이기 위해서는 공정압력을 최대한 낮추고, 공정 파워는 증가 시켜 주어야 합니다.

 몇몇 참고 실험의 결과를 보면,

" 구리 박막의 접착력은 아르곤 압력, DC 전원 전압 산소 플라즈마 전처리 및 어닐링 처리와 같은 증착 조건의 변화에 의해 크게 향상된다. 스퍼터 dc 전압이 500V에서 640V로 증가함에 따라, 필름상의 임계 접착력은 420mN에서 900mN으로 증가 하였다. 아르곤 압력이 5mTorr에서 30mTorr로 증가함에 따라 접착력은 860mN에서 660mN으로 약간 감소했다. 막 증착 후의 어닐링 후 공정은 또한 향상된 접착력을 제공 하였다. "

 증착 속도를 높이는 방향이 접착력을 강화하는 것에 부합합니다.

 하나 더 주목해 볼만한 것은 접착력을 증가 시키기 위해, 표면 개질을 먼저 해주고, 후처리로 열처리를 해주면 더욱 개선 할 수 있다는 점입니다.

 결국, 스퍼터링 방식에서 구리 박막의 접착력을 향상 시키기 위해서는 플라즈마 크리닝을 해주고, 구리박막을 증착 한 후, 어닐링 공정이 필요하다는 것입니다.

 클러스터 방식의 장비로 이런 공정이 모두 가능하다면 큰 문제는 없을 것입니다.
 그러나, 단일 스퍼터 시스템이라면, 로드락 챔버를 구성하여 히터와 크리닝 장치를 로드락에 구성하여, 전처리와 후처리를 동시에 해주면 가능하지 않을까 생각합니다.

Evaporation과 Sputtering 박막의 일반적인 차이점

Evaporation

1) 낮은 에너지(0.1 eV 이하)
2) High Vacuum 공정에 따른 방향성이 좋다
3) Lift-Off 에 적합하다.
4) 박막의 순도가 좋다.
5) 균일도 확보가 비교적 어렵다.
6) 증착속도의 조절이 비교적 어렵다.
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Sputtering

1) 높은에너지(1~10eV)
2) 박막이 치밀하다.
3) Grain Size가 작다.
4) Adhesion이 좋다.
5) Low Vacuum 공정에 따른 방향성이 나쁘다.
6) Step-coverage가 좋다.
7) 박막에 이온 충격으로 인한 스트레스가 발생한다.
8) 균일도 확보가 비교적 쉽다.
9) 증착 속도 조절이 비교적 쉽다.
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스퍼터 시스템에서 캐소드와 에노드는 어느 것인가?

스퍼터 시스템에서 플라즈마를 방전하고,

양이온이 날아가는 방향에 있는것이 캐소드입니다.
전자가 날아가는 방향에 있는것이 애노드입니다.

즉, 타겟이 캐소드이고, 섭스트레이트 쪽이 애노드가 됩니다.