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.

자석과의 거리에 따른 니켈 스퍼터링 증착 효율 감소

 니켈이나 철과 같은 자성체 물질을 스퍼터로 증착하는 경우에는 일반 금속과는 다르게 주의 해야하는 것들이 꽤 있습니다.

 우선, 타겟의 두께는 2mm가 넘지 않는 것을 사용하는 것이 좋습니다. 타겟의 두께가 두꺼우면 방전이 제대로 안되는 경우가 많습니다.

 초기 방전 압력은 조금 높게 유지 하는 것이 좋습니다.

 이것은 일반적으로 많이 알려져 있지만, 자석과의 거리를 얼마로 유지하는 것이 적당한 것인지는 좀 생각을 해보아야 합니다.

 우선 가까울수록 좋은 것은 말할 필요도 없습니다. 다만, 자석과 가까울 수록 교체하는 것이 매우 힘들다는 점입니다.

 자석과의 거리를 조금 멀리 하면, 아무래도 타겟 교체가 용이해 집니다.

 실험적으로 1mm 정도의 거리에 따라서 15%정도의 효율 감소를 생각 하면 될 거 같습니다.

 최대 4mm 정도 떨어진 거리까지 사용 가능 한 것으로 생각하면 될 것 같습니다.