Development of thin film controller using INFICON STM-2 thin film monitor

 박막 증착 장비를 사용하면서 상용화된 두께 컨트롤러는 제어가 안되거나 힘든 물질들이 있다. 특히 디스플레이 분야에서 OLED 증착이 보편화 되면서, 새로운 물질을 개발 하고 이것을 안정적으로 증착하는 기술이 많이 요구 되고 있다. 이러한 물질들에 특화되어 상용으로 개발된 컨트롤러가 많이 나오고 있다. 다만, 가격이 비싸고, 기존 시스템에 교체하여 설치 하기에는 비용, 시간 가능성 등이 그렇게 간단하지는 않은 문제가 있다.

 이런 문제가 있을 때 기존 시스템에 간단하게 USB 타입의 모니터를 설치하여, 컨트롤러를 구성하면, 비용과 시간을 절약 할 수 있을 것이다.

 가장 간단하게 구성 가능한 모니터가 바로 STM-2이다.

 기존 QCM 센서에 호환 문제가 없으며, USB 타입이기 때문에, 큰 어려움 없이 적용이 가능하다.

 대부분의 컨트롤러가 통신으로 제어가 가능하기 때문에, 기존 시스템에 통신으로 파워를 조절 하는 하면서 STM-2와 연계하면, 사용자에 최적화된 컨트롤러를 구현 가능하다.

 

참고 사이트

https://www.inficon.com/

컨트롤러 제작

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.

BN 써멀 보트로 알루미늄 증착을 하는 경우

 써멀 시스템으로 알루미늄을 증착 하면서 가장 문제가 되고, 문의 하는 것이 적절한 써멀 보트가 어떤것인가 입니다.

 보통 사용되는 텅스텐 보트는 1번 이상 사용하기 어렵습니다. 알루미늄이 반응성이 좋아서 텅스텐 보트와 합금이 되어 버리기 때문입니다.
 그래서, 끊어져 버리면서 재사용이 어렵고, 끊어지지 않은 상태에서 여러번 사용하려고 하면, 재현성 문제와, 박막의 특성 문제가 발생하게 됩니다. 심지어, 박막이 검은색으로 증착 되는 경우도 있습니다.

 그래서 알루미늄을 증착 할 때는 BN 보트를 사용하는 것이 좋습니다.

 BN 보트의 경우에는 합금으로 발생하는 문제가 없고, 금속 박막 증착에서 중요한 빠른 속도의 안정적인 알루미늄 증착이 가능합니다.
 보통 금속 박막은 빠른 증착 속도로 증착을 해야 공정이 진행되면서 발생하는 써멀스트레스의 문제가 없어질 가능성이 높아집니다. 특히 알루미늄의 경우에는 챔버의 온도가 올라가면서 아웃개싱이 발생하게 되고, 그로인해 알루미늄과 산소의 반응이 발생하는 문제가 있을 수 있습니다.

 이러한 문제는 원하는 박막의 특성을 얻을 수 없게 합니다.
 문제의 발생을 가장 쉽게 확인 할 수 있는 것이 알루미늄 박막의 색입니다. 보통 검은색의 박막이 증착 되거나, 일정 증착 두께가 넘어가면서 뿌연 알루미늄이 증착되는 현상이 발생하게 됩니다.

 BN 보트는 합금으로 발생하는 문제가 없기 때문에, 자동으로 알루미늄 증착을 하는 시스템은 될 수 있으면, BN 보트를 사용해 주는 것이 좋습니다. 소스의 양도 합금으로 버리는 것이 없기 때문에 일정하게 제어가 가능하고, 증착 속도 역시 조절이 용이합니다.

 BN써멀 보트를 선택하면서 주의 할 것이 있습니다. 써멀용 BN 보트는 순수한 BN이 아니라는 것입니다. 일반적으로 BN에, TiB2, AlN을 혼합하여 고온 고압(2000도 이상, 300bar)에서 핫프레스 소결시켜 만들게 됩니다.

 BN보트 가열에 필요한 파워는 보통 텅스텐 보트와 크게 차이는 없습니다. 10V, 300~350A 정도면 충분히 가열하고, 증착 할 수 있는 파워입니다. 물론 제조사마다 혼합비가 달라서 그런지 파워를 특정지을 수는 없습니다.
 그리고, 2성분 보트와 3성분 보트의 특성이 다르기 때문에 적절한 보트를 선택하는 것이 필요합니다.

 BN 보트로 증착을 하기전에 충분한 예열을 해주는 것이 좋습니다. 충분히 예열을 해주면서 아웃개싱을 해주어야 증착 하면서 발생하는 변색 문제를 해결 할 수 있습니다.

 알루미늄이 없는 상태로 가열을 해주고, 이때의 진공도를 확인해 줍니다.
 보통 정상적인 상태의 증착 속도 1A/sec 정도면 E-6 Torr 정도의 진공도이하에서 증착을 해주어야 질 좋은 박막을 얻을 수 있습니다.