[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.

세라믹 타겟 파워 램프 래더 프로그램 예제

 RF파워로 세라믹 타겟을 스퍼터링 할 때는 램프 기능을 적용하는 것이 좋다.

본 예제는 레서피를 작성하고 그것에 따라 간단하게 램프업다운을 구현한 프로그램이다.

사용 PLC는 LS산전 XGT 시리즈이다.

M00010 ; 램프 레서피 모드 설정 접점

M00001 ; RF 파워 온/오프 스위치

P0001 ; RF 파워 출력 접점

P0002 ; 램프 업 완료 신호

P0003 ; 램프 다운 완료 신호

P0004 ; 스퍼터링 시간, 공정 완료 시간

C0001 ; 램프 업 경과시간

C0002 ; 램프 다운 경과시간

T0001 ; 램프 업 지연 시간

T0002 ; 램프 다운 지연 시간

T0003 ; 파워 유지 시간

D0000 ; 램프 시간 설정

D0002 ; 초당 파워 변화 비율

D0004 ; 램프 업 출력 파워

D0010 ; 램프 다운 출력 파워

D0012 ; 파워 유지 시간 설정

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.

스퍼터 공정에서 아웃개싱으로 인한 알루미늄 박막의 변색

 스퍼터 시스템으로 알루미늄을 증착하면서 발생하는 문제 중에 하나가 어느 정도 사용하다가 보면, 특정 두께 이상의 박막에서 변색이 발생하는 것이다.

 변색된 박막의 조성을 확인해 보면, 알루미늄 옥사이드가 확인 된다. 이것은 챔버의 리크를 의심하게 되고, 리크가 있지도 않은 챔버의 리크를 확인하느라 많은 시간을 소비하게 된다.
 물론 스퍼터 챔버에 리크가 있을 수도 있다. 그러나, 리크가 있는 경우에는 보통 박막이 무지개 빛으로 형성되게 된다. 박막의 두께도 일정하지 않고, 만들어진 박막의 재현성, 조성도 불안정 하기 때문이다.
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 리크가 없는 상태에서도 박막이 하얀색의 옥사이드 박막이 형성된다면, 챔버의 아웃개싱을 의심해 보아야 한다.
 보통 아웃개싱으로 인한 박막의 변색은 특정 두께가 되면 확인 되기 시작한다. 확인되기 시작하는 두께는 점점 얇은 영역으로 확장되고, 최종에는 아주 얇은 박막에서도 확인 가능해 진다.
 이정도 현상이 발생하는 정도가 되면, ROR 테스트 결과는 보통 E-4 이상의 결과를 확인 할 수 있는데, 챔버의 한계진공도 역시 많은 시간이 걸리게 되어서, 복합적인 문제가 발생하는 수준이 되었다고 판단 할 수 있다.
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 이런 아웃개싱의 영향을 줄이기 위해서는 스퍼터로 알루미늄 박막을 증착하면서 최대한 증착 속도를 올리는 것이 좋다.

 그리고, 한계 진공도와 공정 압력을 최대한 낮추어 주어야 한다. 이것은 증착 속도와도 연관 되어 있고, 챔버의 온도가 올라가기 전에 공정을 끝내는 것이 좋다.

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.

스퍼터 타겟 구매시 Wt% 와 At%를 구별 해야 하는 이유

Alloy 스퍼터 타겟을 사용하면서 주의 해야 할 점이 여러가지 있는데, 그중에 하나가 신규 타겟을 구매하는 경우 Wt%, At%를 잘 구별해서 사야 합니다.

이걸 누가 실수할까 싶은데, 의외로 꽤 많은 실수 사례가 발생합니다.

특히 외국 홈페이지에서 직접 구매하는 경우 간과하고 넘어가는 실수가 발생 할 수 있습니다.

원래 사용하던 타겟의 조성비율을 확인해 두는 것이 좋습니다.

보통 Wt%를 많이 사용하는데요.

서로 완전히 다른 특성의 박막이 만들어지게 되므로 주의 해야 합니다.

At% 는 Atomic Percentage

Wt% 는 Weight Percentage

입니다.

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.