다양한 조건에서 다양한 타겟의 스퍼터링 증착 속도

다양한 조건에서 다양한 타겟의 스퍼터링 증착 속도

(SD-900M 저진공 마그네트론 스퍼터링 코터 적용 기준)

현대 재료 과학 및 표면 공학 분야에서 마그네트론 스퍼터링 기술은 박막 증착에서 뛰어난 성능을 보이기 때문에 없어서는 안 될 공정 방법이 되었습니다. 스퍼터링 기술은 반도체, 광학, 메모리 및 장식용 코팅 분야에서 널리 사용됩니다. 필름의 품질, 두께 균일성 및 성능에 영향을 미치는 주요 변수로서 스퍼터링 속도는 타겟 유형, 진공도, 작동 가스 압력, 전원 공급 장치, 자기장 강도 등 여러 요인의 영향을 받습니다. 이러한 요인이 스퍼터링 속도에 미치는 영향을 철저히 이해하는 것은 공정 매개변수를 최적화하고 필름의 품질을 개선하는 데 매우 중요합니다.

본 논문에서는 다양한 조건에서 다양한 타겟의 스퍼터링 속도에 대해 논의하고, VPI(Vision Precision Instruments) SD-900M 모델 저진공 마그네트론 스퍼터링 코터의 실제 적용을 결합하여 연구자와 엔지니어에게 참고 자료를 제공합니다.

1. 타겟 종류가 스퍼터링 속도에 미치는 영향

1. 타겟의 물리적, 화학적 특성

타겟의 스퍼터링 속도는 주로 물리적, 화학적 특성에 영향을 받으며 주요 요인은 다음과 같습니다.

- 원자량: 원자량이 큰 원소는 원자 운동량이 더 크고 스퍼터링 중에 더 높은 에너지를 가진 입자에 의해 제거될 가능성이 더 높습니다.

- 결합 에너지: 물질의 표면 결합 에너지가 낮을수록 원자가 표면에서 탈출하기 쉽고 스퍼터링 속도가 빨라집니다.

- 표면 원자 밀도: 표면 원자 밀도가 높으면 스퍼터링에 사용할 수 있는 원자가 많아져 스퍼터링 속도가 빨라집니다.

예를 들어: 구리(Cu)의 원자량은 63.55u이고 결합 에너지는 약 3.5eV인 반면 탄소(C)의 원자량은 12.01u이고 결합 에너지는 약 7.4eV입니다. 따라서 동일한 조건에서 구리의 스퍼터링 속도는 탄소보다 훨씬 빠릅니다.

2 대상물질의 순도 및 미세구조

- 순도: 고순도 타겟은 보다 안정적인 스퍼터링 환경을 제공할 수 있습니다. 불순물이 있으면 스퍼터링 중에 불균일한 플라즈마가 생성되어 스퍼터링 속도와 필름 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

- 결정 구조: 단결정, 다결정 또는 비정질 타겟의 결정 구조는 스퍼터링 원자의 지향성과 에너지 분포에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 다시 스퍼터링 속도에 영향을 미칩니다.

3. 합금 및 복합 타겟

합금 또는 복합 타겟의 경우 스퍼터링 속도는 각 구성 요소의 스퍼터링 수율에도 영향을 받습니다. 다른 요소의 스퍼터링 수율이 다르면 구성 요소의 분리가 발생할 수 있으며, 이는 공정 매개변수에서 조정해야 합니다.

둘째, 스퍼터링 조건이 스퍼터링 속도에 미치는 영향

1. 진공 및 작동 가스 압력

- 진공도: 고진공 환경은 불순물 가스의 영향을 줄이고 스퍼터링 공정의 순도를 보장하는 데 도움이 됩니다.

- 작동 가스 압력: 일반적으로 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용합니다. 가스 압력은 플라즈마의 밀도와 에너지 분포에 영향을 미칩니다. 적절한 압력은 안정적인 플라즈마를 형성하고 스퍼터링 속도를 높이는 데 도움이 됩니다.

2 전원 및 전압 공급

- 전력: 전력 공급을 증가시키면 플라즈마의 밀도와 에너지가 증가하고 스퍼터링 효과가 향상될 수 있습니다.

- 전압: 고전압은 전자와 이온을 가속하고, 타겟을 폭격하는 에너지를 향상시켜 스퍼터링 속도를 개선하는 데 도움이 됩니다.

3. 자기장 세기 및 구성

- 자기장 강도: 자기장은 전자를 결합하고 플라즈마 밀도를 개선하는 데 사용됩니다. 적절한 자기장 강도는 스퍼터링 효율을 개선할 수 있습니다.

- 자기장 구성: 다양한 자기장 구성(예: 평면, 원통형)은 자기장 분포에 영향을 미치며, 이는 스퍼터링 영역과 속도에 영향을 미칩니다.

4. 타겟베이스 거리 및 기판 온도

- 타겟 기반 거리: 타겟과 기판 사이의 거리는 스퍼터링된 원자가 기판에 도달할 확률과 에너지에 영향을 미칩니다.

- 기판 온도: 기판 온도는 필름의 성장 패턴과 결정화 품질에 영향을 미치며, 간접적으로 스퍼터링 속도의 효과적인 활용에 영향을 미칩니다.