마그네트론 스퍼터링은 대상 물질에서 원자를 방출하여 박막을 만드는 데 사용되는 공정입니다. 이 공정에는 기체가 전하를 띠게 되는 물질 상태인 플라즈마가 생성됩니다. 마그네트론 스퍼터링에서 플라즈마가 어떻게 생성되는지 간단히 설명합니다.
마그네트론 스퍼터링에서 플라즈마가 생성되는 6단계
1. 진공 챔버 설정 및 가스 도입
공정은 진공 챔버 내부에 고진공을 만드는 것으로 시작됩니다. 이는 오염 물질을 방지하고 배경 가스의 압력을 낮추는 데 도움이 됩니다. 기본 압력에 도달하면 스퍼터링 가스(일반적으로 아르곤)가 챔버에 도입됩니다. 압력은 압력 제어 시스템을 사용하여 밀리 토르 범위로 유지됩니다.
2. 플라즈마 생성 시작
음극(대상 물질)과 양극 사이에 고전압이 가해집니다. 이 전압이 플라즈마 생성을 시작합니다. 필요한 전압은 사용되는 가스와 압력에 따라 다릅니다. 아르곤의 경우 이온화 전위는 약 15.8전자볼트(eV)입니다.
3. 자기장을 이용한 플라즈마 효율 향상
마그네트론 스퍼터링에서는 타겟 표면 위에 폐쇄 자기장이 추가됩니다. 이 자기장은 타겟 표면 근처의 전자와 아르곤 원자 간의 충돌을 강화하여 플라즈마 생성의 효율을 높입니다. 플라즈마의 전자는 타겟 뒤에 배치된 자석에 의해 생성된 자기장으로 인해 타겟 주위를 나선형으로 돌게 됩니다. 이 나선형 전자는 주변 원자와 충돌하여 이온화되고 플라즈마 생산과 밀도를 높입니다.
4. 이온 폭격 및 스퍼터링
생성된 플라즈마는 이온화된 가스 원자(이온)가 타겟 표면과 충돌하게 합니다. 이러한 충돌은 타겟 표면에서 원자를 제거하는데, 이 과정을 스퍼터링이라고 합니다. 그런 다음 방출된 원자가 기판 위에 증착되어 얇은 필름을 형성합니다.
5. 마그네트론 스퍼터링의 변형
기존의 마그네트론 스퍼터링 방식은 플라즈마가 타겟 위에 집중되어 이온이 많이 발생하고 기판의 필름이 손상될 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 불균형 마그네트론 스퍼터링 방식이 사용됩니다. 여기서 자기장을 배치하여 플라즈마를 확산시켜 기판 근처의 이온 농도를 줄이고 필름 품질을 개선합니다.
6. 마그네트론의 종류
스퍼터링 시스템에 사용되는 마그네트론은 DC(직류) 또는 RF(무선 주파수)일 수 있습니다. 선택은 원하는 증착 속도, 필름 품질 및 재료 호환성에 따라 달라집니다. DC 마그네트론은 직류 전원 공급 장치를 사용하는 반면, RF 마그네트론은 고주파 무선 주파수 전원 공급 장치를 사용합니다.
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