[한국반도체] 장비 : 스퍼터 (Sputter deposition )

1.의미

 

사전적인 의미는 열이나 에너지를 가했을때 일련의 작은 폭발을 만드는것으로 지난 16세기에 네덜란드의 Sputteren에서  차용된 언어이다. 물리학적으로는 고속의 ion을 이용하여 Target에서 입자를 방출시텨 표면에  물질(Metal)을 증착시키는의미로 쓰인다. 

 1852년 발견이 되었고 ,1920는 Langmuir에 의해 Thin film증착에 사용하기 위해 기술이 적용되었다.  

*Thin Film증착방법 

 Thin Film을 증착하는 여러 방법중 물리적인 방법은 Sputtering과 Evaporation이 있으며 화학적인 방법은 Chemical vapor deposition (CVD)와 Atomic layer despisino (ALD)가 있다. 

일반적으로 sputtering은 Metal증착에 Evaporation은 Anti finger나 OLED같은 박막 유기막증착에 , CVD는 SiNx,SiO2등 무기막에  ALD는 좀 더 고급스런 , 얇은 두께에 투습이나 절연특성을 요구되는 무기막증착에 쓰이게된다. 

Damn!! SEM을 측정하기 위해 Pt로 Sputtering한 개미 

 

 

2.원리 

 

Target의 표면이 ion에 의해 충돌이 발생하게 되고 Target에 있는 입자가 튀어 나가서 반대면에 Wafer등에 증착이 되는 원리이다.  큰 영역의 Target에 얇은두께로 박막 증착하는데 유용하고 adhesion이 좋아 산업계에 필수 불가한 장비이다.  주로 불활성의 기체가 ion source로 사용되는데 일반적인 Gas로는 Ar이나N2가 쓰이게된다. 

 Sputtering의 Yield는 주로 ion의 종류, 에너지,방향, 압력에 의해 좌우된다. 

3.Sputtering종류 

 

Sputtering의 대표적인 장비유형으로는 DC (direct current) SPT가 있다. 진공상태에서 양극과 음극에 강력한 에너지를 걸어줘서 ion이 이동을 하게 되는데 주로 자석 (Magnetron) 을 적용하여 강한 전자기장이 걸리게 하여  ion particle이 Target에 좀 더 근접할수 있게 해준다. 

 

DC외에도 대중적으로 이용되는 Sputtering은 RF (Radio frequency) Type이 있다. 

일반적으로 13~15MHz의 Frequency를 이용하여 (+)(-)전환을 하며 , Density를 높히거나 비금속,  특히 SiO2 같은 Oxide증착등에 사용이 된다.  DC보다 공정조건이 까다로워 낮은 압력이 요구되고 Depo rate역시 낮다.

3.Sputter 장비업체  

 

2000년초반만해도  AKT, AF등 주로 미국업체 장비들이 Major였으나 , 국내에도 많은 업체에서 자체 생산을 하고있다.