스퍼터링 장치의 구성

정말 오랜만에 글을 올립니다..
그동안 이런저런 일들도 좀 있었고..하는일도 바뀌고 ..
무엇보다도 게을러 빠져가지고 말이죠.. -_ -
이제서나마 못다한 이야기들을 마저 풀어볼까 합니다.
말로 하면 그림 하나가지고 한시간은 이야기 할 수 있습니다만.. 이런걸 글로 쓴다는건 정말 어렵군요.
글 잘쓰는 분들이 정말 대단해 보입니다..

그럼 스퍼터링 장치에 대해서 알아보도록 할까요..?

 

 

 

 그림 : 스퍼터링 장치의 구성

 

 

스퍼터링 장치는 대략 위와 같은 그림의 시스템이 기본으로 되어있습니다. 모래시계 모양은 밸브를 나타낸 것이구요.. 크게 진공챔버, 파워서플라이, 펌프, 가스제어부 등으로 구성이 됩니다. 펌프에 관한 이야기는 진공이야기를 할때 다뤘었지요. 이중에 스퍼터링이 발생하는 부분으로 가장 핵심 부분이라 할 수 있는 챔버를 좀더 자세히 살펴봅시다. 

 

 

 

 

 

 

그림. D.C. 스퍼터링 장치 개략도

   위 그림처럼 허벌 간단하게 생긴게 스퍼터링 장치의 챔버 입니다. 정말 별거 없습니다. 솔직히 말해서.. 웬만한 작동완구가 더 복잡하게 느껴지는 그런 수준일 수도 있습니다. 그리 대단한 장치로 보이질 않습니다. 기껏 그림그려놓고 그걸 또 캡춰를 하다보니 화질이 떨어져서 그렇게 보이는게 아닙니다. -_ - 실제로 봐도 사실 그렇습니다. 이런 저런 장치에 막 불이 들어오고 번쩍이고 스위치는 많이 달렸을지 모르지만 기본 작동 장치는 무척이나 간단합니다. 중요한것은 이렇게 간단한 장치가 그렇게 대단한 일을 하고있다는 것이죠.. 장비를 구성하는 장치들에 번호를 붙여놨으니 하나씩 간단히 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. Pumping : 챔버에서 연결된 배출구로 펌프가 연결되어 있는 부분입니다. 1차, 2차 펌프가 연결이 되어있죠. 펌프에 대한 이야기는 앞에서 했으니 참고부탁드립니다. 이 부분에 콕 형태의 밸브가 달린넘도 있습니다. 가스밸브 마냥 90도 로 꺾어서 열고 닫았다 하는 밸브죠. 이걸 손으로 작동하여 동일한 펌프의 작동 하에서 배기속도와 진공도를 손으로 조절가능합니다. 추가 악세사리로 가스역류방지장치를 달수도 있습니다. 순간 정전 같은 비상시에 챔배내로 기체나 오일이 역류하는것을 차단해 줍니다.  

 

 

2. Power Supply : 음극에 전원을 공급하는 파워서플라이 입니다. DC(직류)라고 써놓긴 했지만, AC(교류)를 써도 상관없습니다. 그래서 플라즈마도 DC 플라즈마, AC 플라즈마로 구분합니다. 많은 경우, 교류 주파수 중에서도 13.56MHz의 주파수를 가진 고주파(RF) 교류를 사용합니다.  

 

 

3. Gun : 타겟을 장착하고 전원과 연결되어 음극으로 작용하는 어셈블리라고 생각하시면 됩니다. 후에 당연히 다루겠지만 Gun의 구조도 매우 간단합니다. 내부에는 타겟의 냉각을 위한 냉각수가 흐르고 있고, Power supply 로부터 전원을 공급받기 위한 전선(동축케이블)이 하나 달려있습니다. 그리고 Gun 에는 타겟을 올려놓는 부분인 Cu plate가 장착되어 타겟과 직접 접촉하여 냉각과 전원공급을 해주고 있습니다. 나중에 Gun에 대해서도 자세히 설명드리죠..

 

 

4. Target : 한마디로 '기판에 코팅을 시키고자 하는 물질' 입니다. Gun의 위쪽에 장착되어 실질적으로 음극표면의 역할을 하게되고, 플라즈마에서 발생된 이온은 이 타겟을 때립니다. 그리고 타겟 표면의 원자 및 분자가 튕져거 나가 기판에 달라붙게 되죠. 타겟물질은 금속, 세라믹, 고분자를 가리지 않습니다. 현존하는 모든 물질을 타겟으로 사용할 수 있습니다. 형태도 가리지 않기 때문에 고체뿐 아니라 분말도 가능합니다. 

5. Substrate : 기판이라고 하죠. 기판도 물질을 가리지 않습니다. 사용자의 목적에 따라 갖다 쓸 수 있으니까요. 기판부에는 필요에 따라 기판을 가열하기 위한 히터가 달려있기도 합니다. 그리고 냉각을 위한 냉각시스템도 있구요. 고른 증착을 위해 회전도 가능합니다. 타겟인 음극에 대응하여 양극으로 작용 합니다만, 보통 챔버와 같이 접지되어 있기 때문에 기판과 챔버가 모두 양극의 역할을 하게 됩니다.   

6.  Shutter : 셔터. 이 단어도 많이들 들어보셨죠..? 기판과 타겟 사이를 차단하는 개폐식 문이라고 생각하시면 됩니다. 이게 뭐냐.. 없어도 될거 같지만 실험할때는 반드시 필요한 필수 장치의 하나입니다. 원하는 곳에, 원하는 시간만큼 증착을 하기위해 순간적으로 차폐해주는 장치죠.

 

7. Gas System : 챔버 내에 Ar 가스를 공급하는 장치 입니다. 만약 추가로 산소가 질소등을 넣어야 할 필요가 있다면, 가스의 종류는 많아지겠죠. 단순히 그냥 가스만 연결시킨게 아니라 MFC(Mass Flow Controllor) 가 가스종류 한개당 하나씩 달려있습니다. MFC 는 말 그대로 질량유량계를 뜻하는 것으로 원하는 양의 가스 정확히 챔버내에 주입합니다. 이때 가스의 양은 sccm 이라는 단위로 들어가게 되는데, sccm은 Standard Cubic Centimeter per Minute 를 의미합니다. 즉 Ar 가스 1sccm 이라고 하면, 1분동안 가로-세로-높이가 각 1cm 인 부피에 해당하는 만큼의 Ar 가스가 흘러들어간다는 뜻이죠.
 
8. Cathode Shield : 그냥 쉴드라고 부르는 넘인데.. 장착된 타겟에서 원하는 부위만 스퍼터링 되게 하고, 방전의 안정성 유지를 위해 장착합니다. 사실 이건 Gun의 일부로 같이 만들어 지는데요, 타겟과는 전기적으로 독립이 되어야 합니다. 즉, 타겟에는 Gun을 통해서 음극이 걸리게 되는데, 쉴드는 절대로 타겟과 전기적 접촉이 일어나선 안된다는 뜻 입니다. 전기적 접촉이 있다면 방전이 되질않아 플라즈마가 발생하지 못하거든요..

 

 

 

   그림보면 아시겠지만, 스퍼터링을 구성하는 장치들은 그닥 특별한게 없습니다. 단, 위에 말씀드린건 작동에 필요한 가장 기본 장치들이죠. 좀더 실험을 정확하게 제어하고 원하는것을 만들기 위해서는 저 장비들 자체가 고급화 되고 정밀화 됩니다. 그리고 여러가지 옵션이 필요해지죠. 컴퓨터로 초 단위로 정확한 시간 세팅을 해서 컴퓨터가 알아서 진공장치 제어해서 진공뽑고, 가스 주입하고 플라즈마 생성시키고 증착시간 조절, 배출까지 하는 넘도 있지요. 문제는 그러기 위해선 그런 옵션에 필요한 금액이 장치 본체 가격만큼  증가합니다. 돈 없으면 모두 수동조작을 해야하기도 하죠.. 

사실.. 장비는 모두 돈입니다... -_ - 





...by 개날연..

하도 오랜만에 글쓰다 보니 요거 쓰고 두통이... ;ㅁ;