질문 ::

안녕하세요 교수님
정만환입니다.
Sputtering에서 흔히들 아킹이라는 말을 잘 사용합니다.
막상 관련자들에게 물어봐도 확실한 답변을 들을수가 없습니다.
Arcing이 발생하면 조치방법에 대해 고민을 하곤합니다.
하지만, 아킹이 왜 발생하는지만 알면..
어느정도 쉽게 해결될거라 생각됩니다.
답변 부탁드리겠습니다.  
                  무더운 날씨에 연구하시느라 수고가 많으십니다.-


답변 :: (주정훈)

제 홈피는 아니지만, 스퍼터링하고 QMS이야기만 나오면 반가와서 늘 몇자 적어봅니다.

아크는 고전류, 저전압의 방전특성을 가지고 있지만 그 상태로 가려면 고전압 (정확히는 고전기장 상태) 상태를 가져서 많은 수의 전자들이 사태를 일으킬 수 있어야 합니다. 스퍼터링에서 이런 조건이 만족될 만한 상황을 살펴보면,

1. 고전압이 인가되는 타겟 주위에 가장 가까운 접지전위의 물체(dark shield)사이에 높은 E/p 가 인가되는 경우 (너무 높은 압력, 전압, 너무 가까운 실드(증착으로 인해서 수염같이 날카로운 부분의 형성),

2. 타겟 표면의 기공이나 수분 흡착에 의한 local pressure의 갑작스러운 증가 (높은 스퍼터링 전력 - 생산성 향상을 위하여 대개 동작가능한 최고의 파워를 사용)

3. 산화물의 반응성 스퍼터링의 경우, race track이외의 부분들에 절연막이 형성되어 전하의 축적으로 인한 높은 전기장 형성 조건.

등이 되지요. 때로는 절연물 기판이 3.의 조건을 더 쉽게 형성되도록도 해줍니다. 순간 생겼다가 사라지는 아크를 soft arc, 계속성장 하는 아크를 Hard arc라고 하는데, 2.의 경우 soft 아크를 만드는 경우가 많습니다. 타겟 처음에 장착하고 난후에 이런 일이 많죠. 충분한 진공 배기후에는 좀 좋아집니다. 대개 타겟이 있는 음극에는 자석 때문에 베이킹도 못하고 수분의 탈착이 일어나기를 기다리기만 하는데, TDS로 측정해보면 상온에서는 너무 오랜 시간이 걸립니다. 보통 업체에서 하는데로 타겟 보수후 4 - 6시간이면 기저진공도 10-7 Torr를 가기는 하지만 타겟 표면에는 아직도 너무 많은 수분이 남아있습니다. 실험데이터를 보면 130도로 가열하면 챔버 진공도가 100배 정도 증가하는 것을 쉽게 알수있읍니다. 그런데 플라즈마가 발생되면 타겟의 표면 온도는 이정도를 넘는 것이 보통입니다. 2.의 아크발생 원인이 되고도 남음이 있죠.

3.의 원인은 rf나 이와 유사한 mf, bipolar pulsed dc등으로 축적된 전하를 방전시킬 수 있는 방법을 시도하고 있읍니다.

높은 생산성을 갖는 그저 적당한 진공배기시간, 타겟이 녹기 직전까지의 높은 스퍼터링 전력, 기판들이 철제 목마를 타고 줄줄이 지나가는 상황등이 모두 문제를 풀기 어려운 조건들이지요.

싸고 배부르고 맛도 좋은 ...... 것이 찾기 힘든 것처럼.


다시질문--

답변에 감사드립니다.
sputter에 지식을 많이 가지고 계시는것 같네요..
..
답변주신내용중에서 조금 이해를 필요로 하는 부분이있어
몇자 적어봅니다.
1) E/P가 무엇을 말하는지요..
2) Local pressure의 갑작스러운 증가
3) race track이 무엇을 의미하는지요..

답변--

1. E/P : E는 electric field (V/m), P는 pressure (Torr)

2. Local pressure; 타겟 표면등의 날카로운 부분, 수분 흡착이 많이된 grain boundary등에서 플라즈마에 의한 이온충돌과 가열로 순간 탈착되거나 녹아서 증발된 입자들이 국부적인 압력의 증가를 유발하는 것을 말합니다.

3. race track : B-field 구조에의해서 Br (반경방향의 자기장의 세기)이 가장 큰 부분에 이온화 전자들의 충돌이 집중되고 이에의한 이온 발생이 많아서 타겟이 깊게 침식되는 부분을 말합니다.