김곤호 교수님께서 정말로 수고를 많이 하고 계십니다. 저는 군산대학교에 근무하는 주정훈 교수입니다. 스퍼터링과 유도결합플라즈마의 결합된 응용을 공부하고 있는데, 마침 nodule을 질문하셔서 제가 책에서 본 것을 써 봅니다.
nodule의 형성 원인은 스퍼터수율의 차이가 나는 물질의 형성을 들고 있는데, 합금이나 반응성 스퍼터링에서 생기는 산화물, 질화물들이 바로 그 예가 되겠습니다. 즉, Cr을 산소 분위기(O2, CO2...)에서 스퍼터링하면 metallic mode (표면에 산화물이 거의 생기지 않는 정도의 분압)에서는 타겟 표면에 스퍼터수율이 낮은 산화물이 생기기 어렵습니다. 그러나 이때에는 기판의 박막도 metallic 에 가까운 조성을 가지기 때문에 현실적인 운용 조건은 아니지요. 따라서 히스테리시스 곡선의 급변부(절벽부)주위의 반응성 가스 분압에서 조업을 하게 되는데, 이때는 타겟 표면의 일부가 산화되어 산화물이 형성됩니다. 이 산화물은 스퍼터 수율이 낮으므로 주변의 금속보다 덜 스퍼터되고 오히려 그 밑둥의 금속이 스퍼터가 잘 되겠지요. 즉 깃발꽂은 모래성의 밑동을 깍아 나가는 것입니다. 이 상태가 오래 지속되면 폐기한 타겠의 표면에 보이는 작은 돌기들이 많이 생기게 됩니다. 일단 발생하면 스퍼터수율이 낮은 부분이 전면 적의 일부를 차지하므로 이에 비례해서 박막 형성 속도가 감소하겠지요.
최근의 시술은 pulsed dc power와 pulsed gas supply를 이용해서 타겟을 계속 metallic mode로 유지하면서 반응성 스퍼터링을 할 수 있도록 피이드백 회로로 조절 하는데 초점을 맞추고 있는 것 같습니다.
hollow cathode sputtering이나 full face target sputtering등도 제안되고 있지요. 고전적으로는 타겟을 제조할때의 공정에 따라서 미세조직이나 표면 형상에 차이가 많으데 이런 차이들이 반응성 스퍼터링에서 nodule형성 정도에 차이를 가져 오는 것으로 알려져 있습니다.
저도 반도체 회사에 근무한 경력이 잇는데, 엔지니어들 사이에서 기술의 전파가 잘 안되는 것을 보고 답답한 적이 있었습니다. 장비메이커에 연수 다녀오면 중요한 사실들을 자기만 알고 이야기를 안하는 것이지요. 다른 사람이 또 연수를 가면 똑 같은 질문들만 한다고 메이커의 기술 담당자가 의아해 하는 경우도 보았습니다. 작년에 크닝 구미에서 교육도 했었는데, 아주 전문가들이더군요. SDI에서도 사내에서 잘 찾아 보십시오. 전문가가 있을 것입니다.