Sputtering Sputter

2004.06.19 16:34

관리자 조회 수:15616 추천:301

일단 스퍼터의 동작원리를 간단히 보면 다음과 같습니다.
  우선 플라즈마는 어떠한 방법으로든 만들어진 경우 타겟에는 음전위를 인가합니다. 이때 타겟 앞에 형성된 쉬스(sheath)전위에 의해서 쉬스 내의 이온들은 가속은 받아 운동 에너지를 얻게 되고 이 에너지를 가지고 타겟 표면과 충돌하게 됩니다.  이때의 운동에너지는 쉬스 전위차에서 생긴 potential energy 차이가 운동에너지화 되며 질량이 큰 이온일수록 타겟에 가하는 충돌에너지는 커지게 됩니다.
  이온과 타겟의 충돌에 의해서 타겟을 구성하고 있는 원자들의 일부가 타겟으로부터 떨어져 나오게 됩니다. 따라서 비교적 질량이 큰 이온을 갖는 플라즈마를 sputter에서는 사용하며 이들중 화학적인 성질이 안정하고 가격이 저렴한 Ar, 경우에 따라서는 간혹 N2기체가 많이 사용됩니다. 떨어져 나온 원자들은 전기적으로 대부분 중성을 띄어 쉬스 전위에 상관없이 공간내로 퍼져나갑니다. 이들이 퍼져 나가는 방향에 잘 맞추어 처리하고 하는 시편을 높으면 시편 위로 박막이 쌓이게 됩니다. 참고로 원자가 떨어져 나오는 양은 들어오는 이온의 양과 에너지 및 입사 각도에 의해 결정됩니다. 예를 들어 정으로 돌을 다듬을 때 정이 돌의 면에 수직으로 향하고 있으면 정은 돌을 쳐내지 못하고 박히게 될 것입니다. 만일 사각이 되면 돌가루가 잘 떨어져 나가게 될 것입니다. 이것이 sputter의 간략한 동작원리 입니다. 따라서 sputter가 동작하기 위해서는 플라즈마의 이온이 필요하고(무거울수록 좋고) 전기적으로 음전위를 타겟에 인가할 수 있어야 합니다.
  이때 플라즈마 내의 전자들은 공간내 기체의 해리 및 이온화 반응(dissociation, ionization process)등에 관여하게 됩니다. 이는 비탄성 충돌의 한가지 인데, 전자에 의해 혼합기체들은 특히 dissociation 반응이 많이 일어나게 되며 이 때 우리가 원하는 기체 원자들이나 radical들이 형성되게 됩니다. 이들은 화학 반응성이 좋아진 상태임으로 표면에 있는 다른 입자들과 화학 반응을 잘 하게 됩니다. 이때 플라즈마의 역할은 확학적인 반응이 잘 일어나도록 반응성을 높이는 일을 하게 됩니다. 따라서 sputtering과 chemical reaction은 서로 다른 일이며 플라즈마 내에서 이를 담당하는 인자도 조금은 차이가 있으나 이는 동시에 같이 일어나게 됩니다. 단지 사용자가 화학적인 반응에 관심을 갖고 있으면 첨가 기체를 넣으면 되고 sputtering 자체에 관심이 있으면 첨가 기체를 넣어서는 않되겠지요. 이때는 오히려 무거운 질량을 갖는 기체를 선택하는 것이 바람직합니다.
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