반도체 기초 6. sputtering 원리와 공정 및 pre-sputtering

어릴때 개울이나 계곡에 가서 놀때 장난칠겸 큰 돌을 친구나 가족 주위에 던져서 물이 튀기기 놀았던 적이 있으신가요?(아니면 나만 늙은이..) 아무튼 돌을 물에던지면 팍하며 물이 튀어올라 상대방에게 날아가게 됩니다.

잔잔한 호수에 돌을 던지는걸 생각하세요. 잠이 잘 옵니다

아니 뭔 반도체 배우러 왔는데 물튀기는 소리하고 자빠졌나 라고 하실 수 있지만. 바로 이 원리가 적용된게(좀 억지긴하다) 오늘 우리가 배울 Sputtering(스퍼터링)입니다. 

어딘지 거대한 거울처럼 보이는 타겟(target)

스퍼터링의 원리는 간단합니다. 이 위에 있는 스퍼터의 타겟을 물이라고 생각하시고 저기다가 아르곤(Ar)이라는 돌을 던진다고 생각해보세요. 물론 아르곤만 가능한건 아닙니다. 아무튼 그러면 육안으로 막 가루가 되어서 떨어지는게 보이지는 않

지만 떨어져 나온 이온이나 원자들이 반대편에 있는 wafer나 원하는 기판위에 올라가게 됩니다. 좀 자세히 보실까요?

 

여전히 구린 그림실력.. 자세히라 썼지만 전혀 자세하지않다.

아무튼 이런식으로 떨어져나온 타겟의 이온이나 원소들이 날아와 기판에 붙게됩니다. 이렇게 간단한 스퍼터의 원리를 배웠습니다.

 

그러면 Pre-Sputtering은 왜하냐? 라고 궁금해 하실텐데 우리가 아는 실험실의 진공도는 10-9승 정도가 거의 최대치입니다. 그 이상은 사실상 어떠한 연구용장비에 가깝고 대부분은 -6승에서 -9승 사이의 진공도에서 공정이 진행됩니다. 이유는 비.싸.서 기판 불량률보다 실제 고진공을 유지하는게 비싸기때문에 그렇습니다.

 

아무튼 -9승도 대단한 진공도이지만 자연에서보면 사실상 그냥 날아다니는 기체가 좀 더 적은 정도의 수준입니다. 그렇기에 이미 기판이나 다른 부분들도 전체적으로 자연산화막 등 불순물에 노출되는건 당연한 상황이죠.

 

그렇기에 미리 pre-sputtering을 해서 기판이나 타겟에 있는 불순물들을 제거합니다. 그러면 실제 공정시에 타겟에 있는 불순물들이 기판으로 튕겨져 나올 확률도 적고 기판에 있는 불순물들로 이온증착이 안되는 불상사를 미리 예방 할 수 있습니다.

 

색이 다른걸 불순물이라고 생각하면 됩니다.

슬픈건 공정후에 꺼낸 기판에 있는 불순물이 원래 기판에 있던건지 타겟이 오염되어 그런건지는 모.릅.니.다 그러니 항상 챔버를 깨끗하게 닦고 조이고 기름칠해야하죠.

 

공정은 편합니다. 그냥 손만 까딱하면 요즘은 오토로 다 진행되니까요. 하지만 유지보수는 상당히 힘듭니다. 타겟을 바꾸려고 챔버를 열거나 내부를 손보려 챔버를 여는순간 어느정도 자신이 진행해오던 똑같은 레시피의 공정이 다음날부터 동일하지 않을수도 있음을 기억해야합니다. 물론 이럴때는 온도를 더 올려주거나 pre-sputtering을 잘 해주면 어느정도 예방이 가능합니다.

 

그럼 모두 화이팅입니다.