마그네트론 스퍼터링이란 무엇인가요?

2024-04-03

마그네트론 스퍼터링은 일반적으로 사용되는PVD이온 충격과 스퍼터링의 원리를 활용한 박막 제조 기술은 진공 환경에서 고주파 전기장과 정적 자기장을 적용하여 이루어집니다. 이 과정에서 재료는 진공 챔버 내부에 장착된 타겟 형태로 만들어집니다. 전기장을 가하면 표적 표면에 플라즈마가 형성되고, 정적 자기장은 플라즈마에서 표적 표면으로 이온을 유도하여 충격을 가합니다. 충격을 받은 타겟 표면은 원자 또는 분자를 방출하여 기판 표면에 고속으로 증착되어 박막을 형성합니다.

마그네트론 스퍼터링의 원리

스퍼터링 코팅은 대상 물질에 입자 충격을 가해 원자나 이온을 기판으로 쏘아 올려 기판 위에 증착시켜 막층을 형성하는 스퍼터링 공정입니다. 마그네트론 스퍼터링은 바이폴라 글로우 방전에서 전자가 결합된 자기장에 의해 전기장에 의해 가속되는 동시에 진자 운동으로 전자와 타겟 입자 및 작동 가스 이온의 충돌 빈도가 향상되고 작동 가스 이온화 정도가 증가하고 작동 가스 압력이 감소하며 작동 가스 이온이 전기장에 의해 가속되고 타겟의 충격과 타겟에 에너지를 방출하여 타겟 물질에서 원자 또는 이온을 발사하면 기판 표면에 필름 층이 증착된다. 필름 층이 표면에 증착됩니다.

마그네트론 스퍼터링의 분류

자기장 구성에 따른 분류

평면 마그네트론 스퍼터링(PMS)

타겟 표면과 평행한 자기장을 사용하는 기존의 마그네트론 스퍼터링 구성.
넓은 영역에 균일하게 증착하는 데 적합합니다.

로터리 타겟 마그네트론 스퍼터링(RMS)

타겟의 수명을 연장하기 위해 타겟을 원통형으로 회전시킵니다.
넓은 면적과 높은 균일성이 요구되는 필름 증착에 이상적입니다.

듀얼 타겟 마그네트론 스퍼터링(DMS)

두 개의 자기 제어 타겟을 사용하여 방전 과정에서 타겟에 표면 전하가 쌓이는 것을 최소화합니다.
스퍼터링 효율과 필름 균일성을 향상시키고 전기 절연 필름의 제조에 적합합니다.

공정 가스별 분류

DC 마그네트론 스퍼터링(DC 마그네트론 스퍼터링)

전도성 타겟에 적합한 DC 전원 공급 장치로 스퍼터링합니다.
이 공정은 간단하고 얇은 금속 필름 증착에 적합합니다.

RF 마그네트론 스퍼터링(RFMS)

전도성 및 비전도성 타겟을 위한 RF 전원 공급 장치를 사용한 스퍼터링.
산화물 및 질화물과 같은 절연 필름의 제조에 적합합니다.

보관 환경별 분류

반응성 마그네트론 스퍼터링(RMS)

아르곤 가스에 반응 가스(예: 산소, 질소)를 첨가하면 대상 물질과 화학적으로 반응하여 화합물 필름을 형성합니다.
산화물, 질화물 및 기타 기능성 필름의 제조에 적합합니다.

비반응성 마그네트론 스퍼터링(NRMS)

불활성 가스(예: 아르곤)만을 사용하여 순수 금속 또는 합금의 박막을 증착하는 스퍼터링.
얇은 금속 필름을 준비하는 데 적합합니다.

프로세스 특성별 분류

펄스 마그네트론 스퍼터링(PMS)

펄스 전원 공급 장치를 사용하여 방전을 제어하면 스퍼터링 안정성과 필름 품질이 향상됩니다.
입자 오염을 줄이고 필름 밀도를 개선하는 데 적합합니다.

고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)

고출력 쇼트 펄스를 사용하여 스퍼터 이온화 속도와 필름 품질이 크게 향상되었습니다.
고밀도, 저결함 필름 준비에 적합합니다.

애플리케이션 영역별 분류

장식 마그네트론 스퍼터링(DMS)

휴대폰 케이스, 시계, 안경테와 같은 표면의 장식용 코팅을 준비하는 데 사용됩니다.
주로 금속 또는 합금 타겟이 사용되며, 코팅의 색상과 외관에 중점을 둡니다.

기능적 마그네트론 스퍼터링(FMS)

광학 코팅, 보호 코팅, 전도성 필름 등 특정 기능을 가진 박막을 제조하는 데 사용됩니다.
필름의 광학, 전기 및 기계적 특성에 중점을 둡니다.

마그네트론 스퍼터링의 장점

고도로 제어 가능: 필름 구성, 구조, 두께를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
환경 친화성: 불활성 가스를 사용하기 때문에 폐기물이 적게 발생합니다.
저온 프로세스: 고온 손상을 방지하기 위해 온도에 민감한 기판에 적합합니다.
높은 증착 속도: 향상된 플라즈마 밀도로 타겟 스퍼터링 효율을 개선합니다.
낮은 입자 오염: 반응 과정에서 발생하는 입자 물질의 양을 줄이고 필름 순도를 개선합니다.
다양한 재료에 적용 가능: 금속, 합금, 화합물 등 다양한 대상에 적용 가능합니다.
다층 필름에 적합: 다층 구조 또는 복합 필름의 증착이 가능합니다.
높은 안정성과 반복성: 대량 생산을 위한 프로세스 안정성.
우수한 필름 균일성 및 고밀도화: 접착력이 강하고 두께가 균일한 고밀도 필름.

일반적인 스퍼터링 재료

알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 실리콘 질화물(Si3N4), 티타늄 질화물(TiN), 질화 알루미늄(AlN), 실리콘 탄화물(SiC), 티타늄 카바이드(TiC), 티타늄/티타늄 니트레이트 (Ti / TiN) 다층 타깃 등입니다. 질화 티타늄(Ti/TiN) 다층 타겟 등.

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