스퍼터링 방법에 의한 박막 제조의 원리와 특성

저전압 DC 글로우 방전에서 공정은 음극 영역, 음극 글로우 영역, 패러데이 다크 영역, 양극 컬럼 영역 및 양극 영역의 5가지 영역으로 나뉩니다. 이 영역 중 하나인 이상 글로우 방전은 실제로 증착된 필름을 스퍼터링하는 데 사용되는 영역입니다. 스퍼터링에서 기판은 일반적으로 음의 글로우 영역에 배치되는 양극 역할을 하고 타겟은 음극 역할을 합니다. 전자의 에너지와 속도는 이온보다 훨씬 빠르기 때문에 글로우 방전 중에 플라즈마 시스 층이 형성되고 시스 전위의 존재로 인해 전극에 가해진 전압의 많은 부분이 음극 시스 전위에 의해 흡수됩니다. 플라즈마 시스 전위가 설정되면 음극에 도달하는 이온이 그에 따라 가속되어 에너지를 얻게 됩니다. 따라서 이온은 글로우 방전의 플라즈마 영역을 통해 음극 표면에 도달할 때 높은 에너지를 가지며 음극 표면에 폭격 효과를 일으켜 음극 물질의 분자와 원자가 스퍼터링되어 스퍼터링 현상이 발생합니다. 이러한 분자와 원자는 일정량의 운동 에너지를 가지며 공작물 표면을 향해 특정 방향으로 발사되어 박막을 형성합니다.

스퍼터링은 복잡한 공정이며, 스퍼터링에는 다양한 이온 충격 현상이 수반됩니다. 박막 증착의 기본 조건은 입사 입자의 고속 충돌로 고체 표면에서 방출되는 입자의 대부분이 중성 원자 또는 분자여야 한다는 것입니다. 이 외에도 방사된 이차 전자는 스퍼터링에서 글로우 방전을 유지하는 기본 입자이며, 그 에너지는 타겟의 전위와 같습니다.

다이오드 스퍼터링은 기술적 응용을 달성한 가장 초기의 스퍼터링 방법입니다. 다이오드 스퍼터링의 스퍼터링 장치는 음극과 양극의 두 전극으로 구성되므로 음극 스퍼터링 또는 직류(DC) 스퍼터링이라고도 불립니다.

다이폴라 스퍼터링 기체 해리율이 낮고 (0.3 % ~ 0.5%) 증착 속도가 느리고 타겟 재료 이용률이 낮으며 전자가 기판 온도를 상승시키는 등의 단점이있어 처음에는 스퍼터링 기술이 널리 사용되지 않았으며 이러한 단점을 보완하기 위해 1970 년대에 마그네트론 스퍼터링 기술이 제시되었습니다. 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판에 부딪히는 이차 전자의 열로 인한 필름 손상을 감쇠시키고 쌍극자 스퍼터링의 스퍼터링 속도를 향상시킵니다. 따라서 마그네트론 스퍼터링 기술은 도입되자마자 빠르게 발전하고 광범위하게 적용되어 현재는 재료 표면 코팅의 주류 기술 중 하나가 되었습니다.

자석을 타겟의 뒷면에 배치하여 타겟 밖으로 관통하는 자력선의 표면이 전기장에 수직 인 구조를 형성하고 결국 타겟 표면으로 되돌아오도록합니다. 타겟 표면의 이차 전자에 대한 자기장의 결합 효과는 타겟 표면 근처의 플라즈마 농도를 크게 증가시켜 일반 다이폴 스퍼터링의 낮은 증착 속도 문제를 효과적으로 해결합니다. 전기장과 자기장의 전자는 기판 전자와 가스 원자가 충돌하는 과정에서 궤적이 구부러져 가스 분자가 양이온과 전자를 이온화하고 전자를 양극으로, 양이온을 표적으로 전기장의 작용으로 가속되고 표적 표면의 고 에너지 폭격으로 표적 스퍼터링, 필름 형성의 기판 증착에서 중성 표적 원자 (또는 분자)에서 스퍼터링됩니다.