증착 및 기상증착법(Vapor Deposition)의 정의 기상증착법(Vapor Deposition)들은 크게 두 가지로 분류된다.
PVD(Physical Vapor Deposition)와 CVD(Chemical Vapor Deposition)다.
가스반응 및 이온 등을 이용하여 탄화물, 질화물 등을 기관(Substrate)에 피복하여 간단한 방법으로 표면 경화층을 얻을 수 있는 것으로써, 가스반응을 이용한 CVD와 진공중에서 증착하거나 이온을 이용하는 PVD로 대별되며 공구 등의 코팅에 이용된다.
이 둘의 차이는 증착시키려는 물질이 기판으로 기체상태에서 고체상태로 변태될 때 어떤 과정을 거치느냐이다.
공정상의 뚜렷한 차이점은 PVD는 진공 환경을 요구한다는 것이다.
반면에 CVD는 수십~수백 torr 내지는 상압의 환경에서도 충분히 가능하다.
다만 CVD는 PVD보다 일반적으로 훨씬 고온의 환경을 요구한다. sputtering / 증착도금 진공 속에 물건과 도금할 금속을 넣고, 금속을 가열하여 휘산(揮散)시켜서 물건 표면에 응축시켜 표면에 얇은 층을 만드는 방법이다.
진공탱크 속에 넣어야 하므로 큰 것에는 적용하기가 어렵다.
박막(thin film)을 만드는데 사용되는 방법이다.
박막을 만들기 위해서는 박막의 재료가 되는 원자들을 원하는 표면에 가서 달라 붙게 만들어야 하는데, 이 원자들을 어떻게 만드는가에 따라 여러가지 방법이 있다.
Sputtering의 경우는 이온화된 원자(Ar)를 전기장에 의해 가속시켜 박막재료(source material)에 충돌시켜면, 이 충돌에 의해 박막재료의 원자들이 튀어 나온다.
이 튀어나온 원자들이 날아가서 원하는 표면(wafer)에 붙게 되는 것이다.
고체의 표면에 고에너지의 입자를 충돌시키면 target 물질의 원자가 완전탄성 충돌에 의해 운동량을 교환하여 표면에서 밖으로 튀어나오게 된다.
이처럼 ion이 물질의 원자간 결합에너지 보다 큰 운동에너지로 충돌할 경우 이 ion 충격에 의해 물질의 격자간 원자가 다른 위치로 밀리게 되며, 원자의 표면 탈출이 발생하게 되는 현상을 물리학에서 “sputtering”이라고 말한다.
박막 증착에서 sputtering이라 하면 target 원자의 방출과 그 원자의 substrate에의 부착이라는 2가지 과정을 포함하는 개념으로 볼 수 있다.
Sputtering process의 가장 우수한 특성은 증착된 물질의 기상으로의 이동이 chemical, thermal process가 아니라 physical momentum exchange process이므로 모든 물질을 target으로 쓸 수 있다는 점이 장점입니다.
이러한 Sputtering 현상을 이용하여 wafer 표면에 금속막, 절연막 등을 형성하게된다.
박막증착은 특히 반도체산업에서 핵심적인 분야인데 그동안 이온 빔(ion-beam), 전자 빔(electron-beam) 또는 RF(Radio-Frequency) 스퍼터링(sputtering) 등을 이용해 왔으나 최근에는 엑시머 레이저를 이용하는 방법의 개발이 이루어져 있다. 엑시머 레이져를 사용하면 보다 높은 질과 단순성 및 재현성 등의 장점이 있다고 한다.
가장 큰 장점은 다른 방법에서와는 달리 진공이 반드시 요구되는 것도 아니며, 그리고 액체나 기체상태의 증착재료도 이용할 수 있다는 점이다.
증착원리는 진공상태의 증착실(chamber) 안에 위치한 증착재료(target)에 높은 출력의 레이저 빛을 모으면 그 펄스가 증착재료의 온도를 급격히 올려 표면에서 폭발적인 기화 즉, 용발이 일어나게 됩니다.
기판을 증착재료 가까이 놓으면 용발된 재료가 기판에 날라와 균일하게 증착되는 것이다.
박막 증착 방법의 종류 - 화학 기상 증착법(CVD Chemical Vapor Deposition) CVD에 해당하는 증착법에는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등이 있다. CVD는 PVD처럼 원료물질을 일단 기체상태로 운반하나 (기체에 실어 보낸다는 표현도 적합하다.
분무하는 것을 생각한다면 쉽게 이해가 될 것이다) 이 원료물질들이 기판의 표면에서 화학반응을 일으킨다.
대표적인 CVD 증착물질인 GaN의 경우에는 MOCVD법을 이용할 때 TMGa라는 Ga에 methyl기를 붙인 물질을 수송기체에 실어 보내고 한 쪽에서는 암모니아(NH3)를 불어넣어서 기판의 표면에서 TMGa의 Ga과 NH3의 N이 반응하여 GaN을 만들어내게 된다.
그리고 이런 화학반응을 일으키려면 대개 1000도를 상회하는 고온을 요구한다. CVD법으로 증착할 때 물질에 따로 다소 저온도 가능하지만 이 저온이란 것도 CVD에서는 500도 정도를 저온이라고 지칭한다. - 저압 화학 기상 증착 (Low Pressure CVD, LPCVD) 플라즈마 향상 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced CVD, PECVD) 대기압 화학 기상 증착 (Atmospheric Pressure CVD, APCVD) - 물리 기상 증착법 / PVD (Physical Vapor Deposition) PVD 공정은 생성하고자 하는 박막과 동일한 재료(Al, Ti, TiW, W, TiN, Pt 등)의 입자를 진공 중에서 여러 물리적인 방법에 의하여 기판 위에 증착시키는 기술. 금속의 증기를 사용하는 증발(evaporation) 증착법 물질에 물리적인 충격을 주는 방법인 Sputtering 증착법 - Atomic Layer Deposition(ALD) 진공증착 [眞空蒸着, vacuum plating, Evaporation] 금속이나 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 물체면에 부착시키는 일이다.
모든 물품에 적용할 수 있다는 특징이 있다.
고진공에 놓은 용기 속에 피복(被覆)될 물체와 그 표면에 부착시키려는 금속 등의 입자를 넣어 둔 다음, 히터에 전류를 흘러서 가열함으로써 그 금속입자를 증발시키면, 차가운 물체 표면에 응축해서 부착하는 것을 이용하여 표피(表皮)를 붙이는 방식이다.
모든 물품에 적용될 수 있다는 것이 특색이며, 천에 알루미늄을 붙이거나 플라스틱에 은을 붙일 수도 있다.
광학렌즈의 반사방지피막(被膜)도 플루오린화마그네슘 등을 진공증착시킨 것이다.
제거가공 [除去加工, sputtering] 재료나 공작물의 불필요한 부분을 제거하는 방법이다. 스퍼터링이라고도 한다. 대표적인 제거가공으로 날붙이를 사용하여 공작물을 필요한 치수ㆍ형상으로 만들어내는 절삭가공이 있다.
그 밖의 제거가공으로 연삭숫돌을 사용하는 연삭가공, 가는 숫돌입자를 사용하는 연마가공 등이 있다. 제거가공은 부가가공이나 변형가공에 비하여 범용성이 높고, 하나의 공작기계로 갖가지 형상의 기계부품을 만들 수 있는 것이 특징이다. 또한, 복잡한 형상을 높은 정밀도로 가공하기 쉽다는 특징도 있다. 특히, 표면을 깨끗하게 처리하기 위한 제거가공은 습식의 표면처리가공과 같은 용제 등을 사용하지 않는다.
따라서 사용이 끝난 용제의 처리 문제나 반응물에 의한 대기 오염 등의 문제도 없다.
출처 (다음 블로그 : 너럭바위)[출처] 스퍼터링 Sputtering (증착도금, 진공증착)|작성자 제이벡 Jvac