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PVD 공정에 최상의 전원 공급장치 선택하기
2008년 2사분기 Flat Panel Focus®는 전원 공급장치 선택에 관한 실용적인 가이드라인을 제공합니다. 이는 2007년 1사분기 Sputter Spotlight®호의 연장선상에서 특정 타깃 재료와 피막 구성물에 대한 조언을 제공합니다.
전원 공급장치 선택은 예술이자 과학입니다. 어플리케이션에 이상적인 기기를 선택하는 과정에서 타깃 재료, 공정 화학, 음극 설계 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 또한 스퍼터링 속도, 피막 특성, 기타 요소에 대한 특유의 성능 기준을 고려해야 합니다.
일부 공정 및/또는 재료의 경우, 선택 옵션이 상당히 제한되어 있기에 전원 공급장치 선택이 비교적 간단합니다. 예를 들어, 석영 SiO2의 경우 RF가 유일한 사용 가능 옵션입니다. 마찬가지로, AC 전원 공급장치는 이중 음극 공정 전용으로 개발되었기에 항상 이 어플리케이션에 이상적인 선택입니다. 교류 전류는 양극과 음극의 역할을 바꿀 수 있기에 반 주기마다 양극 표면을 클린합니다. 이 정기적인 클리닝은 전기 절연성 피막이 기판과 다른 챔버 소자를 코팅하여 전류 흐름을 막고 궁극적으로 플라즈마를 소멸시키는 양극 소멸 문제를 방지해 줍니다.
일부 공정 및/또는 재료의 경우, 선택 옵션이 제한되어 있기에 전원 공급장치 선택이 비교적 간단합니다. 그러나 SnO2, SiO2와 같은 일부 재료의 경우 선택 가능한 다양한 옵션들이 있습니다.
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그러나 SnO2, SiO2와 같은 일부 재료의 경우, 선택 가능한 다양한 공정 전원 공급장치들이 있습니다. SiO2의 경우 선택할 수 있는 옵션에는 펄스 DC, AC, RF 등이 있습니다. 이 중 어떤 옵션을 선택할지는 귀사의 우선사항에 의해 결정됩니다. 일반적으로 펄스 DC는 SiO2를 증착할 때 최고의 속도를 제공할 것이나 다른 전원 방법보다 불안정한 공정을 양산할 수 있습니다. 이는 또한 양극 소멸 문제를 야기할 수 있습니다. SiO2 증착에 AC를 선택하는 경우, 스퍼터링 속도가 약간 느릴 수 있으나 양극 소멸 문제를 방지할 수 있습니다. 마지막으로, RF는 양극 소멸 문제를 방지할 뿐만 아니라 모든 옵션들 중 최고의 피막 품질을 양산합니다. 주요 결점은 RF의 스퍼터링 속도가 가장 낮다는 점입니다. 그러나 피막 품질이 어플리케이션에 절대적으로 중요한 경우, RF는 여전히 최선의 옵션일 수 있습니다.
일반적으로 타깃 재료 전도성이 떨어짐에 따라, 이에 권장되는 공정 전원 유형의 주파수는 증가합니다. 다시 말해, 절연성 타깃을 이용하는 공정은 RF 등과 같은 고주파 전원을 이용할 때 가장 성공적이며 고전도성 타깃은 DC, 펄스 DC를 일반적으로 이용합니다.
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앞서 언급한 바와 같이, 전원 공급장치 선택에는 스터퍼링 속도, 피막 특성, 기타 요소의 특정 우선사항을 고려해야 합니다. 또한 음극 설계(회전식/평면, 단일/이중), 공정 화학, 타깃 재료를 고려해야 합니다. 일반적으로 타깃 재료 전도성이 떨어짐에 따라, 이에 권장되는 공정 전원 유형의 주파수는 증가합니다. 다시 말해, 절연성 타깃을 이용하는 공정은 RF 등과 같은 고주파 전원을 이용할 때 가장 성공적이며 고전도성 타깃은 DC, 펄스 DC를 일반적으로 이용합니다.
전원 공급장치를 선택할 때 타깃 재료의 전도성과 증착된 피막 재료의 전도성을 고려해야 함을 명심하십시오. 일반적으로, 전기 전도성 타깃을 이용하는 공정은 양극 소멸 문제를 경험하지 않습니다. 그러나 일부 반응성 어플리케이션의 경우, 타깃 재료가 전기 전도성 재료라 하더라도 양산된 피막이 전기 절연성을 띠어 양극이 절연성 재료로 코팅되는 문제를 야기할 수 있습니다. 이 경우, 양극 소멸 문제가 양산 공정의 성공에 가장 중요한 요소라면, AC 전원 공급장치를 이용하는 이중 음극 공정이 가장 이상적일 수 있습니다.
공정에 적합한 전원 공급장치 선택에 추가 도움이 필요한 경우, 연락주십시오.
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브루스 프라이즈(Bruce Fries)와 켄 나우만(Ken Nauman)이 여러분의 까다로운 질문 중 일부에 답변해 드릴 것입니다. FPDapplications@aei.com으로 질문이나 의견을 보내주십시오. 켄 나우만에 직접 연락하려면, +1.970.214.6280번으로 전화주시거나 Ken.Nauman@aei.com으로 이메일을 보내주십시오.
- 2007년 4사분기 FP Focus에서 CEX에 관해 언급했습니다. 정확히 이는 무엇입니까?
- 일부 AC 전원 공급장치는 CEX를 제공하는 반면 다른 장치는 이를 제공하지 않는 이유는 무엇입니까?
- 제 전원 공급장치는 CEX를 제공합니다. 적절한 셋업 방법은 무엇입니까?
- 제 전원 공급장치들이 설정 포인트에 도달하지 않을 것입니다. 왜 이러한 현상이 발생하고 이를 어떻게 처리해야 합니까?
- 2007년 4사분기 FP Focus에서 CEX에 관해 언급했습니다. 정확히 이는 무엇입니까?
답변: CEX는 Common Exciter Oscillator의 약자로, 동일 챔버의 여러 전극 또는 음극에 연결된 여러 전원 공급장치들을 연결하는 데 이용됩니다. CEX를 이용하는 경우, 플라즈마를 효율적으로 봉쇄하고 전극 또는 음극들 간의 크로스토크의 잠재적 약화 효과를 완화시킬 수 있습니다. 이러한 크로스토크는 타깃 파손, 기판 아크, 기판 파손을 야기할 수 있습니다. 이는 또한 궁극적으로 전원 공급장치를 파손시키고 바람직한 전원 레벨에 도달하는 것을 방해하여 처리량을 감소시킬 수 있습니다.
FPD, 건축용 유리 제조에 자주 사용되는 대규모 기판, 태양능 어플리케이션에 보다 일반적으로 사용되는 대규모 기판은 챔버 당 12개 이상의 음극을 필요로 할 수 있습니다. 한 챔버에 이를 모두 수용하기 위해, 음극들 간의 공간을 줄여야 합니다. PEII 전원 공급장치의 CEX와 같은 기능을 이용하여 조밀하게 배치한 타깃들을 동기화하지 않은 경우, 이는 다른 전위들에 위치하여 서로에게 방해가 될 수 있습니다. 이 방해를 크로스토크라 하며, 이는 앞서 언급한 심각한 공정, 피막, 장비 문제를 야기할 수 있습니다.
공정 제어, 피막 품질, 가동시간을 크게 향상시키기 위해 교대로 음극을 배치하는 PEII 저주파 전원 공급장치의 독특한 CEX 기능의 이용 방법에 관한 자세한 정보는 Enhanced Plasma Containment for Inline Sputtering Systems 응용 사례를 참조하십시오.
- 일부 AC 전원 공급장치는 CEX를 제공하는 반면 다른 장치는 이를 제공하지 않는 이유는 무엇입니까?
답변: AC 전원 공급장치는 고정 또는 가변 주파수입니다. 여러 대의 전원 공급장치를 동기화하는데 CEX를 사용하려면, 이 전원 공급장치들의 출력이 동일한 주파수에 있어야 합니다. 따라서 AE PEII 전원 공급장치와 같이 고정 주파수 AC 전원 공급장치를 동기화하는 데 CEX를 이용하는 것은 당연합니다. 그러나 AE Crystal®과 같은 가변 주파수 전원 공급장치의 출력은 부하 임피던스에 따라 결정되기에 이는 공정 여건에 따라 다릅니다. 다시 말해, 챔버의 각 전원 공급장치는 독특한 임피던스에 따라 독특한 주파수를 생산할 것입니다. 따라서, 정의상, 여러 가변 주파수 전원 공급장치를 CEX 또는 다른 위상 동기화 기능을 이용하여 동기화하는 것이 불가능합니다.
CEX의 혜택은 고정 주파수 AC 전원 공급장치를 이용하는 공정에 한정되어 있지 않음을 명심하십시오. Pulsar®, Sparc-le® V DC 펄스 액세서리뿐만 아니라 Pinnacle® Plus+ 펄스 DC 전원 공급장치는 여러 대의 펄스 DC 기기의 출력을 동기화하는 CEX를 제공합니다. 이는 상기 AC 전원 공급장치 배치에서 언급한 바와 같이, 펄스 DC 전원 공급장치 배치에 동일한 플라즈마 봉쇄, 크로스토크 완화 혜택을 제공합니다. CEX는 또한 일부 AE RF 전원 공급장치에서도 제공됩니다.
- 제 전원 공급장치는 CEX를 제공합니다. 적절한 셋업 방법은 무엇입니까?
답변: 아래 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 CEX를 적절히 셋업하려면, 한 기기의 CEX/Drive Out 포트에서 다른 기기의 CEX/Drive In 포트로 연결해야 합니다. 또한 마지막 기기의 CEX/Drive Out 커넥터의 CEX 종단 플로그를 꽂아야 함을 명심하십시오.
다음 그림은 CEX 배치에서 올바르게 연결된 여러 대의 PEII 전원 공급장치의 뒷면 패널을 보여줍니다. 자세한 정보는 전원 공급장치의 사용자 설명서를 참조하거나 AE에 문의하십시오. 특정 시스템의 CEX 셋업에 관한 질문에 기꺼이 답변해 드릴 것입니다. CEX 혜택 및 셋업에 관한 추가 정보는 Enhanced Plasma Containment for Inline Sputtering Systems 응용 사례를 참조하십시오.
그림 1. 연결된 PEII 전원 공급장치들의 올바른 CEX 셋업
- 제 전원 공급장치들이 설정 포인트에 도달하지 않을 것입니다. 왜 이러한 현상이 발생하고 이를 어떻게 처리해야 합니까?
답변: 통합 시스템에서 설정 포인트 이하 전원 전달은 경고를 유발하나, 실험실 환경에서는 실제로 증착된 피막을 얇게 만듭니다. 귀사가 경험하고 계신 전원 전달 문제의 원인으로는 두 가지가 있을 수 있습니다. 첫째, 전원 전달장치가 임피던스 부조화로 인한 전압 또는 전류 제한으로 인해 귀사가 필요로 하는 전원을 전달하지 못할 수 있습니다. 이에 대한 솔루션은 필요에 적합한 전원 공급장치를 찾는 것입니다. 이 문제를 최소화하기 위해 AE 전원 공급장치는 폭넓은 임피던스 범위를 제공하고 고-Z, 저-Z 구성으로 공급되는 Pinnacle® Plus DC/펄스-DC 전원 공급장치 등과 같이 일부 공급장치는 귀하의 특정 필요를 충족시키기 위해 고유한 임피던스 구성으로 제공됩니다.
둘째, 아크율이 너무 높기 때문일 수 있습니다. 아크를 소멸하기 위해 전원 공급장치는 짧은 기간 동안 전원 공급장치의 전원을 끈 후 다시 켜야 합니다. 보통 전원을 다시 켠 후 출력은 설정 포인트로 돌아갑니다. 그러나 아크가 너무 많이 발생하는 경우, 전원 공급장치의 전원을 너무 자주 끄게 되어 실제 전달된 전원의 양이 설정 포인트 이하로 떨어질 수 있습니다. 이 문제에 대한 솔루션은 아크 매개변수를 체크하여 공정에 적절한 셋업인지를 확인하는 것입니다. 또한 공정 매개변수를 평가할 수 있으며, 자세한 도움이 필요한 경우 켄에게 문의하십시오.