AE^®’의 2007년 4사분기 Flat Panel 뉴스레터는 공정의 중요한 요소인 타깃과 관련된 공정 문제와 해결책을 기술합니다. 다음 절에서는 특정 타깃 관련 공정 전략, 이의 피막 품질, 처리량, 수익성과 같은 중요한 목표에 미치는 영향에 관해 설명합니다.

공정 처리량을 증가시키는 한편 제조 시설의 비용을 크게 절감할 수 있는 한 가지 방법은 타깃을 최대한 활용하는 것입니다. 타깃 수명과 이용을 확대하여 구입해야 할 타깃의 수를 줄이고 타깃 클리닝 또는 교체를 위한 공정 중단 기간들 사이의 양산 시간을 늘릴 수 있습니다.

타깃 수명을 연장하려면, 가능한 한 오랫동안 타깃의 품질을 양호한 상태로 유지하고, 타깃 품질이 저하되더라도 최대한 오랫동안 피막 품질에 부정적 영향을 미치지 않도록 예방해야 합니다.

타깃 품질 유지하기

평면 타깃을 이용하는 일반 마그네트론 스퍼터링 공정에서, 스퍼터링은 인접한 자기장이 최대인 타깃 표면의 영역인 “레이스 트랙”에 집중됩니다(그림 1과 2 참조).

그림 1. 레이스트랙 잠식 패턴을 보여주는 평면 타깃

그림 2. 평면 타깃 상의 레이스트랙 잠식 패턴의 횡단면 도해

레이스트랙 이외 영역에서의 스퍼터링 속도는 훨씬 느리고 이에 산화물이 형성(그림 3) 될 수 있습니다. ITO와 같은 세라믹 타깃의 스퍼터링의 경우, 산소가 타깃 재료에 포함되어 있으며 보통 챔버로 들어가기에 산화물이 쉽게 형성될 수 있습니다. 금속 스퍼터링에서는 챔버 누출 또는 기판과 캐리어의 탈기체(outgassing)로 생성된 수증기로 인해 산소가 존재할 수 있습니다. 형성된 산화물 영역을 보통 결절이라 부릅니다. 이 산화물 영역은 절연되어 전자 축적을 허용합니다. 피막이 매우 얇기에 전기장은 심지어 “저” 전압에서도 매우 높습니다. 전기장이 충분하면, 타깃 표면에 항복 현상(아크)이 발생합니다. 이 아크는 기판을 파손하는 입자를 배출합니다. 아크가 소멸되지 않거나 부적절한 또는 전무한 전원 공급장치 아크 처리로 인해 아크가 지속적으로 연소하는 경우 등 심각한 경우, 타깃 재료가 파손될 수 있습니다.

그림 3. 평면 타깃을 이용하는 일반 마그네트론 공정에서 타깃 표면 상의 스퍼터링 속도가 느린 영역에서의 소규모 폭발은 입자를 방출하여 타깃을 100% 이용하기 훨씬 이전에 이를 대체하게 만듭니다.

DC 펄스 l는 결절 형성의 가능성을 낮추고 타킷을 보다 완벽하게 이용할 수 있도록 오랜 기간에 걸쳐 타깃 품질의 보존을 도와줍니다. 이 공정 전원 방법은 정기적으로 극성을 대전하고 타깃 표면을 방전하여 유전체 형성과 아크를 줄여줍니다. 빈도가 증가함에 따라, 유전체 표면이 보다 자주 방전되어 결절 형성의 가능성을 낮춰줍니다. 이는 타깃 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 기판에 대한 파손을 줄일 수 있습니다.

따라서 직렬 DC를 사용하고 있는 경우, AE의 Pulsar^®액세서리와 같은 DC 펄스 제품의 추가를 고려해 보십시오. 새 공정을 구축하는 경우, AE의 Pinnacle Plus+제품과 같은 펄스-DC 전원 공급장치를 고려해 보십시오. 펄스 DC의 장점에 관한 자세한 정보는 2007년 2사분기 FP Focus 뉴스레터의 펄스 DC가 FPD 공정에 적합한지 어떻게 결정합니까?를 참조하십시오.

품질 저하된 타깃의 부정적 영향 상쇄하기

타깃 수명을 연장하는 또 다른 방법은 타깃 수명이 끝나갈 즈음 열악한 타깃 상태로 인한 부정적 영향을 상쇄하는 것입니다. 소규모 저장 에너지와 효과적인 아크 관리를 제공하는 고품질 전원 공급장치는 그림 3의 현상이 야기하는 부정적 효과를 거의 또는 전혀 미치지 않고 결절이 있는 경우에도 노화하는 타깃을 실행할 수 있게 해줍니다.

효과적인 아크 관리와 소규모 저장 에너지는 아크에 전달되는 전원을 제한함으로써 결절이 폭발하는 경우 파손을 줄일 수 있습니다. 이 기능은 박막 품질을 보존할 수 있을 정도로 아크 에너지를 줄이는 한편 결절을 가지고 있을 수 있는 노화된 타깃을 실행할 수 있게 해줍니다. 이 기능이 없는 상태에서 결절 형성이 증가하는 경우, 노화된 타깃을 부분적으로 소비한 경우에도 이를 폐기하고 교체하기 위해 공정을 중단해야 합니다. 이는 기존 타깃을 부분적으로 이용한 경우에도 새로운 타겟으로 대체해야 하기에 비용을 증가시킵니다. 또한 완벽한 시스템 중단을 요하기에 처리량을 감소시킵니다. (아크 관리 기술에 관한 자세한 정보는 다음의 아크 싱크^TM를 참조하십시오.)

회전 가능 타깃 이용하기

타깃 이용이 양산 비용에 특히나 중요하고 그림 3의 현상을 피하기 원하는 경우, 회전 가능 타깃의 이용으로부터 혜택을 볼 수 있습니다. 이는 평면 타깃보다 고가이나, 평면 타깃의 이용율이 35-50%인데 비해 회전 타깃의 이용률은 보통 85%에 이릅니다. 사용하는 공정 전원 방법 또는 타깃 재료에 상관없이 85%의 이용률을 제공합니다.

그러나 회전 가능 타깃의 어플리케이션은 제한되어 있음을 명심하십시오. 이는 RF 전원.과 쉽게 호환되지 않습니다. 보통 이는 AC, DC, 또는 펄스-DC 전원 공정에 사용하는 것이 바람직합니다. 또한 양산 시 고려해야 할 요소로 인해 모든 타깃 재료를 이용할 수 없습니다.

이용률 증대 이외에, 회전 가능 타깃의 또 다른 장점은 그림 3에 표시된 결절 폭발 문제로부터 큰 영향을 받지 않는다는 점입니다. 레이스트랙 패턴에서 잠식되는 평면 타깃과는 달리, 회전 가능 타깃은 전체 표면에서 균일하게 잠식됩니다. 따라서 보통 기판 가장자리의 바깥부분에 위치하여 피막 품질에 영향을 미치지 않는 타깃의 맨 가장자리를 제외하곤, 잠식 패턴에 “에지”가 존재하지 않습니다. 평면 타깃 상의 에지는 산화물 형성을 조장하는 여건을 조성하여 결절, 아크, 기판 파손 문제를 야기합니다.

이용율은 타깃을 고려할 때 유념해야 할 유일한 문제가 아닙니다. 타깃 크로스토크는 기판 아크, 기판 및 타깃 파손, 궁극적으로 전원 공급장치 파손을 야기할 수 있는 잠재적인 약화 현상입니다. 크로스토크는 또한 바람직한 전원 레벨에 도달하는 것을 방해하여 처리량을 감소시킬 수 있습니다.

타깃 크로스토크란 무엇입니까? FPD 양산에 자주 사용되는 기판과 같이 대규모 기판은 챔버 당 수 십개의 타깃을 필요로 할 수 있습니다. 한 챔버에 이를 모두 수용하기 위해, 타깃들 간의 공간을 줄여야 합니다. 조밀하게 배치한 타깃이 다른 전위에 있는 경우, 이는 서로 상호 작용하여 앞서 언급한 심각한 문제를 야기할 수 있습니다.

CEX 또는 위상 동기화

대부분의 AE 전원 공급장치의 한 기능인 CEX는 크로스토크를 완화하고 이와 관련된 문제를 없애줍니다. 위상 동기화라 불리는 CEX는 여자기 접지를 나타냅니다. 이 기능은 시스템의 모든 전원 공급장치를 조율하여 모든 음극이 항상 동일 위상에 있도록 파형을 일치시킵니다. 그림 4는 CEX를 사용하지 않을 때 발생할 수 있는 음극들 간의 높은 전위차를 보여줍니다.

그림 4. 음극들 간의 열악한 동기화와 높은 전위차를 보여주는 범위 추적

CEX의 혜택은 상당히 큽니다. 첫째, 이는 장비 투자를 보호합니다. 또한 전원 공급장치, 기판, 타깃 파손의 위험을 낮춤으로써 피막 품질을 보존하고 공정 중단의 가능성을 줄여줍니다. 또한 공정 안정성을 향상시키고 대규모 기판에 요구되는 전원 공급량 증대를 촉진할 수 있습니다. 다수의 AE 제품들이 CEX와 관련 혜택을 제공합니다.

“Arc Synch™”기술

Arc Synch 기술은 CEX와 함께 사용하여 타깃 크로스토크, 기타 여건으로 인해 발생하는 아크를 관리할 종합적인 전략을 수립할 수 있습니다. CEX와 같이 아크 싱크는 시스템의 모든 전원 공급장치를 조율하여 마치 한 장치가 아크를 탐지한 것처럼 모든 장치들이 이에 대처할 수 있게 해줍니다. 아크 싱크 기술이 없는 경우, 아크를 탐지한 장치만이 이에 대처하고 모든 다른 전원 공급장치들은 정상적으로 작동하게 놓아둡니다. 이는 음극이 다른 음극과 상호 작용하여 기판 아크, 기판 및 타겟 파손, 궁극적으로 전원 공급장치의 파손을 야기할 수 있습니다. 아크 싱크 기술을 사용하는 경우, 아크가 탐지되면 모든 시스템 전원 공급장치들이 아크를 소멸시키기 위해 동시에 대처합니다. 이는 음극 재-이그니션, 아크 억제로 인해 음극이 다른 음극과 상호 작용하는 것을 방지해 줍니다.

아크 싱크와 아크 관리에 관한 자세한 정보는 AE의 Arc Reduction in Magnetron Sputtering of Metallic Materials 백서 white paper를 참조하십시오. 아크 관리, CEX, 아크 싱크 또는 기타 전원 관리 기술이 공정을 개선할 수 있는 방법에 관해 논의하고 싶으신 경우, FPDapplications@aei.com으로 이메일을 보내주십시오.

FPD 공정으로부터 더 많은 이익을 창출하고자 분투하고 계십니까?

브루스 프라이즈(Bruce Fries), AE FPD 전략적 마케팅 전문가와 켄 나우만(Ken Nauman) AE FPD 전략적 마케팅 엔지니어가 여러분의 까다로운 질문 중 일부에 답변해 드릴 것입니다. FPDapplications@aei.com으로 질문이나 의견을 보내주십시오. 켄 나우만에 연락하려면, +1.970.214.6280번으로 전화주시거나 Ken.Nauman@aei.com으로 이메일을 보내주십시오.

1. 펄스 DC가 제공하는 혜택이 매력적으로 들리나, 저는 스터퍼링 속도를 걱정하고 있습니다. 펄스 DC가 역 펄스 동안 스퍼터링 에너지를 제거합니까?
2. 저는 전원 공급장치를 제어하고 모니터하기 위해 AE의 VFP(Virtual Front Panel)를 사용합니다. VFP가 공정 개발을 도울 수 있습니까?
3. 상당한 공정 개선을 결과할 수 있는 저비용의 간단한 수리를 경험한 적이 있습니까?
4. PVD 공정을 위해 가능한 한 최고의 생산성을 창출하고 유지하기 위해 노력하고 있습니다. 어디에서 도움을 구할 수 있습니까?
5. FPD 양산의 수익성을 높이기 위해 반드시 변화시켜야 할 업계 동인이 무엇인지 알고 계십니까?

1. 펄스 DC가 제공하는 혜택 이 매력적으로 들리나, 저는 스터퍼링 속도를 걱정하고 있습니다. 펄스 DC가 역 펄스 동안 스퍼터링 에너지를 제거합니까?
   답변: 이는 전원 공급장치의 품질에 따라 다릅니다. 저품질 전원 공급장치는 역 펄스 동안 스퍼터링 에너지를 방산하기에 스퍼터링 속도를 떨어드립니다. 그러나 AE 전원 공급장치는 역 펄스 동안 스퍼터링 에너지를 저장합니다. 그 후 펄스하는 동안 이 에너지를 이용하여 스퍼터링 속도와 처리량을 유지합니다.
   
   
2. 저는 전원 공급장치를 제어하고 모니터하기 위해 AE의 VFP(Virtual Front Panel)를 사용합니다. VFP가 공정 개발을 도울 수 있습니까?
   답변: 예! VFP는 PC를 통해 공정을 조정하고 결과를 볼 수 있게 해줍니다. 사실, 새 공정을 테스트하기 위해 양산 툴 근처에 있지 않아도 됩니다. 네트워크의 이더넷을 통해 원격으로 제어 또는 모니터할 수 있습니다. 시스템 시작 또는R&D 모드에서 특정 툴의 공정 조건을 에뮬레이트하는 한편 새 공정을 작성할 수 있습니다. 이는 매우 편리하고 다용도로 사용할 수 있으며 고가의 툴 이용을 줄여줍니다. 다수의 AE 전원 공급장치가 VFP를 제공합니다. 자세한 정보는 당사로 문의하십시오.
   
   
3. 상당한 공정 개선을 결과할 수 있는 저비용의 간단한 수리를 경험한 적이 있습니까?
   답변: 몇 가지 경험이 있긴 하나, 흔히 경험하는 케이블 길이와 품질에 초점을 맞추어 답변 드리겠습니다. 아크, 아크 파손을 줄이는 한 가지 방법은 전원 공급장치 음극 케이블을 점검하는 것입니다. 에너지는 유도에 의해 케이블에 저장되고 케이블에는 미터 당 특정 양의 인덕턴스가 있습니다. 케이블 길이를 줄이고 저-인덕턴스 케이블을 사용하는 경우, 전원 공급장치 케이블 음극 시스템에 저장된 에너지를 줄일 수 있습니다. 이는 아크가 발생하는 경우 아크에 전달될 수 있는 전원의 양을 줄여줍니다. 따라서 전원 공급장치와 음극 사이에 가능한 한 길이가 짧고 인덕턴스가 작은 케이블을 사용하십시오.
   
   
4. PVD 공정을 위해 가능한 한 최고의 생산성을 창출하고 유지하기 위해 노력하고 있습니다. 어디에서 도움을 구할 수 있습니까?
   답변: 오늘날의 FPD 업계가 처리량과 수율을 중요시함에 따라, PVD 공정을 최대한 이용하는 것이 절대적으로 중요합니다. 어플리케이션과 공정을 개발하는 과정에서, AE는 OEM과 팀을 이루어 여러분의 고급 기술을 최적화시켜 드릴 수 있습니다. 종합적이고 신속한 지원을 제공하는 장비업체를 선택함으로써 새로운 기술 출시에 발맞추어 시스템을 발전시킬 수 있습니다.
   
   여러분의 장비 제공업체 지원에는 다음의 지원이 포함되어 있어야 합니다.
   
   • 어플리케이션 지원^[1]—AE는 사업 영위 업계의 전문가들을 고용하여 공정 관련 기회를 지원해 드립니다. 이를 통해 쌓은 경험을 미래 제품 개발을 위해 AE 설계팀에 활용함에 따라 AE 고객들은 즉시, 그리고 미래에 이로부터 혜택을 받을 수 있습니다.
   • 공정 개선 제품^[1]—공정이 처리량, 수율, 비용 효율성을 최대한 실현하고 있습니까? AE의 다양한 제품 포트폴리오에 대한 접근은 맞춤형 최적화의 기회를 제공합니다. 이는 여러분의 공정에 가장 최적인 제품을 받을 수 있게 해줍니다.
   • 제품 수리 서비스^[1]—AE는 전세계 모든 주요 양산 지역에 편리한 풀 서비스 센터를 제공합니다. 당사의 박식한 직원들이 신속하고 전문적인 서비스를 제공할 것입니다.
   • 제품 업그레이드 서비스^[1]—지속적 제품 개선은 AE와 고객 성공의 관건입니다. 당사는 귀사 제품의 수명과 성능을 연장해 줄 개선 서비스를 제공합니다.
   
   [1] 어떤 AE 지원 옵션이 귀사에 적용되는지 장비 공급업체에 문의하십시오.
   
   
5. FPD 양산의 수익성을 높이기 위해 반드시 변화시켜야 할 업계 동인이 무엇인지 알고 계십니까?
   답변: 현재 시장 상황은 매우 실망스럽습니다. 여러분은 소비자들의 FPD 구매가 증가할 때까지 또는 양산 비용이 크게 감소할 때까지 수익이 만족스럽지 못한 일시적인 답보 상태에 있다고 느낄 수 있습니다. 그러나 낙관론을 가질만한 이유가 있습니다. 첫째, 소비자의 FPD 기술에 대한 관심이 높기에 매출 성장의 기회가 존재합니다. 이러한 잠재적 성장 기회가 실제 수익으로 실현되기 위해서는 적어도 몇 가지 일이 선행되어야 합니다.
   
   반도체 업계의 시작이 오늘날의 FPD 시장과 매우 유사했습니다. 소비자들의 관심은 높았으나 판매는 저조했습니다. 반도체 업계가 어떻게 이러한 어려움을 극복하고 매출을 증가시켜 지속적인 수익성을 올릴 수 있었습니까? 제조 생산성 향상, 재료 비용 절감 등 최종 제품의 비용 절감으로 이어져 시장 침투력과 소비자 수요를 증가시킨 여러 가지 요인들이 있었습니다.
   
   FPD 업계가 반도체 업계의 선례를 따르고 있음을 보여주는 증후들이 있습니다. 엔터테인먼트 팬들이 부적절한 CRT 기술을 대체하기 위해 FPD를 계속하여 구매하고 있습니다. 모든 주요 컴퓨터 제조업체들이 더 이상 FPD를 사치 품목으로 취급하지 않으며 대부분이 새 시스템의 표준 장비로 채택하고 있습니다. 업계 제휴를 통한 추가 비용 절감이 이용과 유통 채널을 개선시키고 있습니다. 이는 전반적 상황이 호전되고 있으며 앞으로도 지속적으로 호전될 것임을 나타내는 증후들입니다.