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Sputter Spotlight^® Q3 2008판은 잔금을 베니어에 발생시키는 크레이징(Crazing)에 관하여 이러한 형태의 손상의 시발점이 되는 중요 현상에 대한 설명을 제공함으로써, 이를 심층 분석한다. 2편으로 구성된 본 아티클은 크레이징의 일반적인 원인과 개선책을 논하고, 유용한 정보와 문제해결 전략을 제시할 수 있는 다수의 중요 케이스를 다루게 된다. Sputter Spotlight의 “크레이징 코드 분석”의 후편은 본 뉴스레터 Q1 2009판에서 찾아 볼 수 있다.

크레이징 코드 분석: 1부

크레이징이란 묘한 이름에도 불구하고, 이것은 건축용/주거용 유리, FPD 및 솔라를 포함하는 많은 업계가 겪고 있는 매우 실제적이며 골치아픈 문제이다. 이것은 아마도 매우 다양한 있음직한 유발 인자들이 있고 그에 따른 표준의 솔루션이 존재하지 않는 이유로, 불가사의한 분위기를 갖고 있는듯한 현상이다.

그러나, 대부분의 경우 크레이징을 시각적으로 식별할 수 없는 미스테리는 존재하지 않는다. 이러한 형태의 손상은 어느 정도 시각적 외형이 다양할 수 있지만, 일반적으로 이것을 접할 때 크레이징을 알아 볼 수 있다. 즉, 번개와 같은 형태로 표면 전체로 퍼져나간 특유의 갈라진 금들을 식별할 수 있다(그림 1). 다음으로, 오래되고 얇아진 콘크리트판에 서 있을 때, 이와 같이 유사한 형태의 갈라진 틈을 발 밑에서 발견할 수 있다(그림 2). 또한, 이런 것은 크레이징 손상을 갖는 FPD SiO2 장벽층에서 발견된다. 실제로는, 콘크리트, 식기류 심지어는 치아와 같은 세라믹 재료에서 잔금의 유사한 패턴을 설명하기위해 크레이징이란 동일한 용어가 미국에서 사용된다. 이 용어는 실제로 도자기 업계에서 유래되었다고 이해되고 있다. 용어의 기원에 관계없이, 크레이징은 매우 광범위한 환경과 업계에서 경이로움을 야기할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있는지도 모른다.

그림 1. 박막의 크레이징

그림 2. 콘크리트판의 크레이징

박막에서 크레이징을 특징지우는 상당한 박막화와 균열 패턴은 초기에 발견되지 않을 때 , 재난을 야기하는 기기 고장을 일으킬 수 있다. (보는 관점에 따라) 운이 있든 없든간에, 크레이징이 생기면 관련 기기가 제조 공정에서 너무 오래 투입되기전에 발견하는 것이 일반적으로 중요하다. 그러나, 사후에 이러한 문제를 다루는 것은 분명 부적당한 전략이다. 모든 다른 박막 손상과 같이, 문제를 근절시킬 수 있는 방법을 찾기위해 크레이징의 근본 원인을 조사해야 한다.

프로세스 진단 및 보수

대부분의 경우, 불필요한 전기적 방전의 개념은 우리가 일반적으로 아크라고 언급하는 캐소드 표면에서 발생하는 현상으로 간주된다. 효율적인 전원 공급기 아크 관리 기술과 기타 유사한 프로세스 조정과 같은 알려진 방법으로 대게 이문제는 해결된다. 그러나, 크레이징의 경우 해로운 전기 방전은 캐소드에서 발생하는 것이 아니라, 차폐, 캐리어 또는 더심한 경우 기판과 같은 기타 원격 표면에서 발생한다. 아크 관리 기술이 아무리 뛰어나다해도 전원 공급기가 기판 표면에서 발생하는 전기적 방전을 감지할 수 없다. 이것은 캐소드의 전압 또는 전류가 눈에 띄게 변하지 않기 때문인데, 이로 인해 전원 공급기는 감지할 방법이 없다.

기타 다른 박막 손상과 비교할때, 크레이징이 발생했을 경우 아크 관리 기술이 적용되지 않는다는 사실 외에, 프로세스 진단 및 보수가 매우 어렵고 시간이 많이 소요되게 된다. 이것은 다양한 현상이 크레이징을 유발시키기 때문이다. 또한, 일단 진단이 이루어지고 나면, 해결책을 모색하는데 상당한 시간과 시험을 필요로 한다. 캐소드 상의 대부분의 아크와는 다르게, 크레이징을 유발하는 기판 표면의 전기 방전은 일련의 알려진 특정 방법들로 해결되지 않는다. 오늘날 요구되는 높은 처리량과 작은 시스템 크기는 특별한 시스템 설계와 조건을 필요로하고, 이는 다시 의도 되지않은 크레이징을 유발할 수 있다. 그러므로, 프로세스 마다 시스템 조건이 다르기 때문에, 찾기는 힘들지만 맞춤형 솔루션이 필요하다.

각각의 크레이징은 유일하지만, 아래에서 샘플로 보여주는 크레이징의 발생 원인과 솔루션은 개략적인 정보와 자신의 상황에 적용할 수 있는 전략을 제시한다. 적어도 이들 샘플 케이스들이 어떠한 프로세스 상에서 크레이징 해결에 있어 희망을 주었으면 한다.

크레이징의 일반적 원인

어느 한 주어진 프로세스에서 크레이징을 유발시키는 조건을 찾는데 도움이 되는 실마리들은 다음과 같다.

• 필름 표면의 손상 위치
• 손상 특유의 시각적 외관
• 시작 유형

아래의 섹션에서는 크레이징의 중요 가능 원인을 설명하고 있다. 또한, 주어진 유발 인자와 가장 빈번히 연관되는 현상들과 자세한 문제 설명과 보수를 위한 제안이 포함하고 있다. 추가적인 크레이징 원인들이 Q1 2009판에서 다루어지게 될 것이다.

챔버 청결 미비

현상:

• 기판 전반에 분포한 손상
• 독특하게 “잔금이 간” 시각적 외관
• 만족스런 필름 품질이 장기간 지속된후 비교적 급잡스런 손상의 시작

챔버 표면에 필름 재료가 쌓이는 것이 아마도 크레이징의 가장 큰 원인일 것이다. 메탈 필름의 경우, 이러한 재료 조성은 원치않는 곳에 불필요한 전기 경로를 만들어 전기 방전을 유발한다. 유전체 필름 증착 또한 전하를 보유 축적할 수 있는 능력이 있어 불필요한 방전을 야기할 수 있다. 일반적으로, 기판 표면에 이러한 방전이 발생할때 크레이징이 결과적으로 발생한다.

새로운 시스템이 한동한 만족스럽게 운전되다가 갑자기 잔금이 생긴 필름을 만들기 시작할때, 미비한 청결 상태가 크레이징의 가장 주된 원인이 된다. 물론, 새로운 시스템은 완벽한 청결 상태에 있고 어떠한 재료 축적도 있지 않았지만, 운전이 시작되자마자 재료가 챔버내 모든 표면에 응축되기 시작한다. 컴포넌트들 사이의 간극들을 메우기 충분한 시점까지 이러한 증착이 오랜 시간 지속된다. 만약 메탈 증착이 조성되면 불필요한 전기 경로를 생성하게 된다. 이들 경로는 기판과 접지를 연결시켜 기판 표면에서 방전을 유발하고 크레이징을 결과적으로 발생시킨다. 유전체 조성에 의해 생성된 크레이징의 경우, SiO2 와 같은 절연 필름이 차폐 또는 캐리어와 같은 챔버 컴포넌트들 상에 오랜 기간 조성된다. 이들 컴포넌트들이 전기적으로 충전되어 이들 컴포넌트들과 근접해 있는 기판에서 방전된다. 기판 크레이징은 또한 역 방향의 결과로, 즉 전기적으로 충전된 기판이 접지된 캐리어, 롤러 또는 기타 인접한 챔버 컴포넌트에 방전하여 발생할 수도 있다.

물론, 위에서 설명된 현상들은 이전에 운전된 적이 없는 청결한 새 시스템에 국한되지 않는다. 만약 마지막 클리닝이후 상당한 시간이 지났다면, 기존의 시스템에도 이와 같은 문제가 발생할 수도 있다.

재료의 증착에 의해 야기되는 크레이징을 해결하기위해 불필요한 코팅을 모든 챔버 내부 포면에서 물리적으로 제거해야 한다. 크레이징을 피하기 위해 모든 공장이 타켓이 교체될때마다 챔버를 클리닝하지만, 보다 자주 클리닝을 수행하는 것이 필요하다.

필름 증착이 Q1 2009 뉴스레터에서 다루어질 여하한 유발 인자를 악화시킬 수 있음을 주목해야한다. 그러므로, 크레이징의 첫번째 징후 발견후 다른 원인이 존재할 수 있지만 챔버를 클리닝하는 것이 중요하다.

결론

본 아티클에 대한 보다 광범하고 삽화가 포함된 결론은 더많은 크레이징 원인과 솔루션을 다룰 Q1 2009판에서 볼 수 있다. 그 동안, 자신의 프로세스에서 크레이징에 대한 원인과 해결책을 찾는데 더 자세한 정보나 도움이 필요한 경우 Sputtering@aei.com 에 연락을 취하여 알아 볼 수 있다.

Ask the Sputtering Experts!

1. 저는 Pinnacle® Plus+ 5 kW (325 ~ 650 VDC)와 관련하여 질문이 하나 있습니다. 현재 몰리 필름의 스퍼터링을 위해 마그네트론이 있는 3"의 작은 몰리브덴 타켓(DC 모드)과 함께 이것을 사용하고 있습니다. 하지만, 우리의 현 프로세스는 300W(약 400VDC, 0.75A)에서만 운전합니다. 이것은 지정된 반복성(정격 전력의 10~100%까지의 0.1%)보다 매우 낮은 것입니다. 전체적인 프로세스 안정성이 염려가 됩니다. 300W에서만 운전하는 5kW 전원 공급기의 출력 정확도와 반복성에 대한 정보를 가지고 있습니까? 500W DC 모델을 쓰는 것이 더 좋은가요?
2. AC 공급기와 듀얼 마그테트론 시스템 (DMS)을 사용할때 마그네트론 사이의 거리는 얼마나 떨어져 있어야 하나요?
3. DC 공급기와 하나의 마그네트론과 비교하여, 듀얼 마그네트론 시스템과 AC 공급기로부터 어떤 비율을 기대할 수 있습니까?

1. 저는 Pinnacle^® Plus+ 5 kW (325 ~ 650 VDC)와 관련하여 질문이 하나 있습니다. 현재 몰리 필름의 스퍼터링을 위해 마그네트론이 있는 3"의 작은 몰리브덴 타켓(DC DC 모드)과 함께 이것을 사용하고 있습니다. 하지만, 우리의 현 프로세스는 300W(약 400VDC, 0.75A)에서만 운전합니다. 이것은 지정된 반복성(정격 전력의 10~100%까지의 0.1%)보다 매우 낮은 것입니다. 전체적인 프로세스 안정성이 염려가 됩니다. 300W에서만 운전하는 5kW 전원 공급기의 출력 정확도와 반복성에 대한 정보를 가지고 있습니까? 500W DC 모델을 쓰는 것이 더 좋은가요? — Jeorg Winkler
   
   답변: 예, 문제가 있는 것 같습니다. Pinnacle 전원 공급기와Pinnacle Plus+류의 제품들은 실제로 어렵게 운전될 수 있지만, 그렇게 쓰지 않기를 권합니다. AE 전원 공급기들은 전류 소스이며 제어 회로에 흐르게하기위해 어느정도의 전류량을 요구하고 있습니다. 이렇게 저전력으로Pinnacle Plus+를 딩 소리나도록 운전한 몇몇 사람을 알고 있습니다. 이들은 자신들의 프로세스에서 일어난 이상하고 놀랄만한 것들을 경험한 사람들입니다. 이정도의 저전력에서 전류가 제어 회로에 대하여 너무 낮아 정확도가 5% 범위 밖으로 벗어날 것입니다. 반복성은 충분하지 않을 수도 있으며 공급기가 지속적인 아크 상태에 있다고 간주할 수 있습니다.
   
   Pinnacle 3 kW 또는 Sparc-le^® V 이 있는 MDX 1.5 kW 와 같이 운전하여야 한다는 것에 동의합니다. 우리는 내부를 가열하기위해 Sparc-le V에 약 110~150W가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 이것으로부터 적당한 조종을 통하여 더욱더 개선된 반복성을 만들 수 있을 것입니다.
   
   
   


2. AC 공급기와 듀얼 마그테트론 시스템 (DMS)을 사용할때 마그네트론 사이의 거리는 얼마나 떨어져 있어야 하나요?
   
   답변: 중요한 질문입니다. 평면상의 마그네트론들을 사용할 때는, 가깝게는 2.5cm(1″)와 멀게는 1m(3') 정도를 유지할 수 있습니다. 중요한 것은 일렉트론이 마그네트론 사이를 흐를 수 있는 적절한 경로가 있어야 한다는 것입니다. 다크 스페이스 실드이외의 어느 것도 일렉트론의 흐르는 경로에 있어서는 안됩니다. 평면형 마그네트론을 나란히 사용한다면(같은 방향을 보거나 서로를 향해 약간 기울어져 있을 경우), 타이어를 회전 시킬 필요가 있을 것입니다. 즉, 타켓 페이스를 교환하거나같은 마그네트론으로 이들을 회전 시킵니다. 이것은 다른 쪽 마그네트론에 가장 가까운 레이스 트랙이 매우 빠르게 마모되게 될 것이기 때문입니다. 이로인해 타켓 활용도가 떨어지게 됩니다.
   
   



3. DC 공급기와 하나의 마그네트론과 비교하여, 듀얼 마그네트론 시스템과 AC 공급기로부터 어떤 비율을 기대할 수 있습니까?
   
   답변: 만약 DC가 항상 On 상태이고 100% 의 증착을 얻을 것이라면, 스퍼터 마그네트론을 변경할때 제로를 지나가기 때문에 DMS가 있는 AC 공급기는 약 80~85%를 가질 것입니다. 일정하게 변화하는 AC 시그날로 인해, 스퍼터링을 위해 일정한 시그날을 마그네트론에 공급할 수 없습니다. 제로에 접근할때 스터터링은 감소하고, 제로에 돌입하는 순간 스퍼터링이 정지하게 됩니다. 다른 마그네트론이 다시 점화하여야 합니다. 그래서 지상 전류가 됩니다.