반도체 sputter 장비 운영 가이드: 예비 스퍼터링과 MFC 사용법

 

반도체 sputter

반도체 sputter 장비 운영 - 예비 스퍼터링

디스차지가 쉽게 발생하여 플라즈마를 형성하는데 최적의 압력으로 조절합니다. gate valve를 열고 로봇 암을 통해 로드락 챔버의 샘플을 메인 chamber로 이동시킵니다. 샘플을 넣고 로드락 챔버를 vent하여 저진공으로 유지합니다.

1. 예비 스퍼터링 과정
2. 플라즈마 형성 최적 압력
3. 샘플 이동 및 유지

반도체 sputter 장비 운영 절차 1. 샘플을 loading 하는 과정 - Sample을 loading한 후에는 system을 pump down하여 Ultimate pressure까지 도달합니다. - 이는 system 내의 깨끗함을 유지하고 진공 system의 이상 유무를 확인하기 위한 절차입니다. 2. Ultimate pressure까지 하는 이유 - system 내의 깨끗함 유지 및 진공 system의 이상 유무를 확인하기 위해서 끝까지 배기합니다. 3. 1차 진공이 잡히면 - R/V를 잠그고 F/V를 열어 F/V line을 배기하며, 고진공 펌프 TMP를 뒤에서 받쳐줍니다. 반도체 sputter 장비 운영 절차 의 중요한 용어를 강조한 요약:

1. 샘플 loading
2. Ultimate pressure 도달
3. 1차 진공 처리

가스 유량을 제어하는 Mass Flow Controller(MFC) 사용법

가스 유량을 제어하는 것은 세밀한 공정 조절에 중요한 역할을 합니다. 이때 사용되는 Mass Flow Controller(MFC)는 가스의 질량을 기준으로 유량을 계산하고 제어하는 장치입니다. MFC는 각 가스의 고유한 질량에 따라 설정된 값에 따라 유량을 조절합니다. 특히 Reactive sputtering과 같은 정밀한 공정에서는 0.1sccm 미만의 작은 양도 정밀하게 제어할 수 있는 MFC 장치를 사용합니다. 가스의 양은 가스 분압으로 표현됩니다. 이는 챔버 내 총 가스와 반응성 가스의 비율로 결정됩니다. Ar 가스와 반응성 가스의 분압을 조절하여 정확한 박막 적층을 위한 화학양론비를 최적화할 수 있습니다. Reactive sputtering은 DC 또는 RF Sputter 설비에 반응성 가스를 주입하는 구조를 가지고 있습니다. Source target은 먼저 물리적 충돌로 기판에 증착된 후, 반응성 가스를 추가하여 화학반응을 유도합니다. 이와 같은 가스 제어는 반도체 공정에서 중요한 부분이며, 정확한 유량과 분압 조절이 품질 향상에 중요한 역할을 합니다. 반도체 진공 시스템을 이해하고 가스 제어를 세밀하게 조절하면 보다 정확한 제품을 생산할 수 있습니다.부도체 전극을 사용할 수 없는 이유는 주로 부도체 소스타켓의 특성 때문입니다. DC Sputter 공정은 주로 금속 타겟을 사용하는데, 부도체 소스타겟을 사용할 경우 전극의 전기적 특성이 부족하여 플라즈마를 생성하고 파아전이를 유도하는 데 어려움을 겪게 됩니다. 그러나 Reactive sputtering을 사용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. Reactive sputtering은 플라즈마를 활용하여 반응성 가스를 이용해 화합물 박막을 형성하는 공정으로, 부도체 소스타겟을 사용해도 가능합니다. 이러한 방법을 통해 DC Plasma를 이용해 부도체 박막을 형성할 수 있는데, 이러한 Magnetron 방식은 Ion Gun을 부착한 증착장비로도 구현될 수 있습니다. Magnetron 방식은 영구자석의 자기장을 활용하여 박막 형성 과정에 도움이 됩니다. 따라서, Reactive sputtering 및 Magnetron을 이용하면 부도체 박막을 형성하는데 도움이 됩니다. 반도체 진공에서 작업할 때 주의해야 할 점은 가스분압을 정밀하게 제어해야 하며, 플라즈마 형성을 위해서는 DC나 RF 파워, 챔버 내부 압력, 그리고 기판 온도를 적절하게 조절해야 합니다. 산화막이나 질화막 등 다양한 화합물의 박막을 형성할 때는 Reactive sputtering을 이용하는 것이 효과적일 수 있습니다. 이러한 요약

1. 부도체 소스타겟을 사용할 때는 Reactive sputtering를 고려해야 합니다.
2. Magnetron 방식을 적용하면 부도체 박막 형성이 가능해집니다.
3. 반도체 진공에서의 작업은 가스분압 및 플라즈마 조절이 중요합니다.
4. 다양한 화합물 박막 형성에는 Reactive sputtering이 유용합니다.

스퍼터링 장비: DC Sputtering의 작동 원리

초창기 스퍼터링 장비에는 영구자석을 사용하지 않았지만, 효율과 생산성이 뛰어나기 때문에 현재는 널리 사용됩니다. DC Sputtering 방식은 Plasma 상태에서 높은 에너지를 받은 상태로, 자유로운 전자와 이온으로 구성되어 있습니다.

고체 액체 기체 플라즈마 상태에서 높은 에너지를 가지고 있어요. 이를 통해 스퍼터링 장비는 원자핵의 결합과 전자 이온의 움직임을 조절하여 막대한 에너지를 발산합니다.

스퍼터링 장비의 작동 원리와 원리는 높은 에너지를 갖는 이온이 고속으로 Target에 충돌하여 떨어져 나오는 금속 입자를 증착하는 공정입니다. 이 의미를 공정에서 Target물질을 탁탁 쳐 내면서 증착시킨다고 생각하면 쉽습니다. 스퍼터링 방식에는 DC sputtering, RF sputtering, Reactive Ion sputtering 등이 있습니다. 이 중에서 대부분의 자재는 RF sputtering을 주로 사용합니다. RF sputtering은 무선 주파수 에너지를 사용하여 이온을 생성하는 방식으로, 도막의 질을 향상시키고 산소 배합 등 다양한 공정 조건을 제어할 수 있습니다. 또한, 스퍼터링 장비는 효율적인 코팅 공정을 추구하기 위해 타겟 회전 속도와 타겟과 웨이퍼 간 거리 등을 조절하여 원하는 코팅 두께와 품질을 얻을 수 있습니다. 이러한 원리를 이해하고 스퍼터링 장비를 올바르게 운영함으로써, 고성능 및 안정적인 코팅을 구현할 수 있습니다.

1. 스퍼터링 방식: DC sputtering, RF sputtering, Reactive Ion sputtering
2. RF sputtering의 장점: 무선 주파수 에너지 사용, 도막 질 향상, 다양한 공정 조건 제어
3. 스퍼터링 장비 운영 원리: 타겟 회전 속도, 타겟과 웨이퍼 간 거리 조절
4. 목표: 효율적인 코팅 공정, 원하는 코팅 두께 및 품질

스퍼터링 공정 소개

스퍼터이라는 단어는 탁탁거리는 소리를 의미합니다. Evaporation 방식의 증착 공정은 현대 산업에서는 잘 사용되지 않는 한계가 있다.

박막 형성 및 증착변수에 대한 다음 단계와 공정의 이유에 대한 이슈에 대해 이야기해보고 싶습니다.

오늘 제작한 급조한 파워포인트 작품은 재미있는 경험이었습니다. 연구 조교 및 현업과 연계된 분들과의 소통 시간은 유익하고 보람찬 시간이었습니다. 직접 보는 경험은 더 유익하며, 지식들이 연결되는 것을 실시간으로 느낄 수 있었습니다.

• 도금 후 검사: Cu 도금 후에 패턴의 변화를 확인하고, 완료된 웨이퍼 상태를 검토했습니다.
• 포토 공정: 원하는 inductor 모양을 위해 Cu 도금 전에 추가적인 포토 공정을 진행했습니다.
• 산화막 두께 측정: Ellipsometer를 사용하여 산화막의 두께를 정확히 측정했습니다.

과정	결과
Dicing 후 검사	절단면 손상 여부 확인 및 깔끔한 결과 확인
SEM room 공부	SEM/TEM/OM 학습 및 destructive vs nondestructive 기법 습득

스퍼터링 공정 소개 및 원리 해석을 통해 산업과 연구의 균형있는 경험을 쌓을 수 있었습니다.

스퍼터링 공정은 반도체 제조 공정 중 하나로, Cu inductor를 만드는 과정 중 핵심적인 역할을 합니다. 제가 이전에 수강했던 기수에서 만들어진 aging된 wafer의 OM 이미지를 통해 우리가 만들어야 하는 패턴을 파악했습니다. 11-18에 진행된 이론 수업을 듣기 위해 강남역에 가야 했는데, 아침에 일어나느라 정말 힘들었어요. 강남역은 대로변에 위치해 있어서 찾기 쉬웠습니다. 학교에서는 반도체 물성에 대해 배웠지만, 반도체 공정 과정과 실습에 참여하고 싶었습니다. 내용을 상세하게 파악하지 않더라도 전반적인 내용을 이해하고 가야 한다고 생각했습니다. 제 기초 지식이 부족했다는 것도 인정해야 했습니다. 또한, 이론과 실험 담당자가 계속 바뀌는 것이 재미있었는데, 그 때마다 다른 스타일과 목소리로 설명을 듣는 것이 지루하지 않았습니다. 서울대 내 식당은 맛도 좋고, 저렴한 가격으로 매우 만족스러웠습니다. 학교에서의 숙박은 호암교수회관 뜨란채동에서 지원 받았는데, 감사했어요. 시험은 오픈북 형식이어서 수업 시간에 필기한 내용을 바탕으로 잘 풀었습니다. 마지막 실습은 C-V측정과 식각 공정이 있었는데, 이러한 확인 과정은 반드시 필요합니다. 식각 공정은 불필요한 부분을 깎아내는 과정으로, 플라즈마가 형성되면 빛이 나오는 것을 확인할 수 있습니다. 다음은 식각 공정과 현미경으로 패턴을 확인하는 과정이 있었습니다. 사진 공정은 빛에 예민하므로 주황색 계열의 형광등을 사용하여 세밀한 회로 패턴을 만들어냅니다. 이제 사진 공정을 통해 패턴을 만들 준비를 해야 합니다.
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