마그네트론 스퍼터링 (Magnetron Sputtering) 알아보기

원래 스퍼터링 장비에는 마그네트론 이라는 장치가 없이 사용되어 왔습니다.

마그네트론 장치가 붙는다고 하여 스퍼터링의 원래가 변하는 것은 없습니다.

사람들은 항상 무엇인가 더 좋은 효율을 만들기 위해 노력을 많이 하요.

마그네트론 역시 스퍼터링의 효율을 좋게 하기 위해서 사용된 장치 입니다.

 

일반적으로 방전가스의 이온화율이 낮으면 음극인 타겟에 충돌해야 하는 이온의 수가 적어서

낮은 스퍼터링 율을 가지게 됩니다. 그 결과 낮은 증착속도를 가지게 되는 현상이 발생됩니다.

 

하지만,

마그네트론을 적용하게 되면 타겟의 이온와율 증가시켜

전기장으로부터 방출되는 전자를 타겟 바깥으로 형성되는 자기장내 국부적으로 모아

Ar과 충돌을 촉진시켜 스퍼터링 율을 높일 수 있습니다.

 

마그네트론을 적용하면 아래와 같은 현상이 일어난다고 보시면 됩니다.

마그네트론 스퍼터링 원리

 

자기장은 폐곡선을 그리며 진행하고 전자가 이동하면서

로렌츠 힘을 받아 나선운동 하며 가속하게 됩니다.

그러면 타겟 근처에 있는 전자는 자기장을 멋어나지 못하고

그 주변을 선회하기 때문에 플라즈마 내에서 전자의 밀도는 증가하고

전자는 Ar과 더 많은 충돌을 하게 됩니다.

 

그 결과

스퍼터링 율이 높아지고 증착속도도 증가합니다.

 

하지만, 마그네트론 스퍼터링의 장점이 있는 만큼 단점도 뚜렷히 존재합니다.

마그네트론에 의한 타겟의 침식 영역

 

전자석을 장착하게 되면 전자가 자기장을 벗어나지 못하므로

어느 한 부분에서 타겟의 소모가 집중적으로 발생이 됩니다.

자기력선이 직선에 가까운 곳에 전자밀도가 집중되어 더 많은 스퍼터링이 발생하게 됩니다.

 

타겟 전체에서 균일한 스퍼터링이 발생하지 않아서

균일한 증착속도를 얻을 수 없기 때문에 박막의 두께도 달라 질 수 있는 단점이 있습니다.