5.6 증착 공정) 반도체 증착 장비 진공 잡는 법(feat. Sputter 장비 작동법)

반도체 증착 장비를 실습할 때,  100이면 100 진공을 잡고 시작합니다. 

많은 분들이 진공 잡는 부분에서 매우 어려움을 겪고 있습니다.

Sputter 조교로 활동했었던 제가 진공 잡는 법을 가르쳐 드리겠습니다. 

이번 내용은 'Sputter' 장비의 작동법을 설명해 드리겠습니다. 

다른 PVD, CVD 공정도 진공 제작 방법에 있어서 거의 동일하니, 끝까지 포스트를 읽어주셨으면 좋겠습니다. 

 

Sputter 작동법

1. Setting 확인

- Cooling water가 초록 불이 켜져 있는지 확인합니다.

(Target은 열이 많이 가해지며, 열이 많으면 Target을 잡아주는 copper plate가 휘어짐에 따라 냉각수 튀어나와 진공이 깨지는 현상이 발생됩니다.),

 

- Air press(모든 벨브 열고 닫는 담당) 잘 되는지 확인합니다.

 

2. 진공 제작

2-1 R/P 작동(roughing line의 기체를 0mTorr, 1mTorr 정도까지 배기합니다.)

이 때, TMP를 동시에 켜놓으면 진공 잡는 시간을 단축할 수 있습니다.(33600rpm 도달까지 0~15분 걸립니다.)

 

2-2 Chamber와 연결되어 있는 Roughing valve 열어서 chamber 자체를 1mtorr ~ 0.1mTorr까지 대략적으로 배기합니다. 

 

2-3 진공이 어느 정도 잡히면 기체의 99.9% 이상이 빠져 나갑니다. 대략적으로 1mTorr까지 배기합니다.

(0.1mTorr까지 뽑을 수 있지만, 해당 압력은 cross over pressure이라 역류 가능성이 증가하여 빠르게 고진공 펌프로 바꾸는 것이 좋습니다.)

 

2-4 1차 진공이 잡혔으면 R/V를 잠그고 F/V를 열어 F/V line을 배기하며, 고진공 펌프 TMP를 뒤에서 받쳐줍니다.

 

2-5 M/V 열고 Chamber 내의 압력을 10^-6 ~ 10^-7Torr 까지(Ultimate pressure) 배기합니다.

*Ultimate pressure까지 하는 이유 : system 내의 깨끗함 유지 및 진공 system의 이상 유무를 확인하기 위해서 끝까지 배기합니다.

3. Sample loading

고진공 chamber에 sample을 loading 하는 과정입니다.

로드락 챔버를 vent 시켜 sample을 넣고, 저진공으로 잡습니다.

후에, gate valve를 열고 로봇 암으로 로드락 챔버의 sample을 메인 chamber로 넣어줍니다.

후, gate valve를 닫아 로드락 챔버와 메인 챔버를 차단합니다. 

 

4. Ar-gas를 넣어 작업 진공을 맞추고 power supply 전압을 올려 plasma를 발생시킵니다.

Discharge가 쉽게 되어 플라즈마 형성에 있어 최적의 압력으로 맞춥니다.

(압력을 적당히 높게 맞추고(10mTorr) 방전이 쉽게 되는 순간 압력을 내려서 작업 압력으로 공정합니다.)

 

압력 조절은 Throttle valve를 조절 or MFC를 통해 조절합니다.

 

Target 전체 표면에서 sputtering 발생하여 좋은 박막 균일성과, 원하는 전압 값을 사용할 수 있기 때문에 '비정상 글로우 방전 영역‘을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

 

5. 예비 스퍼터링을 합니다.

Main shutter를 닫고 sputtering gun을 여는 과정입니다.

Shutter에 target 표면에 존재하는 산화물이나 기타 불순물들을 미리 sputtering 하여 기판을 보호하는 역할 및 정확한 공정 시간 제어를 할 수 있기 때문에 예비 스퍼터링을 진행합니다.

 

6. 스퍼터링

 

7. 끝나면 바로 main shutter 닫아 예비 스퍼터링 단계로 돌립니다.

공정 시간을 정확히 맞추기 위해 바로 main shutter를 닫습니다.

 

8. Power 전압을 끕니다.

 

9. MFC를 닫아 Ar 유입도를 차단하고, gun shutter, rotation를 차례대로 닫고 끕니다.

 

10. M/V 닫고 chamber 내에 외부가스를 집어넣어 대기압과 같게 만들어 vent합니다.