저항 가열형 진공 증착법에 대해서

2022. 10. 4. 18:23

저항 가열형 진공 증착법에 대해서

진공 증착은 고진공 분위기 속에서 증착 재료를 저항체에 넣어 전류가열하여 증발시킵니다.

증발원 상부에 설치한 기판에 증발 재료가 퇴적되어 박막을 형성합니다.

증발원의 형태는 바우켓형, 보트형, 머리핀형, 도가니형 등이 있습니다.

증발원의 재료는 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴과 같은 고융점 금속이 사용됩니다.

증발 재료와 증착 재료와 합금을 만들지 않는 물질을 선정하는 것이 필요합니다.

증발 재료인 증기압은 증발 재료의 증기 온도에서 진공실 내의 압력보다 충분히 낮아야 합니다.

알루미늄 등은 증발원인 금속과의 반응에서 합금을 형성하기 쉽고 가능한 한 낮은 온도에서 증발시킬 필요가 있습니다.

어떤 장치입니까?

기판, 박막 시료의 표면에 전극으로 금속을 제막할 때나 절연을 위해 산화물 막을 형성할 때 사용되는 것이 증착 장치입니다.

아래 그림의 사진으로 옮겨져 있는 것이 본연구실에서 도입한 장치(산유 전자제 SVC-700 LEB)입니다.

왼쪽 은색 용기가 챔버로, 이 내부에서 증착시키고 싶은 금속이나 산화물을 가열하여 증발시키고 그 증기를 시료 표면에 퇴적시켜 제막을 실시합니다.

진공 증착법은 증착 재료의 가열 방법에 따라 저항 가열 증착법, 전자선 증착법 등으로 나눌 수 있습니다.

저항 가열 증착에서는 증발원 재료가 들어간 용기(필라멘트형이나 보트형, 도가니형 등이 있음)에 전류를 흐름으로써 저항열을 발생시키고 그 열로 증착원 재료를 가열합니다.

이 방법은 장치를 간편하게 할 수 있다는 장점이 있는 반면 비교적 낮은 온도~1000°C에서 충분한 증기압을 얻을 수 있는 재료로 한정됩니다.

이에 비해 전자선 증착에서는 가속·집속된 전자선을 증발원 재료에 대고 전자선이 가진 에너지를 이용해 가열합니다.

이 방법을 이용하면 3000°C 이상의 융점을 가진 텅스텐을 포함해 산화물 등도 포함한 대부분의 물질(절연체의 경우 전자선 조사에 의한 대전효과를 경감하는 노력이 필요합니다)을 증착할 수 있습니다.

증착 순서(전자선 증착)

증착은 다음의 순서(아래 그림중의 번호와 대응)로 이루어집니다.

아래 그림은 챔버 내부를 모식적으로 나타낸 것입니다.

1챔버 내의 진공 분쇄

성막 시에는 챔버 안은 1×10-3 Pa 이하의 고진공으로 해 둘 필요가 있습니다.

이는 대기가 남아 있으면 증발한 입자의 궤도가 크게 흐트러져 기판에 도달하지 않거나 증발 재료가 산화 등에 의해 변질될 가능성이 있기 때문입니다.

일반적으로 1×10-4 Pa 정도의 고진공이 필요하기 때문에 진공 청소에는 확산 펌프나 터보 분자 펌프가 사용됩니다.

우리 장치에서는 확산 기름에 의한 오염을 피하기 위해 터보 분자 펌프를 사용하여 보조 펌프로 기름 회전 펌프를 사용하고 있습니다.

2 전자선의 출력

전자선의 방출은 열 필라멘트에 전류를 통해 가열함으로써 이루어집니다.

열필라멘트에 의해 방출된 전자선은 4~10kV 정도의 고전압에 의해 가속되며 자기장에 의해 집속됩니다.

이를 통해 에너지 높은 전자선을 얻을 수 있습니다.

3자기장을 걸어 전자선을 편향시킨다.

전자 선원은 증발원 재료가 증착하지 않도록 증착원 하부에 설치되어 있습니다.

따라서, 증발원 재료에 전자선을 대려면 , 자기장이나 전장등의 작용에 의해, 전자선을 편향할 필요가 있습니다.

4 전자선의 에너지에 의해 금속재료·절연재료를 증발시킨다.

가속·집속된 전자선이 조사된 부분은 국소적으로 고온이 되어 증발합니다.

또한 전자선이 닿는 영역을 종횡으로 주사함으로써 증발원 재료 전체를 균일하게 증발시킬 수 있습니다.

5 증기를 시료 표면에 퇴적시킨다

　증착법에 의해서 생기는 박막은 일반적으로 다결정막이며, 10 nm정도의 막두께는, 섬모양으로 분리된 막이 되는 것이 많아, 연속막을 얻기 위해서는 한층 더 막후를 두껍게 할 필요가 있습니다.

본 장치에는 수정 진동자의 공진 주파수 변화를 측정함으로써 막 두께를 정밀 측정할 수 있는 막압 모니터가 부착되어 있어 증착된 막 두께를 실시간으로 알 수 있습니다.

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