ITO 스퍼터링 박막 증착 중에 플라즈마 유지가 안되는 경우

스퍼터 시스템에서 ITO 박막 스퍼터링을 하는 중간에 아크가 발생하고, 플라즈마 유지가 안되는 경우가 있다.

아크는 주로 타겟 중앙 부분에 원형으로 회전하면서 발생하는 경우가 많이 관찰 된다.

일반 세라믹 스퍼터링에서는 처음 방전이 되고 나면, 공정 조건 변화가 없이 이런 현상이 발생하지 않는 것이 일반적이다.

그러나, ITO 박막 증착에서는 공정 환경에 변화가 없음에도 타겟 자체의 특성으로 이러한 문제가 발생 할 수 있다.

ITO 박막은 보통 In2O3 90, SnO2 10 W% 정도의 함유량을 가지고 있다.

적절한 ITO 박막을 얻기 위해서는 플라즈마 방전에 사용되는 아르곤 가스와 타겟의 특성을 유지하기 위한 적절한 산소분압을 유지해 주어야 한다.

플라즈마 내의 산소 분압은 자유행정거리(mean free path)내의 인듐, 주석 원소와 반응하여 타겟 표면에서 이온 충격으로 분리 방출 되는 산소를 대체 할 것이다. 그런데, 이것이 충분하게 이뤄지지 않는 경우 주석내에서 전자가 이동하면서 아크가 발생하게 되는 것이다. 타겟 표면에서 주석의 성분이 많아지게 되면서 ITO 박막보다 전기전도성이 좋아지게 되고, 플라즈마 내에서 피뢰침처럼 작용하면서 아크가 발생하게 되는 것이다. 주석은 플라즈마에서 충격의 결과로 얻어지게 되는 열이 축적되면서 이동을 시작하게 되고 이것이 또 하나의 아크 발생 원인으로 작동하기 시작하는 것이다.

이러한 아크의 발생을 막기 위해서는 타겟 표면의 열을 방지해야 하기 때문에, 타겟냉각이 중요하다.

또한 타겟의 표면이 열을 발생하지 않도록, 파워를 천천히 강하지 않게 공급해야 한다.

인치당 20와트 이상 파워를 공급하지 않는것이 좋다고 생각한다.

RF 파워의 경우 임피던스 매칭이 맞지 않는 경우에는 타겟 표면의 열 발생이 가중되므로 주의해야 한다.

세라믹 타겟은 초기 타겟 프리컨디셔닝이 중요하며, 꼭 해주어야 한다.

계속해서 문제가 발생한다면, 표면을 한번 연마해서 Tin의 이동 또는 재침작으로  발생한 비균질 영역을 제거해 주어야 한다. 연마는 사포나 천, 알코올을 이용해서 해주면 된다.