써멀 및 이빔 증착기에서 혼합물 또는 화합물 박막을 만드는 경우 참고 사항

박막을 제조하기 위한 많은 방법 중에서 비교적 간단하고, 쉬운 방법이 기상증착 방식입니다.

기상증착을 이용하기 위해서는 불순물을 제거하기 위해 진공시스템이 필요합니다.

진공시스템을 이용한 기상증착 장비는 보통 써멀과 이빔을 이야기 할 수 있습니다.

이 두가지 진공증착 시스템은 기본적으로 물질에 에너지와 힘을 가하여 물질을 녹이고, 가스 형태가 되어 증발되는 것을 이용하여 박막을 제조하는 것입니다. 장비의 구분은 가열 방식으로 구별 할 수 있는데, 써멀은 보트라는 히터를 가열하는 방식이고, 이빔은 전자총이라는 것을 이용하여 전자 충격을 가해 가열하는 방식입니다.

이 장비를 이용하여 혼합물과 화합물을 증착 하는 경우 고려해야 하는 몇가지를 적어 볼까 합니다.

1. 증착 속도를 높이기 위해서는 물질의 온도를 높여야 합니다. 이것을 증착 물질의 증기압을 높이는 것이라고 이야기 하는데, 고체는 녹으면서 높은 증기압을 보입니다. 진공게이지를 보면 압력이 올라가는 것입니다. 녹으면서 발생하는 증기압은 증착속도에 혼란을 주게 되는 경우가 많습니다. 이런 부분에서 증착을 하는 것은 좋지 않습니다. 써멀이나 이빔 소스에 셔터를 설치하는 이유가 바로 이것 때문입니다. 그리고, 파워를 천천히 증가시키면서 녹여야 하는 이유이기도 합니다. 

2. 녹는점과 증기압에 따른 증착속도는 관련성이 없습니다. 녹는점은 챔버의 진공압력에 따라 변화하게 되고, 증착 속도는 녹는점에 비해 굉장히 많은 차이가 있을 수 있습니다. 알루미늄 처럼 잘 녹지만, 실제 증착 속도가 나오는 온도는 매우 높을 수 있다는 점입니다.

3. 혼합물의 경우 물질의 증기압 차이에 따른 문제로 녹는점이 비슷하다고 해도, 실제 증착되는 속도의 차이가 있어서 조성비가 달라질 수 있습니다.

4. 합금을 증착해서 화학양론의 이상적인 박막은 기대하지 않는 것이 좋습니다. 다만, 증착이 분자형태로 기상증착 되는 것이라면 가능 할 것입니다. 

산소가 포함된 산화물의 경우, 보통은 산소가 분리되면서, 낮은 단계의 산화물 처럼 증발되는 경우가 많습니다. 이런 경우에는 산소를 추가적으로 공급해주어야 합니다. ITO, SIO2 등의 박막을 기상증착으로 시도하는 경우 고려해야 합니다.

5. MgF2, TiO2, SiO2, SiO, Al2O3, THF4 와 같은 유전체들은 광학적 투과성이나 반사 등을 조절하는데 쓰이며, 제어가 어려운 편입니다. 우선 기판에 잘 붙기 위해서는 200도 이상의 온도가 필요하며, 수냉식 크리스탈 센서에 붙으면서 응력이 커지기 때문에 초기 100nm 까지의 증착 공정에서 불량이 발생하기 쉽습니다. 유전체 증착에는 얼로이 코팅 센서를 사용하는 것이 적합합니다. 이러한 증착 물질은 센서헤드의 냉각수 온도를 50도 정도로 올리는 것도 하나의 방법이 될 수 있습니다.