목 차 1. 서론 2. PVD법 2.1 PVD 란? 2.1 PVD 원리 2.3 PVD 개요 2.4 PVD 영상 3.2 증발 (아크증발법) 3.3 이온도금 (이온주입법) 3.4 스퍼터링 3.4.1 강화된 스퍼터링 4. PVD 장비 5. 진공의 필요성 6. 박막 성장 기구 7. PVD 코팅층의 미세구조 8. PVD 적용 예 9. 제조공정 10. 최근 연구 동향

1. 서 론 PVD를 이용한 코팅은 왜 하는가? 왜 이런 방식의 코팅을 하느냐? 이런 시계와 같은 경우 일반적인 코팅 (도장 따위의..)으론 감당이 안되기 때문에 심미성을 추가한 내마모성, 내소착성, 내식성, 내산화성을 주목하기 위해서!!

2. PVD 법 PVD PVD = Physical Vapor Deposition (물리증착법) 2. PVD 의 원리 섭씨 150-500도 사이의 고 진공 상태에서 진행 고 순도 금속 코팅 재료는 열에 의한 기화 또는 이온 충격으로 기화되어 모재에 코팅 유입된 반응 가스는 기상 상태의 금속과 반응하여 화합물을 형성하여 공구 또는 부품의 표면에 강한 밀착력을 가진 박막을 형성 균일한 코팅 두께를 형성하기 위하여 코팅 공정 시 여러 축에 치구된 제품들은 일정한 속도로 회전

2. PVD 법 3. PVD 개요 PVD 란? 진공증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅을 총칭하는 용어 진공증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅의 원리

2. PVD 법 4. PVD 영상 물리 증착(PVD)기술은 이온 도금과 스퍼터링(sputtering)과 같은 기화 기술로 이뤄지며 용도가 다양하며 증착할 수 있는 것도 실제로 모든 종류의 무기종류 (금속, 합금, 화합물과 그것의 혼합물)에도 몇몇의 유기재료들까지 가능하다.

2. PVD 법 5. PVD 장.단점 장 점 단 점 ① 증착성의 조성에 있어서의 융통성 ② 무정형과 같은 특별한 미세구조 의 증착층 형성가능 ③ 기판온도를 넓은 범위에서 변화시킬 수 있음. ④ 높은 증착속도가 가능 ⑤ 고순도의 증착층이 가능 ⑥ 기판과의 우수한 밀착력 ⑦ 우수한 표면조도 ⑧ 환경오염물의 제거 ① 몇몇 예외를 제외하고는 고분자물질의 증착이 불가능 ② 장비가 복잡하고 초기투자 가격이 높음.

3. PVD 종류

3. PVD 종류 PVD 종류 물리증착법의 종류로는 증발, 이온도금, 그리고 스퍼터링 이 있다.                                       

3. PVD 종류 2. 증발 ( 아크 증발법) 수 마이크론의 직경으로 형성된 아크에 의하여 금속 코팅 재료가 증발되는 것이 기본 원리 증발된 재료는 높은 전류 밀도 및 전력 밀도에 의하여 거의 대부분이 이온화된 상태이므로 높은 에너지를 가진 플라즈마를 형성 금속 이온들은 진공조에 유입된 가스와 반응하여 코팅하고자 하는 공구 또는 부품의 표면에 높은 에너지로 충돌하여 높은 밀착력의 박막을 형성 ◆ 특징 고진공이 필요 (10-4~10-7 Torr) 진공도가 나쁘면 증발금속이 기판 표면에 도달못함. 진공도가나쁘면 증발금속이 잔류 공기와 만나 산화 1 알곤 2 반응 가스 3 아크원 (코팅 재료) 4 코팅할 부품 5 진공 펌프

3. PVD 종류 3. 이온도금 ( 이온 주입법) 이온 주입법은 반응성 전자 빔 증발법으로 물리적 기상 증착법의 한 종류 스퍼터링은 알곤 이온의 충돌에 의하여 금속 표면으로부터 코팅 재료를 분리시키는 방법이지만 이온 주입법은 저 전압 아크를 이용 하여 금속 코팅재료 (티타늄, 또는 크롬)를 증발시키는 방법 ◆ 특징 피막과 기판의 치밀성이 좋다. 피복력이 양호 처리온도가 낮아 치수 안정 무공해 1 전자 빔 원 2 알곤 3 반응 가스 4 코팅할 부품 5 코팅 재료 6 도가니 (양극) 7 저 전압 아크 방출원 8 진공 펌프

3. PVD 종류 4-1. 스퍼터링 반응 스퍼터링 공정 중 첫번째 단계는 진공조안에 코팅할 제품을 가열 가열된 제품은 이온화된 알곤 가스에 의하여 표면이 에칭(표면층 제거). 표면 에칭 공정으로 금속표면은 오염되지 않은 순수한 금속 상태를 유지함과 동시에 미세한 원자단위의 표면 오염도 방지 에칭 공정이 끝나면 코팅재료에 높은 음 전압이 가해지고 알곤 가스의 이온화가 시작 알곤 양이온이 코팅재료 표면에 빠른 속도로 충돌하여 원자 상태의 코팅 원료를 표면으로부터 발생 기화된 금속 원자 입자들은 유입된 가스와 반응하여 경질의 비금속 화합물 코팅층을 형성하여 제품에 증착 그 결과 원하는 구조와 조성을 가진 박막이 제품의 표면에 형성 ◆ 장점 비교적 저온으로 고효점물질 증착 가능 균일한 두께의 증착 가능 막의 순도가 높다 음극 재료에 가까운 조성을 가진 화합물의 얇은 막 형성 ◆ 단점 막에 스퍼터가스를 포함 스퍼터속도가 작다 고전압이 필요 1 알곤 2 반응 가스 3 평면 자성 기상원 (코팅 재료) 4 코팅할 부품 5 진공 펌프

3. PVD 종류 4-2. 강화된 스퍼터링 강화된 스퍼터링 공법의 기본 원리는 스퍼터링 공정과 동일 진공조 중앙에서 방출되는 저 전압아크에 의해 생성되는 플라즈마는 일반 스퍼터링 공정의 플라즈마보다  강하여 알곤 가스의 이온화 경향도 훨씬 높다. 1 전자 빔 원 2 알곤 3 반응 가스 4 코팅할 부품 5 코팅 재료 6 도가니 (양극) 7 저 전압 아크 방출원 8 진공 펌프

4. 물리증착 장비 ◆ 진공 챔버 간단한 종모양의 유리그릇 또는 장방형의 box형으로부터 생산요구에 따른 복잡한 기구에 이르기까지 다양함. 후자는 적재와 하역하는 챔버가 증착챔버에 부착되어 있을 수 있는데 이것을 빠른 주기의 코터(coater)라고 부름. ◆ 진공펌프 시스템 펌프시스템은 기계적 펌프와 함께 확산펌프를 주로 사용. 크라이오솝션(cryosorption rough pump)와 함께 이온 펌프를 사용. ◆ 압력측정 피라니(pirani)나 서모커플게이지(thermocouple gage)와 같은 고압게이지와 이온게이지(hot cathode ionization gage)와 같은 고진공게이지를 포함하여 사용. ◆ 기판지지대와 가열기 기판지지대는 고정된 평평한 기판에서는 간단 할 수도 있고 복잡한 운동을 하게끔 할수도 있음. 기판가열은 복사가열기나 석영 램프도 가능.

5. 진공의 필요성 ※ 진공이 없다면,, 증착입자의 직진을 방해 → 공간중에서 이슬과 같은 미립자로 변화 → 평편한 박만의 생성이 힘듦. 불필요한 Gas의 침투로 박막상에 불순물을 형성시킴. 공기중의 활성 분자 → 박막의 물질과 화합물 형성. 기화 혹은 증발을 위한 가열장치가 증발물질과 공지 분자와 반응 → 불순물 형성 → 정상 증발을 불가능하게 함. (TiO2, Al2O3와 같은 산화물 형성) 이런 상태를 방지하기 위하여 진공이 요구된다. 즉, 중간에 다른 기체 분자들과 부딪혀서 기판에 닿지 못하거나 중간에 열을 잃어 버려서 고체로 변해버리는 문제를 막기 위하여 진공 환경에서 이루어져야 한다.

5. 진공의 필요성

6. 박막 성장 기구

7. PVD 코팅층의 미세구조 Zone 1 : 저온에서 흡착원소의 표면 이동도 감소 → 제한된 개수의 핵에서 성장 밀도가 크지 않고 결정사이에 기공 포함, 전위 밀도가 높고 잔류응력이 크다 Zone T : 기판온도 증가 → 표면이동도 증가 → 약한 결정립계면을 가진 조밀한 섬유상 결정립 구조 변태 Zone 2 : 주상정 형태로 변태 (주상정 결정립 크기는 증착온도가 증가할 수록 증가) Zone 3 : 더 높은 온도에서 등축 결정립 형태

8. PVD 적용 예

8. PVD 적용 예

9. 제조 공정

고집적 나노급 반도체 제조를 위해 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 원자층증착기술에 관한 특허출원이 10. 최근 연구 동향 얇게, 더 얇게 ― 반도체 증착기술이 진화한다   고집적 나노급 반도체 제조를 위해 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 원자층증착기술에 관한 특허출원이 급증하고 있는 것으로 나타났다.

10. 최근 연구 동향 원자층증착기술(ALD, Atomic Layer Deposition)은  - 웨이퍼 표면에 원자층을 한 층씩 쌓는 방식으로 박막을 증착시키는 첨단 증착기술로서, 수 Å(1Å=0.1nm=10-10m) 단위의 극히 얇은 막을 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라 공정사이클 횟수 조절을 통해 막 두께를 정밀하게 제어할 수 있으며 깊이에 비해 폭이 매우 좁은 트랜치나 홀의 바닥과 벽면에도 균일한 두께로 박막을 증착시킬 수 있는 것이 장점이다. 이로 인해 기존의 물리증착기술(PVD)과 화학증착기술(CVD)이 막 두께에 비해 회로선폭이 좁은 고집적 나노급 반도체에 적용하기 곤란하다는 한계를 극복한 것으로 평가받고 있다. 주요 증착기술 특징 비교   물리증착기술 PVD 화학증착기술 CVD 원자층증착기술 ALD 스텝 커버리지 나쁨 좋음 탁월 막 두께 조절 어려움 보통 쉬움 공정온도 (TiN 박막의 경우) 낮음 (400℃ 이하) 높음 (600~650℃) (450℃ 내외) ※ 스텝 커버리지(Step Coverage) ; 종횡비가 큰 트랜치나 홀의 바닥과 벽면에도 균일한 두께의 막을 증착할 수 있는 능력