• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.159-159
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• 2012

알루미늄 박막을 코팅하기 위해서 비대칭 마그네트론 스퍼터 소스를 이용하였으며 빗각 증착과 외부 자기장에 의한 플라즈마 밀도 제어가 알루미늄 박막의 미세구조에 미치는 영향을 확인하였다. 빗각 증착은 타겟과 기판이 서로 평행하지 않고 빗각을 이루도록 기판을 기울여 코팅하는 방법으로 박막의 미세구조를 제어할 수 있다. 마그네트론 스퍼터 소스 외부에 원형의 전자석을 위치시키고 직류의 전류를 인가하여 타겟 표면에서 발생하는 플라즈마 밀도를 제어할 수 있도록 하였다. 알루미늄을 물리기상증착으로 코팅하면 일반적으로 주상정 구조를 갖는다. 알루미늄 박막이 주상정 구조로 이루어지면 박막의 표면 거칠기가 증가하고 밀도가 감소하는 현상을 보인다. 알루미늄을 빗각 증착으로 코팅하면 주상정 형성이 억제되어 박막의 밀도가 높아지고 표면 거칠기는 감소하는 현상을 보였다. 알루미늄의 빗각 증착 시 전자석에 인가하는 전류의 세기와 방향을 제어하여 타겟 표면의 플라즈마 밀도를 증가시키면 알루미늄 박막의 밀도가 빗각 증착만 적용했을 때보다 증가하고 비정질과 같은 박막 구조를 보이는 현상을 관찰할 수 있었다. 전자석에 인가하는 전류의 방향을 기판 표면의 플라즈마 밀도가 증가하도록 바꾸면 알루미늄 주상정의 크기가 증가하고 기공의 크기도 증가하는 현상을 관찰하였다. 마그네트론 스퍼터 공정 시 자기장과 빗각 증착을 적절하게 이용하여 밀도가 높고 표면 거칠기가 낮은 알루미늄 박막을 코팅할 수 있었으며, 이러한 알루미늄 박막은 기능성 향상을 위한 표면처리 소재로 활용 가능성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.496-496
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• 2012

Sputtering은 박막의 품질(부착력, 밀도, 균일도등)이 우수하고 대면적 증착이 용이하여 반도체, 디스플레이, MEMS기술등과 같은 첨단산업에서 널리 이용되고 있는 증착방법이다. 일반적인 평판형 스퍼터건은 전계와 자계가 직교하는 Target의 일부영역에서만 스퍼터링 현상이 발생하게 되어 증착물질의 사용효율이 20~30% 정도로 좋지 못하고 스퍼터링 되지않는 부분에서는 재증착 현상에 의한 파티클 발생을 유발하여 Substrate에 손상을 입혀 박막의 질을 떨어뜨리게 된다. 본 연구에서는 이러한 문제점들의 물리적 현상의 진단 및 최적화를 위해 Particle-In-Cell (PIC)시뮬레이션을 이용하여 그 특성들을 알아보았다. 인가전압, 압력, 증착물질과 기판사이의 거리를 변화시켜 자기장이 포함된 Paschen curve를 그렸다. 전기장만이 포함된 시스템에서의 Paschen curve는 이미 공식으로 알려져 있으며 마그네트론 스퍼터링의 시스템에서 Paschen curve와 비교하여 보다 낮은 압력에서 플라즈마가 형성할 수 있는 것을 확인하였다. 또한 Target에 충돌하는 아르곤이온의 양, 에너지 분포, 각도의 분포 등을 관찰하였는데, 대부분의 아르곤이온은 압력이 증가할수록 에너지가 큰 경향성을 가지며 입사각도는 Target에 보다 수직으로 충돌하는 경향을 볼 수 있었다. 증착물질과 기판사이의 거리의 변화에 대해서는 이온 특성의 변화는 없었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.126-126
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• 2011

Al과 Al합금은 철강제품의 부식방지, 빛 반사체 등의 산업 분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 Al과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si의 Al 합금을 마그네트론 스퍼터링으로 코팅하였고 스퍼터링 파워와 외부 자기장 변화에 따른 반사율과 조직 변화 등의 물성을 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.331.2-331.2
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• 2016

스퍼터 타깃 (target)을 스퍼터링하여 박막을 형성하는 스퍼터 증착은 고체 박막 형성 방법의 하나로서 널리 사용되고 있다. 타깃을 구성하는 합금 원소의 스퍼터링율 (sputtering yield)의 차이 때문에 스퍼터 증착이 진행됨에 따라 타깃 표면의 조성이 변화하지만 일반적으로 원소 간의 표면 농도 및 스퍼터링율의 차이 효과가 서로 상쇄되므로 증착되는 합금 박막의 조성은 타깃의 조성과 일치한다. 그러나 갈륨 (Ga)을 포함하는 합금 타깃을 스퍼터링하는 경우에는 갈륨의 낮은 녹는점 특성 때문에 타깃 조성보다 갈륨의 농도가 더 높은 갈륨 합금 박막이 형성되는 현상이 최근에 보고되었다 [1]. 본 연구에서는 GeGa 및 GeSbTe 타깃을 스퍼터링한 후의 타깃 표면형상 및 성분의 변화를 조사함으로써 마그네트론 스퍼터링 기술로 갈륨 합금 박막을 형성할 때 타깃 표면에서 발생하는 불균일한 조성 변화 특성을 고찰한다. GeSbTe 타깃에 비해 GeGa 타깃은 횡적으로 구분되는 영역이 뚜렷하고 각 영역에서의 Ge와 Ga의 농도가 최대 25 at%의 차이를 나타낸다. 이러한 국부적인 미세구조와 Ge 및 Ga 농도의 차이를 비교 분석하여 갈륨 합금 타깃 표면에서 발생하는 불균일한 조성 변화 현상의 메커니즘을 설명한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.508-508
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• 2011

스퍼터링을 이용한 박막 증착기술은 다양한 분야에 걸쳐 적용되어 왔으며, 스퍼터링 타겟 사용효율을 향상시키기 위해 마그네트론 구조 최적화 및 이온 소스 적용 스퍼터링 등의 기술이 연구되어 왔다. 또한 인듐과 같은 희토류 금속의 가격이 최근 상승함에 따라 고효율 스퍼터링기술의 필요성은 더욱 증대되었다. 본 연구에서는 고밀도 플라즈마 소스를 적용한 고효율 스퍼터링 공정을 개발하였다. 동공 음극방전에서 생성된 고밀도 플라즈마는 전자석 코일을 통해 형성된 자기장을 따라 스퍼터링 타겟 표면까지 수송되며, 음전위로 대전된 스퍼터링 타겟 표면에서는 가속되어 입사하는 이온에 의한 스퍼터링이 발생한다. 본 스퍼터링 공정 기술의 경우, 기존 마그네트론 스퍼터링 소스에서 나타나는 약 30%의 타겟 사용 효율을 뛰어넘는 약 80% 이상의 타겟 사용률을 보였다. 또한 고밀도 플라즈마 소스에서 공급되는 이온에 의한 스퍼터링 공정을 개발 함에 따라 스퍼터링 방전전압의 독립적 조절이 가능하다. 이에 따라 200 V 이하의 저전압 스퍼터링 공정을 통해 유연성 폴리머 기판 및 유기소자 상 저에너지 이온 증착이 가능하며, 1 kV 이상의 고전압 스퍼터링을 통해 추가적인 기판 전압 인가 없이 박막 치밀화 구현이 가능하다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.41-42
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• 2015

폴리머 기판상 밀착력 향상과 증착되는 금속 박막의 전기적 특성 향상에 대한 연구를 수행하였다. 박막의 밀착력 향상을 위해 선형이온소스를 이용하여 폴리머 기판의 표면에너지 증대를 도모하였다. 폴리머 기판의 표면에너지 제어를 통해 증착된 박막의 밀착력 평가는 테이프 테스팅법을 적용하였고 전처리 전후 밀착력이 향상됨을 확인하였다. 또한 일반적인 마그네트론 스퍼터링의 경우 상온에서 증착되는 금속 박막의 결정성이 낮다는 한계점을 극복하기 위해, 플라즈마 보조 마그네트론 스퍼터링 방법을 적용하여 증착되는 박막의 결정성 향상을 통해 증착된 Cu 박막의 전기적 특성 향상을 얻을 수 있었다. 박막의 결정성 향상을 통해 전기적 특성은 10% 이상 향상됨을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.127-127
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• 2012

비대칭 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다양한 공정조건에서 조성을 변화시키며 Zn-Mg 합금 박막을 합성하였으며, 합성된 박막의 기초특성 분석을 실시하였다. 기존의 마그네트론 스퍼터링 공정으로 낮은 Mg 조성의 Zn-Mg 박막을 합성 할 경우 porous한 박막이 합성 되었다. 본 연구에서는 모든 조성의 Zn-Mg 박막의 치밀화를 위하여 차별화된 박막 합성 기술을 연구하였다. 본 연구에서 개발된 박막 합성 기술을 적용하여 Zn-Mg 박막을 합성 한 결과 3wt.% Mg 타겟을 이용하여도 치밀한 조직의 박막을 합성할 수 있었다. Zn-Mg 박막의 경도는 박막의 Mg 조성이 높을수록 증가하여 최고 403.1Hv를 나타냈다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.230.2-230.2
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• 2014

스퍼터링 공정은 보통 수백 eV로 가속된 이온에 의한 고체 타겟으로부터 입자의 방출로서 정의할 수 있다. 스퍼터된 입자는 열에너지보다 운동에너지가 크며 박막성장은 저에너지의 입자충격, 불활성 가스이온, 타겟부터 산란된 입자에 의하여 지배된다. 본 연구는 직경 2인치의 원형 Cr 타겟을 셔터를 닫고 예비 스퍼터링 할 때 셔터(SUS 304 0.1t)가 전자기력을 받아서 기계적으로 진동하는 현상을 규명하고자 하였다. 셔터의 하단부를 챔버의 중심축에 고정시켜서 타겟과 평행하도록 수 cm 떨어뜨려서 위치한 뒤 직류 마그네트론 플라즈마를 발생시켰을 때 DC power에 따라서 각각 움직임을 동영상촬영을 진행하였고, 셔터의 중심을 실로 매달아서 자유롭게 움직일 수 있도록 한 뒤 플라즈마가 발생했을 때 기계적인 움직임을 중점적으로 관찰했다. 움직임의 차이를 비교하기 위해서 셔터의 크기를 줄여가며 일정한 DC power에서 실험을 진행했고, 자세한 관찰을 위해서 초고속카메라(210 fps)로 짧은 순간의 변화를 비교했다. 실험조건은 5, 10 mTorr, DC power 30, 40, 50, 70, 100 W, Ar 30 sccm, 셔터의 크기 10, 20, 30, 40, 50, 60 mm로 실시했다. 압력이 낮아질수록, 셔터의 크기가 작을수록, DC power가 커질수록 움직임변화가 커졌고, 진동수가 빨라지는 것을 확인했다. F=qE=ma를 통해서 실험에서 촬영한 동영상을 근거로 거리측정을 통해 실험에서 얼마의 전기장이 인가되어 있는지 예측하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제36권3호
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• pp.293-300
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• 1999

고주파 마그네트론 스퍼터법을 이용한 YIG(yttrium iron garnet)박막 제조시 기판유형, 기판온도, 스퍼터전력, 스퍼터가스 등의 증착변수와 증착후 열처리 조건이 YIG 박막의 결정성, 화학조성, 미세구조 그리고 자기적 특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 75$0^{\circ}C$ 이상의 온도에서 수행한 증착후 열처리에 의하여 비정질 박막이 결정화되었으며, 특히 GGG(gadolinium gallium garnet)기판 위에 제조된 박막은 강한 (111)우선배향성을 나타냈다. 박막조성은 스퍼터가스 내의 산소분율에 민감하게 영향을 받았으며, 산소분율이 20%인 스퍼터가스를 사용하여 제조된 박막은 Y2.88Fe3.84O12의 조성을 나타내었다. 증착후 열처리 온도가 90$0^{\circ}C$로부터 110$0^{\circ}C$로 증가함에 따라, GGG 기판위의 박막의 표면거칠기는 2.5nm에서 40nm로 증가하였으며, 보자력과 강자성 공명 선폭은 감소하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.108-108
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• 2016

마그네트론 스퍼터링은 박막의 증착에 널리 사용되는 기술로 음극의 설계가 핵심적이다. 영구 자석과 전자석을 겸용하는 경우도 있고 고주파 코일을 추가하여 2차 플라즈마 발생을 유도하여 공정의 유연성을 한층 높인 방법도 오랫동안 사용되어 왔다. 전자의 자기장 하에서의 운동은 Lorentz force를 적분하여 예측할 수 있으며 가장 중요한 전자 - 중성간의 충돌 과정인 탄성 충돌, 여기 충돌, 이온화 충돌을 고려하면 보다 실질적인 마그네트론 플라즈마의 거동을 이해하고 그 결과를 기반으로 자석 배치를 설계할 수 있다. PIC (particle-in-cell) code를 이용하면 플라즈마 내의 전자기장 효과를 상세히 검증해볼 수 있지만 계산 시간의 부담 때문에 고성능 병렬 컴퓨터를 사용하여야 한다. 그 이유는 하전입자(전자, 이온)의 공간적인 분포에 변화가 발생하면 전위가 영향을 받고 전자의 가속이 발생하는 쉬스(sheath)의 두께가 따라서 변화하기 때문이다. 여기서 계산 시간의 단축을 위한 가정, 즉, 쉬스의 두께가 일정하다는 사실을 적용하면 계산시간을 획기적으로 단축 시킬 수 있으며 병렬 계산의 효율성도 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 원리에 입각한 코드를 개발하고 평판 디스플레이용 사각형 음극에 대해서 적용했던 경험을 바탕으로 원형의 스캔형 마그네트론 음극 구조의 이해와 설계에 적용하고자 코드를 개발하였다.