⚙️ Sputter PVD

⚙️ 1️⃣ Sputter PVD에서 DC를 사용하는 이유

Sputtering은 타깃(Target) 에 전압을 걸어,
Ar⁺ 이온으로 타깃 표면을 때려서 금속 원자를 증착하는 방식입니다.

• DC 전원 (Direct Current) 은 전도성 타깃(금속) 에 사용합니다.
• RF 전원 (Radio Frequency) 은 절연성 타깃(예: SiO₂) 에 사용합니다.

즉,
DC Sputtering = 금속 타깃 전용 방식이며
음극(Target)과 양극(Chamber wall 또는 Anode) 사이에 일정 전압을 걸어 플라즈마를 유지합니다.

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⚡️ 2️⃣ 그럼 아킹(Arcing)이란?

아킹(Arc discharge)이란
기체 방전(plasma) 중에 국소적인 전기적 단락(Spark) 이 발생하는 현상입니다.
쉽게 말해 “플라즈마 방전이 폭발적으로 집중되는 현상”입니다.

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⚡️ 3️⃣ 아킹이 발생하는 원인

구분원인 설명

1. 절연물의 표면 충전	타깃 위에 산화물이나 오염층이 쌓이면, 그 부분이 절연되어 전하가 축적 → 방전 발생
2. 플라즈마 불균일성	플라즈마가 한쪽에 집중되어 순간적인 고전류 통로 형성
3. 타깃 소모 비균일 (race track)	타깃의 일부가 과열/비산 → 국부 전기장 증가
4. 공정가스 압력 변화	Ar 압력이 너무 낮거나 불안정 → 플라즈마 유지 불안정 → 순간 방전
5. 금속 파티클/잔류입자	타깃 표면 또는 Shield에 붙은 파티클이 국소 전계 집중 유발

결국 요약하자면

“절연층 + 전하 축적 + 국소 전계 집중” → 아크 발생

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🔥 4️⃣ 아킹이 발생하면 생기는 문제

영향설명

1. 파티클 생성	아크 발생 시 타깃 물질이 폭발적으로 비산 → 웨이퍼 오염
2. 필름 비균일	순간적인 플라즈마 붕괴 → 증착 중단/비균일 발생
3. 장비 손상	전원 과전류 → Power supply trip, Match network 손상
4. 수율 저하	Defect, particle contamination으로 불량 웨이퍼 증가

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⚙️ 5️⃣ 아킹 방지 및 제어 기술

방법설명

1. Pulsed DC Power	DC를 단순 연속이 아니라 수십 kHz의 펄스로 만들어 아크 전하를 방전시킴 (특히 Reactive Sputtering에서 필수)
2. Target Conditioning	공정 전 Ar plasma pre-sputter로 타깃 표면 오염층 제거
3. Gas Flow Stabilization	Ar 유량/압력을 안정시켜 플라즈마 균일화
4. Magnetic field tuning	타깃 위 자기장 균일화로 국소 전계 집중 완화
5. Arc Suppression 회로	Power supply 내부에서 arc 감지 → 전류 순간 차단 후 재시작 기능
6. Chamber cleaning	잔류 파티클, 산화층 제거로 표면 절연 방지

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🧩 6️⃣ 아킹 검출 시 장비의 동작 (예: 반도체용 PVD)

단계장비 동작

아크 감지 (전류 spike)	전원장치가 수 μs 단위로 검출
Arc suppression 동작	전류를 순간 차단(수 μs~ms)
재점화 (reignite)	전류 복구 후 plasma 재형성
반복 발생 시	Power trip 또는 Alarm 발생, 장비 idle

즉, 장비는 “아크가 뜨는 순간 전원을 순간적으로 끊고 다시 붙이는” 방식으로 보호합니다.

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🧠 7️⃣ 정리

항목설명

DC Sputter 사용 이유	금속 타깃에 효율적, 안정된 플라즈마 유지
아킹 정의	플라즈마 내 국소적 스파크/방전
주요 원인	타깃 산화층, 오염, 플라즈마 불균일, 파티클
영향	파티클 증가, 필름 불량, 전원 손상
방지법	Pulsed DC, 안정된 가스 유량, 타깃 컨디셔닝, Arc suppression 회로