LG POLYMER JOURNAL | 2014 WINTER. 9

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ABS소재개발팀이수경 lsklg@lgchem.com

특 .집 .기 .사 .?

우리일상에서‘증착’이이용된제품을찾는것은어렵

지않다. 금속이아니면서은빛을내는알루미늄포장지

와 램프 하우징(lamp housing)을 비롯하여 반도체,

OLED는모두금속을증착한제품이다.

증착(deposition)이란 기체 상태의 금속 입자를 금속,

플라스틱과같은물체표면에수마이크로미터의얇은고

체막을입히는방법이다. 물체의표면에금속막을씌우

는점에서도금(plating)에포함된다고볼수도있으나일

반적으로우리가말하는도금과차이점은물체표면으로

이동하는금속원의상태이다. 일반적인도금공정이금속

원이녹아있는전해질과같은용액에물체를담아금속

막을입히는것과달리증착은기체화된금속원으로박막

을만든다. 따라서도금공정과달리유해한화학물질의

사용, 폐유기물의처리등이없는장점이있다.

그렇다면우리는왜금속이아닌물질에금속막을입히

려고하는것일까? 그중하나는아마도금속만이지니는

뛰어난특성을플라스틱에구현하기위함일것이다. 금속

은전기전도성, 광택이우수하지만비싼가격, 무거운무

게때문에다른물질에금속의특성을부여하려노력하고

있다. 그예로자동차램프는가벼운플라스틱에알루미

늄을증착하여높은반사율과경량성을동시에만족시킬

수있다.

본지면에서는대표적인증착기술의원리및특징을소

개하여올바른증착방법의선택에도움이되고자한다.

증착기술소개

[ 그림 1 | 다양한증착제품 ]

01 증착의 종류

증착은금속증기를만드는원리에따라화학적기상증

착(Chemical Vapor Deposition, CVD)과 물리적 기상

증착(Physical Vapor Deposition, PVD)으로나뉜다. 화

학적 기상 증착은 공정압력과 주입원의 상태, 에너지원

등에따라나뉘고물리적기상증착은금속증기의형성

방법에따른구분방법이있다.(표 1) 또한화학적기상증

착과물리적기상증착의장단점을표 2에간단하게정리

하였다.

표 1에서보는바와같이분류방법에따라다양한증착

기술이존재하며증착기술을정확히이해하고접근하여

야 균일한 증착 표면을 구현하고 표면 불량률을 감소할

수있을것이다.

따라서이제부터증착방법의분류에따른증착기술의

원리및특징을소개하고자한다.

좴화학적기상증착 (CVD) 좵

화학적기상증착은기체상태의금속원과그와반응을

하는가스에열을가해주거나플라즈마화하여높은반응

성의라디칼을형성하고높은온도의기판에서화학반응

을일으켜금속박막을형성하는방법이다. 화학적기상

증착은반도체생산공정과같은고순도박막형성에주

로사용되고있다.

위의반응식은기체상태의실리콘으로실리콘다이옥사

이드(SiO2) 고체를형성하는예를보여준다. 기체상태인

금속원(SiH4)과 산소를 반응하여 부반응물 수소기체(H2)

는내보내고기판에는고체표면(SiO2)을형성한다.

그림 2는화학적기상증착의반응과정을간략하게나

타낸것으로반응물질이확산하여 (a)표면흡착한다음 (b)

표면에서화학반응을일으키고 (c)부반응물이표면으로부

터탈착(d)하여확산되어제거되는과정(e)를보여준다.

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[ 표 2 | 증착방법의장단점 ]

장점 단점

상압공정가능 높은반응온도

화학적 고순도/고정밀박막형성 다양한반응변수

기상증착 선택적증착 유해물질사용

우수한 step coverage 복잡한장치

고진공

물리적 낮은반응온도 단순한표면

기상증착 다양한물질 낮은증착밀도

낮은 step coverage

[ 표 1 | 증착방법의분류 ]

SiH4(기체) + O2(기체) →SiO2(고체) + 2H2↑(기체)

특 .집 .기 .사 .?

상압CVD(APCVD)

저압 CVD(LPCVD)

초고진공 CVD(UHCVD)

AerosolCVD

liquidCVD

Metalorganic CVD

PlasmaDVD

주입상태공정압력 열진공법

스퍼터링법

전자빔법

증착

PVDCVD

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증착기술소개

화학적기상증착법은공정압력, 주입시금속원의상태

등에따라나뉠수있으며대표적인방법을소개하겠다.

상압 화학적 증착 (Atmospheric Pressure CVD,

APCVD)

상압화학적증착은대기압에서증착이이루어진다. 상

온또는고온에서모두가능하며증착속도는빠르나표

면균일성은다소떨어지고이물오염, 핀홀과같은불량

발생의문제가있다.

저압화학적증착 (Low Pressure CVD, LPCVD)

저압화학적증착은대기압의 100~1000분의 1의낮은

압력에서반응하기때문에가스농도가높아야하며압력

이낮으므로불량이적다. 증착속도는상대적으로느리

지만균일한표면증착이가능하다.

플라즈마 화학적 증착 (Plasma Enhanced CVD,

PECVD)

플라즈마의원리를이용하는증착법으로부분적인이온

상태를띄는플라즈마상태의이동기체가증착에필요한

에너지를제공한다. 높은에너지의플라즈마가중성상태

의 기체 분자를 분해하고 분해된 기체 분자가 반응하여

박막을형성한다. 플라즈마를이용하기때문에기판의온

도를 낮게 유지, 빠르고 균일한 증착이 가능하고 SiO2,

tetraethyloxysilane(TEOS) 등다양한금속박막을형성

할수있다.

유기금속기상증착법 (Metal-organic CVD, MOCVD)

분해온도가낮은금속유기화합물을이용하여낮은온

도에서박막을형성시키는방법이다. 금속유기화합물의

유량및반응기의온도와압력을조절하여박막의두께를

원자단위로조절가능하며복잡한multilayer를가진반

도체에응용된다. 주로트리메틸갈륨등의유기금속화합

물을이용한다.

좴물리적기상증착 (PVD) 좵

원하는금속물질에가해진에너지가운동에너지로변

하여물질이이동, 기판에쌓여박막을형성하는방법이

다. 물리적기상증착면은수나노미터에서수천나노미

[ 그림 2 | CVD 반응과정 ]

[ 그림 3 | 상압 CVD 모식도 ]

터의두께를가지며기판크기에구애받지않고증착가

능하다. 물리적기상증착은기체생성방법에따라열증

발진공증착, 스퍼터링법및이온보조방법으로나뉜다.

열증발진공증착 (Thermal evaporation deposition)

가장 일반적인 물리적 기상 증착법으로 진공상태에서

높은 열을 금속원에 가해 기화한 다음 상대적으로 낮은

온도의기판에박막을형성하는것으로고체가승화된다

음기판에서고화되는것으로쉽게생각할수있다. 생성

된기체입자는오직직선운동을하므로기판을놓는위

치가중요하다. 또한, 처음가해준열에너지가금속기체

를이동시키는유일한에너지원이므로이동중에불순물

을만나면쉽게그에너지를잃어다른곳에증착이될수

있으므로 높은 고진공 상태를 필요로 한다. 일반적으로

10-5~10-9 범위의고진공상태를요구한다. 주로용융

점이낮은Al, Au, Cu의증착에적합하고금속원의증발

속도는 금속의 증기압에 비례한다. 또한 전류량 조절로

증착속도를변화시킬수있고추가적으로가하는에너지

가없으므로증착밀도가떨어지며균일성이낮은단점이

있다. 열증발진공증착은거울같은반사면이필요한자

동차리어램프하우징, 포장지등에응용된다.

스퍼터링증착 (Sputtering deposition)

스퍼터링이란이온화된원자가가속화되어물질에충돌

할 때 물질 표면의 결합에너지보다 충돌에너지가 더 클

경우표면으로부터원자가튀어나오는현상을말한다. 스

퍼터링증착은이원리를이용하여진공상태에서이온화

된입자를금속원에충돌시켜튀어나온원자를기판에증

착하는방법이다. 금속원과증착면의거리는열증발진공

증착보다가깝다. 스퍼터링증착은ZnO2, TiO2와같은산

화금속의증착에사용되며반도체, CD나DVD에사용된

다.

이온빔보조증착 (Ion-beam assisted deposition)

고진공에서스퍼터링과같은물리적증착시높은에너

지의이온빔을표면에조사하여증착원의이동도를증가

시켜주는방법이다. 온도, 이온빔의에너지조절을할수

있지만장치가비싼단점이있다. 금속을비롯한세라믹

특 .집 .기 .사 .?

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[ 그림 4 | PVD 모식도 ]

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증착기술소개

물질의박막형성이가능하며표면과접착력이뛰어나다.

02 결론

플라스틱제품의미려한외관, 반사특성등을향상하기

위한증착방법은증발원의형성방법에따라화학적기상

증착및물리적기상증착으로구분할수있다. 다양한증

착방법중금속의종류, 기판의사용가능한온도범위,

기판구조의복잡함에따라적절히선택한다면증착품질

개선및효과적인증착공정이가능할것이다.

● 참 .고 .문 .헌

- Chemical Vapor Deposition Jong-Hee Park, T. S.Sudarshan (2001)

- Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD)Processing, Donald M. Mattox (2010)

- Handbook of Chemical Vapor Deposition, H. O. Pierson(1992)

- 개날연블로그 (http://marriott.tistory.com/)

[ 그림 5 | 열증발진공증착기 ]