スパッタリングには、薄膜形成における利点にもかかわらず、いくつかの重大な欠点がある：
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高い設備投資:スパッタリング装置の初期設定にはかなりの費用がかかる。これには、複雑なスパッタリング装置自体のコストと、それをサポートするために必要なインフラストラクチャーが含まれる。例えば、イオンビームスパッタリングには高度な装置が必要で、運転コストも高い。同様に、RFスパッタリングには高価な電源装置と追加のインピーダンス整合回路が必要である。
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材料によっては蒸着率が低い:SiO2のような特定の材料は、スパッタリングプロセスでは比較的低い成膜速度を示す。特に高スループットが要求される産業用途では、これが大きな欠点となる。特にイオンビームスパッタリングは成膜速度が低く、均一な膜厚の大面積膜を成膜するのに適していない。
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材料劣化と不純物導入:一部の材料、特に有機固体は、スパッタリング中のイオン衝撃によって劣化しやすい。さらに、スパッタリングでは、蒸着に比べて基板に多くの不純物が導入される。これは、スパッタリングがあまり真空度の高くない条件下で行われるため、コンタミネーションが発生しやすいためである。
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ターゲットの利用率とプラズマの不安定性:マグネトロンスパッタリングでは、イオン衝撃によってリング状の溝が形成されるため、ターゲットの利用率は一般的に低く、40%を下回ることが多い。この溝がターゲットを貫通すると、廃棄しなければならない。さらに、プラズマの不安定性はマグネトロンスパッタリングにおける一般的な問題であり、成膜プロセスの一貫性と品質に影響を及ぼす。
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膜の成長と均一性を制御することの難しさ:スパッタリングプロセスは、特にタービンブレードのような複雑な構造物において、均一な膜厚を達成するのに苦労することがある。スパッタリングは拡散する性質があるため、原子が蒸着される場所を制御することが難しく、汚染の可能性や正確なレイヤーごとの成長を達成することの難しさにつながります。このことは、スパッタリングと膜を構造化するためのリフトオフ技術を組み合わせようとする場合に特に問題となる。
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エネルギー効率と熱管理:RFスパッタリング中のターゲットへの入射エネルギーの大部分は熱に変換されるため、効果的な熱除去システムが必要となる。これはセットアップを複雑にするだけでなく、プロセス全体のエネルギー効率にも影響します。
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特殊装置の要件:RFスパッタリングのような技術には、浮遊磁場を管理するための強力な永久磁石を備えたスパッタガンなどの特殊な装置が必要であり、これがシステムのコストと複雑さをさらに増大させる。
これらの欠点は、成膜技術としてのスパッタリングに関連する課題を浮き彫りにしており、特にコスト、効率、精度の面で、特定の用途要件に基づいて慎重に検討する必要がある。
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