スパッタリングは薄膜形成の一般的な方法だが、いくつかの重大な欠点がある。
スパッタリングの7つの欠点とは？
1.高額な設備投資
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も含まれる。
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にも費用がかかる。
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ある。
運転コストも高い。
同様に、RFスパッタリングでは、高価な電源と追加のインピーダンス整合回路が必要となる。
2.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蒸着率を示す。
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、成膜速度の低さに悩まされている。
大面積で均一な膜厚の成膜には適さない。
3.材料の劣化と不純物の導入
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、スパッタリングは蒸着と比較して、基板に多くの不純物を導入する。
これは、スパッタリングがより低い真空範囲で作動するためで、コンタミネーションにつながる可能性がある。
4.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、イオンボンバードメント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でよく見られる問題である。
これは成膜プロセスの一貫性と品質に影響する。
5.成膜と均一性の制御の難しさ
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い。
そのため、汚染の可能性があり、正確なレイヤー・バイ・レイヤー成長を達成することが難しくなります。
これは、スパッタリングとリフトオフ技術を組み合わせて膜を構造化しようとする場合に特に問題となる。
6.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。
このため、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する。
7.特殊な装置要件
RFスパッタリングのような技術には、特殊な装置が必要である。
例えば、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である。
これは、システムのコストと複雑さをさらに増大させる。
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