スパッタリングは、広く用いられている薄膜堆積技術である。
しかし、スパッタリングには、その効率、費用対効果、さまざまな用途への適用性に影響を及ぼすいくつかの重大な欠点がある。
これらの欠点には、資本費用が高いこと、特定の材料の成膜速度が比較的低いこと、イオン衝撃による一部の材料の劣化、蒸着法に比べて基板に不純物が混入しやすいことなどがある。
さらに、スパッタリングは、リフトオフプロセスとの組み合わせ、レイヤーごとの成長の制御、高い生産収率と製品の耐久性の維持といった課題にも直面している。
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は、その複雑なセットアップとメンテナンスの必要性から、多額の初期投資を必要とする。
資本コストは他の成膜技術に比べて高い。
材料費、エネルギー費、メンテナンス費、減価償却費を含む製造コストも相当なものである。
これらは、化学気相成長法（CVD）のような他の成膜法を上回ることが多い。
2.特定の材料に対する低い蒸着率
SiO2などの一部の材料は、スパッタリング中の蒸着速度が比較的低い。
この低成膜速度は製造工程を長引かせる。
これは生産性に影響し、操業コストを増加させる。
3.イオン衝撃による材料の劣化
特定の材料、特に有機固体は、イオンの影響によりスパッタリングプロセス中に劣化しやすい。
この劣化は材料特性を変化させ、最終製品の品質を低下させる。
4.不純物の混入
スパッタリングは、蒸着法に比べて真空度が低い。
このため、基板に不純物が混入する可能性が高くなる。
これは成膜の純度や性能に影響を及ぼし、欠陥や機能低下につながる可能性がある。
5.リフトオフ・プロセスとレイヤー・バイ・レイヤー成長制御の課題
スパッタリングの特徴である拡散輸送により、原子の行き先を完全に制限することは困難である。
このため、膜を構造化するためのリフトオフ・プロセスとの統合が複雑になる。
コンタミネーションの問題につながることもある。
さらに、スパッタリングでは、パルスレーザー堆積法などと比較して、レイヤーごとの成長に対する能動的な制御がより困難である。
これは成膜の精度と品質に影響する。
6.生産歩留まりと製品の耐久性
成膜層数が増えるにつれて、生産歩留まりは低下する傾向にある。
これは製造工程全体の効率に影響する。
さらに、スパッタリングされたコーティング膜は軟らかいことが多く、取り扱いや加工中に損傷を受けやすい。
そのため、劣化を防ぐために慎重な梱包と取り扱いが必要となる。
7.マグネトロンスパッタリング特有の欠点
マグネトロンスパッタリングでは、リング状の磁場を使用するため、プラズマの分布が不均一になる。
その結果、ターゲットにリング状の溝ができ、利用率が40%以下に低下する。
この不均一性はプラズマの不安定性にもつながる。
このため、強磁性材料の低温での高速スパッタリングが制限される。
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