マグネトロンスパッタリングの限界には、高い基板加熱、イオンボンバードメントによる構造欠陥の増加、特定用途への最適化に時間がかかること、ターゲットの利用率に限界があること、プラズマが不安定であること、強磁性材料の低温での高速スパッタリングの実現が困難であることなどがある。
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基板加熱の増加と構造欠陥の増加:アンバランスマグネトロンスパッタリングは、イオン化効率の向上や成膜速度の高速化といった利点がある一方で、基板温度の上昇（最大250 ̊C）や構造欠陥の増加につながる可能性がある。これは主に、基板へのイオン照射が強化されるためである。イオンのエネルギーが増大すると、基板にダメージを与え、蒸着膜の完全性と性能に影響を与える可能性がある。
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時間のかかる最適化:マグネトロンスパッタリングプロセスには、マグネトロンのタイプ（バランス型またはアンバランス型）によって異なる多数の制御パラメータが含まれる。特定の用途に望ましい膜特性を達成するために、これらのパラメーターを最適化することは、複雑で時間のかかるプロセスです。この複雑さは、蒸着速度、膜質、基板条件などの様々な要因のバランスを取る必要性から生じる。
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限られたターゲット利用:マグネトロンスパッタリングで使用されるリング磁場は、二次電子をターゲットの周囲の円軌道に閉じ込めるため、この領域のプラズマ密度が高くなる。その結果、ターゲットにリング状の溝ができ、そこに最も激しいイオン衝撃が発生する。この溝がターゲットを貫通すると、ターゲット全体が使用不能となり、一般的に40％以下であるターゲットの利用率が著しく低下する。
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プラズマの不安定性:マグネトロンスパッタリングプロセスはプラズマの不安定性に悩まされることがあり、これが成膜の均一性と品質に影響を与える。この不安定性は、放電電流の変動、磁場の変動、ガス圧力や組成の変化など、さまざまな要因によって生じる。
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強磁性材料の課題:強磁性材料の場合、低温での高速スパッタリングは困難である。これは、ターゲットからの磁束を外部磁場で容易に増強できないためである。その結果、スパッタリングプロセスの効率が制限され、プロセス温度を上昇させることなく高い成膜速度を達成することが難しくなる。
このような制限から、マグネトロンスパッタリング技術の継続的な研究開発により、これらの課題に対処し、成膜プロセスの汎用性と性能を向上させる必要性が浮き彫りになっています。
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