マグネトロンスパッタリングは、薄膜を成膜するために広く使われている技術であるが、いくつかの制約がある。これらの課題を理解することは、より良い結果を得るためのプロセスの最適化に役立ちます。
マグネトロンスパッタリングの限界とは？(5つの主要課題)
1.高い基板加熱と構造欠陥の増加
アンバランスなマグネトロンスパッタリングは基板温度の上昇を招き、時には250 ̊Cに達することもある。
この温度上昇は、基板上へのイオンボンバードメントの強化によるものである。
イオンの高エネルギーは基板に損傷を与え、構造欠陥の増加につながる。
これらの欠陥は、蒸着膜の完全性と性能に影響を与える可能性がある。
2.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多くの制御パラメータが含まれる。
これらのパラメータは、バランス型マグネトロンを使用するかアンバランス型マグネトロンを使用するかによって変化する。
特定の用途に合わせて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作業である。
この複雑さは、成膜速度、膜質、基板条件などの要素をバランスさせる必要性から生じる。
3.限られたターゲットの利用
マグネトロンスパッタリングのリング磁場は、二次電子をターゲットの周りの円軌道に閉じ込める。
この閉じ込めにより、特定の領域でプラズマ密度が高くなり、ターゲット上にリング状の溝が形成される。
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できなくなる。
このため、ターゲットの利用率は著しく低下し、一般に40％以下となる。
4.プラズマの不安定性
プラズマの不安定性は、マグネトロンスパッタリングプロセスにおける一般的な問題である。
この不安定性は、成膜の均一性と品質に影響を及ぼす可能性がある。
放電電流の変動、磁場の変動、ガス圧力や組成の変化など、さまざまな要因から発生する可能性がある。
5.強磁性材料への挑戦
強い磁性を持つ材料を低温で高速スパッタリングすることは困難である。
タ ー ゲ ッ ト か ら の 磁 束 は 、外 部 磁 場 に よ っ て 容 易 に 増 加 さ せ な い 。
その結果、スパッタリングプロセスの効率が制限される。
プロセス温度を上げずに高い成膜速度を達成することは難しくなります。
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