スパッタリングにおける出力の影響は、衝突粒子のエネルギーに直接影響するため重要である。これはひいては、スパッタリングの歩留まりや蒸着膜の特性に影響する。
スパッタリングにおける出力の影響とは？考慮すべき5つのキーファクター
1.スパッタリング収率への影響
スパッタリング中に印加される電力、特に使用される電圧と周波数（DCかRFか）は、衝突粒子のエネルギーに直接影響する。
スパッタリングが発生するエネルギー範囲（10～5000 eV）では、スパッタリング収率は粒子の質量とエネルギーとともに増加する。
つまり、出力（ひいてはイオンのエネルギー）が増加するにつれて、入射イオン1個当たりにより多くの原子がターゲットから放出され、成膜速度が向上する。
2.膜の特性
粒子のエネルギーは、蒸着膜の特性にも影響します。
エネルギーが高い粒子は、ターゲット材料により深く浸透することができるため、混合が良くなり、より均一で緻密な膜が得られる可能性があります。
これにより、膜の機械的・電気的特性が向上する。
しかし、エネルギーが高すぎると、過剰な加熱や、基板やターゲット材料へのダメージを引き起こし、膜質を劣化させる可能性がある。
3.基板加熱とサイドウォールカバレッジ
スパッタされた原子の運動エネルギーは、成膜中に基板の加熱を引き起こす。
この加熱は、基材への膜の密着性を向上させるために有益な場合もあるが、基材の熱的バジェットを超えると有害な場合もある。
さらに、スパッタリングにおけるプラズマの非正規な性質は、基材上のフィーチャーの側壁のコーティングにつながり、これはコンフォーマルコーティングには有利であるが、リフトオフプロセスを複雑にする可能性がある。
4.優先スパッタリングと材料組成
多成分ターゲットでは、異なる成分間でエネルギー移動の効率が異なることがある。
高出力になると、当初はある成分が他の成分よりも優先的にスパッタリングされ、ターゲットの表面組成が変化する可能性がある。
しかし、長時間のボンバードにより、表面はスパッタされにくい成分で濃縮され、元の組成に戻る可能性がある。
5.スパッタリングの閾値エネルギー
スパッタリングには最低エネルギー閾値があり、通常10eVから100eVの 範囲で、それ以下ではスパッタリングが起こらない。
電力を増加させることで、ボンバード粒子のエネルギーがこの閾値を確実に上回り、スパッタリングプロセスが促進される。
まとめると、スパッタリングにおけるパワーは、スパッタリングプロセスの効率、堆積膜の特性、ターゲットと基材双方の完全性に影響する重要なパラメーターである。
特定の用途や材料に合わせてスパッタリングプロセスを最適化するには、電力レベルのバランスをとることが極めて重要である。
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