スパッタリングのプラズマ圧力は通常、0.5 mTorrから100 mTorrの範囲である。
さまざまな用途やセットアップでは、最適な性能を得るためにさまざまな圧力範囲が使用される。
圧力の選択は、スパッタリング速度、コーティングの均一性、スパッタリング粒子のエネルギーに影響する。
低圧（1～15 mTorr）はスパッタされた原子の平均自由行程を向上させ、衝突を減少させる。
より高い圧力 (5-30 mTorr) は、高エネルギー粒子が基板に到達する前に熱化するのを促進する。
これらのダイナミクスを理解することは、望ましい膜特性を実現し、スパッタリングプロセスを最適化する上で極めて重要である。
キーポイントの説明
プラズマ形成と圧力範囲
プラズマは、ある圧力（最大0.1Torr）に達するまで希ガス（通常はアルゴン）を真空チャンバー内に注入することによって形成される。
スパッタリング装置でプラズマを発生させるのに必要な実際のプロセスガス圧力は、10^-2～10^-3 Torrのオーダーである。
スパッタリング速度に対する圧力の影響
スパッタリング速度は、スパッタ収率、ターゲットのモル重量、材料密度、イオン電流密度など、いくつかの要因に依存する。
式（1）はスパッタリングレートを表す：ここで、Mはモル重量、Sはスパッタ収率、jはイオン電流密度、pは材料密度、NAはアボガドロ数、eは電子電荷である。
膜特性に対する圧力の影響
低圧 (1-15 mTorr) では、スパッタされた原子とチャンバー分子との衝突が少なくなるため、ターゲット原子の平均自由行程が大きくなり、より均一な層が堆積する可能性がある。
より高い圧力 (5-30 mTorr) では、高エネルギー粒子の熱化が可能になり、基板に与える運動エネルギーの影響を低減して蒸着膜の均一性と品質を向上させることができる。
実用上の考察と応用
プラズマ圧力の選択は、成膜の物理的特性だけでなく、スパッタリングプロセスの効率と信頼性にも影響する。
た と え ば 、コ ン フ ォ ー マ ル コ ー テ ィ ン グ が 必 要 で 基 板 加 熱 を 最 小 限 に 抑 え る こ と が 重 要 な 場 合 は 、圧 力 が 低 い ほ う が 好 ま し い 。
特定の膜特性を得るために成膜粒子の運動エネルギーをより適切に制御する必要がある場合には、より高い圧力が好まれる。
スパッタリングプロセスにおけるプラズマ圧力の理解と制御は、所望の膜特性を達成し、成膜プロセス全体の効率を最適化するために不可欠である。
選択される具体的な圧力は、アプリケーション、使用される材料、および膜質と性能の面で望まれる結果によって異なります。
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