スパッタリングは、ターゲット材料から粒子を放出させることで、基板上に薄膜を堆積させるプロセスである。このプロセスの圧力範囲は極めて重要であり、直流（DC）スパッタリングでは通常0.1～1 mTorr、高周波（RF）スパッタリングでは15 mTorr以下の低圧となる。
スパッタリングの圧力範囲を理解する
1.DCスパッタリング圧力
直流スパッタリングでは、圧力は一般に0.1～1 mTorrの間に設定される。この範囲は、スパッタリングプロセスに適した環境を維持するために必要である。ガスイオンはターゲット材料と効果的に衝突して粒子を放出し、基板上に堆積する。これらの圧力では、ガス密度はプラズマを維持するのに十分であるが、放出された粒子の過剰な散乱を引き起こすほど高くはない。これにより、成膜プロセスの効率が維持される。
2.RFスパッタリング圧力
絶縁ターゲット材料に使用されるRFスパッタリングは、さらに低い圧力で作動し、通常は15 mTorr未満である。RFスパッタリングの圧力が低いのは、直流電流の代わりに電波を使用する給電方法によるものである。この方法では、ターゲット材料の粒子とガスイオンの衝突が少なく、粒子が基板に到達する経路がより直接的になる。これは導電性でない材料に特に有益で、RF方式は直接電気的に接触する必要なく、ガスとターゲット材料を効果的にイオン化できる。
3.スパッタリングプロセスへの圧力の影響
スパッタリングチャンバー内の圧力は、スパッタリングプロセスのダイナミクスに大きく影響する。圧力が低いと、スパッタリングガス原子と放出されるターゲット粒子との衝突が少なくなり、より指向性が高くエネルギーに富んだ成膜が可能になる。その結果、密着性が高く欠陥の少ない高品質な膜が得られる。逆に、圧力が高くなると、衝突の回数が増えるため蒸着が拡散し、蒸着膜の均一性や構造的完全性に影響を及ぼす可能性がある。
4.スパッタリングガスの役割
スパッタリングガスの選択も圧力条件に左右される。アルゴンのような不活性ガスが一般的に使用されるが、効率的な運動量移動のためには、その原子量がターゲット材料の原子量と同程度である必要がある。より軽い元素にはネオンが好まれ、より重い元素にはクリプトンやキセノンが使われる。圧力設定は、ガスを効果的にイオン化してターゲットに衝突させつつ、蒸着プロセスを妨害するほど高密度にならないように最適化する必要がある。
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