RF（高周波）スパッタリングとDC（直流）スパッタリングの主な違いは、電源とガスをイオン化してターゲット材料をスパッタリングする方法にある。RFスパッタリングでは、極性を交互に変えるAC（交流）電源を使用するため、ターゲットに電荷を蓄積させることなく非導電性材料をスパッタリングするのに適している。これとは対照的に、DCスパッタリングではDC電源を使用する。DC電源は導電性材料に適しているが、非導電性ターゲットに電荷が蓄積し、スパッタリングプロセスの妨げになる可能性がある。
1.電源と圧力要件：
- DCスパッタリング： 通常2,000～5,000ボルトの直流電源を使用。100mTorr前後の高いチャンバー圧力で作動するため、荷電プラズマ粒子とターゲット材料との衝突が多くなる。
- RFスパッタリング： 周波数13.56 MHzの交流電源を利用し、1,012ボルト以上を必要とする。ガスプラズマを15mTorr以下と大幅に低い圧力に維持できるため、衝突の回数が減り、スパッタリングにより直接的な経路を提供できる。
2.ターゲット材料の適合性
- DCスパッタリング： 電子砲撃を利用してガスプラズマを直接イオン化するため、導電性材料に最適。ただし、非導電性ターゲットに電荷が蓄積することがあり、この電荷がさらなるイオンボンバードメントをはじき、スパッタリングプロセスを停止させることがある。
- RFスパッタリング： 導電性材料と非導電性材料の両方に有効。交流電流により、正の半サイクルの間にターゲット表面に集められた正イオンを中和し、負の半サイクルの間にターゲット原子をスパッタリングすることで、ターゲットへの電荷蓄積を防ぐ。
3.スパッタリングのメカニズム
- DCスパッタリング： ターゲットが非導電性である場合、アーク放電が発生し、スパッタリングプロセスが停止することがある。
- RFスパッタリング： 運動エネルギーを利用して気体原子から電子を除去し、電荷蓄積のリスクなしに導電性・非導電性ターゲットを効果的にスパッタリングできるプラズマを形成する。
4.周波数と放電：
- RFスパッタリング： スパッタリング中にターゲットを効果的に放電させるためには、1MHz以上の周波数が必要であり、これは非導電性材料のスパッタリングプロセスを維持するために極めて重要である。
- DCスパッタリング： 放電に高い周波数を必要としないため、電源要件はシンプルだが、ターゲット材質の違いによる汎用性は低い。
まとめると、RFスパッタリングはより汎用性が高く、電荷の蓄積を防ぎ、低圧で動作できるため、非導電性材料を含むより幅広い材料に対応できる。DCスパッタリングは、導電性材料に対してはよりシンプルでコスト効率が高いが、非導電性ターゲットへの適用には限界がある。
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