RfスパッタリングとDcスパッタリングとは？主な違い、用途、利点

スパッタリングは、固体ターゲット材料から原子を放出させ、基板上に堆積させる、広く使用されている薄膜堆積技術である。様々なスパッタリング法の中でも、RF（高周波）スパッタリングとDC（直流）スパッタリングは2つの著名な技術である。RFスパッタリングは、通常13.56 MHzの交流（AC）電源を使用し、極性を交互に変えてターゲットへの電荷蓄積を防ぐため、導電性材料と非導電性材料の両方に適している。一方、DCスパッタリングは直流電源を使用し、その簡便さと高い成膜速度から主に導電性材料に使用される。どちらの方法もプラズマを発生させてガス原子をイオン化し、ターゲット材料と衝突させて原子を放出させ、基板上に堆積させる。RFスパッタリングとDCスパッタリングのどちらを選択するかは、材料の特性、希望する成膜速度、およびアプリケーションの要件によって決まる。

キーポイントの説明

スパッタリングの基本原理:
- スパッタリングは物理的気相成長（PVD）技術の一つで、プラズマ中の高エネルギーイオンによる爆撃によってターゲット材料から原子が放出される。
- 放出された原子は真空中を移動し、基板上に堆積して薄膜を形成する。
- スパッタリングは、光学、電子工学、表面工学などの用途でコーティングの作成に使用される。
DCスパッタリング:
- 電源:直流（DC）電源を使用。
- 材料適合性:純金属や合金のような導電性材料に最適。
- プロセス:プラスに帯電したガスイオンがマイナスに帯電したターゲットに向かって加速され、ターゲット原子が基板上に堆積する。
- 利点:
  - 高い蒸着速度。
  - 大型基板に対応するコスト効率。
  - シンプルで、メタリックコーティングに広く使用されている。
- 制限事項:ターゲットに電荷が蓄積するため、非導電性材料には使用できません。
RFスパッタリング:
- 電源:通常13.56MHzの交流（AC）電源を使用。
- 素材適合性:導電性、非導電性(誘電性)どちらの素材にも適しています。
- プロセス:各ハーフサイクルで極性を交互に変え、ターゲット表面のプラスイオンを中和し、電荷の蓄積を防ぐ。
- 利点:
  - 酸化物やセラミックのような絶縁材料を析出させることができる。
  - アーク放電とターゲット被毒を防止します。
- 制限事項:
  - DCスパッタリングに比べて成膜速度が低い。
  - RF電源のため、より高価で複雑。
RFスパッタリングとDCスパッタリングの比較:
- 蒸着率:DCスパッタリングは成膜速度が速く、大規模なアプリケーションに適しています。
- 材料適合性:DCスパッタリングは導電性ターゲットに限定されるのに対し、RFスパッタリングは導電性材料と非導電性材料の両方に対応できるため、汎用性が高い。
- コスト:DCスパッタリングは、装置がシンプルで成膜速度が速いため、コスト効率が高い。
- 応用例:DCスパッタリングは一般的に金属コーティングに使用され、RFスパッタリングは誘電体や絶縁膜に好んで使用される。
RFスパッタリングとDCスパッタリングの用途:
- DCスパッタリング:
  - 半導体産業で金属層の蒸着に使用される。
  - ミラーや光学機器の反射膜の製造に使用される。
- RFスパッタリング:
  - 二酸化ケイ素や酸化アルミニウムのような誘電体材料の蒸着に最適。
  - 薄膜トランジスタ、太陽電池、センサーの製造に使用される。
高度なスパッタリング技術:
- マグネトロンスパッタリング:磁場を利用して電子をターゲット近傍に閉じ込め、イオン化と成膜速度を高めることにより、スパッタリング効率を向上させる。
- ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリング（HIPIMS）:短い高出力パルスを使用して高密度プラズマを実現し、膜質と密着性を向上させる。

RFスパッタリングとDCスパッタリングの違いと用途を理解することで、装置や消耗品の購入者は、材料の種類、成膜速度、予算の制約など、プロジェクトの具体的な要件に基づいて、十分な情報に基づいた決定を下すことができる。

総括表：

アスペクト	RFスパッタリング	DCスパッタリング
電源	AC電源（13.56 MHz）	DC電源
材料の適合性	導電性および非導電性（誘電性）材料	導電性材料のみ
蒸着速度	より低い	高い
コスト	複雑なRF電源のため割高	費用対効果が高く、よりシンプルな装置
用途	誘電体膜（酸化物、セラミックスなど）、薄膜トランジスタ、太陽電池	金属膜、半導体層、反射膜