RFスパッタは絶縁膜（電気を通さない）が成膜可能な画期的なスパッタリング法です。しかし、原理やメリット、DCスパッタとの違いなどは専門用語が多く理解が難しい場合があります。
そこで今回は、スパッタ装置を製造するメーカー「菅製作所」がRFスパッタについてわかりやすく解説します。専門用語を少なめに、基礎的な部分を説明しますので参考書替わりにご覧ください。
目次
RFスパッタとは？原理の基礎
RF（Radio Frequency）スパッタとは、マグネトロンスパッタの一種です。高周波帯の電源を用いることで、絶縁体のターゲットに対しても成膜が可能になります。
RFスパッタは周波数を持つ交流電源です。ターゲットにかかる電圧はプラスとマイナスが入れ替わる特徴があるため、チャージアップを起こさずに絶縁膜をスパッタできます。
絶縁膜を成膜できるため、半導体産業の心臓部と言われるほど、重要な役割を担う成膜方法です。
RFスパッタのメリット
RFスパッタには以下のメリットがあります。
- SiO2やAl2O3などの絶縁膜を効率よく作製できる
- 基板には絶えずイオンが入射し、イオンアシスト効果が付随している
- 他の方法に比べスパッタリングがやや速い
RFスパッタ最大のメリットは、絶縁膜が作れるという点です。従来のDCスパッタでは二酸化ケイ素や酸化アルミニウムなどの絶縁膜はスパッタできませんでした。RFスパッタはその課題を解決した画期的な方法です。
RFスパッタプロセスのステップ
ここでは、RFスパッタのプロセスを見ていきましょう。RFスパッタはマグネトロンスパッタが主流であるため、RFマグネトロンスパッタの説明をします。
- 内部を真空にする
- ターゲットに電圧を印加する
- 一瞬だけ数Pa～数十PaまでArガスを導入する
- プラズマが発生する（着火するともいう）
- 圧力を0.数Pa程度まで下げる。
（圧力が高いと飛び出したAl粒子がArガス分子の影響で基板まで到達できない） - 電子e-がターゲットにたまりマイナスに帯電する。
- プラズマ内のAr+がマイナスに帯電したターゲットにぶつかりターゲット材料を弾き飛ばす
- 弾き飛ばされたターゲット材料が基板に付着、成膜される
RFスパッタとDCスパッタ技術の比較
| 種類 | 主な用途 | 成膜速度 | 絶縁膜のスパッタ | 電源の種類 |
|---|---|---|---|---|
| RFスパッタ | 絶縁膜をスパッタリング | 遅い | できる | 高周波電源 |
| DCスパッタ | メタル系のスパッタリング | 速い | できない | 直流電源 |
上記のように、RFスパッタは絶縁膜をスパッタリング可能ですが、成膜速度が遅くなります。さらに、RFスパッタの場合ターゲットによってはマッチングユニットという部分を調整する必要があります。
DCスパッタと使い分けることで、より効率的・効果的な結果を得られます。それぞれの特性を理解して使い分けましょう。
RFスパッタ装置の選定ポイント
- マッチングボックス（整合器）とセットになっているか確認する
- 価格を比較する
- 故障時のサポートが充実しているかを確認する
RFスパッタは他のスパッタ装置に比べ高額になりやすい装置です。また、DCスパッタと異なり、電源に加えマッチングボックスが必要になる点にも注意しましょう。
さらに、RFスパッタはスパッタ装置の中でも複雑な構造をしています。故障した際のアフターサービスをどこまで行ってくれるかを事前に確認しておきましょう。
また、スパッタ装置全体に共通して言える選定ポイントについては、以下の記事で解説しています。あわせてご覧ください。
まとめ
RFスパッタは高周波の交流電源を使用したスパッタリング法の一種です。主にマグネトロンスパッタで行われ、成膜速度は遅めなものの絶縁膜を成膜可能な特徴を持ちます。
DCスパッタと比較するとマッチングボックスが必要で、高価になることが多いため、研究目的に合わせての選択が重要です。
菅製作所ではスパッタリングだけでなく、各種成膜方法についてわかりやすく解説しています。他の成膜方法に関心をお持ちの方はぜひご覧ください。
参考サイト
https://www.shinkuu.co.jp/rf-sputtering/
https://www.ulvac.co.jp/wiki/process_g_keyword_rf/
https://www.shinkuu.co.jp/the-principle-of-magnetron-sputtering/
https://www.osakac.ac.jp/labs/matsuura/japanese/lecture/semicondic/ka/ka013_3.pdf
https://www.geomatec.co.jp/column/sputtering.html
https://www.vpi2004.com/ja/whatisrfanddcsputteringcoating
https://www.ulvac.co.jp/wiki/process_g_keyword_sp/
https://electricrf.net/archives/1641
https://www.vpi2004.com/ja/whatisrfanddcsputteringcoating
参考書籍
- 絵とき薄膜基礎のきそ
- はじめての薄膜作製技術
