プラズマ反応器内の活性フリーラジカル流動解析

等离子体反应器中的活性自由基流分析

基本信息

批准号：
17760133
负责人：
米村茂
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体デバイス製造に用いられるプロセスプラズマの粒子シミュレーションのためには,プラズマを構成する電子,イオンなどの荷電粒子や原子,分子,ラジカルなどの中性ガス粒子の間の衝突モデルが必要であるが,衝突断面積などの素過程のデータは決定的に不足している.イオン-原子間衝突は電極付近の強電界で加速されて基板やターゲットに入射するイオンのエネルギーに大きな影響を与えるため基板のエッチングレート,ターゲットのスパッタリングレートを考える上で重要である.また,イオンのエネルギーと運動量を放電ガスに与えるため中性ガス流れを考える上でも重要である.本研究課題では昨年度までに,Ar原子-Arイオン衝突,Ne原子-Neイオン衝突,He原子-Heイオン衝突について,イオンのドリフト速度や拡散係数などのスウォームパラメータが実験結果と一致する良好なモデルを構築した.今年度はこれらのモデルを用いて,直流マグネトロンプラズマの数値シミュレーションを行い,ターゲットエロージョンレートを実験と比較を試みたところ,実験結果と良好に一致した.このことは本モデルと本計算コードの信頼性を確かめ,今後の発展に繋げるために大きな成果であった.しかし,強磁場の場合には,荷電粒子の数密度が非常に高くなり,PIC/MCコードが不安定になった.このことは,プロセスプラズマのPIC/MC法特有の問題であり,PIC/MC法の適用可能範囲を抑制するものである.このことから,今年度の後半では,この問題の解決に力を注ぎ,数値計算法に依存した電子の人工的な振動現象が原因であることを特定した.この成果をプラズマの新しい安定的数値シミュレーション法の開発に生かすことができる.

为了模拟半导体设备制造中使用的工艺等离子体，需要构成血浆的原子，分子和自由基等中性气体颗粒（例如电子和离子）之间的碰撞模型，但是诸如碰撞交叉切片等基本过程的数据是批判性的。由于离子原子碰撞通过电极附近的强电场加速，因此它对底物和靶标的离子能量产生了重大影响，因此考虑底物蚀刻速率和目标溅射速率很重要。此外，由于将离子的能量和动量应用于排放气体，因此考虑中性气体流量也很重要。在本研究主题中，到上一个财政年度，观察到诸如离子漂移速度和扩散系数之类的群体因子原子离子碰撞，NE原子离子碰撞，他在实验上，蜂窝参数，例如离子漂移速度和扩散系数。我们构建了一个与结果相匹配的好模型。今年，我们使用这些模型对DC Magnetron等离子体进行了数值模拟，并将目标侵蚀率与实验进行了比较，并且结果与实验结果很好地匹配。这是确认该模型和该计算代码的可靠性并导致未来发展的巨大成就。但是，在强磁场的情况下，带电颗粒的数量密度变得很高，使PIC/MC代码不稳定。这是PIC/MC方法用于过程等离子体的一个问题，并抑制了适用的PIC/MC方法范围。这就是为什么我们专注于今年下半年解决此问题的原因，并确定依赖于数值计算方法的电子的人工振动现象是原因。该结果可用于为等离子体开发新的稳定数值模拟方法。