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.

对于半导体器件制造中使用的工艺等离子体的粒子模拟，需要电子和离子等带电粒子与构成等离子体的原子、分子和自由基等中性气体粒子之间的碰撞模型，但数据严重缺乏。离子与原子的碰撞会被电极附近的强电场加速，并对进入基底或目标的离子的能量产生很大的影响。当考虑基材的蚀刻速率和靶材的溅射速率以达到所需效果时，这一点很重要。当考虑中性气体的流动以便将离子的能量和动量传递给放电时，这一点也很重要此外，还通过实验确定了Ar原子-Ar离子碰撞、Ne原子-Ne离子碰撞和He原子-He离子碰撞的离子漂移速度和扩散系数等群参数。今年，我们利用这些模型对直流磁控等离子体进行了数值模拟，并将靶材腐蚀速率与实验进行了比较，发现与实验结果吻合良好，这是证实该模型和计算代码可靠性的重大成果。但在强磁场的情况下，带电粒子的数密度会变得极高。 PIC/MC代码变得不稳定，这是PIC/MC方法在处理等离子体时特有的问题，限制了PIC/MC方法的适用范围。下半年，我们重点解决了这个问题，并确定了这一点。原因是依赖于数值计算方法的电子振荡现象。我们将利用这一结果开发一种新的稳定等离子体数值模拟方法。