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プラズマ反応器内の活性フリーラジカル流動解析

Research Project

Project/Area Number 17760133
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

米村 茂  Tohoku University, 流体科学研究所, 准教授 (00282004)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2007: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2006: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsプラズマプロセシング / 非平衡プラズマ / PIC / MCシミュレーション / マグネトロンスパッタリング / 粒子モデリング / プラズマプロセッシング / 衝突断面積 / 数値シミュレーション / 自己バイアス電位
Research Abstract

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.

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Effect of Configuration on Microdischarge Structure in a Narrow Channel2007

    • Author(s)
      L. Tong, S. Yonemura, H. Takana and H. Nishiyama
    • Journal Title

      Physics Letters A 371

      Pages: 140-144

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Particle Modeling of Low Pressure DC Microdischarges in a Narrow Channel2007

    • Author(s)
      L. Tong, S. Yonemura, H. Takana and H. Nishiyama
    • Journal Title

      Full-Papers CD of the 18th International Symposium on Plasma Chemistry

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] DC Self-bias Voltages in Radio Frequency Magnetron Discharges2006

    • Author(s)
      S.Yonemura, K.Nanbu
    • Journal Title

      Thin Solid Films 506-507

      Pages: 517-521

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modelin of Ion-Atom Collisions Considering Resonant Charge Exchange2006

    • Author(s)
      S.Yonemura, S.Oishi, K.Nanbu
    • Journal Title

      Proceedings of Third International Conference on Flow Dynamics

      Pages: 59-60

    • Related Report
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  • [Journal Article] Numerical Determination of Reaction Coefficient of Nitrogen Atoms with Solid Carbon by Using DSMC Method2006

    • Author(s)
      S.Yonemura, K.Nanbu, C.Park, H.Takekida
    • Journal Title

      Technical Program and Abstracts of The 25th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics

      Pages: 199-199

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Determination of Reaction Coefficient of Nitrogen Atoms with Solid Carbon by Implementing DSMC Simulations with Experiments2006

    • Author(s)
      S.Yonemura, K.Nanbu, C.Park, H.Takekida
    • Journal Title

      Proceedings of Third International Conference on Flow Dynamics

      Pages: 39-40

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  • [Journal Article] 共鳴電荷交換を考慮したイオン原子衝突モデリング2006

    • Author(s)
      米村 茂, 大石壮一郎, 南部健一
    • Journal Title

      日本流体力学会年会2006 講演アブストラクト集

      Pages: 300-300

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  • [Journal Article] Self-bias Voltage in RF Magnetron Discharges2006

    • Author(s)
      S.Yonemura, K.Nanbu
    • Journal Title

      Proceedings of the 6th International Conference on Reactive Plasmas and 23rd Symposium on Plasma Processing

      Pages: 253-254

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  • [Journal Article] Numerical Determination of Reaction Coefficient of Nitrogen Atoms with Solid Carbon by using DSMC Method2005

    • Author(s)
      S.Yonemura, K.Nanbu, H.Takekida, C.Park
    • Journal Title

      Proceedings of the Fifth International Symposium on Advanced Fluid Information

      Pages: 55-56

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  • [Journal Article] 高周波マグネトロン放電の自己バイアス(ターゲット電極への電子流入に対する磁場の影響)2005

    • Author(s)
      米村 茂, 南部健一
    • Journal Title

      日本流体力学会年会2005講演論文集

      Pages: 101-101

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  • [Journal Article] グリーン関数による軸対称高周波プラズマの数値解析法2005

    • Author(s)
      南部健一, 永田紘基, 米村 茂
    • Journal Title

      東北大学流体科学研究所報告 16巻

      Pages: 21-30

    • NAID

      40007352536

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  • [Presentation] Numerical Analysis of DC Magnetron Sputtering2007

    • Author(s)
      T. Iwao and S. Yonemura
    • Organizer
      Proceedings of the Seventh International Symposium on Advanced Fluid Information and the Fourth International Symposium on Transdisciplinary Fluid Integration
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      2007-12-15
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  • [Presentation] Particle-in-Cell/Monte Carlo Simulation of DC Magnetron Discharges2007

    • Author(s)
      T. Iwao and S. Yonemura
    • Organizer
      Extended Abstract Book of the Fourth International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      2007-09-27
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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