粒子シミュレーションによる反応性プラズマダイナミクスの解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11680484
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 浜口 智志 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (60301826)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若谷 誠宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00109357)
• Keywords: プラズマプロセス / PIC-MCC / RF放電 / 粒子シミュレーション / 2周波放電 / 容量結合型放電

Research Abstract

反応性プラズマを用いた薄膜形成・表面加工技術(プラズマプロセス)は、半導体から液晶ディスプレイにいたる最先端エレクトロニクスを支える基盤技術である。本研究ではセル内粒子法(Particle-in-cell)とモンテカルロ衝突(MCC)法に基づいた粒子シミュレーションを用いて、半導体製造過程などで用いられるプラズマプロセス装置のプラズマダイナミックスを解明すること目的としている。平成12年度の研究は、平成11年度に引き続き、2次元円筒対象容量結合型RFプラズマシステムのPIC/MCCシミュレーションを行ったが、本年度より新たに、2周波容量結合型放電のシミュレーションをアルゴン放電においておこない、また、プロセス装置の外部回路の導入により、より現実的な条件でシミュレーションがおこなえるようにした。また、イオンの加速解法等を導入してコードの高速化を実現した。2周波容量結合型放電では、プラズマ生成を高周波電源(我々の計算では27MHz)につないだ電極側でおこない、もう一方の低周波電源につないだ電極側にプロセスをおこなうウエハーを設置してバイアス電圧を加えることで、プラズマ生成と基板に対するイオンフラックスを独立に制御できるようにしてある。本シミュレーションでは、1周波容量結合型放電の時と同様に、中性ガスの圧力が低くなるにつれて、電子温度の加熱機構が、オーム加熱から非衝突加熱機構にうつり、アルゴンガスの弾性衝突断面積におけるラムザウア極小値の存在により、電子のエネルギー分布が二重Maxwell分布を示すことが観測された。また、シミュレーション結果の密度やイオン化率の半径方向の分布を調べることにより、プロセスの一様性に関して、ウエハー設置側の電極の端の効果の大きさを様々な放電条件の下で調べることができるようになった。