高圧環境下のスパッタリング製膜過程におけるシミュレーションモデルの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750030
• Research Institution: Seikei University
• Principal Investigator: 中野 武雄 成蹊大学, 工学部, 助手 (40237342)
• Keywords: スパッタリング / 粒子輸送 / モンテカルロ・シミュレーション / 気体分子運動論

Research Abstract

スパッタリング製膜法における粒子の輸送過程を、モンテカルロ法によってシミュレートする計算プログラムを開発した。ターゲットからスパッタされた粒子はガス分子との衝突によって減速するが、高圧力下では衝突が数多く起こり、スパッタ粒子に対するガス分子の運動が無視できなくなる。そこでスパッタ粒子と衝突するガス分子の速度分布を気体分子運動論から導き、シミュレーションに組み入れた。
粒子が減速した後(熱中性化後)の輸送を連続体(流体)近似によって取り扱う手法も開発した。これはターゲットから放出されたスパッタ粒子の衝突散乱過程を従来のモデルで取り扱い、各粒子が充分に減速された点を拡散方程式における湧き出しと対応づけて、壁面への粒子フラックスを計算するものである。これにより、高圧下でのスパッタ粒子の輸送現象を計算時間上効率良く取り扱うことが可能になった。
さらに粒子減速後の輸送過程を正確に取り扱うことができる本手法の特徴を生かし、ターゲットからスパッタされた粒子の空間密度をシミュレーションによって求める手法も開発した。実際に得られた粒子密度の圧力依存性は、従来の報告例とほぼ同じオーダーとなり、スパッタガス圧力の上昇とともに密度も上昇するという、矛盾のない結果が得られた。
シミュレーションプログラムはhttp://surf.ap.seikei.ac.jp/HISPUT/にて公開している。
開発したプログラムと実験とを比較するため、空間対称性の良い円筒形のスパッタリングチャンバーを新たに設計・製作した。紫外光領域まで透過する大面積の石英窓を取りつけ、円筒対称のプラズマ内部からの発光分布が評価できるようにした。Cu/Arの系に対してプラズマ発光分光測定を行い、基底準位を含む遷移からの発光を利用してCu粒子の空間密度を定量評価した。得られた値はシミュレーションの結果とも良好に一致した。

Research Products

• [Publications] T.Nakano and S.Baba: "Pleasure dependence of optical Gmission from DC magnetron spattering plasma observed with spatial resolution"Vacuum. vol.59. 581-585 (2000)
• [Publications] T.Nakano and S.Baba: "Evaluation of spatial density of sputtered particles with Monte Carb Simulation"J.Uac.Sci.Technol.A. (submitteal).