プラズマ
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半導体のエッチングと堆積のためのプラズマシミュレーション
プラズマシミュレーションは、プロセスチャンバ内の放電がウェハに及ぼす影響を示します。チャンバを製作したり、反応ガスを変更したりする前に、エッチングや堆積の形状を予測できます。
プラズマシミュレーションの役割
プロセスガスを放電させても、単一温度のガスにはなりません。電子とイオンは幅広いエネルギー分布を持ちます。ウェハ付近のシース内では、いずれも熱平衡的な挙動を示しません。
そのシースが加工形状を決めます。イオンがエッチングを行い、シース電場が各イオンの入射エネルギーと角度を決定します。側壁、深さ、均一性は、この2つの値によって決まります。シースモデルが不正確なら、化学反応モデルがどうであれ、予測形状も不正確になります。
シミュレーションを使わなければ、チャンバを製作して稼働させるか、稼働中の装置を新しいガスに切り替えて確認する必要があります。どちらも装置時間とウェハを消費します。プラズマモデリングは、このスイープをソフトウェア上に移します。SilvacoのプラズマシミュレータVSimは、そのために開発されました。
VSim Plasma
Particle-in-Cell法に基づく運動論的プラズマコードです。任意の圧力の背景ガス中で電子、イオン、中性粒子を追跡し、それらの間の弾性衝突、励起、電離を扱います。ウェハ上でのイオンエネルギーと角度の分布を出力します。
半導体プロセスでの用途
プラズマによるウェハエッチング
ウェハ上のシース電場と周辺の誘電体をモデル化し、イオンの入射均一性を決める両者の影響を解析します。
マグネトロンスパッタリング
荷電粒子の物理モデルからターゲットの浸食と堆積形状を計算する薄膜堆積。
プラズマシミュレーションの用途
5種類の部品すべてが同じ業界ページにリンクしています。市場の分類が、デバイス一覧よりも
大まかであるためです。5種類のうち、導波路、共振器、カプラには公開済みの
実例がありますが、変調器と回路全体にはまだありません。
スパッタ堆積
マグネトロンターゲットの摩耗位置と、膜の堆積均一性を確認します。
チャンバと反応器の設計
ハードウェアを製作する前に、モデル内で新しいチャンバ形状や駆動波形を試し、均一性の変化を確認できます。
Tech-XおよびVSimユーザーの皆様へ
すでにXSimをご利用の場合は、このセクションをご覧ください。執筆時点での4つの事実を、
まだ誰も回答を公表していない事項も含めてご紹介します。
VSimはSilvacoの一部となりました
Silvacoは2025年4月に、VSimの開発元であるTech-X Corporationを買収しました。
変わらない点
VSimは名称を維持し、現在はSilvacoのプラズマシミュレータとして提供されています。買収発表時にTech-XのCTOを務めていたJohn Caryは、現在Silvacoのシニアディレクター兼フェローを務めています。
VSimの実績
チャンバの解析をプラズマコードに任せる前に、どの環境で実行され、誰が利用してきたかを確認したいはずです。
国家規模の計算機
VSimは、University of SydneyのArtemis、Argonne National LaboratoryのTheta、Lawrence Berkeley National LaboratoryのCori、KAUSTのShaheen IIで実行されてきました。クラスタから最大規模のスーパーコンピュータまで拡張できるように設計された並列コードです。
CERNにおけるイオン源モデリング
「ソフトウェアの価値のかなりの部分は、受けたサポートと、イオン源モデルの設定を支援してもらえたことにありました。これにより、VSimは私たちの研究にとって非常に有用なものとなりました。」
Bruce Marsh、物理学者、CERN
プラズマシミュレーションのウェビナーと講演
ウェビナー
2026年7月
半導体製造の予測シミュレーションのためのプラズマチャンバ解析
John Caryが、エッチングチャンバからイオンエネルギーと角度の分布を抽出する方法、駆動波形が分布に及ぼす影響、その結果をデバイスプロセスモデルに取り込む方法を説明します。
カンファレンス講演
SURGE 2025
マルチスケールのプラズマプロセス統合と最適化のための機械学習
Silvacoが支援するTU WienのChristian Doppler Laboratoryの所長、Lado Filipovic博士が、高アスペクト比エッチングにおいて反応器スケールとフィーチャスケールをつなぐ機械学習モデルを紹介します。
VSimの次のステップ
「これを使うべきか」と「解析が収束しないのはなぜか」では相談先が異なるため、
3つの窓口をご案内します。そのうち2つは引き続きTech-Xのサイトにあり、その旨を明記しています。
評価する
チャンバと、期待どおりにならない加工形状をご用意ください。Silvacoのアプリケーションエンジニアが、シミュレーションの設定と、評価に必要な結果の抽出を支援します。
マニュアルを読む
100近い実例とチュートリアルを含むVSimのドキュメントは、txcorp.comに掲載しています。
すでに利用している場合
VSimの問い合わせはTech-Xサポートポータルから登録してください。他のSilvacoツールについては、「サポートとダウンロード」をご利用ください。
プラズマシミュレーションに関する質問
プラズマシミュレーションとは何ですか？
プラズマシミュレーションは、プラズマを温度で平均化した1つのガスとしてではなく、粒子ごとに計算します。Particle-in-Cellコードは、粒子自身が生成する場の中で荷電粒子と中性粒子を移動させ、粒子間の衝突を追跡します。平均値ではなく分布を取得できます。プロセスプラズマは熱平衡状態にないため、この点が重要です。
プラズマシミュレーションはエッチングと堆積にどう役立ちますか？
重要なのは表面に何が衝突するかです。エッチングでは、シース電場によって決まる、ウェハ上の各イオンのエネルギーと角度です。スパッタ堆積では、ターゲットの浸食パターンと、それによって生じる堆積形状です。モデル内でチャンバやレシピを変更すれば、装置に手を加える前に両方の変化を確認できます。
プラズマモデリングはTCADプロセスシミュレーションとどのようにつながりますか？
ウェハ上のイオンフラックスを通じてつながります。VSimがチャンバスケールの粒子分布を生成し、Victory Processがそれを読み込んでエッチング後のフィーチャを予測します。チャンバに加えた変更が、予測されるデバイス構造に直接反映されます。
Tech-XとVSimはどうなりましたか？
Tech-X Corporationは2025年4月にSilvacoの一部となり、VSimはSilvacoのプラズマシミュレータとして継続しています。Tech-Xの元CTO、John Caryは、現在Silvacoのシニアディレクター兼フェローを務めています。既存のVSimユーザーは、引き続きtxcorp.comを通じてサポートとライセンスを利用できます。
プラズマシミュレーションはGPUやスーパーコンピュータで実行できますか？
はい、スーパーコンピュータで実行できます。HPCシステム上で並列実行され、ArgonneのThetaやKAUSTのShaheen IIなど、国家規模の計算機で利用されています。GPUについては、Tech-XのマルチノードGPUアルゴリズムをポートフォリオに取り込むとSilvacoが表明しています。クラスタの規模を決める前に、アプリケーションエンジニアにご相談ください。
プラズマシミュレーションはFTCOやデジタルツインとどのように利用されますか？
完全な運動論解析は、協調最適化ループに組み込むには時間がかかりすぎます。SURGE 2025で紹介された研究では、反応器とフィーチャのスケールをつなぐ機械学習モデルを学習させています。これはFTCOがプロセスデータに使用するサロゲート手法です。Tech-XのツールとVictory TCADの組み合わせでは、より正確なデジタルツインの実現が目標として掲げられていました。