VSim Plasma
ホーム > 製品とワークフロー > AIを活用した製造 > プラズマ > VSim Plasma
VSim Plasma：プラズマプロセス向けParticle-in-Cellシミュレーション
ハードウェアがまだ図面の段階で、ソフトウェア上でチャンバ形状や駆動波形を変更し、ウェハに到達するイオンのエネルギーと入射角を確認できます。
VSim Plasmaでできること
VSim Plasmaは、プロセスチャンバ内の放電を対象とするParticle-in-Cellプラズマシミュレーションソフトウェアです。各荷電種は、動作圧力の背景ガス中を粒子として移動します。FDTDソルバーがこれらの粒子によって生じる電磁場を計算し、粒子間の衝突と反応によって、最終的にウェハに到達するものが決まります。異なるチャンバや化学反応系を試す際も、装置を作り直す代わりにシミュレーションを再実行するだけで済みます。
機能
数値計算法
運動論的に扱う粒子種はParticle-in-Cell法で移動させ、各ステップでFDTDにより周囲の場を解きます。モンテカルロ衝突法とDSMCがプラズマの化学反応を扱います。運動論的な詳細が不要な領域では、荷電流体を有限体積法で扱うオプションに切り替え、重要な部分に計算資源を集中できます。
衝突と反応
電子、イオン、中性粒子間の弾性散乱、励起、電離によって電子分布の形状が決まります。実際のプロセスプラズマでは、その分布が熱平衡分布になることはまれです。反応セットには、スパッタリング、電荷交換、励起状態の減衰、三体再結合に加え、衝突、電界、電子による3つの電離過程が含まれます。
形状と境界
カットセルアルゴリズムは、曲面の壁やフォーカスリングを階段状に近似せず、実際の輪郭に沿って扱います。複数の次元設定で導体材料と誘電体材料を設定し、各境界における粒子の挙動を、吸収、反射、周期的な再流入、または流束の部分的な透過から選択できます。
計算規模
ノートPCから高性能並列計算機まで対応します。このコードには、国立研究所のスーパーコンピュータでの実行実績があります。
1つのエンジンに2つのパッケージ
VSimPD · プラズマ放電
半導体プロセス向けのパッケージです。マグネトロンスパッタリング、DCプラズマ、容量結合プラズマ、イオンスラスタ、イオン源を対象とし、1つのライセンスでエッチングと成膜の両方に関わる放電を扱えます。プロセスチャンバを扱う場合は、こちらから始めてください。
VSimPA · プラズマ加速
レーザーまたは電子ビームで駆動する航跡場加速と電離注入を扱います。VSimPDとエンジンを共有していますが、半導体工場向けではなく、プラズマ物理研究向けです。
連携
入力する情報と、得られる結果。
入力
チャンバ形状、プロセス圧力での混合ガス、駆動条件を入力します。駆動波形は、エッチングを担うイオンのエネルギーを決定するため、見かけ以上に重要です。
出力
ウェハ表面でのイオンエネルギー分布と入射角分布に加え、スパッタリングの堆積・侵食プロファイルを出力します。分布をヒストグラムまたはvon Mises-Fisherフィットとしてエクスポートすると、Victory Processがそれらを取り込み、フィーチャスケールの形状を予測します。
シミュレーションの対象
プラズマによるウェハエッチング
プラズマチャンバ内で、マイクロエレクトロニクス用ウェハをエッチングするアルゴンイオン。
マグネトロンスパッタリング
マグネトロン放電によるターゲットの侵食と薄膜堆積。
イオン源
放電から外部に至るまでをモデル化するプラズマイオン源。
チャンバと反応器の設計
ハードウェアを加工せずに、チャンバ形状ごとのウェハ処理の均一性を比較します。
実績とリソース
4台のスーパーコンピュータ、1つのコード
University of SydneyのArtemis、ArgonneのTheta、Lawrence Berkeley National LaboratoryのCori、KAUSTのShaheen IIはいずれもVSimを実行しています。チャンバモデルがワークステーションの能力を超えても、このコードにはスーパーコンピュータ規模での実行実績があります。
4台のスーパーコンピュータ、1つのコード
容量性放電、DC放電、イオン源、マグネトロンスパッタリングについて、動作確認済みの設定例とドキュメントを用意しています。最初の実行は動作する例から始め、1つずつ条件を変更できます。
実際に使用している
チャンバでお試しください
チャンバ形状と、解決できていないプロファイルの課題をお持ちください。
当社のエンジニアが、そのケースをモデル化します。
VSim Plasmaに関するよくある質問
Particle-in-Cellプラズマシミュレーションとは何ですか？
Particle-in-Cellシミュレーションでは、多数の実粒子を代表するマクロ粒子の大きな集団としてプラズマをモデル化し、計算格子上を移動させます。各ステップで格子に電荷を集積し、場を解いてから、更新された場によって粒子を移動させます。速度分布について仮定を置くことはなく、計算の結果として得られます。
流体モデルではなく運動論的モデルが必要なのはどのような場合ですか？
分布が熱平衡から大きく外れる場合です。プロセスプラズマの重要な領域では、通常この条件に該当します。電離・励起のしきい値を超えるエネルギーの電子は少なくなり、シース内では電子もイオンも平衡から大きく外れています。流体モデルでは、エッチング形状を決めるイオンのエネルギーと入射角が形成されるまさにその場所で、温度を仮定することになります。
どのような衝突・反応過程が含まれていますか？
電子、イオン、中性粒子間の衝突として、弾性散乱、励起、電離をモンテカルロ衝突法とDSMCで計算します。反応には、衝突電離、電界電離、電子電離、三体再結合、電荷交換、励起状態の減衰、スパッタリングが含まれます。記載されていない過程が化学反応系に必要な場合は、計算を設定する前にお問い合わせください。
VSim Plasmaで自社のチャンバ形状をモデル化できますか？
はい。それがカットセル法の目的です。導体領域と誘電体領域を定義し、複数の次元設定で、曲面の壁、フォーカスリング、その他のチャンバ構造を図面どおりに扱います。そのため、どちらかを製作する前に、画面上で2つのチャンバ設計を比較できます。
ワークステーションだけでなく、クラスタでも実行できますか？
どちらでも実行できます。単一のワークステーションと高性能並列クラスタに対応し、VSimには国立研究所や大学のスーパーコンピュータでの実行実績もあります。ハードウェア構成を決める前に、対応OS、GPU、ライセンスモデルを当社エンジニアにご確認ください。提供される製品仕様に合った計画を立てられます。
評価ライセンスはありますか？
はい。お客様のチャンバ形状とプロセス条件を使用して評価を行い、Silvacoのエンジニアが初期設定を一緒に進めます。これにより、お客様自身のプロセスについて知見が得られます。それこそが評価を行う目的です。
関連情報
プラズマ
この製品が属する製品群と、プラズマシミュレーションの用途
TCAD
分布データの次の利用先 — フィーチャスケールのVictory Process
リソグラフィ
プラズマでエッチングされる形状が決まる前に、転写される形状を確認
フォトニクス
同じ買収によって加わった関連製品群