VSim Plasma
VSim Plasma 的作用
VSim Plasma 是用于工艺腔室内放电的网格粒子法等离子体仿真软件。每种带电组分均作为粒子，在工作压力下的背景气体中运动。FDTD 求解器计算这些粒子产生的电磁场，粒子之间的碰撞和反应决定最终到达晶圆的物质。尝试不同腔室或化学体系，只需重新运行，无需重新构建硬件。
功能
数值方法
动力学组分通过网格粒子法推进，FDTD 在每一步求解周围的场。Monte Carlo 碰撞和 DSMC 处理等离子体化学。对于无需动力学细节的区域，可切换至带电流体有限体积选项，将计算资源用于关键位置。
碰撞与反应
电子、离子和中性粒子之间的弹性散射、激发和电离决定电子分布形状。在实际工艺等离子体中，该分布很少处于热平衡。反应集还包括溅射、电荷交换、激发态衰减、三体复合，以及碰撞、场致和电子三种电离途径。
几何结构与边界
切割单元算法沿曲面腔壁或聚焦环的真实轮廓建模，而非采用阶梯近似。可在多种维度下设置导体和介质材料，再确定各边界对粒子的作用：吸收、反射、周期性穿越，或允许部分通量通过。
规模
从笔记本电脑到高性能并行计算系统。该代码的运行记录包括国家实验室的超级计算机。
一个引擎，两种套件
VSimPD · 等离子体放电
面向半导体加工的套件，涵盖磁控溅射、直流和电容耦合等离子体、离子推进器及离子源，因此一个授权即可覆盖刻蚀和沉积所需的放电。正在研究工艺腔室？请从这里开始。
VSimPA · 等离子体加速
由激光或电子束驱动、采用电离注入的尾场加速。它与 VSimPD 共用引擎，但服务于等离子体物理研究，而非晶圆厂。
协同工作
您提供的输入，以及工具返回的结果。
输入
腔室几何结构、工艺压力下的混合气体，以及驱动条件。驱动波形的重要性往往超出直觉，因为它决定执行刻蚀的离子能量。
输出
晶圆处的离子能量和角度分布，以及溅射的沉积和侵蚀轮廓。可将分布导出为直方图或 von Mises-Fisher 拟合，供 Victory Process 读取，以预测特征尺度轮廓。
可仿真的内容
等离子体晶圆刻蚀
氩离子在等离子体腔室内刻蚀微电子晶圆。
磁控溅射
磁控放电产生的靶材侵蚀和薄膜沉积。
离子源
从放电区域向外建模的等离子体离子源。
腔室和反应器设计
无需制造硬件，即可比较不同腔室几何结构对晶圆处理均匀性的影响。
应用记录与资源
四台超级计算机，同一套代码
悉尼大学的 Artemis、Argonne 的 Theta、Lawrence Berkeley National Laboratory 的 Cori 和 KAUST 的 Shaheen II 均运行过 VSim。如果您的腔室模型超出工作站能力，该代码已具备超级计算机规模的运行记录。
四台超级计算机，同一套代码
电容耦合和直流放电、离子源及磁控溅射的可运行设置实例，每个均附文档。首次运行可从已有案例开始，每次更改一个条件。
关于 VSim Plasma 的问题
什么是网格粒子法等离子体仿真？
网格粒子法仿真将等离子体建模为大量宏粒子，每个宏粒子代表许多真实粒子，并在计算网格中运动。每一步，网格收集粒子电荷，随后求解场，更新后的场再推动粒子运动。无需预先假设速度分布，它会从运行结果中自然形成。
何时需要动力学模型，而非流体模型？
当分布远离热平衡时，而这通常正是工艺等离子体关键区域的情况。超过电离和激发阈值的电子数量减少，鞘层内两类粒子均远离平衡。流体模型会在离子获得决定刻蚀形貌的能量和角度的位置假设一个温度。
包含哪些碰撞和反应过程？
电子、离子和中性粒子间的碰撞包括弹性散射、激发和电离，通过 Monte Carlo 碰撞及 DSMC 计算。反应包括碰撞、场致和电子电离、三体复合、电荷交换、激发态衰减及溅射。如果您的化学体系需要未列出的过程，请在设置运行前咨询。
VSim Plasma 能否对我的腔室几何结构建模？
可以，这正是切割单元方法的用途。它在多种维度下按绘制形态跟踪曲面腔壁、聚焦环和其他腔室特征，并定义导体和介质区域。因此，在确定设计前，可先在屏幕上比较两种腔室方案。
它能在集群上运行，还是只能在工作站上运行？
两者均支持。它可在单台工作站和高性能并行集群上运行，VSim 也曾在国家实验室和大学的超级计算机上运行。确定硬件规模前，请与工程师确认操作系统支持、GPU 及授权模式，使计划与实际交付能力一致。
是否提供评估授权？
提供。评估使用您自己的腔室几何结构和工艺条件，Silvaco 工程师将协助完成首次设置。评估结果能够反映您自身的工艺，这正是开展评估的目的。
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