JP2910759B1 - Plasma particle analysis method and computer-readable recording medium for recording plasma particle analysis program - Google Patents

Plasma particle analysis method and computer-readable recording medium for recording plasma particle analysis program

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JP2910759B1
JP2910759B1 JP13671598A JP13671598A JP2910759B1 JP 2910759 B1 JP2910759 B1 JP 2910759B1 JP 13671598 A JP13671598 A JP 13671598A JP 13671598 A JP13671598 A JP 13671598A JP 2910759 B1 JP2910759 B1 JP 2910759B1
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Abstract

【要約】 【課題】 解析精度を犠牲にすることなく、プラズマの
粒子解析処理時間の短縮化を図る。 【解決手段】 流体モデルを用いてプラズマ状態の全領
域にわたり、プラズマ中の電子、イオン及び中性粒子の
粒子密度の分布と、電位及び電子温度の分布を求め、得
られた分布からプラズマ中の電界強度の分布及びイオン
化率の分布を求め、電界強度の分布及びイオン化率の分
布からプラズマ状態の全領域からイオンシース領域及び
サブシース領域を抽出し、イオンシース領域及びサブシ
ース領域でモンテカルロ法を用いて、電子の運動を解析
すると共に、電子と電子、イオン及び中性粒子との反応
定数を求める。
Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the plasma particle analysis processing time without sacrificing analysis accuracy. SOLUTION: The distribution of the particle density of electrons, ions, and neutral particles in the plasma, and the distribution of potential and electron temperature in the plasma are obtained over the entire region of the plasma state using a fluid model, and the distribution in the plasma is obtained from the obtained distribution. The distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate are obtained, the ion sheath region and the sub-sheath region are extracted from the entire region in the plasma state from the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization ratio, and the Monte Carlo method is used in the ion sheath region and the sub-sheath region. In addition to analyzing the motion of electrons, the reaction constant of electrons with electrons, ions, and neutral particles is determined.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマの粒子
解析方法及びプラズマの粒子解析プログラムを記録する
コンピュータ読取可能な記録媒体に係り、より詳しく
は、差分方程式による流体モデル、及びモンテカルロ法
による散乱モデルを用いたいわゆるハイブリッドモデル
を適用したプラズマの粒子解析方法及びプラズマの粒子
解析プログラムを記録するコンピュータ読取可能な記録
媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma particle analysis method and a computer-readable recording medium for recording a plasma particle analysis program, and more particularly to a fluid model based on a difference equation and a scattering model based on a Monte Carlo method. The present invention relates to a plasma particle analysis method using a so-called hybrid model using a computer and a computer-readable recording medium for recording a plasma particle analysis program.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラズマの粒子解析方法として流
体モデルを用いた方法がある。従来の流体モデルを用い
た方法は、プラズマ状態の全領域を数多くのメッシュに
区分して、各区分領域に連続の式とポアソン方程式を適
用する。具体的には、連続の式とポアソン方程式をそれ
ぞれ差分方程式に書き換え、それらを連立して各区分領
域に適用して解析し、各区分領域の電子、イオン及び中
性粒子の粒子密度やプラズマ領域全体のポテンシャルの
分布を計算するものである。しかし、低圧力のガスのプ
ラズマにおいては、粒子の散乱が少なくなり、粒子の速
度がドリフト速度を中心とするマックスウエル分布から
大きくずれる。このため、プラズマの粒子解析方法を低
圧力のガスのプラズマに適用するとき解析精度が低下す
るという大きな問題点を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a method using a fluid model as a method for analyzing particles of plasma. In the conventional method using a fluid model, the entire region of the plasma state is divided into a number of meshes, and a continuous equation and Poisson equation are applied to each divided region. Specifically, the continuity equation and Poisson equation are each rewritten as a difference equation, and they are simultaneously applied to each section area for analysis, and the particle density of electrons, ions, and neutral particles in each section area, and the plasma area This is to calculate the distribution of the entire potential. However, in a low-pressure gas plasma, scattering of particles is reduced, and the speed of the particles is largely shifted from the Maxwell distribution centered on the drift speed. For this reason, when applying the plasma particle analysis method to low-pressure gas plasma, there is a major problem that the analysis accuracy is reduced.

【0003】これに対して、モンテカルロ法を用いたプ
ラズマの粒子解析方法も提案されている。この方法は、
乱数を用いて電子の運動を計算する方法であり、散乱モ
デルが考慮できる。このため、電子と各粒子との相互作
用による各粒子の生成、消滅を含めた精度の高い解析が
できるという大きな利点を有しているが、計算時間が長
いという大きな問題点も有している。
On the other hand, a plasma particle analysis method using the Monte Carlo method has been proposed. This method
This is a method of calculating the motion of electrons using random numbers, and a scattering model can be considered. For this reason, there is a great advantage that high-precision analysis including generation and annihilation of each particle by interaction between an electron and each particle can be performed, but there is also a major problem that a calculation time is long. .

【0004】これに対して、最近では、連続の式とポア
ソン方程式の差分方程式による流体モデルとモンテカル
ロ法による散乱モデルの両方を組み合わせたハイブリッ
ドモデルによる解析方法が開発されている。これは、文
献(J.Sommerer and J.Kushner J.Appl.Phys.71(4)1992
pp.1654-1673) に示されている様な方法である。すなわ
ち、プラズマを発生させる対向電極間の全領域にわた
り、電子のみに対してモンテカルロ法を適用して所定時
間後における電子エネルギ分布及び電子と各粒子との間
の反応定数の分布を求める。さらに、これらの分布を用
いて電子、イオン及び中性粒子に関する流体モデルを解
析し、このときの粒子密度及びポテンシャルの各分布を
求める。得られた粒子密度及びポテンシャルの各分布を
用いて再度モンテカルロ法により、さらに次の所定時間
後における電子エネルギ分布及び電子と各粒子との間の
反応定数の分布を計算する。これらのステップを繰り返
すことにより、各粒子の粒子密度分布とポテンシャル分
布の経時変化を計算することができる。このハイブリッ
ドモデルによる解析方法は、流体モデルで問題となって
いる低圧力のプラズマ領域で電子のエネルギ分布が熱平
衡からずれた場合に特に有効である。また、流体モデル
を全く用いないで全ての解析をモンテカルロ法で行った
場合と比較して大幅に計算時間の短縮が図れるという大
きな利点を有する。
On the other hand, recently, an analysis method using a hybrid model combining both a fluid model based on a difference equation of a continuous equation and a Poisson equation and a scattering model based on a Monte Carlo method has been developed. This is described in the literature (J. Sommerer and J. Kushner J. Appl. Phys. 71 (4) 1992
pp.1654-1673). That is, the Monte Carlo method is applied only to the electrons over the entire region between the opposed electrodes for generating the plasma, and the electron energy distribution after a predetermined time and the distribution of the reaction constant between the electrons and each particle are obtained. Further, using these distributions, a fluid model relating to electrons, ions, and neutral particles is analyzed, and each distribution of the particle density and potential at this time is obtained. Using the obtained distributions of the particle density and the potential, the Monte Carlo method is again used to calculate the electron energy distribution and the distribution of the reaction constant between the electrons and each particle after the next predetermined time. By repeating these steps, it is possible to calculate the change over time in the particle density distribution and the potential distribution of each particle. This analysis method using the hybrid model is particularly effective when the energy distribution of electrons deviates from the thermal equilibrium in a low-pressure plasma region which is a problem in the fluid model. Also, there is a great advantage that the calculation time can be greatly reduced as compared with the case where all the analyzes are performed by the Monte Carlo method without using any fluid model.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ハイブリッ
ドモデルによる上記従来の解析方法においても、将来、
計算精度を上げようとするとメッシュをより細かくする
ことが必要になる。この様な場合には、上記従来のハイ
ブリッドモデルによる解析方法では、まだまだ、計算時
間がかかってしまう。このため、計算精度を落とさない
で計算時間の短縮を図ることができる解析手法の開発が
望まれている。
By the way, in the above conventional analysis method using the hybrid model,
In order to increase the calculation accuracy, it is necessary to make the mesh finer. In such a case, the analysis method using the above-described conventional hybrid model still requires a long calculation time. For this reason, development of an analysis method capable of shortening the calculation time without lowering the calculation accuracy is desired.

【0006】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、プラズマ状態の全領域でのプラズマの粒子解析
精度を維持し、かつ計算時間のさらなる短縮を図ること
ができるプラズマの粒子解析方法及びプラズマの粒子解
析プログラムを記録するコンピュータ読取可能な記録媒
体を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a plasma particle analysis method capable of maintaining the accuracy of plasma particle analysis in the entire plasma state and further reducing the calculation time. It is another object of the present invention to provide a computer-readable recording medium for recording a plasma particle analysis program.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、エッチングや成膜に用いる
プラズマ状態を解析するプラズマの粒子解析方法に係
り、流体モデルを用いて前記プラズマ状態の全領域にわ
たり、前記プラズマ中の電子、イオン及び中性粒子の粒
子密度の分布と、電位及び電子温度の分布を求め、前記
得られた分布から前記プラズマ中の電界強度の分布及び
イオン化率の分布を求め、前記電界強度の分布及びイオ
ン化率の分布から前記プラズマ状態の全領域からイオン
シース領域及びサブシース領域を抽出し、前記イオンシ
ース領域及び前記サブシース領域でモンテカルロ法を用
いて、前記電子の運動を解析すると共に、前記電子と前
記電子、イオン及び中性粒子との反応定数を求めること
を特徴としている。
Means for Solving the Problems To solve the above problems, the invention according to claim 1 relates to a plasma particle analysis method for analyzing a plasma state used for etching or film formation, and the method using a fluid model. Over the entire region of the plasma state, the distribution of the particle density of electrons, ions, and neutral particles in the plasma, and the distribution of the potential and the electron temperature are obtained, and from the obtained distribution, the distribution and the ionization of the electric field intensity in the plasma. Determine the distribution of the rate, extract the ion sheath region and the sub-sheath region from the entire region of the plasma state from the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate, using the Monte Carlo method in the ion sheath region and the sub-sheath region, It is characterized in that the motion of the electrons is analyzed and the reaction constant of the electrons with the electrons, ions and neutral particles is determined.

【0008】また、請求項2記載の発明は、対向電極間
にエッチングや成膜に用いる反応ガスを導入し、前記対
向電極に電力を印加して前記対向電極間にプラズマを発
生させたときの、前記プラズマ状態を数値的に解析する
プラズマの粒子解析方法に係り、(1)流体モデルを用
いて、少なくとも前記対向電極間に存在する電子、イオ
ン及び中性粒子の粒子密度の分布と、前記対向電極間の
電位の分布及び電子温度の分布とを求め、(2)前記流
体モデルにより求めた前記粒子密度の分布と、前記電位
及び電子温度の分布から電界強度の分布及びイオン化率
の分布を求め、(3)前記電界強度の分布及びイオン化
率の分布から、前記電子の粒子密度と前記イオンの粒子
密度が略等しいプラズマ領域と、前記イオンの粒子密度
が前記電子の粒子密度よりも高いイオンシース領域と、
該イオンシース領域に隣接し、前記電界強度及び前記イ
オン化率が前記プラズマ領域よりも高く、かつ前記イオ
ンシース領域よりも低いサブシース領域とを抽出し、
(4)前記イオンシース領域及び前記サブシース領域で
モンテカルロ法により所定時間にわたって前記電子の運
動を解析すると共に、前記電子と前記電子、イオン及び
中性粒子との相互作用を解析して、前記電子、イオン及
び中性粒子の生成率と消滅率を求めることを特徴として
いる。
According to a second aspect of the present invention, when a reaction gas used for etching or film formation is introduced between the opposed electrodes and power is applied to the opposed electrodes to generate plasma between the opposed electrodes. The present invention relates to a plasma particle analysis method for numerically analyzing the plasma state, wherein (1) using a fluid model, at least the distribution of the particle density of electrons, ions and neutral particles existing between the opposed electrodes; The distribution of the potential between the counter electrodes and the distribution of the electron temperature are obtained. (2) The distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate are obtained from the distribution of the particle density obtained by the fluid model and the distribution of the electric potential and the electron temperature. (3) From the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate, a plasma region in which the particle density of the electrons is substantially equal to the particle density of the ions; A high ion sheath region than degrees,
Adjacent to the ion sheath region, the electric field intensity and the ionization rate are higher than the plasma region, and extract a sub-sheath region lower than the ion sheath region,
(4) In the ion sheath region and the sub-sheath region, the motion of the electrons is analyzed for a predetermined time by a Monte Carlo method, and the interaction between the electrons and the electrons, ions, and neutral particles is analyzed, and the electrons, It is characterized in that the generation rate and extinction rate of ions and neutral particles are determined.

【0009】また、請求項3記載の発明は、対向電極間
にエッチングや成膜に用いる反応ガスを導入し、前記対
向電極に電力を印加して前記対向電極間にプラズマを発
生させたときの、前記プラズマの状態を数値的に解析す
るプラズマの粒子解析方法に係り、(1)流体モデルを
用いて、少なくとも前記対向電極間に存在する電子、イ
オン及び中性粒子の粒子密度の分布と、前記対向電極間
の電位の分布及び電子温度の分布とを求め、(2)前記
流体モデルにより求めた前記粒子密度の分布と、前記電
位及び電子温度の分布から電界強度の分布及びイオン化
率の分布を求め、(3)前記電界強度の分布及び前記イ
オン化率の分布から、前記電子の粒子密度と前記イオン
の粒子密度が略等しいプラズマ領域と、前記イオンの粒
子密度が前記電子の粒子密度よりも高いイオンシース領
域と、該イオンシース領域に隣接し、前記電界強度及び
前記イオン化率が前記プラズマ領域よりも高く、かつ前
記イオンシース領域よりも低いサブシース領域とを抽出
し、(4)前記イオンシース領域及び前記サブシース領
域でモンテカルロ法により所定時間にわたって前記電子
の運動を解析すると共に、前記電子と前記電子、イオン
及び中性粒子との相互作用を解析して、前記電子、イオ
ン及び中性粒子の生成率と消滅率を求め、(5)前記
(4)で求めた電子、イオン及び中性粒子の生成率と消
滅率を用い、かつ前記所定時間を経過させた状態で前記
(1)を行い、前記対向電極間に存在する電子、イオン
及び中性粒子の粒子密度の分布と、前記対向電極間の電
位及び電子温度の分布を求めることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, when a reaction gas used for etching or film formation is introduced between opposed electrodes and power is applied to the opposed electrodes to generate plasma between the opposed electrodes. A plasma particle analysis method for numerically analyzing the state of the plasma, wherein (1) a particle density distribution of at least electrons, ions, and neutral particles existing between the opposed electrodes using a fluid model; The distribution of the potential between the opposed electrodes and the distribution of the electron temperature are obtained. (2) The distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate are obtained from the distribution of the particle density obtained by the fluid model and the distribution of the electric potential and the electron temperature. (3) From the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate, a plasma region where the particle density of the electrons is substantially equal to the particle density of the ions, and the particle density of the ions Extracting an ion sheath region higher than the particle density and a sub-sheath region adjacent to the ion sheath region, the electric field intensity and the ionization rate being higher than the plasma region and lower than the ion sheath region; In the ion sheath region and the sub-sheath region, the motion of the electrons is analyzed for a predetermined time by a Monte Carlo method, and the interaction between the electrons and the electrons, ions, and neutral particles is analyzed, and the electrons, ions, and The generation rate and extinction rate of the neutral particles are obtained, and (5) the electron and ion and the neutral particle generation rate and the extinction rate obtained in the above (4) are used. 1) to obtain the particle density distribution of electrons, ions and neutral particles existing between the opposed electrodes, and the potential and electron temperature distribution between the opposed electrodes. It is a symptom.

【0010】また、請求項4記載の発明は、請求項3記
載のプラズマの粒子解析方法に係り、請求項3記載の
(1)乃至(5)を繰り返して、定常状態での前記対向
電極間に存在する電子、イオン及び中性粒子の粒子密度
の分布と、前記対向電極間の電位及び電子温度の分布を
求めることを特徴としている。
A fourth aspect of the present invention is directed to the plasma particle analyzing method according to the third aspect, wherein (1) to (5) according to the third aspect are repeated so that the distance between the opposed electrodes in a steady state is increased. And the distribution of the particle density of electrons, ions, and neutral particles existing in the above, and the distribution of the potential between the opposed electrodes and the electron temperature.

【0011】また、請求項5記載の発明は、請求項1乃
至4の何れか1に記載のプラズマの粒子解析方法に係
り、前記流体モデルによる解析に、連続の式、ポアソン
の式及びエネルギ輸送方程式を用いることを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method of analyzing particles of plasma according to any one of the first to fourth aspects, wherein a continuous equation, a Poisson equation, and an energy transport are used in the analysis using the fluid model. It is characterized by using an equation.

【0012】また、請求項6記載の発明は、請求項1乃
至5の何れか1に記載のプラズマの粒子解析方法をコン
ピュータに実行させる粒子解析プログラムを記録するコ
ンピュータ読取可能な記録媒体に関する。
The invention according to claim 6 relates to a computer-readable recording medium for recording a particle analysis program for causing a computer to execute the plasma particle analysis method according to any one of claims 1 to 5.

【0013】[0013]

【作用】この出願に係る発明者は、実際のプラズマ状態
において、全領域の3/4程度を占めるイオン密度と電
子密度とが略等しいプラズマ領域ではイオン化率や電界
強度が小さく、かつ場所的な変化が少ないこと、イオン
シース領域及びこの周辺部ではイオン化率や電界強度が
大きく、かつ場所的な変化が大きいことに着目した。実
際に、個々の電子の運動を計算するモンテカルロ法によ
る散乱モデルをイオンシース領域及びこの周辺部にのみ
適用し、プラズマ領域では散乱モデルを適用せず、流体
モデルを適用するだけでも解析精度は低下しなかった。
この発明の構成では、プラズマ状態の全領域にわたり電
子、イオン、及び中性粒子について流体モデルを適用す
ると共に、イオンシース領域及びこの周辺部でのみモン
テカルロ法を用いて電子の運動を計算している。これに
より、プラズマの粒子解析方法の精度を低下させること
なく、計算時間の短縮を図ることができる。
According to the present inventors, in the actual plasma state, the ionization rate and the electric field intensity are small in the plasma region where the ion density and the electron density occupying about / of the entire region are almost equal, and the location is small. We focused on the fact that the change was small, the ionization rate and the electric field intensity were large in the ion sheath region and its peripheral portion, and the change in place was large. Actually, the scattering model by the Monte Carlo method, which calculates the motion of each electron, is applied only to the ion sheath region and its surroundings.In the plasma region, the analysis accuracy is reduced even if the fluid model is applied, not the scattering model. Did not.
According to the configuration of the present invention, a fluid model is applied to electrons, ions, and neutral particles over the entire region of the plasma state, and the motion of electrons is calculated only in the ion sheath region and the periphery using the Monte Carlo method. . Thus, the calculation time can be reduced without lowering the accuracy of the plasma particle analysis method.

【0014】また、流体モデルによる解析に、連続の
式、ポアッソンの式のほかエネルギ輸送方程式を用いる
ことにより、流体モデルで非平衡にあるような電子、イ
オンも扱うことができ、さらに計算精度が向上するだけ
でなく、特に、イオンシース領域、サブシース領域を判
定する場合に用いられるイオン化率の計算精度を向上さ
せることができる。また、上記構成の粒子解析方法を記
録媒体に記録するようにすれば、容易に技術移転が可能
となると共に、不特定多数のものの利用が可能となる。
Further, by using the energy transfer equation in addition to the continuous equation, Poisson's equation, and the like in the analysis using the fluid model, it is possible to handle electrons and ions that are in a non-equilibrium state in the fluid model. In addition to the improvement, the calculation accuracy of the ionization rate used in determining the ion sheath region and the sub sheath region can be particularly improved. In addition, if the particle analysis method having the above configuration is recorded on a recording medium, technology transfer can be easily performed, and an unspecified number of particles can be used.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。 ◇第1の実施の形態 図1は、この発明の第1の実施の形態によるプラズマの
粒子解析方法の概要を示すブロック図である。第1の実
施の形態では、同図に示すように、流体モデルによる計
算と散乱モデルによる計算を交互に繰り返し行ってい
る。すなわち、一つは流体モデルを用いたプラズマ発生
の全領域でのプラズマの粒子解析であり、もう一つは、
モンテカルロ法による散乱モデルを用いたプラズマ発生
全領域のうちのイオンシース領域及びサブシース領域で
のプラズマの粒子解析である。まず、流体モデルでは、
連続方程式とポアッソン方程式とエネルギ輸送方程式を
差分方程式に書き換える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a plasma particle analysis method according to a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, as shown in the figure, the calculation by the fluid model and the calculation by the scattering model are alternately repeated. In other words, one is plasma particle analysis in the whole region of plasma generation using a fluid model, and the other is
9 is a particle analysis of plasma in an ion sheath region and a sub sheath region of a whole plasma generation region using a scattering model by a Monte Carlo method. First, in the fluid model,
Rewrite the continuity equation, Poisson equation and energy transport equation into difference equations.

【0016】以下に、差分方程式の元になる連続方程式
とポアッソン方程式とエネルギ輸送方程式を示す。この
場合、用いられている記号は以下に示す物理量を表し、
物理量を表す記号に付するサフィックスj,kは粒子の
種類を表し、j,k=1の場合電子を、2の場合イオン
を、3の場合中性粒子をそれぞれ示す。
Hereinafter, a continuous equation, a Poisson equation, and an energy transport equation which are the basis of the difference equation will be described. In this case, the symbols used represent the following physical quantities,
The suffixes j and k attached to the symbols representing the physical quantities represent the types of particles. When j and k = 1, electrons indicate 2, ions 2 indicate neutral particles, and neutral particles 3 indicate neutral particles.

【0017】[0017]

【数1】 (Equation 1)

【0018】式(1)中のJは流速を示し、式(2)
で与えられる。ここで、電界による部分の符号は、電子
の場合+を、イオンの場合−をそれぞれ用い、中性粒子
の場合電界による部分の項は削除する。
J j in the equation (1) indicates the flow velocity, and the equation (2)
Given by Here, the sign of the portion due to the electric field is + for electrons and − for ions, and the term of the portion due to the electric field is deleted for neutral particles.

【0019】[0019]

【数2】 J =±n・μ・▽φ −D・▽n (2)J j = ± n j · μ j · ▽ φ−D j · ▽ n j (2)

【0020】[0020]

【数3】 ▽φ=e/ε ・(n−n) (3)2 φ = e / ε 0 · (n 2 −n 1 ) (3)

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】[0022]

【数5】 q=j・h−K(n,Te )・▽Te (5)Q j = j j · h j −K j (n j , Te) · ▽ Te (5)

【0023】[0023]

【数6】 h=5/2kb ・Te (6)H 1 = 5/2 kb · Te (6)

【0024】ここで、n,n :電子,イオン及び
中性粒子の密度(個/cm) S:生成率(個/cm・ sec ) κjk:消滅率(個/cm・sec ) φ:ポテンシャル(V) ε:真空の誘電率(F/cm) n:イオンの密度(個/cm) n :電子の密度(個/cm) μ:易動度(cm2/V・sec) E:加えた電界(=▽φ)(V/cm) D:拡散定数(cm2/sec) h:電子のエンタルピー(erg) q:電子による熱流束(erg/cm2・sec) j:流束(個/cm2・sec) K:熱伝導率(erg/cm・deg・sec) Te :電子温度(K) e:電子の電荷(C) kb:ボルツマン定数(erg/K) を表す。
Here, n j , n k : density of electrons, ions and neutral particles (pieces / cm 3 ) S j : generation rate (pieces / cm 3 · sec) κ jk : extinction rate (pieces / cm 3) · Sec) φ: potential (V) ε 0 : dielectric constant of vacuum (F / cm) n 2 : ion density (pieces / cm 3 ) n 1 : electron density (pieces / cm 3 ) μ: mobility (Cm 2 / V · sec) E: applied electric field (= ▽ φ) (V / cm) D: diffusion constant (cm 2 / sec) h 1 : enthalpy of electrons (erg) q 1 : heat flux by electrons ( erg / cm 2 · sec) j 1 : flux (pieces / cm 2 · sec) K 1 : thermal conductivity (erg / cm · deg · sec) Te: electron temperature (K) e: electron charge (C) kb: Boltzmann's constant (erg / K).

【0025】これらを実際にプラズマの粒子解析に適用
する場合、例えば、対向電極間の領域に2次元のメッシ
ュを生成し、空間離散化方法としてここでは一般的な差
分法を用い、時間離散化方法として陰解法を用いて3つ
の方程式(1),(3)及び(4)を差分方程式に書き
換える。これらを連立させて電子、イオン及び中性子に
ついて計算する。また、モンテカルロ法では、電子と各
粒子との衝突による反応の解析と、電子の散乱を計算す
る。
When these are actually applied to the particle analysis of plasma, for example, a two-dimensional mesh is generated in a region between the opposing electrodes, and a general difference method is used here as a spatial discretization method. As a method, the three equations (1), (3) and (4) are rewritten into difference equations using an implicit method. Simultaneously calculate them for electrons, ions, and neutrons. In the Monte Carlo method, analysis of a reaction due to collision between an electron and each particle and calculation of electron scattering are performed.

【0026】[0026]

【数7】まず、反応する粒子をjとし、反応プロセスを
mとした。衝突の時間間隔Δtは最大衝突周波数ν
max及び一般乱数r1 を用いて、 Δt=−ln(r1 )/νmax (7) により計算する。ここで、Δtは、時間刻みδtに比べ
て十分に小さくなるようにとる。次に、一般乱数r2 を
発生させて
[Mathematical formula-see original document] First, the particles that react are j, and the reaction process is m. The collision time interval Δt is the maximum collision frequency ν
Using the max and the general random number r1, the calculation is performed by Δt = −ln (r1) / ν max (7). Here, Δt is set to be sufficiently smaller than the time interval δt. Next, generate a general random number r2

【0027】[0027]

【数8】 r2 >νl,null/νmax (8) の場合に、実衝突が生じるとする。In the case of Equation 8] r2> ν l, null / ν max (8), the actual collision occurs.

【0028】[0028]

【数9】ここで、νl,nullで与えられる、反応が起こらない無効的となる衝突反応
周波数である。
Where ν l, null is Is the ineffective collision reaction frequency at which no reaction occurs.

【0029】[0029]

【数10】反応の種類mは Pl,m−1 <r2 <Pl,m (10) により決定される。ここで、Pl,mは反応確率の和で
ある。lはエネルギの範囲を示す。
The type m of the reaction is determined by P1 , m-1 <r2 <P1 , m (10). Here, P l, m is the sum of the reaction probabilities. l indicates the energy range.

【0030】式(10)により反応の種類mを決めるに
あたって、複数の電子のエネルギ範囲とこのエネルギ範
囲において起こる全ての反応の確率Pl,mの表を作成
しておく。このようにした上で、乱数r2 を発生させ
る。そして、式(10)のように、これらの電子のエネ
ルギに対応する反応の確率Pl,mのうち、乱数r2 に
該当する反応を決定する。反応の種類として、電離、電
子付着、電子間衝突等のプラズマ中で起こる素反応プロ
セスを含む。この反応に基づいて、式(11),(1
2)により、反応プロセスmに対する粒子の生成率S
及び消滅率κjkを求める。
In determining the type m of the reaction according to the equation (10) , a table of the energy ranges of a plurality of electrons and the probabilities P1 , m of all reactions occurring in this energy range is prepared. After doing so, a random number r2 is generated. Then, as shown in the equation (10), the reaction corresponding to the random number r2 is determined from the reaction probabilities P1 , m corresponding to the energies of these electrons. The types of reactions include elementary reaction processes that occur in plasma, such as ionization, electron attachment, and electron collision. Based on this reaction, the formulas (11) and (1)
According to 2), the particle generation rate S j for the reaction process m
And the extinction rate κ jk .

【0031】[0031]

【数11】 S=S+Δ1j (11)S j = S j + Δ 1j (11)

【0032】[0032]

【数12】 κjk=κjk+Δ2j (12)Κ jk = κ jk + Δ 2j (12)

【0033】ここで、Δ1j、Δ2jは該当する一粒子
当たりの生成率、消滅率である。次に、電子の散乱の解
析について説明する。乱数r3,,r4を発生させて、散
乱後の電子の軌道を式(13)乃至式(15)により計
算する。θ、ψはそれぞれ散乱後の極角と方位角を示
す。
Here, Δ 1j and Δ 2j are the generation rate and the extinction rate per corresponding particle. Next, analysis of electron scattering will be described. The random numbers r3, r4 are generated, and the trajectory of the scattered electrons is calculated by equations (13) to (15). θ and ψ indicate the polar angle and azimuth after scattering, respectively.

【0034】[0034]

【数13】 cos θ=1−2r3 (13)Cos θ = 1-2r3 (13)

【0035】[0035]

【数14】 sin θ=√(1− cos2 θ) (14)Sin θ = √ (1−cos 2 θ) (14)

【0036】[0036]

【数15】 ψ=2π・r4 (15)15 = 2π · r4 (15)

【0037】散乱後の電子のエネルギは式(16)で表
される。Eei、Eefはそれぞれ散乱前後の電子のエネル
ギを示す。
The energy of the scattered electrons is expressed by equation (16). Eei and Eef indicate the energy of the electrons before and after scattering, respectively.

【0038】[0038]

【数16】 Eef=Eei・(1+ cosθ)/2 (16)Eef = Eei · (1 + cosθ) / 2 (16)

【0039】さらに、散乱後の電子の運動を解析するた
め、式(17)で示す運動方程式を用いる。
Further, in order to analyze the motion of the electrons after the scattering, the equation of motion shown by the equation (17) is used.

【0040】[0040]

【数17】 [Equation 17]

【0041】[0041]

【数18】 v =dx/dt (18)V x = dx / dt (18)

【0042】[0042]

【数19】 v =dy/dt (19)V y = dy / dt (19)

【0043】ここで、m:電子の質量(g) υ(vec) :ベクトルで表した粒子の速度(cm/sec) υx :粒子の速度のx成分(cm/sec) υy :粒子の速度のy成分(cm/sec) E(vec) :ベクトルで表した電界強度(V/cm) B(vec) :外部から印加されたベクトルで表した磁界
(Wb/cm) である。
Here, m: mass of electron (g) υ (vec): velocity of particle expressed by vector (cm / sec) υx: x component of velocity of particle (cm / sec) υy: velocity of particle y component (cm / sec) E (vec): electric field intensity (V / cm) expressed by a vector B (vec): magnetic field (Wb / cm) expressed by an externally applied vector

【0044】次に、図2に示す平行平板型のエッチング
装置を用いてプラズマ状態の数値解析を行った。エッチ
ング装置は、図2(a)に示すように、平行平板電極
1,2を有し、陰極側の下部電極1は被エッチング体を
載せる載置台を兼ねている。陽極側の上部電極2には高
周波(RF:Radio Frequency )電源3から供給される
高周波電力を印加し、陰極側の下部電極1はグランド電
位としている。この対向電極1,2間に導入されたアル
ゴン(Ar)のプラズマを発生させている。陽極側から
陰極側にかけて対向電極1,2間に電子密度とイオン密
度とが略等しいプラズマ領域、サブシース領域及びイオ
ンシース領域が形成される。このエッチング装置を用い
てプラズマ領域,サブシース領域及びイオンシース領域
でハイブリッドモデルを適用し、プラズマの粒子解析を
行った。
Next, a numerical analysis of a plasma state was performed using a parallel plate type etching apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 2A, the etching apparatus has parallel plate electrodes 1 and 2, and the lower electrode 1 on the cathode side also serves as a mounting table on which an object to be etched is mounted. High frequency power supplied from a high frequency (RF: Radio Frequency) power supply 3 is applied to the upper electrode 2 on the anode side, and the lower electrode 1 on the cathode side is set to the ground potential. The plasma of argon (Ar) introduced between the opposed electrodes 1 and 2 is generated. From the anode side to the cathode side, a plasma region, a sub-sheath region and an ion sheath region are formed between the opposed electrodes 1 and 2 in which the electron density and the ion density are substantially equal. Using this etching apparatus, a hybrid model was applied in a plasma region, a sub-sheath region, and an ion sheath region, and plasma particle analysis was performed.

【0045】図4乃至図7は、数値解析の処理手順を示
すフローチャートである。まず、ステップP1で、対向
電極1,2の幅wと、間隔dを設定する。次いで、ステ
ップP2で、対向電極1,2間の領域を細かく区分し、
2次元のメッシュを生成する。続いて、ステップP3
で、このメッシュに基づいて、空間離散化方法としてこ
こでは一般的な差分法を用い、時間離散化方法として陰
解法を用いて式(1)、(3)及び(4)より差分方程
式を作成する。この場合、易動度μ、拡散定数Dが粒子
の種類、場所、時間に依存する場合、それぞれ
μ ji、D jiと置き換える。
FIGS. 4 to 7 show the processing procedure of the numerical analysis.
FIG. First, in step P1,
The width w of the electrodes 1 and 2 and the distance d are set. Next,
In the step P2, the area between the counter electrodes 1 and 2 is finely divided,
Generate a two-dimensional mesh. Then, Step P3
Then, based on this mesh,
Here, the general difference method is used, and the time
From the equations (1), (3) and (4) using the solution method,
Create an expression. In this case, the mobility μ and the diffusion constant D
Type, location, and time, depending on
μh ji, Dh jiReplace with

【0046】次に、ステップP4で、プラズマ化のため
に、図2(b)に示すような高周波電力(電圧Va
(t))を上部電極2に引加するとする。境界条件とし
て、陰極を接地し、特定の時間での陽極の電位をVaと
する。次いで、ステップP5で、連続の式の差分方程式
を作成するため、時間刻みδtを設定する。ステップP
6で、時間を初期化するため、時間パラメータh=1と
置く。ステップP7で、時間t=h×δtを設定する。
Next, in step P4, high-frequency power (voltage Va) as shown in FIG.
(T)) is applied to the upper electrode 2. As a boundary condition, the cathode is grounded, and the potential of the anode at a specific time is defined as Va. Next, in step P5, a time step δt is set in order to create a continuous difference equation. Step P
At 6, the time parameter h = 1 is set to initialize the time. In Step P7, time t = h × δt is set.

【0047】ステップP8で、変数として各粒子の密度
ji、ポテンシャルφ ji、電子温度Te
粒子の生成率S ji及び消滅率κ jkiの初期値を
設定し、定数として粒子の生成率S ji、消滅率κ
jki、μ ji、及びD jiの初期値を設定する。
ステップP9乃至ステップP10で、これらの境界条件
を考慮して、上記差分方程式から得られた連立方程式の
行列計算から、各時間(t=h×δt:h=1,…,
n)において各メッシュの節点(メッシュ位置をiで表
し、隣接メッシュ間距離をδiで表す。)の物理量とし
てポテンシャルφ 、各粒子の密度n ji(j=
1,2,3)及び電子温度Te を求める。
In step P8, the density of each particle is set as a variable.
nh ji, Potential φh ji, Electron temperature Teh i,
Particle generation rate Sh jiAnd extinction rate κh jkiInitial value of
And set the particle generation rate S as a constanth ji, Extinction rate κh
jki, Μh ji, And Dh jiSet the initial value of.
In steps P9 to P10, these boundary conditions
Is considered, and the simultaneous equations obtained from the above difference equations are
From the matrix calculation, each time (t = h × δt: h = 1,.
n), the nodes of each mesh (the mesh position is represented by i)
And the distance between adjacent meshes is represented by δi. )
And potential φ h i , The density n of each particleh ji(J =
1, 2, 3) and electron temperature Teh iAsk for.

【0048】ステップP11で、変数が収束したか否か
の判定を行う。収束していない場合は、ステップP12
に移行して、各粒子の密度n ji、ポテンシャルφ
、電子温度Te の修正を行い、ステップP9に戻
る。収束していると判断された場合は、ステップP13
に移行し、(φ i+1−φ )/δiにより電界強
度を求めると共に、流体モデルで求めた電子温度Te
から式(20)により、イオン化率r jiの分布を
計算する。
In step P11, it is determined whether or not the variables have converged. If not converged, step P12
And the density n h ji of each particle and the potential φ h
i, performs a modification of the electron temperature Te h i, returns to the step P9. If it is determined that the convergence has occurred, step P13
Proceeds to, (φ h i + 1 -φ h) / with obtaining the electric field strength by .delta.i, the electron temperature Te h obtained in fluid model
The distribution of the ionization rate r h ji is calculated from i using Expression (20).

【0049】[0049]

【数20】 r ji=n 1i・n 3i・exp(−Eac/(kb ・Te )) (2 0) ここで、Eacは、中性粒子の活性化エネルギ(eV)で
ある。
Equation 20] r h ji = n h 1i · n h 3i · exp (-Eac / (kb · Te h i)) (2 0) Here, Eac is the activation energy of the neutral particles (eV) is there.

【0050】対向電極間の粒子密度の分布を図3(a)
に、電界強度の分布(実線)及びイオン化率の分布(点
線)の計算結果を同図(b)に示す。次に、ステップP
14で、図3(a)、(b)より、イオンシース領域、
及びサブシース領域を抽出する。図3(b)に示すよう
に、イオン化率及び電界強度は、プラズマ領域で小さ
く、イオンシース領域で大きな値を有するが、イオンシ
ース領域に隣接する領域でも比較的大きな値を有し、プ
ラズマ領域とイオンシース領域の中間の値を有する。こ
の領域をサブシース領域と定義する。具体的には、例え
ばイオン化率がプラズマ領域の100倍以上となってい
る領域と定義する。
FIG. 3A shows the distribution of the particle density between the counter electrodes.
FIG. 3B shows the calculation results of the distribution of the electric field intensity (solid line) and the distribution of the ionization rate (dotted line). Next, step P
At 14, the ion sheath region, as shown in FIGS.
And a sub-sheath region. As shown in FIG. 3B, the ionization rate and the electric field intensity are small in the plasma region and large in the ion sheath region, but relatively large in the region adjacent to the ion sheath region. And an ion sheath region. This region is defined as a sub-sheath region. Specifically, for example, it is defined as a region where the ionization rate is 100 times or more of the plasma region.

【0051】また、図3(a)に示すように、電子密度
及びイオン密度の関係から見ると、イオンシース領域は
電子がほとんど存在せず、イオン密度が電子密度に比べ
て非常に高い領域といえる。サブシース領域は電子密度
がプラズマ領域とイオンシース領域との中間の値を有
し、かつイオン密度が電子密度よりも高くなっている領
域といえる。次に、ステップP15乃至ステップP24
で、上記の方法で抽出したイオンシース領域及びサブシ
ース領域でモンテカルロ法を用いて衝突による反応の解
析と電子の運動を計算する。流体モデルで求めた粒子の
密度分布、電界強度等が粒子の運動の計算に用いられ
る。ここでは、PIC(Particle In Cell)法は用いな
い。また、無衝突モデルを用いて粒子の衝突を計算す
る。
Also, as shown in FIG. 3A, from the relationship between the electron density and the ion density, the ion sheath region has almost no electrons and the ion sheath region has a very high ion density compared to the electron density. I can say. The sub-sheath region can be said to be a region where the electron density has an intermediate value between the plasma region and the ion sheath region, and the ion density is higher than the electron density. Next, steps P15 to P24
In the ion sheath region and the sub-sheath region extracted by the above method, the analysis of the reaction due to the collision and the movement of the electrons are calculated using the Monte Carlo method. The particle density distribution, electric field strength, and the like obtained by the fluid model are used for calculating the motion of the particles. Here, the PIC (Particle In Cell) method is not used. In addition, the collision of particles is calculated using a collisionless model.

【0052】また、流体モデルで用いたメッシュをこの
まま用いるが、このメッシュ内の粒子密度について全て
計算せず、これらを代表してメッシュ内の粒子密度に比
例した数の電子の運動を模擬的に解析する。なお、場合
により、イオンシース領域及びサブシース領域でモンテ
カルロ法を適用するとき、流体モデルで用いたメッシュ
と異なるメッシュを新たに生成してもよい。
Although the mesh used in the fluid model is used as it is, all the particle densities in the mesh are not calculated, and the motion of a number of electrons proportional to the particle density in the mesh is typically represented. To analyze. In some cases, when applying the Monte Carlo method in the ion sheath region and the sub sheath region, a mesh different from the mesh used in the fluid model may be newly generated.

【0053】まず、ステップP15乃至ステップP22
で、乱数r1、r2を発生させ、式(7)乃至式(10)
を用いて、衝突による反応の解析を行う。この場合、ス
テップP20で、反応を伴う衝突か無効的な衝突である
かどうかを判断し、無効的な衝突である場合、ステップ
P17に移行し、衝突の時間をインクリメントし、反応
の解析を行わずに、ステップP18乃至ステップP20
で、次の衝突までの電子の運動を解析する。反応を伴う
実衝突が起こった場合、ステップP21に移行し、例え
ば、反応粒子を1.0乃至1.2eVのエネルギ範囲を
有する電子としたとき、反応プロセスは電離であり、そ
の反応式は式(21)であるとする。
First, steps P15 to P22
Then, random numbers r1 and r2 are generated, and equations (7) to (10) are generated.
Is used to analyze the reaction due to collision. In this case, it is determined in step P20 whether the collision involves a reaction or an invalid collision. If the collision is invalid, the process proceeds to step P17, where the collision time is incremented and the reaction is analyzed. Steps P18 to P20
Then, we analyze the motion of the electron until the next collision. When an actual collision accompanied by a reaction occurs, the process proceeds to Step P21. For example, when the reaction particles are electrons having an energy range of 1.0 to 1.2 eV, the reaction process is ionization, and the reaction equation is represented by the following equation. (21).

【0054】[0054]

【数21】 Ar+e →Ar +2e (21)Ar + e → Ar + + 2e (21)

【0055】次いで、ステップP22で、この反応に基
づいて、式(11),(12)により、反応プロセスm
に対する粒子の生成率S ji及び消滅率κ jki
求める。式(11)の生成率S及び消滅率κjkに位
置パラメータ(i)と時間パラメータ(h)を入れて書
き直したものを式(22),(23)に示す。
Next, in step P22, based on this reaction, the reaction process m is calculated according to equations (11) and (12).
Request generation rate S h ji and extinction ratio kappa h JKI particles against. Equations (22) and (23) show rewrites of the generation rate S j and the extinction rate κ jk of the equation (11) by adding the position parameter (i) and the time parameter (h).

【0056】[0056]

【数22】 S ji=S ji+Δ1j (22)[Number 22] S h ji = S h ji + Δ1j (22)

【0057】[0057]

【数23】 κ jki=κ jki+Δ2j (23)Κ h jki = κ h jki + Δ2j (23)

【0058】具体的に、式(21)の電離反応の場合に
適用すると、以下のようになる。
Specifically, when applied to the case of the ionization reaction of the formula (21), the following is obtained.

【0059】[0059]

【数24】 S 1i =S 1i+Δ11 (24)S h 1i = S h 1i + Δ11 (24)

【0060】[0060]

【数25】 S 3i =S 3i+Δ13 (25)S h 3i = S h 3i + Δ13 (25)

【0061】[0061]

【数26】 κ 31i=κ 31i+Δ23 (26)Κ h 31i = κ h 31i + Δ23 (26)

【0062】次に、ステップP23で、式(13)乃至
(15)により乱数r3,r4を用いて散乱角度を計算
し、また運動方程式式(17)乃至(19)により電子
の運動を計算する。この計算は、電子に対してのみ行わ
れる。次いで、ステップP24で、エネルギの式(1
6)により、散乱後の電子のエネルギを計算する。時間
刻みδtとなるまでこの計算を繰り返して、ステップP
25で、δt時間後の累積された、反応プロセスmに対
する粒子の生成率S ji 及び消滅率κ jkiを求
める。次に、ステップP26で、散乱モデルによる解析
結果の粒子の生成率S ji及び消滅率κ jkiの値
を用い、時間刻みδtだけ増加させて、ステップP7に
移行し、再度全領域で流体モデルを用いてプラズマの粒
子解析を行う。これにより、対向電極に高周波電力を印
加した場合、時間刻みδt毎のプラズマ状態を解析する
ことができる。
Next, in step P23, equations (13) to (13)
Calculate the scattering angle using random numbers r3 and r4 according to (15)
And the equation of motion (17) to (19)
Calculate your movement. This calculation is performed only for electrons
It is. Next, at step P24, the energy equation (1)
According to 6), the energy of the electrons after scattering is calculated. time
This calculation is repeated until the step becomes δt, and step P
At 25, the accumulated reaction process m
Generation rate S of falling particlesh ji And extinction rate κ h jkiSeeking
Confuse. Next, in step P26, analysis using a scattering model
Resulting particle generation rate Sh jiAnd extinction rate κh jkiThe value of the
And increase by the time step δt.
After that, use the fluid model again in all regions to
Perform child analysis. This allows high-frequency power to be applied to the counter electrode.
If added, analyze the plasma state at each time interval δt
be able to.

【0063】また、場合により、これらの計算を繰り返
して時間に対する定常解が得られるまで、これらの計算
を繰り返すことも可能である。一般に、一定の電圧を引
加している状態で、時間が経過しても求められた同じ物
理量がほとんど変化しなくなった状態をいうが、この場
合の定常解とは、繰り返される印加電圧が等しいところ
(例えば、図2(b)のt1とt2で示すような繰り返さ
れる印加電圧の等しいところをいう。)で、求められた
同じ物理量の差がほとんどなくなった状態をいう。上記
解析方法を用いて実際にエッチング反応時のイオンのエ
ネルギのシミュレーションした結果、計算時間を短縮で
きると共に、この計算精度を従来と同程度に維持するこ
とができた。
In some cases, it is possible to repeat these calculations until a steady solution with respect to time is obtained by repeating these calculations. In general, a state in which a constant voltage is applied, and the same physical quantity obtained even after a lapse of time hardly changes, but a steady solution in this case means that the applied voltage repeated is equal. However, it refers to a state in which the difference between the same physical quantities that has been obtained has almost disappeared (for example, a point where repeated applied voltages as indicated by t1 and t2 in FIG. 2B are equal). As a result of actually simulating the energy of ions at the time of the etching reaction using the above-described analysis method, it was possible to shorten the calculation time and to maintain the calculation accuracy at the same level as in the past.

【0064】このように、第1の実施の形態では、全領
域にわたり電子、イオン、及び中性粒子について流体モ
デルを適用すると共に、イオンシース領域及びこの周辺
部のサブシース領域でのみモンテカルロ法を用いて電子
の運動を計算している。これにより、プラズマの粒子解
析方法の精度を低下させることなく、計算時間の短縮を
図ることができる。また、流体モデルによる解析に、連
続の式、ポアソンの式のほかエネルギ輸送方程式を用い
ることにより、流体モデルで非平衡にあるような電子、
イオンも扱うことができ、さらに計算精度が向上するだ
けでなく、特に、イオンシース領域、サブシース領域を
判定する場合に用いられるイオン化率の計算精度を向上
させることができる。
As described above, in the first embodiment, the fluid model is applied to electrons, ions, and neutral particles over the entire region, and the Monte Carlo method is used only in the ion sheath region and the sub-sheath region around the ion sheath region. To calculate the motion of electrons. Thus, the calculation time can be reduced without lowering the accuracy of the plasma particle analysis method. In addition, by using a continuous equation, a Poisson equation, and an energy transport equation in the analysis using the fluid model, electrons that are in non-equilibrium in the fluid model,
Ions can be handled, and not only can the calculation accuracy be improved, but also the calculation accuracy of the ionization rate used in determining the ion sheath region and the sub-sheath region can be particularly improved.

【0065】◇第2の実施の形態 次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。
この発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態に係
るプラズマの粒子解析方法のプログラムを記録したコン
ピュータ読取可能な記録媒体に関する。上記の第1の実
施の形態に係るプラズマの粒子解析方法は、第1の実施
の形態で説明した図4乃至図7に示すフローチャートに
従ってプログラムに組まれ、コンピュータの磁気デイス
クや半導体メモリ等の記録媒体に記録させたり、持ち運
び可能な磁気テープや、磁気デイスクや、半導体メモリ
等の記録媒体に記録させる。これにより、第1の実施の
形態に係るプラズマの粒子解析方法について、保存が可
能となり、繰り返し使用することができる。また、技術
移転を手軽に行うことができると共に、不特定多数のも
のが容易に利用できる。
{Second Embodiment} Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment of the present invention relates to a computer-readable recording medium storing a program of the method for analyzing plasma particles according to the first embodiment. The plasma particle analysis method according to the first embodiment is programmed into a program according to the flowcharts shown in FIGS. 4 to 7 described in the first embodiment, and is used for recording on a magnetic disk or a semiconductor memory of a computer. The information is recorded on a recording medium such as a portable magnetic tape, a magnetic disk, and a semiconductor memory. Thereby, the method for analyzing plasma particles according to the first embodiment can be stored, and can be used repeatedly. In addition, technology transfer can be easily performed, and unspecified large numbers can be easily used.

【0066】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述の第
1の実施の形態では、流体モデルによる数値計算に当た
り微分方程式の空間離散化の手法として一般的な差分
法、例えばコントロールボリューム法を用いているが、
他の差分法を用いてもよい。時間離散化の手法として陰
解法を用いているが、他の離散化方法を用いることがで
きる。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Is also included in the present invention. For example, in the above-described first embodiment, a general difference method, for example, a control volume method is used as a method of spatially discretizing a differential equation in numerical calculation by a fluid model.
Other difference methods may be used. Although the implicit method is used as the method of time discretization, other discretization methods can be used.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、全領域にわたり電子、イオン、及び中性粒子に
ついて流体モデルを適用すると共に、イオンシース領域
及びこの周辺部でのみモンテカルロ法を用いて電子の運
動を計算するので、プラズマの粒子解析方法の精度を損
なうことなく、計算時間の短縮を図ることができる。ま
た、流体モデルによる解析に、連続の式、ポアソンの式
のほかエネルギ輸送方程式を用いることにより、流体モ
デルで非平衡にあるような電子、イオンも扱うことがで
き、さらに計算精度が向上するだけでなく、特に、イオ
ンシース領域、サブシース領域を判定する場合に用いら
れるイオン化率の計算精度を向上させることができる。
また、請求項6記載の記録媒体によれば、請求項1乃至
5の何れか1に記載のプラズマの粒子解析方法をコンピ
ュータに実行させる粒子解析プログラムの技術移転が手
軽にでき、不特定多数のものが容易に利用できる。
As described above, according to the structure of the present invention, the fluid model is applied to the electrons, ions, and neutral particles over the entire region, and the Monte Carlo method is applied only to the ion sheath region and the periphery thereof. Since the motion of electrons is calculated by using the method, the calculation time can be reduced without impairing the accuracy of the method for analyzing plasma particles. In addition, by using the energy transfer equation in addition to the continuous equation, Poisson's equation, and the like for the analysis using the fluid model, it is possible to handle electrons and ions that are in non-equilibrium in the fluid model. In particular, the calculation accuracy of the ionization rate used when determining the ion sheath region and the sub sheath region can be improved.
According to the recording medium of the sixth aspect, the technology transfer of a particle analysis program for causing a computer to execute the plasma particle analysis method according to any one of the first to fifth aspects can be easily performed, and an unspecified large number of the programs can be transferred. Things are readily available.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態によるプラズマの粒子解
析方法の概要を説明するための概要説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram for describing an outline of a plasma particle analysis method according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、同粒子解析方法に用いるプラズマ装
置であり、(b)は、プラズマ化するために対向電極に
印加する高周波電力波形を示す図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating a plasma device used in the particle analysis method, and FIG. 2B is a diagram illustrating a high-frequency power waveform applied to a counter electrode to generate plasma.

【図3】(a)は、この発明の実施の形態に係るプラズ
マの粒子解析方法において、流体モデルにより求めた粒
子密度の分布を示すグラフ、(b)は、流体モデルによ
り求めた電界強度の分布及びイオン化率の分布を示すグ
ラフである。
FIG. 3A is a graph showing a distribution of particle density obtained by a fluid model in the plasma particle analysis method according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing an electric field intensity obtained by the fluid model; It is a graph which shows distribution and distribution of an ionization rate.

【図4】同実施の形態によるプラズマの粒子解析方法の
手順を示すフローチャート(その1)である。
FIG. 4 is a flowchart (part 1) showing a procedure of a plasma particle analysis method according to the embodiment.

【図5】同実施の形態によるプラズマの粒子解析方法の
手順を示すフローチャート(その2)である。
FIG. 5 is a flowchart (part 2) showing the procedure of the plasma particle analysis method according to the embodiment.

【図6】同実施の形態によるプラズマの粒子解析方法の
手順を示すフローチャート(その3)である。
FIG. 6 is a flowchart (part 3) showing a procedure of the plasma particle analysis method according to the embodiment;

【図7】同実施の形態によるプラズマの粒子解析方法の
手順を示すフローチャート(その4)である。
FIG. 7 is a flowchart (part 4) showing the procedure of the plasma particle analysis method according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下部電極 2 上部電極 3 高周波電源 1 lower electrode 2 upper electrode 3 high frequency power supply

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 エッチングや成膜に用いるプラズマ状態
を解析するプラズマの粒子解析方法であって、 流体モデルを用いて前記プラズマ状態の全領域にわた
り、前記プラズマ中の電子、イオン及び中性粒子の粒子
密度の分布と、電位の分布及び電子温度の分布を求め、
前記得られた分布から前記プラズマ中の電界強度の分布
及びイオン化率の分布を求め、 前記電界強度の分布及びイオン化率の分布に基づいて前
記プラズマ状態の全領域からイオンシース領域及びサブ
シース領域を抽出し、 前記イオンシース領域及び前記サブシース領域におい
て、モンテカルロ法を用いて前記電子の運動を解析する
と共に、前記電子と前記電子、イオン及び中性粒子との
反応定数を求めることを特徴とするプラズマの粒子解析
方法。
1. A plasma particle analysis method for analyzing a plasma state used for etching or film formation, wherein electrons, ions, and neutral particles in the plasma are analyzed over a whole region of the plasma state using a fluid model. Find the distribution of particle density, distribution of potential and distribution of electron temperature,
The distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate in the plasma are obtained from the obtained distribution, and the ion sheath region and the sub-sheath region are extracted from the entire region in the plasma state based on the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization ratio. In the ion sheath region and the sub-sheath region, the motion of the electrons is analyzed using a Monte Carlo method, and the reaction constant of the electrons and the electrons, ions, and neutral particles is determined. Particle analysis method.
【請求項2】 対向電極間にエッチングや成膜に用いる
反応ガスを導入し、前記対向電極に電力を印加して前記
対向電極間にプラズマを発生させたときの、前記プラズ
マ状態を数値的に解析するプラズマの粒子解析方法であ
って、 (1)流体モデルを用いて、少なくとも前記対向電極間
に存在する電子、イオン及び中性粒子の粒子密度の分布
と、前記対向電極間における電位の分布及び電子温度の
分布とを求め、 (2)前記流体モデルにより求めた前記粒子密度の分布
と、前記電位の分布及び電子温度の分布から電界強度の
分布及びイオン化率の分布を求め、 (3)前記電界強度の分布及び前記イオン化率の分布か
ら、前記電子の粒子密度と前記イオンの粒子密度が略等
しいプラズマ領域と、前記イオンの粒子密度が前記電子
の粒子密度よりも高いイオンシース領域と、該イオンシ
ース領域に隣接し、前記電界強度及び前記イオン化率が
前記プラズマ領域よりも高く、かつ前記イオンシース領
域よりも低いサブシース領域とを抽出し、 (4)前記イオンシース領域及び前記サブシース領域で
モンテカルロ法により所定時間にわたって前記電子の運
動を解析すると共に、前記電子と前記電子、イオン及び
中性粒子との相互作用を解析して、前記電子、イオン及
び中性粒子の生成率と消滅率を求めることを特徴とする
プラズマの粒子解析方法。
2. The method according to claim 1, wherein a reaction gas used for etching or film formation is introduced between the opposed electrodes, and power is applied to the opposed electrodes to generate plasma between the opposed electrodes. A particle analysis method for a plasma to be analyzed, wherein (1) a distribution of a particle density of at least electrons, ions, and neutral particles existing between the counter electrodes, and a distribution of a potential between the counter electrodes using a fluid model. And (2) obtaining the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate from the distribution of the particle density obtained by the fluid model, the distribution of the electric potential and the distribution of the electron temperature, and (3) From the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate, a plasma region in which the particle density of the electrons is substantially equal to the particle density of the ions, and the particle density of the ions is higher than the particle density of the electrons A high ion sheath region and a sub-sheath region adjacent to the ion sheath region, wherein the electric field intensity and the ionization rate are higher than the plasma region and lower than the ion sheath region. In the sheath region and the sub-sheath region, the motion of the electrons is analyzed for a predetermined time by a Monte Carlo method, and the interaction between the electrons and the electrons, ions, and neutral particles is analyzed, and the electrons, ions, and neutral particles are analyzed. A method for analyzing particles of plasma, comprising determining a generation rate and an extinction rate of a plasma.
【請求項3】 対向電極間にエッチングや成膜に用いる
反応ガスを導入し、前記対向電極に電力を印加して前記
対向電極間にプラズマを発生させたときの、前記プラズ
マ状態を数値的に解析するプラズマの粒子解析方法であ
って、 (1)流体モデルを用いて、少なくとも前記対向電極間
に存在する電子、イオン及び中性粒子の粒子密度の分布
と、前記対向電極間における電位の分布及び電子温度の
分布とを求め、 (2)前記流体モデルにより求めた前記粒子密度の分布
と、前記電位の分布及び電子温度の分布から電界強度の
分布及びイオン化率の分布を求め、 (3)前記電界強度の分布及び前記イオン化率の分布か
ら、前記電子の粒子密度と前記イオンの粒子密度が略等
しいプラズマ領域と、前記イオンの粒子密度が前記電子
の粒子密度よりも高いイオンシース領域と、該イオンシ
ース領域に隣接し、前記電界強度及びイオン化率が前記
プラズマ領域よりも高く、かつ前記イオンシース領域よ
りも低いサブシース領域とを抽出し、 (4)前記イオンシース領域及び前記サブシース領域で
モンテカルロ法により所定時間にわたって前記電子の運
動を解析すると共に、前記電子と前記電子、イオン及び
中性粒子との相互作用を解析して、前記電子、イオン及
び中性粒子の生成率と消滅率を求め、 (5)前記(4)で求めた電子、イオン及び中性粒子の
生成率と消滅率を用い、かつ前記所定時間を経過させた
状態で前記(1)を行い、前記対向電極間に存在する電
子、イオン及び中性粒子の粒子密度の分布と、前記対向
電極間における電位の分布及び電子温度の分布を求める
ことを特徴とするプラズマの粒子解析方法。
3. The method according to claim 1, wherein a reaction gas used for etching or film formation is introduced between the opposing electrodes, and power is applied to the opposing electrodes to generate plasma between the opposing electrodes. A particle analysis method for a plasma to be analyzed, wherein (1) a distribution of a particle density of at least electrons, ions, and neutral particles existing between the counter electrodes, and a distribution of a potential between the counter electrodes using a fluid model. And (2) obtaining the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate from the distribution of the particle density obtained by the fluid model, the distribution of the electric potential and the distribution of the electron temperature, and (3) From the distribution of the electric field intensity and the distribution of the ionization rate, a plasma region in which the particle density of the electrons is substantially equal to the particle density of the ions, and the particle density of the ions is higher than the particle density of the electrons A high ion sheath region and a sub-sheath region adjacent to the ion sheath region, the electric field intensity and the ionization rate being higher than the plasma region and lower than the ion sheath region. (4) The ion sheath In the region and the sub-sheath region, the motion of the electrons is analyzed for a predetermined time by the Monte Carlo method, and the interaction between the electrons and the electrons, ions and neutral particles is analyzed, and the electrons, ions and neutral particles are analyzed. (5) Using the generation rate and the extinction rate of the electrons, ions, and neutral particles obtained in the above (4), and performing the above (1) while the predetermined time has elapsed. Determining the distribution of the particle density of electrons, ions, and neutral particles existing between the counter electrodes, and the distribution of the potential and the distribution of the electron temperature between the counter electrodes. Plasma particle analysis method to be.
【請求項4】 請求項3記載の(1)乃至(5)を繰り
返して、定常状態での前記対向電極間に存在する電子、
イオン及び中性粒子の粒子密度の分布と、前記対向電極
間の電位及び電子温度の分布を求めることを特徴とする
プラズマの粒子解析方法。
4. The method according to claim 3, wherein (1) to (5) are repeated, wherein electrons present between the counter electrodes in a steady state are provided.
A method for analyzing plasma particles, wherein a distribution of particle densities of ions and neutral particles and a distribution of potential and electron temperature between the counter electrodes are obtained.
【請求項5】 前記流体モデルによる解析に、連続の
式、ポアソンの式及びエネルギ輸送方程式を用いること
を特徴とする請求項1乃至4の何れか1に記載のプラズ
マの粒子解析方法。
5. The method according to claim 1, wherein a continuity equation, a Poisson equation, and an energy transport equation are used in the analysis using the fluid model.
【請求項6】 請求項1乃至5の何れか1に記載のプラ
ズマの粒子解析方法をコンピュータに実行させる粒子解
析プログラムを記録するコンピュータ読取可能な記録媒
体。
6. A computer-readable recording medium for recording a particle analysis program for causing a computer to execute the plasma particle analysis method according to claim 1.
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