JP3107023B2 - スパッタ装置シミュレーション方法 - Google Patents
スパッタ装置シミュレーション方法Info
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- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 claims description 11
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタ装置シミュ
レーション方法に係り、特にスパッタ時の温度上昇を考
慮したスパッタ装置シミュレーション方法に関する。
レーション方法に係り、特にスパッタ時の温度上昇を考
慮したスパッタ装置シミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、スパッタ時の温度上昇を考慮
したスパッタ装置シミュレーション方法として、モンテ
カルロ法を用いたシミュレーション方法が知られている
（H.Yamada et.al 1994 IEDM Tech.Dig.pp.553-556）。
この従来のシミュレーション方法では、図２に示すよう
に、まず、スパッタ装置のターゲット１１から放出さ
れ、コリメータ１２を通してウェハー１３に至る粒子の
軌道１４を計算するために、まず、粒子の発生位置、放
出角度、エネルギーを乱数を用いて計算する。次に、こ
れらの値を用いて放出点１５から放出された粒子の衝突
点１６をポアソン分布を仮定して算出している。
したスパッタ装置シミュレーション方法として、モンテ
カルロ法を用いたシミュレーション方法が知られている
（H.Yamada et.al 1994 IEDM Tech.Dig.pp.553-556）。
この従来のシミュレーション方法では、図２に示すよう
に、まず、スパッタ装置のターゲット１１から放出さ
れ、コリメータ１２を通してウェハー１３に至る粒子の
軌道１４を計算するために、まず、粒子の発生位置、放
出角度、エネルギーを乱数を用いて計算する。次に、こ
れらの値を用いて放出点１５から放出された粒子の衝突
点１６をポアソン分布を仮定して算出している。
【０００３】衝突による散乱角度は、中心力場の弾性散
乱計算により得られた結果を用いて剛体球近似により計
算する。ここで、スパッタ粒子が衝突する周囲気体の速
度は、基板温度におけるマックスウェル分布を仮定す
る。以上のようにして、シリコン基板であるウェハー１
３上に到達したスパッタ粒子の軌道１４を計算する。
乱計算により得られた結果を用いて剛体球近似により計
算する。ここで、スパッタ粒子が衝突する周囲気体の速
度は、基板温度におけるマックスウェル分布を仮定す
る。以上のようにして、シリコン基板であるウェハー１
３上に到達したスパッタ粒子の軌道１４を計算する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特にス
パッタ速度が速い場合や、圧力が高い場合などでは、ス
パッタ中に周囲の気体の温度は上昇し、温度分布も生じ
るにもかかわらず、上記の従来のスパッタ装置シミュレ
ーション方法では、スパッタ中も周囲の気体の温度は一
定であるとしているため、上記の温度上昇や温度分布の
効果を扱うことができない。
パッタ速度が速い場合や、圧力が高い場合などでは、ス
パッタ中に周囲の気体の温度は上昇し、温度分布も生じ
るにもかかわらず、上記の従来のスパッタ装置シミュレ
ーション方法では、スパッタ中も周囲の気体の温度は一
定であるとしているため、上記の温度上昇や温度分布の
効果を扱うことができない。
【０００５】一方、これらの効果を扱う方法として、ス
パッタ装置内に多数の粒子を発生させ、これらの粒子の
軌道及び衝突を計算する直接モンテカルロ法が知られて
いる。しかし、この直接モンテカルロ法では、多くの粒
子の軌道及び衝突を計算する必要があるため、計算時間
が長くなるという問題がある。
パッタ装置内に多数の粒子を発生させ、これらの粒子の
軌道及び衝突を計算する直接モンテカルロ法が知られて
いる。しかし、この直接モンテカルロ法では、多くの粒
子の軌道及び衝突を計算する必要があるため、計算時間
が長くなるという問題がある。
【０００６】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
スパッタ粒子の衝突による周囲の気体の温度上昇を考慮
したシミュレーションを行い得るスパッタ装置のシミュ
レーション方法を提供することを目的とする。
スパッタ粒子の衝突による周囲の気体の温度上昇を考慮
したシミュレーションを行い得るスパッタ装置のシミュ
レーション方法を提供することを目的とする。
【０００７】また、本発明の他の目的は、計算時間を増
大させることなく、周囲の気体の温度上昇を考慮したシ
ミュレーションを行い得るスパッタ装置のシミュレーシ
ョン方法を提供することにある。
大させることなく、周囲の気体の温度上昇を考慮したシ
ミュレーションを行い得るスパッタ装置のシミュレーシ
ョン方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はモンテカルロ法を用いたスパッタ装置シミ
ュレーション方法において、スパッタ粒子と周囲の気体
粒子との衝突位置と衝突時間を求める第１のステップ
と、設定した時間刻みの間に衝突時間が生じるすべての
衝突座標について、前回の時間刻みで計算した熱解析結
果で得られた衝突位置での周囲気体の温度分布の計算結
果を用いて、周囲の気体粒子のエネルギー変化を計算す
る第２のステップと、エネルギー変化の計算結果を用い
て、熱解析により衝突位置での周囲気体の温度分布を求
めた後、時間刻みを更新する第３のステップとを含むよ
うにしたものである。
め、本発明はモンテカルロ法を用いたスパッタ装置シミ
ュレーション方法において、スパッタ粒子と周囲の気体
粒子との衝突位置と衝突時間を求める第１のステップ
と、設定した時間刻みの間に衝突時間が生じるすべての
衝突座標について、前回の時間刻みで計算した熱解析結
果で得られた衝突位置での周囲気体の温度分布の計算結
果を用いて、周囲の気体粒子のエネルギー変化を計算す
る第２のステップと、エネルギー変化の計算結果を用い
て、熱解析により衝突位置での周囲気体の温度分布を求
めた後、時間刻みを更新する第３のステップとを含むよ
うにしたものである。
【０００９】この発明では、スパッタ中の温度上昇は熱
解析により求められ、それによるスパッタ粒子の軌道へ
の影響も計算できる。
解析により求められ、それによるスパッタ粒子の軌道へ
の影響も計算できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になるスパッタ装
置のシミュレーション方法の一実施の形態のフローチャ
ートを示す。まず、時間刻みｔｎを設定する。続いて、
スパッタ装置のターゲットから粒子を発生させる（ステ
ップ１０１）。ここで、従来のモンテカルロ法を用いた
軌道計算と同様に粒子の発生位置、放出角度、エネルギ
ーを乱数を用いて計算する。次に、周囲の気体粒子と衝
突するまでの粒子の飛行距離ｄＬをポアソン分布を仮定
した次式 ｄＬ＝λ０（ｖｒｅｌ）・ｌｎ（ｅ１） （１） により求める。上式中、λ０（ｖｒｅｌ）は粒子の平均
自由行程、ｅ１は乱数である。これにより、次の衝突位
置、衝突時間を算出する（ステップ１０２）。
て図面と共に説明する。図１は本発明になるスパッタ装
置のシミュレーション方法の一実施の形態のフローチャ
ートを示す。まず、時間刻みｔｎを設定する。続いて、
スパッタ装置のターゲットから粒子を発生させる（ステ
ップ１０１）。ここで、従来のモンテカルロ法を用いた
軌道計算と同様に粒子の発生位置、放出角度、エネルギ
ーを乱数を用いて計算する。次に、周囲の気体粒子と衝
突するまでの粒子の飛行距離ｄＬをポアソン分布を仮定
した次式 ｄＬ＝λ０（ｖｒｅｌ）・ｌｎ（ｅ１） （１） により求める。上式中、λ０（ｖｒｅｌ）は粒子の平均
自由行程、ｅ１は乱数である。これにより、次の衝突位
置、衝突時間を算出する（ステップ１０２）。
【００１１】次に、スパッタ装置内の粒子データを抽出
し（ステップ１０３）、その粒子データの衝突時間ｔｃ
と時間刻みｔｎとを大小比較し（ステップ１０４）、ｔ
ｃ＜ｔｎのときには衝突計算を行う。この衝突計算時に
は、スパッタ粒子が衝突する気体粒子の運動量を、次の
ようにして求める。前の時間刻みで計算した熱解析結果
で得られた衝突位置での周囲気体の温度を算出し（ステ
ップ１０５）、マクスウェル分布より周囲の気体粒子の
速度を計算する（ステップ１０６）。そして、衝突によ
る散乱角度、中心力場の弾性散乱計算により得られた結
果を用いて剛体球近似により計算する（ステップ１０
７）。また、このときの周囲の気体粒子のエネルギー変
化も計算する（ステップ１０８）。次に、ステップ１０
２と同様に衝突時間ｔｃ位置の計算を行う（ステップ１
０９）。そして、粒子データの衝突時間ｔｃと時間刻み
ｔｎとを大小比較する（ステップ１０４）。
し（ステップ１０３）、その粒子データの衝突時間ｔｃ
と時間刻みｔｎとを大小比較し（ステップ１０４）、ｔ
ｃ＜ｔｎのときには衝突計算を行う。この衝突計算時に
は、スパッタ粒子が衝突する気体粒子の運動量を、次の
ようにして求める。前の時間刻みで計算した熱解析結果
で得られた衝突位置での周囲気体の温度を算出し（ステ
ップ１０５）、マクスウェル分布より周囲の気体粒子の
速度を計算する（ステップ１０６）。そして、衝突によ
る散乱角度、中心力場の弾性散乱計算により得られた結
果を用いて剛体球近似により計算する（ステップ１０
７）。また、このときの周囲の気体粒子のエネルギー変
化も計算する（ステップ１０８）。次に、ステップ１０
２と同様に衝突時間ｔｃ位置の計算を行う（ステップ１
０９）。そして、粒子データの衝突時間ｔｃと時間刻み
ｔｎとを大小比較する（ステップ１０４）。
【００１２】以上のステップ１０５〜１０９の処理を衝
突時間ｔｃが時間刻みｔｎを越えるまで繰り返す。ステ
ップ１０４でｔｃ≧ｔｎの比較結果が得られたときは、
すべての気体粒子について衝突時間ｔｃが時間刻みｔｎ
を越えたかどうか比較したかどうか判定し（ステップ１
１０）、すべての気体粒子について衝突時間ｔｃが時間
刻みｔｎを越えたかどうか比較したかどうか判定が終わ
っていないときには、ステップ１０３〜１０９の処理を
行う。
突時間ｔｃが時間刻みｔｎを越えるまで繰り返す。ステ
ップ１０４でｔｃ≧ｔｎの比較結果が得られたときは、
すべての気体粒子について衝突時間ｔｃが時間刻みｔｎ
を越えたかどうか比較したかどうか判定し（ステップ１
１０）、すべての気体粒子について衝突時間ｔｃが時間
刻みｔｎを越えたかどうか比較したかどうか判定が終わ
っていないときには、ステップ１０３〜１０９の処理を
行う。
【００１３】すべての気体粒子について、衝突時間ｔｃ
が時間刻みｔｎより小なる衝突計算が終了すると、時間
更新するが、その前に得られたエネルギー量データ（エ
ネルギー変化の値）を用いて熱解析を行い（ステップ１
１１、１１２）、周囲気体の温度分布を求め、時間更新
する（ステップ１１３）。次に、ステップ１０１に戻
り、以上の計算を繰り返す。
が時間刻みｔｎより小なる衝突計算が終了すると、時間
更新するが、その前に得られたエネルギー量データ（エ
ネルギー変化の値）を用いて熱解析を行い（ステップ１
１１、１１２）、周囲気体の温度分布を求め、時間更新
する（ステップ１１３）。次に、ステップ１０１に戻
り、以上の計算を繰り返す。
【００１４】この実施の形態によれば、スパッタ速度が
大きい場合には、スパッタ中の温度上昇が１００℃程度
となる。この条件で計算した結果、従来のシミュレーシ
ョン方法では約２０％の誤差に対して、この実施の形態
を用いることにより、誤差が５％以下となった。また、
要した計算時間は従来の約１．５倍で、実用レベルであ
った。
大きい場合には、スパッタ中の温度上昇が１００℃程度
となる。この条件で計算した結果、従来のシミュレーシ
ョン方法では約２０％の誤差に対して、この実施の形態
を用いることにより、誤差が５％以下となった。また、
要した計算時間は従来の約１．５倍で、実用レベルであ
った。
【００１５】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。この他の実施の形態では、スパッタ粒子と周囲
の気体粒子との衝突位置に関しての計算に特徴がある。
すなわち、この実施の形態の処理フローチャートは図１
と同じであるが、衝突時間と位置の計算ステップ１０２
及び１０９において、以下の計算を行う点に特徴があ
る。
明する。この他の実施の形態では、スパッタ粒子と周囲
の気体粒子との衝突位置に関しての計算に特徴がある。
すなわち、この実施の形態の処理フローチャートは図１
と同じであるが、衝突時間と位置の計算ステップ１０２
及び１０９において、以下の計算を行う点に特徴があ
る。
【００１６】まず、周囲気体の粒子の速度分布が前の時
間刻みで求めた最高温度でのマックスウェル分布である
と仮定し、スパッタ粒子の次の衝突位置までの距離ｄＬ
を乱数を用いて（１）式より求める。
間刻みで求めた最高温度でのマックスウェル分布である
と仮定し、スパッタ粒子の次の衝突位置までの距離ｄＬ
を乱数を用いて（１）式より求める。
【００１７】次に、求めた衝突位置で前の時間刻みでの
熱解析結果を用いて粒子の温度を求め、この座標位置で
の衝突確率Ｐｉを計算する。ここで、 Ｐｉ＝ｅｘｐ（−ｄＬ／λ） （２） である。上式中、λはその温度での平均自由行程であ
る。
熱解析結果を用いて粒子の温度を求め、この座標位置で
の衝突確率Ｐｉを計算する。ここで、 Ｐｉ＝ｅｘｐ（−ｄＬ／λ） （２） である。上式中、λはその温度での平均自由行程であ
る。
【００１８】次に、乱数ｅを発生させて上記の衝突確率
と比較し、ｅ＞Ｐｉであれば、衝突は起こらないとし、
衝突の再計算を行う。この実施の形態では粒子の衝突位
置が、前記の実施の形態よりも正確に求まり、全体とし
て精度を２％向上できた。
と比較し、ｅ＞Ｐｉであれば、衝突は起こらないとし、
衝突の再計算を行う。この実施の形態では粒子の衝突位
置が、前記の実施の形態よりも正確に求まり、全体とし
て精度を２％向上できた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スパッタ中の温度上昇は熱解析により求められ、それに
よるスパッタ粒子の軌道への影響も計算できるため、特
にスパッタ速度が速い場合には従来のモンテカルロ法に
比べて高精度に計算でき、従来よりも計算速度の大きな
低下をもたらすことなく、様々な条件に対するシミュレ
ーション精度を大幅に向上できる。
スパッタ中の温度上昇は熱解析により求められ、それに
よるスパッタ粒子の軌道への影響も計算できるため、特
にスパッタ速度が速い場合には従来のモンテカルロ法に
比べて高精度に計算でき、従来よりも計算速度の大きな
低下をもたらすことなく、様々な条件に対するシミュレ
ーション精度を大幅に向上できる。
【図１】本発明の一実施の形態のフローチャートであ
る。
る。
【図２】従来方法の一例の説明図である。
１１ ターゲット １３ ウェハー １６ 衝突点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 G06F 17/00 H01L 21/203 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 モンテカルロ法を用いたスパッタ装置シ
ミュレーション方法において、 スパッタ粒子と周囲の気体粒子との衝突位置と衝突時間
を求める第１のステップと、 設定した時間刻みの間に前記衝突時間が生じるすべての
衝突座標について、前回の時間刻みで計算した熱解析結
果で得られた衝突位置での周囲気体の温度分布の計算結
果を用いて、前記周囲の気体粒子のエネルギー変化を計
算する第２のステップと、 前記エネルギー変化の計算結果を用いて、熱解析により
衝突位置での周囲気体の前記温度分布を求めた後、前記
時間刻みを更新する第３のステップとを含むことを特徴
とするスパッタ装置シミュレーション方法。 - 【請求項２】 前記第１のステップは、前記スパッタ粒
子の発生位置、放出角度、エネルギーを乱数を用いて計
算し、前記周囲の気体粒子と衝突するまでの粒子の飛行
距離をポアソン分布を仮定して求め、前記衝突位置と衝
突時間を算出することを特徴とする請求項１記載のスパ
ッタ装置シミュレーション方法。 - 【請求項３】 前記第２のステップは、前記第１のステ
ップで求められた衝突時間を前記時間刻みと比較し、該
衝突時間が該時間刻みよりも小さい場合は、前回の時間
刻みで計算した前記熱解析結果に基づいて衝突位置での
周囲気体の温度を計算し、マックスウェル分布より前記
周囲の気体粒子の速度を計算し、衝突による前記周囲の
気体粒子のエネルギーの変化を計算することを、設定し
た時間刻みの間に生じるすべての衝突座標について行う
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置シミュレ
ーション方法。 - 【請求項４】 前記第１のステップにおいて前記周囲の
気体粒子と衝突するまでの粒子の飛行距離を、粒子の平
均自由行程をλ０（ｖｒｅｌ）、乱数をｅ１としたと
き、λ０（ｖｒｅｌ）ｌｎ（ｅ１）で計算することを特
徴とする請求項１記載のスパッタ装置シミュレーション
方法。 - 【請求項５】 前記第２のステップは、前記第１のステ
ップで求められた衝突時間を前記時間刻みと比較し、該
衝突時間が該時間刻みよりも小さい場合は、前回の時間
刻みで計算した前記熱解析結果に基づいて衝突位置での
周囲気体の温度を計算し、この衝突位置での衝突確率を
計算し、衝突による前記周囲の気体粒子のエネルギーの
変化を計算することを、設定した時間刻みの間に生じる
すべての衝突座標について行うことを特徴とする請求項
１記載のスパッタ装置シミュレーション方法。 - 【請求項６】 前記衝突確率は、計算した温度での平均
自由行程をλ、前記周囲の気体粒子と衝突するまでの粒
子の飛行距離をｄＬとしたとき、ｅｘｐ（−ｄＬ／λ）
により計算することを特徴とする請求項５記載のスパッ
タ装置シミュレーション方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32811697A JP3107023B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | スパッタ装置シミュレーション方法 |
| KR1019980051597A KR100278492B1 (ko) | 1997-11-28 | 1998-11-28 | 스퍼터링 장치 시뮬레이션 방법 |
| US09/201,143 US6070735A (en) | 1997-11-28 | 1998-11-30 | Sputtering apparatus simulation method |
| CN98125075A CN1122933C (zh) | 1997-11-28 | 1998-11-30 | 溅射装置的模拟方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32811697A JP3107023B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | スパッタ装置シミュレーション方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11158623A JPH11158623A (ja) | 1999-06-15 |
| JP3107023B2 true JP3107023B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=18206675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32811697A Expired - Fee Related JP3107023B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | スパッタ装置シミュレーション方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6070735A (ja) |
| JP (1) | JP3107023B2 (ja) |
| KR (1) | KR100278492B1 (ja) |
| CN (1) | CN1122933C (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004020466A1 (de) * | 2004-04-26 | 2005-11-17 | Applied Films Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Beschichten von Substraten in Inline-Anlagen |
| CN100442270C (zh) * | 2005-08-08 | 2008-12-10 | 上海市计量测试技术研究院 | 一种用蒙特卡罗统计模拟计算合成不确定度的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2718385B2 (ja) * | 1994-12-20 | 1998-02-25 | 日本電気株式会社 | 形状シミュレーション方法 |
| JP2910611B2 (ja) * | 1995-03-30 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | 形状シミュレーション方法 |
| JP2806349B2 (ja) * | 1996-03-13 | 1998-09-30 | 日本電気株式会社 | スパッタ装置シミュレーション方法 |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32811697A patent/JP3107023B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-28 KR KR1019980051597A patent/KR100278492B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1998-11-30 US US09/201,143 patent/US6070735A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-30 CN CN98125075A patent/CN1122933C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ １４［４］（１９９５）山田 裕明 外２明 ｐ．９３−９８ |
| 月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ １５［４］（１９９６）山田 裕明 外２名 ｐ．８０−８３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11158623A (ja) | 1999-06-15 |
| KR100278492B1 (ko) | 2001-01-15 |
| KR19990045682A (ko) | 1999-06-25 |
| US6070735A (en) | 2000-06-06 |
| CN1122933C (zh) | 2003-10-01 |
| CN1225482A (zh) | 1999-08-11 |
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