WO2017193367A1 - 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统 - Google Patents

双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
WO2017193367A1
WO2017193367A1 PCT/CN2016/082008 CN2016082008W WO2017193367A1 WO 2017193367 A1 WO2017193367 A1 WO 2017193367A1 CN 2016082008 W CN2016082008 W CN 2016082008W WO 2017193367 A1 WO2017193367 A1 WO 2017193367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sheath
ion
dimensional
boundary
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CN2016/082008
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
黄利平
赵继丛
田凌
李春光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to PCT/CN2016/082008 priority Critical patent/WO2017193367A1/zh
Publication of WO2017193367A1 publication Critical patent/WO2017193367A1/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Definitions

  • the invention belongs to the field of computer application technology and integrated circuit manufacturing, and specifically designs a two-dimensional numerical simulation method and system for dual-frequency capacitive coupled plasma etching sheath.
  • IC integrated circuit
  • Etching is an important step in the processing of integrated circuits by selectively removing etched material from the surface of the wafer using chemical or physical methods.
  • DF-CCP Dual-Frequency Capacitively Coupled Plasma
  • ion energy distribution is an important factor affecting etching, which affects etching damage, etching rate and etching uniformity.
  • the ion energy is mainly controlled by the sheath, and the sheath environment is affected by factors such as the etching chamber environment. Therefore, in recent years, scholars at home and abroad have conducted in-depth and extensive research on the sheath.
  • Embodiments of the present invention provide a two-dimensional numerical simulation method, system, device, and computer storage medium for a dual-frequency capacitively coupled plasma etching sheath layer, which are designed to solve a one-dimensional sheath simulation when the ion radial density fluctuates. No longer applicable questions.
  • the embodiment of the present invention is implemented by a two-dimensional numerical simulation method for a double-frequency capacitively coupled plasma etching sheath layer, and the following assumptions are made:
  • the sheath boundary satisfies the quasi-electrical neutral assumption, and the positive ion charge amount is equal to the total electron charge;
  • the axisymmetric boundary satisfies the potential, ion density, and ion axial velocity with a gradient in the radial direction of zero;
  • the side boundary satisfies the potential, the ion density, and the ion velocity with a gradient in the radial direction of zero;
  • the lower boundary satisfies the potential equal to the substrate voltage, and the ion density and the ion velocity are zero in the axial direction;
  • the method includes the following steps:
  • Another object of the embodiments of the present invention is to provide a two-dimensional capacitive coupled plasma etching sheath two-dimensional numerical simulation system, and the following assumptions are made:
  • the sheath boundary satisfies the quasi-electrical neutral assumption, and the positive ion charge amount is equal to the total electron charge;
  • the axisymmetric boundary satisfies the potential, ion density, and ion axial velocity with a gradient in the radial direction of zero;
  • the side boundary satisfies the potential, the ion density, and the ion velocity with a gradient in the radial direction of zero;
  • the lower boundary satisfies the potential equal to the substrate voltage, and the ion density and the ion velocity are zero in the axial direction;
  • the system includes:
  • the modeling module is also used to establish a fluid model of the two-dimensional sheath by using the flux continuous equation, the momentum conservation equation and the Poisson equation;
  • a file management module for storing configuration files required for calculation
  • a calculation module configured to perform a fluid difference solution and a Monte Carlo solution according to the input sheath parameter, the axisymmetric model of the two-dimensional sheath, and the fluid model of the two-dimensional sheath, respectively, to obtain a solution result;
  • Another object of embodiments of the present invention is to provide an apparatus comprising: one or more processors; a memory; one or more programs, the one or more programs being stored in the memory when Or when the plurality of processors are executed, the Bluetooth connection control method of the multi-player device of the above-described embodiment of the present invention is executed.
  • Another object of embodiments of the present invention is to provide a non-volatile computer storage medium storing one or more programs, when the one or more programs are executed by a device, The device performs the Bluetooth connection control method of the multi-play device of the above embodiment of the present invention.
  • a two-dimensional sheath model is established by using a fluid mechanics method, and a sheath containing two-dimensional single ions is simulated, and the influence of uneven plasma radial density distribution on the sheath parameters at the sheath boundary is analyzed.
  • the above parameters of the sheath can be quantitatively analyzed.
  • the relationship between plasma radial density and ion energy can be quantitatively obtained, which helps to optimize the plasma density distribution, such as changing the chamber structure and process parameters to improve the ion energy. Uniformity of distribution, thereby improving etching uniformity and reducing side etching.
  • FIG. 1 is a flow chart of a two-dimensional numerical simulation method for a dual-frequency capacitively coupled plasma etched sheath layer of the present invention
  • FIG. 3 is a structural block diagram of a two-dimensional numerical simulation system for a dual-frequency capacitively coupled plasma etching sheath according to the present invention
  • FIG. 4 is a flow chart of drawing a sheath layer simulation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 (a) is a diagram showing the distribution of ion density in the sheath in the middle low edge high distribution of the plasma radial density distribution according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 (b) is a diagram showing the distribution of ion velocity in the sheath in the middle low edge high distribution of the plasma radial density distribution according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 (c) is a diagram showing the distribution of the inner potential of the sheath in the middle low edge high distribution of the plasma radial density distribution according to an embodiment of the present invention
  • 5(d) is a graph showing an average ion energy of an incident substrate in a middle low edge high distribution of a plasma radial density distribution according to an embodiment of the present invention
  • 6(a) is a diagram showing an ion density distribution in a sheath in a distribution of plasma radial density fluctuations according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 (b) is a diagram showing the distribution of ion velocity in the sheath in the distribution of plasma radial density fluctuations according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 (c) is a diagram showing the potential distribution in the sheath in the distribution of plasma radial density fluctuations according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 6(e) is a radial average energy distribution diagram of incident substrate ions in a distribution of plasma radial density fluctuations according to an embodiment of the present invention.
  • a two-dimensional numerical simulation method for double-capacitive capacitively coupled plasma etching sheath firstly assumes that the sheath boundary satisfies the quasi-electrical neutral hypothesis, and the positive ion charge amount is equal to the total electron charge amount;
  • the axisymmetric boundary satisfies the potential, ion density, and ion axial velocity in the radial direction with zero gradient;
  • the side boundary satisfies the potential, the ion density, and the ion velocity have a gradient in the radial direction of zero;
  • the lower boundary satisfies the potential equal to the substrate voltage,
  • the ion density and ion velocity have a gradient of zero in the axial direction.
  • the above simulation method includes the following steps:
  • the input sheath parameters include a high frequency, a low frequency, a high frequency current, a low frequency current, a sheath thickness, an ion average density, an ion relative mass, an electron temperature, a radius length, and an axial direction.
  • the solution results include a physical quantity within the sheath and an energy distribution of the ion incident substrate.
  • the physical quantities within the sheath include one or more of ion density, ion velocity, sheath potential, and sheath electric field.
  • a two-dimensional numerical simulation system for double-capacitive capacitively coupled plasma etching sheath firstly assumes that the sheath boundary satisfies the quasi-electrical neutral hypothesis, the positive ion charge quantity is equal to the total electron charge; the axisymmetric boundary satisfies the potential
  • the ion density and the ion axial velocity have a gradient in the radial direction of zero; the side boundary satisfies the potential, the ion density, and the ion velocity are zero in the radial direction; the lower boundary satisfies the potential equal to the substrate voltage, ion density, and ion velocity
  • the gradient is zero in the axial direction.
  • the above simulation system includes a modeling module, a file management module, a calculation module, and a drawing module.
  • the calculation module is configured to perform a fluid difference solution and a Monte Carlo solution according to the input sheath parameter, the axisymmetric model of the two-dimensional sheath, and the fluid model of the two-dimensional sheath, respectively, to obtain a solution result.
  • the calculation module primarily implements the calculation of the sheath.
  • the process steps of the calculation are shown in Figure 4.
  • simulation parameter definition including model definition parameter configuration and model system parameter configuration
  • sheath evolution including sheath calculation and Monte Carlo evolution
  • Monte Carlo's two-dimensional single-ion sheath evolution can reflect the influence of plasma density distribution on ion energy distribution, helping engineers to obtain radial distribution information of ion energy, thereby reducing side etching and improving etching uniformity.
  • the input sheath parameters include a high frequency, a low frequency, a high frequency current, a low frequency current, a sheath thickness, an ion average density, an ion relative mass, an electron temperature, a radius length, and an axial direction.
  • the solution results include a physical quantity within the sheath and an energy distribution of the ion incident substrate.
  • the physical quantities within the sheath include one or more of ion density, ion velocity, sheath potential, and sheath electric field.
  • a file management module for storing the configuration files required for the calculation.
  • Model parameter settings include high frequency (f_high), low frequency (f_low), high frequency current (I_high), low frequency current (I_low), sheath thickness (d_sheath), average ion density (n0), ion relative mass (Mi) , electron temperature (Te), radius length (r), axial length (z), number of axial networks (M), number of radial networks (N), time step (dt), period discrete step (d_cycle) Wait.
  • System parameter settings include temporary file name (tempFileName), result file name (resultFileName), storage path (filePath), scan result interval, and so on.
  • a drawing module for drawing based on the result of the solution.
  • the drawing interface of the drawing module includes a menu area, a data loading, a drawing setting, a drawing area, and a status area.
  • the menu area and the status area are the same as the calculation interface.
  • the data loading region can load the calculation results of sheath potential, sheath electric field, ion velocity, ion and electron density, ion flux, ion thickness and energy distribution one by one or all.
  • the drawing settings area there are 4 tabs for 2D, 3D, energy distribution and settings, 2D labels for 2D images, 3D labels The sign is used to draw a three-dimensional image, the energy distribution label is used to draw the energy distribution image, and the set label is used to set the annotation and grid settings in the drawing.
  • the user can select the parameters represented by the coordinate axes, manually input the labels of each coordinate axis, and the data interval. After the image is drawn, you can also save the drawn image as a jpg format image.
  • the drawing function of this system uses two-dimensional and three-dimensional drawing functions based on functions such as plot() in matlab, and the image is presented in the drawing area of the system. The system realizes the efficient integration of matlab, which is convenient for users.
  • the dual frequency capacitively coupled plasma etch sheath two-dimensional numerical simulation system further includes a log saving module, and the log saving module is configured to correspond to the sheath parameter and the settlement result of each analog input. storage.
  • the operation process of the two-frequency capacitively coupled plasma etching sheath two-dimensional numerical simulation system in the embodiment of the present invention is: first, the user creates a new simulation task through the file management module, and then selects the sheath type in the calculation module to complete the simulation parameter definition. Then, the sheath calculation and Monte Carlo calculation are performed; finally, the physical quantities (such as ion density, ion velocity, sheath potential, sheath electric field, etc.) in the sheath and the energy distribution of the ion incident substrate are obtained.
  • the simulation results can be drawn into two-dimensional and three-dimensional graphics, which is convenient for the user to observe the evolution result of the sheath.
  • the sheath simulation system also provides a log save function that records the user's operational behavior and displays the working state of the sheath simulation system for easy traceability and analysis.
  • the distribution of the intermediate low edge height of the plasma radial density and the radial fluctuation distribution are respectively introduced into the sheath simulation system for calculation, and the ion density distribution, velocity distribution, and distribution in the sheath layer can be obtained by calculation.
  • the plasma density distribution is the main factor determining the average radial energy distribution of the ions, and the relationship between the plasma radial density and the ion energy can be quantitatively obtained by the two-dimensional sheath model. In order to obtain a uniform ion energy distribution and improve etching uniformity, it is necessary to simulate different ion radial density distributions.
  • the invention adopts a fluid mechanics method to establish a two-dimensional sheath model, simulates a sheath containing two-dimensional single ions, analyzes the influence of uneven plasma radial density distribution on the sheath parameters at the sheath boundary, and obtains a sheath.
  • the present invention is capable of quantitatively analyzing the above parameters of the sheath.
  • the relationship between plasma radial density and ion energy can be quantitatively obtained, which helps to optimize the plasma density distribution, such as changing the chamber structure and process parameters to improve the ion energy. Uniformity of distribution, thereby improving etching uniformity and reducing side etching.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法和系统，方法包括步骤：采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型；利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型；根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果；根据求解结果进行绘图。该方法和系统具有如下优点：采用流体力学方法建立了二维鞘层模型，通过探究二维鞘层模型，能够定量的得到等离子体径向密度与离子能量之间的关系，有助于促进等离子体密度分布的优化，如通过改变腔室结构、工艺参数等以提高离子能量分布的均匀性，从而提高刻蚀均匀性，减小旁刻现象。

Description

双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统 技术领域
本发明属于计算机应用技术领域和集成电路制造领域，具体设计一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统。
背景技术
集成电路(integrated circuit,IC)产业是电子信息产业的核心和基石。刻蚀是集成电路加工的重要步骤，它利用化学或物理方法有选择地从晶圆表面去除刻蚀材料。近年来，随着人们对集成电路微加工技术的要求越来越高，双频容性等离子体(Dual-Frequency Capacitively Coupled Plasma,DF-CCP)刻蚀备受关注。
在双频CCP刻蚀中，离子能量分布是影响刻蚀的重要因素，它影响着刻蚀损伤、刻蚀速率和刻蚀均匀性。而离子能量主要由鞘层控制，而鞘层环境又受到刻蚀腔室环境等因素的影响。因此，近年来国内外学者对鞘层展开了深入广泛地研究。
大连理工大学蒋相站、刘永新等人通过实验，对双频容性耦合等离子体密度的径向分布进行了探究。通过其研究可知，在不同的低频电压下、不同的腔室环境下，鞘层的等离子体密度径向分布不均匀。当离子径向密度存在波动时，一维鞘层模拟将不再适用。
发明内容
本发明实施例提供一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统、设备及计算机存储介质，旨在解决当离子径向密度存在波动时，一维鞘层模拟将不再适用的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法，进行以下假设：
鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；
轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；
侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；
下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零；
所述方法包括以下步骤：
S1：采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界，r＝R表示鞘层区的侧边界。
S2：利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型；
S3：根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果；
S4：根据所述求解结果进行绘图。
本发明实施例的另一目的在于提供一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统，进行以下假设：
鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；
轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；
侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；
下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零；
所述系统包括：
建模模块，所述建模模块用于采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界；所述建模模块还用于利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型；
文件管理模块，用于将计算所需的配置文件进行存储；
计算模块，用于根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果；
绘图模块，用于根据所述求解结果进行绘图。
本发明实施例的另一目的在于提供一种设备，包括：一个或者多个处理器；存储器；一个或者多个程序，所述一个或者多个程序存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行本发明上述实施例的多播放设备的蓝牙连接控制方法。
本发明实施例的另一目的在于提供一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被一个设备执行时，使得所述设备执行本发明上述实施例的多播放设备的蓝牙连接控制方法。
本发明实施例采用流体力学方法建立了二维鞘层模型，模拟了含有二维单离子的鞘层，分析了鞘层边界处等离子体径向密度分布不均匀对鞘层各参数的影响，得到了鞘层内离子密度分布、离子速度分布、鞘层电势以及入射基板离子的平均能量在径向上的分布等。能够定量地对鞘层的以上参量进行分析。通过探究二维鞘层模型，能够定量的得到等离子体径向密度与离子能量之间的关系，有助于促进等离子体密度分布的优化，如通过改变腔室结构、工艺参数等以提高离子能量分布的均匀性，从而提高刻蚀均匀性，减小旁刻现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的二维鞘层的轴对称模型；
图3是本发明的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统的结构框图；
图4是本发明一个实施例的鞘层模拟系统绘图流程图；
图5(a)是本发明一个实施例的等离子体径向密度分布中间低边缘高分布中鞘层内离子密度分布图；
图5(b)是本发明一个实施例的等离子体径向密度分布中间低边缘高分布中鞘层内离子速度分布图；
图5(c)是本发明一个实施例的等离子体径向密度分布中间低边缘高分布中鞘层内电势分布图；
图5(d)是本发明一个实施例的等离子体径向密度分布中间低边缘高分布中入射基板的平均离子能量图；
图6(a)是本发明一个实施例的等离子体径向密度波动的分布中鞘层内离子密度分布图；
图6(b)是本发明一个实施例的等离子体径向密度波动的分布中鞘层内离子速度分布图；
图6(c)是本发明一个实施例的等离子体径向密度波动的分布中鞘层内电势分布图；
图6(d)是本发明一个实施例的等离子体径向密度波动的分布中鞘层位置为z＝0.5mm，基板电压为Ve＝-770V时的鞘层电势分布图；
图6(e)是本发明一个实施例的等离子体径向密度波动的分布中入射基板离子的径向平均能量分布图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的 原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法。
请参考图1，一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法，首先进行以下假设：鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零。
上述模拟方法包括以下步骤：
S1：采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界，r＝R表示鞘层区的侧边界。
具体地，请参考图2，鞘层区的坐标r∈[0,R],坐标z∈[0,d]。
S2：利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型。
S3：根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果。
在本发明的一个实施例中，上述输入的鞘层参数包括高频频率、低频频率、高频电流、低频电流、鞘层厚度、离子平均密度、离子相对质量、电子温度、半径长度、轴向长度、轴向网络数、径向网络数、时间步长和周期离散步长中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，上述求解结果包括鞘层内物理量和离子入射基板的能量分布。
在本发明的一个实施例中，上述鞘层内物理量包括离子密度、离子速度、鞘层电势和鞘层电场中的一种或多种。
以下结合附图描述根据本发明实施例的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统。
一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统，首先进行以下假设：鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零。
上述模拟系统包括建模模块、文件管理模块、计算模块和绘图模块。
其中，建模模块采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界，r＝R表示鞘层区的侧边界；建模模块利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型。
具体地，请再次参考图2，鞘层区的坐标r∈[0,R],坐标z∈[0,d]。
计算模块，用于根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果。
具体地，计算模块主要实现鞘层的计算。计算的流程步骤如图4所示。进行计算时，首先要新建工程，然后选择二维单粒子模拟，之后是模拟参数定义，包括模型定义参数配置和模型系统参数配置，之后进行鞘层演化，鞘层演化包括了鞘层计算和蒙特卡罗演化，最后得到了结果，可以进行结果日志保存。
蒙特卡罗二维单离子鞘层演化，能反映等离子体密度分布对离子能量分布的影响，帮助工程师获得离子能量的径向分布信息，从而减少旁刻现象和提高刻蚀均匀性。
在本发明的一个实施例中，上述输入的鞘层参数包括高频频率、低频频率、高频电流、低频电流、鞘层厚度、离子平均密度、离子相对质量、电子温度、半径长度、轴向长度、轴向网络数、径向网络数、时间步长和周期离散步长中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，上述求解结果包括鞘层内物理量和离子入射基板的能量分布。
在本发明的一个实施例中，上述鞘层内物理量包括离子密度、离子速度、鞘层电势和鞘层电场中的一种或多种。
文件管理模块，用于将计算所需的配置文件进行存储。
具体地，文件管理模块，实现了模型参数设置和系统参数设置的保存、打开等功能。模型参数设置包括高频频率(f_high)、低频频率(f_low)、高频电流(I_high)、低频电流(I_low)、鞘层厚度(d_sheath)、离子平均密度(n0)、离子相对质量(Mi)、电子温度(Te)、半径长度(r)、轴向长度(z)、轴向网络数(M)、径向网络数(N)、时间步长(dt)、周期离散步长(d_cycle)等。系统参数设置包括临时文件名(tempFileName)、结果文件名(resultFileName)、存储路径(filePath)、扫描结果间隔等。
绘图模块，用于根据求解结果进行绘图。
具体地，绘图模块的绘图界面包含了菜单区、数据载入、绘图设置、绘图区和状态区。其中菜单区和状态区和计算界面相同。数据载入区可以将鞘层电势、鞘层电场、离子速度、离子与电子密度、离子通量、离子厚度和能量分布等计算结果逐个或全部载入。在绘图设置区，有2D、3D、能量分布和设置四个选项卡，选择2D标签用于绘制二维图像，3D标 签用于绘制三维图像，能量分布标签用于绘制能量分布图像，设置标签用于设置绘图中标注和网格的设置等。绘制图像时，用户可以选择坐标轴所代表的参数，手动输入各个坐标轴的标注以及数据间隔等。图像绘制完成后，还可以将绘制的图像保存为jpg格式的图片。本系统绘图功能采用matlab中plot( )等函数为基础的二维、三维绘图函数，将图像呈现在系统的绘图区。系统实现了matlab的高效集成，方便了用户的使用。
在本发明的一个实施例中，双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统还包括日志保存模块，日志保存模块用于对每次模拟输入的鞘层参数和结算结果进行对应存储。
本发明实施例的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统的操作过程为：首先用户通过文件管理模块新建一个模拟任务，然后在计算模块选择鞘层类型，完成模拟参数定义；进而进行鞘层计算和蒙特卡罗计算；最后得到鞘层内物理量(如离子密度、离子速度、鞘层电势和鞘层电场等)和离子入射基板的能量分布。在绘图模块中可以将模拟结果绘制成二维和三维图形，方便用户观察鞘层演化结果。鞘层模拟系统还提供日志保存功能，记录用户的操作行为，显示鞘层模拟系统的工作状态，便于追溯与分析。
在本发明的一个示例中，分别将等离子体径向密度中间低边缘高的分布和径向波动分布分别导入鞘层模拟系统进行计算，通过计算可以得到鞘层内的离子密度分布、速度分布、电势分布、入射基板的平均离子能量。请参考图5-图6，等离子体密度分布是决定离子径向平均能量分布的主要因素，而通过二维鞘层模型可以定量地得到等离子体径向密度与离子能量之间的关系。为得到均匀的离子能量分布，提高刻蚀均匀性，需要对不同的离子径向密度分布进行模拟。
本发明采用流体力学方法建立了二维鞘层模型，模拟了含有二维单离子的鞘层，分析了鞘层边界处等离子体径向密度分布不均匀对鞘层各参数的影响，得到了鞘层内离子密度分布、离子速度分布、鞘层电势以及入射基板离子的平均能量在径向上的分布等。本发明能够定量地对鞘层的以上参量进行分析。通过探究二维鞘层模型，能够定量的得到等离子体径向密度与离子能量之间的关系，有助于促进等离子体密度分布的优化，如通过改变腔室结构、工艺参数等以提高离子能量分布的均匀性，从而提高刻蚀均匀性，减小旁刻现象。
另外，本发明实施例的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (11)

  1. 一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法，其特征在于，
    进行以下假设：
    鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；
    轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；
    侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；
    下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零；
    所述方法包括以下步骤：
    S1：采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界，r＝R表示鞘层区的侧边界。
    S2：利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型；
    S3：根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果；
    S4：根据所述求解结果进行绘图。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入的鞘层参数包括高频频率、低频频率、高频电流、低频电流、鞘层厚度、离子平均密度、离子相对质量、电子温度、半径长度、轴向长度、轴向网络数、径向网络数、时间步长和周期离散步长中的一种或多种。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解结果包括鞘层内物理量和离子入射基板的能量分布。
  4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述鞘层内物理量包括离子密度、离子速度、鞘层电势和鞘层电场中的一种或多种。
  5. 一种双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟系统，其特征在于，进行以下假设：
    鞘层边界满足准电中性假设，正离子带电量综合等于电子总带电量；
    轴对称边界满足电势、离子密度和离子轴向速度在径向方向上的梯度为零；
    侧边界满足电势、离子密度和离子速度在径向方向上梯度为零；
    下边界满足电势等于基板电压，离子密度和离子速度在轴向方向上梯度为零；
    所述系统包括：
    建模模块，所述建模模块用于采用柱坐标(r，z)建立二维鞘层的轴对称模型，其中，r＝0为鞘层区的轴对称边界，z＝0为鞘层区的下级板边界，z＝d为主等离子体区-鞘层边界；所 述建模模块还用于利用通量连续方程、动量守恒方程和泊松方程建立二维鞘层的流体模型；
    文件管理模块，用于将计算所需的配置文件进行存储；
    计算模块，用于根据输入的鞘层参数、二维鞘层的轴对称模型和所述二维鞘层的流体模型分别进行流体差分求解和蒙特卡罗求解，得到求解结果；
    绘图模块，用于根据所述求解结果进行绘图。
  6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述输入的鞘层参数包括高频频率、低频频率、高频电流、低频电流、鞘层厚度、离子平均密度、离子相对质量、电子温度、半径长度、轴向长度、轴向网络数、径向网络数、时间步长和周期离散步长中的一种或多种。
  7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述求解结果包括鞘层内物理量和离子入射基板的能量分布。
  8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述鞘层内物理量包括离子密度、离子速度、鞘层电势和鞘层电场中的一种或多种。
  9. 根据权利要求5-8任一项所述的系统，其特征在于，还包括：
    日志保存模块，用于对每次模拟输入的鞘层参数和结算结果进行对应存储。
  10. 一种设备，其特征在于，包括：
    一个或者多个处理器；
    存储器；
    一个或者多个程序，所述一个或者多个程序存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行如权利要求1-4任一项所述的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法。
  11. 一种非易失性计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被一个设备执行时，使得所述设备执行如权利要求1-4任一项所述的双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法。
PCT/CN2016/082008 2016-05-13 2016-05-13 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统 Ceased WO2017193367A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/082008 WO2017193367A1 (zh) 2016-05-13 2016-05-13 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/082008 WO2017193367A1 (zh) 2016-05-13 2016-05-13 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017193367A1 true WO2017193367A1 (zh) 2017-11-16

Family

ID=60266883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2016/082008 Ceased WO2017193367A1 (zh) 2016-05-13 2016-05-13 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017193367A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111800932A (zh) * 2020-08-07 2020-10-20 大连理工大学 一种等离子体放电过程模拟方法及系统
CN113704996A (zh) * 2021-08-27 2021-11-26 中国核动力研究设计院 一种基于轴向通量展开准三维输运计算方法及系统
CN115470648A (zh) * 2022-09-28 2022-12-13 大连理工大学 一种偏压感应耦合等离子体源优化方法、系统及电子设备
CN115510728A (zh) * 2022-09-21 2022-12-23 大连理工大学 一种等离子体源的模拟方法、系统、电子设备及存储介质
CN117272770A (zh) * 2023-10-07 2023-12-22 北京航空航天大学 基于参数化模型对燃油系统缝隙射频放电特性的分析方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100063787A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Tokyo Electron Limited Plasma fluid modeling with transient to stochastic transformation
CN102194031A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 清华大学 一种等离子干法三维刻蚀模拟方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100063787A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Tokyo Electron Limited Plasma fluid modeling with transient to stochastic transformation
CN102194031A (zh) * 2011-05-24 2011-09-21 清华大学 一种等离子干法三维刻蚀模拟方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU, CHUANSHENG: "Fluid simulation for Sheath Characteristics in dual-frequency capacitively coupled dischargers", CHINA MASTER'S THESES FULL-TEXT DATABASE (BASIC SCIENCES), no. 5, 15 May 2009 (2009-05-15), pages 20 - 24, ISSN: 1674-0224 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111800932A (zh) * 2020-08-07 2020-10-20 大连理工大学 一种等离子体放电过程模拟方法及系统
CN111800932B (zh) * 2020-08-07 2021-07-06 大连理工大学 一种等离子体放电过程模拟方法及系统
CN113704996A (zh) * 2021-08-27 2021-11-26 中国核动力研究设计院 一种基于轴向通量展开准三维输运计算方法及系统
CN115510728A (zh) * 2022-09-21 2022-12-23 大连理工大学 一种等离子体源的模拟方法、系统、电子设备及存储介质
CN115470648A (zh) * 2022-09-28 2022-12-13 大连理工大学 一种偏压感应耦合等离子体源优化方法、系统及电子设备
CN117272770A (zh) * 2023-10-07 2023-12-22 北京航空航天大学 基于参数化模型对燃油系统缝隙射频放电特性的分析方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017193367A1 (zh) 双频容性耦合等离子体刻蚀鞘层二维数值模拟方法及系统
US10534874B2 (en) Particle etching or depositing evolutionary simulation method and device and computer readable medium
US7847247B2 (en) Method of plasma particle simulation, storage medium, plasma particle simulator and plasma processing apparatus
CN111800932B (zh) 一种等离子体放电过程模拟方法及系统
JP2020043270A (ja) 学習装置、推論装置及び学習済みモデル
US12118645B2 (en) Generating microstructures for materials based on machine learning models
WO2022242653A1 (zh) 确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备
CN103513912A (zh) 一种界面切换方法及装置
EP2590144B1 (en) Designing a modeled volume represented by dexels
CN106650028B (zh) 一种基于敏捷卫星设计参数的优化方法及系统
EP3179390A1 (en) Method and apparatus for modeling movement of air bubble based on fluid particles
Wu et al. Novel parallel algorithm for constructing Delaunay triangulation based on a twofold-divide-and-conquer scheme
CN112861374A (zh) 基于预控制器的多物理耦合仿真处理方法、装置和设备
CN113221499B (zh) 掩膜版图生成方法、装置、计算机设备及存储介质
KR20050019231A (ko) 플라즈마 공정 챔버의 최적화 진단시스템 및 진단방법
Chang et al. Spark distributed system and GPU parallel computing
CN109508467B (zh) 对工艺腔中的气体的流动进行仿真的计算系统及其方法
CN119763693B (zh) 一种离子能量角度分布确定方法、装置、终端及存储介质
CN113283135B (zh) 一种托卡马克真空室电磁仿真等离子体电流数据提取方法
CN119129288B (zh) 一种基于瞬态栅间距的变孔径栅孔离子引出能力分析方法
CN103699728B (zh) 一种有限元接触对的创建方法和装置
CN111354086B (zh) 一种适用于dsmc方法网格位置属性判断的双向三维扫描方法
Ramazanov et al. The modern information technologies and visualization methods for analysis of computer simulation results for complex plasma
CN120542207A (zh) 一种基于并行计算的中性束传输模拟系统及其计算方法
Arslanbekov et al. Implicit and Coupled Multi-Fluid Solver for Collisional Low-Temperature Plasma

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16901322

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16901322

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1