溅射装置的模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种溅射装置模拟方法，包括：计算溅射颗粒和环境气体颗粒之间碰撞的碰撞点和碰撞时间。将碰撞时间与具有规定长度的单位时间进行比较。当碰撞时间小于单位时间时，参考在前一单位时间内进行热分析得到的结果计算在碰撞点处环境气体的温度。使用温度分布计算环境气体颗粒的能量变化。在单位时间内对所有的碰撞坐标进行计算之后，参考能量变化的计算结果通过热分析得到碰撞点处环境气体的温度分布，此后更新单位时间。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及在溅射期间反映温度升高影响的溅射装置模拟方法。作为在溅射期间反映温度升高影响的常规溅射装置模拟方法之一，已经公知利用蒙特卡罗法的模拟方法(H.Yamada等人1994,IEDM Tech.Digest,553-556页)。参考附图说明图1，溅射颗粒从溅射装置的靶11发射出，穿过准直管(collimator)12到达晶片13。为了得到颗粒的轨道14，使用随机数字计算产生位置、发射角度和颗粒能量。随后，参考以上提到的数值，假设为泊松分布来计算从发射点15发射颗粒的碰撞点。接下来，参考在中心力电场中弹性散射计算的结果通过近似刚性球的方法来计算由于碰撞溅射离子的散射角度。这里假设与溅射颗粒碰撞的环境气体颗粒的速度分布显示出麦克斯韦分布。以上面提到的方式，计算达到晶片13即硅衬底的溅射颗粒的轨道。当溅射速率或环境气压很高时，在溅射期间环境气体的温度升高并且变得不均匀，显示出存在温度分布。然而，常规的模拟方法假设在溅射期间环境气体的温度是不变的。因此没有完全反映出温度升高的影响或温度分布。为了反映以上提到的影响，可以使用直接的(direct)蒙特卡罗法。根据该方法，在溅射装置中产生大量的颗粒，计算每个颗粒的轨道和碰撞。然而，直接的蒙特卡罗法需要计算大量的这种颗粒，计算时间不可避免地变长。鉴于以上问题，本专利技术的一个目的是提供一种溅射装置模拟方法，能够模拟反映出环境气体中温度的升高。本专利技术的另一个目的是提供一种溅射装置模拟方法，能够模拟反映出环境气体中温度的升高，并且基本上不增加计算时间。根据本专利技术，利用蒙特卡罗法的溅射装置模拟方法包括以下步骤第一步，计算溅射颗粒和环境气体颗粒之间碰撞的碰撞点和碰撞时间；第二步，对在具有规定长度的单位时间内发生碰撞的所有碰撞坐标的每个，参考在前一单位时间内进行的热分析得到的碰撞点处环境气体的温度分布，计算环境气体颗粒的能量变化；以及第三步，使用能量变化的计算结果通过热分析得到碰撞点处环境气体的温度分布，此后更新单位时间。这里，碰撞坐标显示出在溅射颗粒和环境气体颗粒之间发生碰撞的位置。在本专利技术中，通过热分析得到溅射期间的温度升高，并且可以计算它对溅射颗粒轨道的影响。图1为介绍常规模拟方法的图。图2为根据本专利技术实施例介绍模拟方法的流程图。接下来，介绍根据本专利技术实施例的溅射装置模拟方法。在计算之前，将单位时间的长度tn作为参考时间。参考图2，计算从溅射装置的靶发射的溅射颗粒(步骤101)。具体地，使用随机数字以与利用蒙特卡罗法的常规轨道计算技术类似的方式计算产生位置、发射角度和颗粒能量。假定颗粒与环境气体的气体颗粒碰撞之前的飞行距离由dL表示。假设泊松分布，飞行距离dL由下面的方程得出dL=λ0(vrel)·ln(e1)(1)其中λ0(vrel)和e1分别表示每个溅射颗粒的平均自由程和随机数字。参考飞行距离，计算碰撞点和碰撞时间(步骤102)。这里，碰撞点代表发生下一次碰撞的位置。碰撞时间表示在发生下一次碰撞之前需要的时间周期。随后，在溅射装置中选出溅射颗粒的数据(步骤103)。将溅射颗粒数据的碰撞时间tc与单位时间tn相比较(步骤104)。当tc＜tn时，进行碰撞计算。根据碰撞计算，以下面的方式得到每个颗粒的动量。具体地，参考在前一单位时间内进行热分析得到的结果计算在碰撞点处环境气体的温度(步骤105)。随后，使用麦克斯韦分布计算环境气体颗粒的速度(步骤106)。接下来，参考在中心力电场中弹性散射计算的结果通过刚性球近似计算由于碰撞溅射离子产生的散射角度(步骤107)。此外，计算环境气体颗粒的能量变化(步骤108)。接下来，以与步骤102类似的方式，计算下一次碰撞的碰撞时间tc和碰撞点(步骤109)。将颗粒数据的碰撞时间tc与单位时间tn进行比较(步骤104)。重复以上提到的步骤105-109，直到碰撞时间tc超过单位时间tn。当作为步骤104中的比较结果tc≥tn时，判断是否所有的溅射颗粒的碰撞时间都超过了单位时间tn(步骤110)。如果没有，重复步骤103-109。当直到碰撞时间tc小于单位时间tn(步骤110中的是)完成每个溅射颗粒的碰撞计算时，计算能量变化的数值作为能量数据(步骤111)。然后，使用能量数据进行热分析(步骤112)得到环境气体的温度分布。此后，更新单位时间(步骤113)。然后，操作返回到步骤101重复以上提到的计算。当溅射速率很高时，在溅射期间的温度升高在100℃的数量级。对于这种条件中计算的结果，在该实施例中模拟误差小于5％以下，而在常规的模拟方法中模拟误差约为20％。该实施例需要的计算周期相当于常规计算方法的约1.5倍，足以用于实际应用。接下来，介绍本专利技术的另一实施例。另一实施例的特征在于计算溅射颗粒和环境气体颗粒的碰撞点。具体地，除了计算碰撞时间和碰撞点的步骤102和109以将介绍的不同方式进行之外，以与图2所示类似的方式进行工艺中的操作。首先，假定通过在前一单位时间中得到的最高温度时的麦克斯韦分布给出环境气体颗粒的速度分布，使用随机数字通过方程(1)计算飞行距离dL。这里，飞行距离dL表示溅射颗粒与任何环境气体颗粒碰撞之前溅射颗粒穿过的距离。由飞行距离dL可以得到碰撞点。随后，参考在前一单位时间内进行热分析得到的结果计算在这样得到的碰撞点处环境气体的温度。在碰撞点处碰撞的概率Pi由下面的方程给出Pi=exp(-dL/λ)(2)其中λ表示在上述温度时颗粒的平均自由程。接下来，产生随机数字e并与以上提到的碰撞概率对比。当2λe＞Pi时，可以判断没有发生碰撞。然后，再次进行碰撞计算。根据该实施例，可以比前一实施例更高精确度地得到溅射颗粒的碰撞点。具体地说，精确度可以提高2％。如上所述，根据本专利技术，通过热分析得到在溅射期间的温度升高，可以计算对溅射颗粒轨道的影响。因此，特别是当溅射速率很高时，与常规的蒙特卡罗法相比可以高精确度地计算。由此可以在不同的因素上显著地提高模拟准确度，同时基本上不降低计算的速度。权利要求1．一种溅射装置模拟方法，利用了蒙特卡罗法，包括以下步骤第一步，计算溅射颗粒和环境气体颗粒之间碰撞的碰撞点和碰撞时间；第二步，对在具有规定长度的单位时间内发生碰撞的所有碰撞坐标的每个，参考在前一单位时间内进行的热分析得到的碰撞点处环境气体的温度分布，计算环境气体颗粒的能量变化；以及第三步，使用能量变化的计算结果通过热分析得到碰撞点处环境气体的温度分布，此后更新单位时间。2．根据权利要求1的溅射装置模拟方法，其中所述第一步骤通过使用随机数字计算发射点、发射角度和所述溅射颗粒能量，然后假定为泊松分布，计算所述溅射颗粒与任何环境气体颗粒碰撞之前所述溅射颗粒的飞行距离，从而计算所述碰撞点和所述碰撞时间。3．根据权利要求1的溅射装置模拟方法，其中所述第二步骤包括将所述第一步骤中得到的所述碰撞时间与所述单位时间比较，当所述碰撞时间小于所述单位时间时，参考在所述前一单位时间内进行热分析得到的结果计算在所述碰撞点处环境气体的温度，使用麦克斯韦分布计算所述环境气体颗粒的速度，计算碰撞造成的所述环境气体颗粒的能量变化，并对在规定的单位时间内得到的所有碰撞坐标重复以上操作。4．根据权利要求1的溅射装置模拟方法，其中所述第一步骤包括计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溅射装置模拟方法，利用了蒙特卡罗法，包括以下步骤：第一步，计算溅射颗粒和环境气体颗粒之间碰撞的碰撞点和碰撞时间；第二步，对在具有规定长度的单位时间内发生碰撞的所有碰撞坐标的每个，参考在前一单位时间内进行的热分析得到的碰撞点处环境 气体的温度分布，计算环境气体颗粒的能量变化；以及第三步，使用能量变化的计算结果通过热分析得到碰撞点处环境气体的温度分布，此后更新单位时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：太田敏行，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]