Particle-PLUS 事例集 - 回転ターゲットのマグネトロンスパッタ
ウェーブフロントでは「粒子法」でプラズマをモデル化したシミュレーションソフトウェア『Particle-PLUS』や 「流体法」のプラズマシミュレーションソフトウェア『VizGlow』を取り扱っており， これらを適宜使い分けながら皆様方へ長年ソリューションを提供しております． 本コラムを読んでプラズマシミュレーションに少しでも興味をお持ちになりましたら 資料請求や 無料セミナーなど承りますので， いつでもお気軽にお問い合わせください．
計算条件Simulation Condition
Particle-PLUS では，カットセルメッシュを用いた回転ターゲットのマグネトロンスパッタシミュレーションが可能です． カットセル法を用いることで，形状を厳密に再現することができるために，回転ターゲットからスパッタされる粒子の挙動を正確に計算することが可能です． 特に回転ターゲットの場合は，スパッタ粒子が回転面に対して法線方向に射出されるために，直交メッシュではスパッタ粒子の挙動を正しく再現することができません． カットセル法によるメッシュを用いることで，スパッタ粒子の射出方向を正しく計算することが可能となります． 一方，静電ポテンシャルの計算は直交メッシュを基準に行われるため，精度が良い電場計算が可能です． （カットセルの境界上の電圧は回転ターゲットの電圧になるように計算されています．）
▲ 回転ターゲットのメッシュ．右図は回転ターゲットの境界面付近の拡大図．
計算結果Numerical Results
下図は計算結果として得られたチャンバ内のアルゴンイオン密度分布とフラックス分布を示しています． プラズマが磁場によってトラップされていることが確かめられます．
▲ アルゴンイオン密度とフラックス．
次に，タンタルの密度分布と基盤へのフラックス分布を示します． カットセル法によるメッシュを用いているために，スパッタ粒子であるタンタルの挙動が正しく計算されています． そのために，基盤へのフラックスも定性的に実験と良い一致を示すことができます．
▲ スパッタ粒子密度とフラックス．
3Dモデル3D modeling
Particle-PLUS では，上記の2次元計算だけではなく3次元計算においてもカットセル法を用いることができます． 2次元の際と同じく，直交メッシュ基準で電場計算の精度を担保しつつ，形状を正確に再現して高精度なプラズマ解析・スパッタ粒子解析を実現しています．
▲ ロールツーロールのマグネトロンスパッタリング解析の3次元メッシュ．
▲ ロールツーロールのマグネトロンスパッタリング3次元解析の結果（プラズマ密度分布）．
まとめSummary
今回は回転ターゲットのマグネトロンスパッタリング装置のモデル化を行いシミュレーションしてみました． Particle-PLUS では，曲率を帯びた形状を含む場合であっても精度良くプラズマ・スパッタリングの解析が可能です！ ぜひとも，我々にそのような高難度の薄膜生成・装置設計業務の支援をさせていただければ幸甚です． 少しでもご興味がございましたらお気軽にお問い合わせください．