[发明专利]磁控溅射设备的设计支持方法、系统和程序

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射的设计支持方法、系统和程序，并且尤其涉及通过仿真来预测溅射中溅射靶的侵蚀(erosion)分布(去除量分布)以及晶片上的膜形成分布的磁控溅射的设计支持方法、系统和程序，所述磁控溅射使从被形成于溅射靶表面侧的磁场束缚的等离子体中产生的离化原子碰撞溅射靶，从而实现溅射并且在晶片上形成薄膜。

背景技术

通常，在半导体、MEMS(微机电系统)、磁性器件等的制造中已经使用了磁控溅射设备。磁控溅射设备是一种制造系统，其中，等离子体被由永磁体等产生的磁场束缚在作为膜形成材料的溅射靶附近，并且当旋转永磁体时，从等离子体产生的离化原子以高速度碰撞溅射靶，从而实现溅射并在所需晶片上形成薄膜。在磁控溅射中，要求在晶片表面形成的膜的膜厚均匀，并且同时，要求侵蚀分布(去除量分布)均匀，以使溅射靶的更换次数较少。在磁控溅射中，由于从溅射靶发射的电子具有绕磁力线转动的特性，所以，永磁体被设置在溅射靶的背面侧，以便在溅射靶表面产生磁场并束缚等离子体。在这样的情况下，磁场分布根据永磁体的配置而改变，并且侵蚀分布和膜形成分布也改变。在溅射靶表面产生的磁场还依赖于溅射靶的磁导性。因此，为了实现可获得最佳膜形成分布和侵蚀分布的永磁体的配置设计，需要通过仿真来进行高精度地预测。磁控溅射中的膜形成分布和侵蚀分布依赖形成于溅射靶表面的磁场中的等离子体的状态以及溅射靶的材料特性。因此，为了精确地预测溅射靶的侵蚀分布的物理现象，必须分析如下三个过程：(1)二次电子发射过程，(2)磁场中的等离子体状态，以及(3)加速离子的碰撞过程。在JP06-280010中，为了计算这些物理现象，假定了由等离子体形成的电场结构，并且根据牛顿运动方程计算了带电粒子的轨道。也通过自洽(self-consistent)计算得到等离子体密度和电场结构的PIC(质点网格)法也被提出作为一种传统方法。

同时，当要计算带电粒子的运动方程时，这些预测溅射靶的侵蚀分布的传统方法使用了蒙特卡罗法，在蒙特卡罗法中，粒子是通过使用随机数产生的，并且计算是根据基于大量粒子轨道的统计平均值来实现的。然而，为了精确地得到溅射靶表面的侵蚀分布，对于每个很小的单位区域不得不计算数百个粒子，并且通过现在的计算机能力进行计算需要花费大量的计算时间。此外，对等离子体中的电子和氩原子的碰撞概率、二次电子(二次电子是在氩离子碰撞溅射靶时产生的)的产生量、初始速度等的测量是很困难的，并且还存在这样的问题，为了实现精确计算而调整参数需要大量时间。

发明内容

根据本发明，提供了磁控溅射的设计支持方法、系统和程序，本发明能够仅仅通过束缚等离子体的磁场结构来在短时间内计算和预测溅射靶的侵蚀分布以及晶片上的膜形成分布，而无需计算带电粒子和等离子体流的运动。

(方法)

本发明提供了一种磁控溅射的设计支持方法。该磁控溅射设备通过设置在作为膜形成材料的溅射靶背面侧的旋转磁体而在溅射靶的表面侧形成磁场，从而束缚等离子体，并且使从等离子体产生的离化原子以高速度碰撞溅射靶，从而实现溅射并在诸如晶片的对象材料上形成薄膜，所述设计支持方法包括如下步骤：

静态磁场结构数据读取步骤，用于读取在磁体停止状态中产生的静态磁场结构数据，并且将该模型存储到存储单元中；

截面指定步骤，用于在静态磁场结构数据的任意位置处指定与溅射靶表面平行并且在其中产生等离子体的截面；

侵蚀中心线环(erosion center line segment)计算步骤，用于计算穿过一区域的中心的首尾相连形状的侵蚀中心线环，在所述区域中，垂直于静态磁场结构数据的所指定截面中的平面的磁场为0；

静态侵蚀率分布计算步骤，用于基于侵蚀中心线环的侵蚀率来计算溅射靶表面的静态侵蚀率分布；

旋转侵蚀率分布计算步骤，用于随着磁体的旋转通过对静态侵蚀率进行积分来计算旋转侵蚀率分布；以及

膜形成率分布计算步骤，用于通过利用旋转侵蚀率来计算对象材料上的膜形成率分布。

在本发明的磁控溅射设备的设计支持方法中，还可以提供通过静态磁场分析来产生在静态磁场结构数据读取步骤中被读取的静态磁场结构数据的静态磁场分析步骤。

在上述方法中，在截面指定步骤中，可以基于用户的指定操作来指定对于静态磁场结构数据的任意截面。