PEGASUS低温等离子体和稀薄气体模拟软件

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PEGASUS低温等离子体和稀薄气体模拟软件




PEGASUS 低温等离子体和稀薄气体模拟软件 PEGASUS专注于稀薄气体的直接蒙特卡洛模拟和低气压放电等离子体模拟，能广泛应用于微电子中刻蚀、沉积和溅射设备，真空泵的优化设计，MEMS的工艺过程设计，再入飞行器等领域的研究。1. PEGASUS公司介绍 日本PEGASUS软件公司总部位于东京，是一家提供低温等离子体、真空和等离子体工艺设计分析工具的专业软件供应商，其主要软件为PEGASUS，已经在相关领域的国际知名公司科研单位得到广泛应用。上海锦科信息科技有限公司为PEGASUS在中国的独家经销商。2. PEGASUS软件特征 PEGASUS专注于稀薄气体的直接蒙特卡洛模拟和低气压放电等离子体模拟，是真空技术、等离子体技术、薄膜技术、微电子技术、微细加工技术的专业数值模拟软件，能广泛应用于微电子中刻蚀、沉积和溅射设备，真空泵的优化设计，MEMS的工艺过程设计，再入飞行器等领域的研究，应用行业涵盖电子/半导体、新材料(纳米管、光纤)、新能源(燃料电池、太阳能光伏)、MEMS、光学、陶瓷、食品/饮料、汽车、航天、金属加工等领域。- PEGASUS是为真空技术领域的工程师设计的专业软件；- PEGASUS可以模拟真空薄膜技术中多种基本物理和化学过程；- PEGASUS能实现从大型设备气相过程模拟（米级）到微观区域的特征轮廓模拟（纳米级）；- PEGASUS能实现基于PIC和流体混合模式的放电模拟；- PEGASUS由多个不同功能的模块构成，通过模块组合，能够实现对实际工艺过程的有效模拟。 3. PEGASUS软件主要应用范围1) 真空设备与稀薄气体模拟:- 多种真空设备中的稀薄气体动理学和粘性流模拟- 真空蒸镀设备中的气体流动和薄膜厚度演化模拟- 稀薄气体中的纳米粒子- 微尺度下的原子与分子行为2) 等离子体设备模拟: - 等离子体刻蚀设备与等离子体增强化学气相沉积设备中等离子体特性- ICP (金属/多晶硅/MEMS刻蚀、介质膜沉积)- CCP (氧化物刻蚀/太阳能电池或微电子薄膜)- 磁控溅射设备中等离子体和溅射粒子特性3) 放电模拟: - 磁控溅射/空心阴极/表面放电- 电子束与离子束的产生与输运- 基于等离子体的离子注入- 等离子体表面改性- 微放电/微等离子体4) 特征轮廓模拟: - 物理气相沉积- 化学气相沉积- 等离子体干法刻蚀4. PEGASUS软件主要模块和特征1) 基本模块- GUIM (Graphical User Interface Module) 图形界面模块提供全部其他模组的操作界面- Atomic/Molecular database 提供电子/离子/中性气体中的截面数据与输运系数- TTBEQ (Two-term approximation Boltzmann equation) >> 基于两项近似展开的波尔兹曼方程，求解电子输运系数； >> 输出结果可以作为PHM模块的输入参数。2) 两维/三维气相与等离子体模块 (1) 电磁场模块(磁场和电磁场)- MSSM(Magneto-Static Simulation Module) 计算由线圈和永磁体产生的磁场分布- EMWSM(Electromagnetic Wave Simulation Module) 模拟大尺寸高频容性耦合等离子体中的电磁效应 (2) 带电粒子模块(流体和粒子模型)- PHM(Plasma Fluid model / Hybrid model) >> 基于流体模型，通过求解电子连续性方程和能量方程给出电子密度与温度，电子能量分布函数可由蒙特卡洛程序给出； >> 电子输运系数由两项近似展开的波尔兹曼方程解出(与TTBEQ模块耦合)； >> 采用冷离子模型，极板处的离子能量分布函数可由离子蒙特卡洛程序给出(与IMCSM或SMCSM模块耦合)。- PIC-MCCM(Particle-In-Cell Monte Carlo Collision method) >> 每种粒子的运动由牛顿方程自洽的确定，电场由泊松方程给出； >> 多种复杂气体模型； >> 程序可以并行化。 (3) 中性气体模块(流体和直接蒙特卡洛模型)- NMEM(Fluid model) >> 通过求解纳维-斯多克斯方程、能量或动量守恒守恒方程给出混合气体的密度场、速度场和温度场分布； >> 求解能量守恒方程和漂移-扩散方程。- DSMCM(Direct Simulation Monte Carlo method) >> 利用直接蒙特卡洛方法计算稀薄气体中的中性粒子输运过程； >> 采用多种碰撞模型，可以计算粘性流。- IMCSM (Ion Monte Carlo simulation) >>基于PHM模块的变化电场，计算鞘层中的离子行为，给出极板处离子能量和角度分布函数。- RGS3D(3-D Direct Simulation Monte Carlo method) >> 利用直接蒙特卡洛方法模拟三维任意形状区域中的稀薄气体流动； >> 采用多种碰撞模型，可以计算粘性流； >> 程序可以并行化。- FPSM2D/3D(2D/3D Feature Profile evolution Simulation) >> 能够模拟物理气相沉积/等离子体化学气相沉积/刻蚀过程中薄膜形貌/刻蚀剖面的演化； >> 能模拟多孔/复合材料； >> 基于随机方法，可以用于研究表面粗糙度等。3) 三维磁控溅射模块- MSSM3D(Magneto-Static Simulation Module) 计算三维静磁场分布- PIC-MCCM3D(Particle-In-Cell Monte Carlo Collision method) 三维模拟计算磁控溅射的等离子体/溅射粒子的特性4) 表面过程模拟模块- SASAMAL(Ion implantation simulation) 给定入射离子的能量和角度分布，可以计算基于离子注入中入射离子在材料中的注入深度和密度及组分分布。- SPUTSM(Sputtering simulation) 给定入射离子的能量和角度分布，计算磁控溅射中溅射粒子的产额。- SMCSM(Sheath Monte Carlo simulation) 根据PHM模块的计算结果，基于鞘层模型计算入射到材料表面的离子能量和角度分布。5) 中性气体与等离子体模块的主要关系6) 磁控溅射模块的主要关系7) 表面过程模块的主要关系8) Pegasus包括的主要气体模型- 稀薄气体：He、Ar、Ne、Kr、Xe- PECVD： SiH4、Si2H6、CH4、C2H6、C2H2、NH3- 干法刻蚀：Cl2、CF4、SF6、CHF3、HBr、C2F6、C4F8、BCL3、NF3、SiCl4- 反应性气体：O2、N2、H2、F2- 其他：H2O、CO2 、金属原子5. PEGASUS软件主要模块的技术参数1) 中性气体模拟模块 NMEM DSMCM RGS3D几何维度 2 2 3网格 矩形 矩形 多边形网格生成GUI GUI GUI GUI或Nastran格式数学模型 流体 粒子 粒子数值模型 有限差分法 直接蒙特卡洛 直接蒙特卡洛并行支持 - - 是化学反应 边界 边界 气相/边界可变边界 - 支持 支持/可旋转2) 等离子体模拟模块 MSSM PIC-MCCM PHM IMCSM MSSM3D PIC-MCCM3D TTBEQ EMWSM几何维度 2 2 2 2 3 3 0 2网格 矩形 矩形 矩形 矩形 六面体 六面体 - 矩形网格生成 GUI GUI GUI - GUI GUI - GUI数学模型 库伦规范 粒子 流体/混合 粒子 磁势模型 粒子 两项展开 麦克斯韦方程数值模型 有限元 PIC/MC 有限差分 蒙特卡洛 有限元 PIC/MC 有限差分 FDTD并行支持 - 是 - - - - - -化学反应 - 气相/边界 气相/边界 气相 - 气相/边界 气相 -与中性气体模块耦合 - NMEM或 DSMCM NMEM或 DSMCM - - - - -3) 表面过程模拟模块 SASAMAL SPUTSM SMCSM几何维度 1 1 1网格 - - -数学模型 两体碰撞近似 两体碰撞近似 粒子模型数值模型 蒙特卡洛方法 蒙特卡洛方法 蒙特卡洛方法化学反应 - - 气相4) 特征轮廓模拟模块 FPSM2D FPSM3D几何维度 2 3网格 矩形 平行六面体网格生成 GUI GUI数学模型 粒子模型 粒子模型数值模型 网格/蒙特卡洛 网格/蒙特卡洛化学反应 边界 边界6. PEGASUS软件的典型应用举例1) GEC标准CCP源的等离子体模拟(PHM,NMEM)2) 真空设备中稀薄气体模拟(DSMCM)3) 真空蒸镀设备中气流分布和薄膜形貌模拟(RGS3D)4) PECVD设备中等离子体过程模拟(PIC-MCCM,NMEM)5) 干法刻蚀设备中等离子体过程模拟(PHM,DSMCM)6) 磁控溅射设备中等离子体过程和溅射原子模拟(MSSM,PIC-MCCM,SPUTSM,DSMCM)7) 三维等离子体磁控溅射设备模拟(MSSM3D,PIC-MCCM3D)8) 离子注入设备模拟(PIC-MCCM)9) 空心阴极模拟(PHM)10) 驻波效应模拟(EMWSM)11) 大气压氮气表面放电模拟(PHM)12) 微等离子体放电模拟(PHM)13) 干法刻蚀中刻蚀剖面演化的模拟(FPSM2D,FPSM3D)14) 多层膜PVD模拟(FPSM2