事例詳細/半導体製造装置
半導体製造プロセスにおけるCVD装置内の流れや化学反応を数値シミュレーションで解析します。装置改良やスケールアップ時の性能予測により、効率的な装置開発を支援します。
半導体製造装置内の流体解析
概要
半導体製造装置は装置改良やスケールアップ時に流体解析で性能が得られるか確認する必要があります。この事例ではCVD（Chemical Vapor Deposition:化学蒸着法）装置内の流れや化学反応を確認しております。
化学反応を伴う流れでは、時間依存を考慮し、熱と物質の移動、化学反応を考慮するアレニウスの式を用いております。これにより、反応速度や堆積率の正確な予測が可能になります。
CVD装置の基本構造と化学蒸着プロセスの概要
モデル図
CVD装置の簡易モデルを以下に示します。複数の気相反応と表面反応を考慮できます。ヒ化ガリウム（GaAs）を成長させる反応器モデルです。
CVD装置の解析モデル図
反応プロセスの詳細
トリメチルガリウム（Ga［CH₃］₃）およびアルシン（AsH₃）が反応器に上部から流入し、高温の回転ディスク上を流れ、一様に循環するようにガリウムと砒素の析出層が回転ディスク上に堆積します。
ガスは層流状態で成長表面に向かい、ディスク上を外側に流れ、反応器から排出されます。本モデルではGaとAsの同時堆積をシミュレーションしています。
GaAs CVDにおける気相反応と表面反応の詳細メカニズム
解析例
CVD装置における伝熱・物質移動の複合プロセス
ウエハー部の流速分布
回転するウエハー上での流速分布を可視化。均一な成膜に重要な流れパターンを確認できます。
ウエハー部 流速分布
ウエハー表面のガリウム付着分布
ウエハー表面におけるガリウムの堆積率分布。均一性の評価と最適化に活用できます。
ウエハー表面のガリウム付着分布
アルシン（AsH₃）濃度分布
反応器内のアルシン濃度分布。反応の進行状況と原料ガスの消費を確認できます。
アルシン（AsH₃）濃度分布
解析から分かること
回転ディスクCVD反応器でのマクロな気体の流れ、伝熱と物質移動、化学種拡散、および化学反応（表面反応を含む）をモデル化できます。
解析から得られた知見
- 二段階の表面反応：サイト化学種を含めた詳細な反応機構の解析が可能
- 同時堆積プロセス：回転サセプタでのガリウムと砒素の同時堆積を確認
- 成膜均一性：ウエハー全面での堆積率分布により均一性を評価
- プロセス最適化：流速、温度、濃度分布の解析により最適条件を導出
CVD装置の流体解析プロセスフローと評価指標
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