| Project/Area Number |
21K03817
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18030:Design engineering-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
高橋 崇宏 静岡大学, 工学部, 准教授 (50324330)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 化学気相成長法 / 反応機構 / 反応モデル / 人工知能 / 薄膜 / 自動化 / 進化的アルゴリズム / データサイエンス |
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| Outline of Research at the Start |
半導体デバイスの製造に用いられる化学気相成長プロセスの研究開発を自動化・無人化する人工知能システムの開発を行う。開発担当者の反応工学の専門知識に依存することなく、プロセスの診断・開発を迅速かつ低コストで遂行するシステムの実現を目指す。システムは、化学気相成長プロセスの装置内部の化学反応による成膜のメカニズムを解明する「反応機構自動解析システム」と、反応機構の解明に必要、かつ最小限の実験計画 (レシピ)を提案する「実験計画自動立案システム」から構成される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学気相成長（CVD）プロセスにおける反応機構（反応モデル）を自動的に推定するシステムの開発を目指した。特に、反応機構を推定する人工知能部の開発と性能評価に注力した。
昨年度から継続的に、量産用途向けの大規模商用装置として実用的に用いられている熱CVD炉を対象とした反応機構自動解析システムの開発を行った。システムの解析性能の向上と不具合の解消に努め、SiH2Cl/NH3系を用いて様々な実験条件下で生成するSi3N4膜の成膜速度分布を実験データとして用いた。実験データから自動的に妥当と思われる反応機構を得ることができ、実用的な計算時間内で実用に耐えうる反応機構の提案ができた。
文献調査によって、マクロキャビティーと呼ばれる反応装置を用いた成膜実験結果を収集した。TEOS系およびSiH4/C2H4/O2系によるSiO2膜、SiH2Cl2/C2H2系およびSiH4/C2H2によるSiC膜など複数の反応系による様々な実験条件下での実験データを得ることができた。これらの実験データを用いて自動解析システムによって反応機構解析を行った。実験結果を良好に再現できる様々な反応機構を得ることができたが、既往の報告にある人間が行った解析結果と一致する反応機構だけではなく、多くの妥当と思われる反応機構が複数存在することが示され、従来の解析方法の能力的な限界を示唆するものとなった。
従来の解析システムでは、一定の成膜温度における実験データを用いて反応機構を提案するものであったが、温度変化に対応した実験データを用いて反応機構を提案できるようにシステムを改良し、性能評価を行った。システムの改良は完了していないが、温度変化を伴うテストデータを作成し、反応経路と各反応の頻度因子と活性化エネルギーを見積って、反応機構として提案するシステムを試作することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
提案された、温度変化を考慮した反応モデルのいくつかにおいて健全性の問題が見つかったため、そのような反応モデルが提案される原因を究明することに多大な時間を要した。また、最適化の対象となるパラメータの増大によって最適化作業が著しく困難となったため、解析アルゴリズムの見直しを行う必要が生じた。この問題は現在でも完全には解消されておらず、検討中である。
また、非線形反応系への対応とCFDの導入については、マンパワー不足により文献調査段階にある。そのため、研究開発の継続が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
温度変化を考慮した反応機構を対象とする自動解析システムの不具合を解消するために、引き続き多目的最適化アルゴリズムの性能評価と解析手法の改善を試みていく。解析性能を評価するため、CVD炉、マクロキャビティー、その他の反応装置で得られた成膜実験データの調査を進め、多くの実験データを用いて検証を行っていく。
CFDの導入速度を上げるために、CFDソフトウェアのメーカーやコンサルタントと契約を結んで、相談を行いながら効率的に導入を進めていく。
さらに、複数種類の反応装置による実験データを組み合わせた統合的な反応機構解析を実現するために、解析方法の考案、システムの開発を行っていく。また、反応機構自動解析システムを活用した自動実験計画システムの構築を進めていく。
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