知識構造化手法に基づく半導体製造プロセスフルシミュレータの開発

• 研究課題/領域番号: 13555044
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)
• 研究分担者: 高木 周 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30272371) ; 丸山 茂夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90209700) ; 手崎 衆 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50236965) ; 池川 正人 (株)日立製作所, 機械研究所, 主任研究員 ; 大嶺 俊光 (株)東芝, 機械エネルギ研究所, 主幹(研究員)
• 研究期間 (年度): 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円); 2001年度: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円)
• キーワード: 知識構造化 / フルシュミレータ / CVDプロセス / 分子軌道計算 / 古典的軌道計算 / DSMC計算

研究概要

本研究では,電子間相互作用から分子間衝突及び反応・輸送特性といった異なる時空間スケールにおいて生じている現象の相互作用を解析してプロセスの体系的なモデリングを行ない,さらに,それらの結果を希薄気体力学に基づく数値解析システムに組み込むことにより,装置全体の熱流動現象の詳細な解析を行なうことを目的として研究を進めてきた.
本年度はフルシュミレータ構築の第一段階としてSiH_4/H_2系に注目してモデル化を実施した.まず非経験的分子軌道法を用いて様々な位相や重心間距離に対してSiH_4-H_2, SiH_4-SiH_4の分子間相互作用を計算し,その結果を忠実に再現し得るsite-siteポテンシャルモデルの構築を行なった.次に,このポテンシャルモデルを用いてSiH_4-H_2, SiH_4-SiH_4の二体衝突について古典的軌道計算を行なって各種衝突モデルを構築した.初期エネルギ,位相及び衝突径数を種々に変化させて多数回の軌道計算を実行して結果を統計的に処理することにより,全衝突断面積モデル及び散乱角分布モデルを構築することに成功した.また,これらの分子間衝突モデルをDSMC計算に導入することによって最終的なフルシュミレータを構築した.さらに性能を評価するためにJet-CVDプロセスのDSMC解析を行なった結果,従来までの単純なモデルとは大きく異なる解析結果が得られることが明らかとなった.以上より,本研究で提唱される知識構造化手法が半導体製造プロミスに対しても非常に有効であることが示された.

研究成果

• [文献書誌] Y.Matsumoto, N.Tsuboi, T.Tokumasu, N.Yamanishi: "Multi-scale analysis of non-equilibrium hypersonic rarefied gas flows"Computational Fluid Dynamics JOURNAL. 9・1. 459-470 (2001)
• [文献書誌] Y.Sakiyama, S.Takagi, Y.Matsumoto: "Full Simulation of Silicon Chemical Vapor Deposition Process"Rarefied Gas Dynamics 22nd International Symposium. 206-213 (2001)
• [文献書誌] 崎山幸紀, 高木 周, 松本洋一郎: "DSMC法による化学反応計算の拡張とLPCVDプロセスへの応用"日本機械学会論文集(B編). 68・667(掲載予定). (2002)
• [文献書誌] T.Kimura, S.Maruyama: "A Molecular Dynamics Simulation of Heterogeneous Nucleation of a Liquid Droplet on Solid Surface"Microscale Thermophysical Engineering. 6・1. 3-13 (2002)
• [文献書誌] S.Maruyama: "FT-ICR Reaction Experiments and Molecular Dynamics Simulations of Precursor Clusters for SWNTs"Perspectives of Fullerene Nanotechnology. 131-142 (2002)