機械学習支援によるプラズマ表面反応解析原理の確立

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18753
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 浜口 智志 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60301826)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 機械学習 / 深層学習 / スパースモデリング / ノンパラメトリック回帰 / 人工知能（AI） / 記述子 / プラズマ・インフォマティクス / プロセス・インフォマティクス

研究実績の概要

半導体デバイス製造工程に使われるプラズマプロセス技術は、デバイスの超微細化を主導し、世界の情報通信技術の発展に大きく貢献している。現在、半導体デバイスの微細化が極限にまで進み、原子レベルの構造加工が研究対象となる中、産業界においては、ある特性を持つ薄膜やプロセスを実現にするには、どの薄膜材料を用いて、どのようなプラズマ条件が必要か、という問いに対する回答を短期間に与える必要がある。この問いに回答する人工知能（ＡＩ）開発の第一歩が、本研究の課題である。具体的には、機械学習を用いて、数値シミュレーションや実験から得られた大量のデータを処理することにより、まだ研究のなされていない物質とプラズマの組み合わせによるプラズマプロセス技術の最適化を予測する技術を確立し、その予測手法に学術的基礎を与える。初年度には、文献から収集した大量のスパッタ率実験データをもとに、ノンパラメトリック回帰であるGaussian process regressionによるスパッタ率の予測システムを開発した。2年目となる本年度は、この手法をもとに、系を記述する各種の記述子（系を特徴づける物理量）の相対的重要性を、系統的に解析し、定量的に評価した。これにより、解析的記述の難しいスパッタリング現象・エッチング表面反応の物理機構を理解し、まだ研究のなされていない物質とプラズマの組み合わせに対するプラズマ表面相互作用を予測する技術を確立し、当初の研究目的を達成した。

研究成果

• [国際共同研究] 国立交通大学(その他の国・地域 (台湾）)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立交通大学
• [国際共同研究] ヨーク大学/ケント大学/ベルファスト大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ヨーク大学/ケント大学/ベルファスト大学
• [国際共同研究] ボローニャ大学/バリ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ボローニャ大学/バリ大学
• [国際共同研究] エクス・マルセイユ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: エクス・マルセイユ大学
• [国際共同研究] ルール・ボーフム大学/カールスルーエ工科大学/ライプニッツ研究所 INP Greifswald(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ルール・ボーフム大学/カールスルーエ工科大学/ライプニッツ研究所 INP Greifswald
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [雑誌論文] Experimental and numerical analysis of the effects of ion bombardment in silicon oxide (SiO2) plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) processes (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Hu、Ito Tomoko、Karahashi Kazuhiro、Kagaya Munehito、Moriya Tsuyoshi、Matsukuma Masaaki、Hamaguchi Satoshi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SJJA01～SJJA01
  • DOI: https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab8681
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stability of hexafluoroacetylacetone molecules on metallic and oxidized nickel surfaces in atomic-layer-etching processes (2020)
  • 著者名/発表者名: Basher Abdulrahman H.、Krstic Marjan、Takeuchi Takae、Isobe Michiro、Ito Tomoko、Kiuchi Masato、Karahashi Kazuhiro、Wenzel Wolfgang、Hamaguchi Satoshi
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 巻: 38 ページ: 022610～022610
  • DOI: https://doi.org/10.1116/1.5127532
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of Si and SiO2 reactive ion etching by fluorine-rich ion species (2019)
  • 著者名/発表者名: Capdos Tinacba Erin Joy、Isobe Michiro、Karahashi Kazuhiro、Hamaguchi Satoshi
  • 雑誌名: Surface and Coatings Technology 巻: 380 ページ: 125032～125032
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of excitation voltage pulse shape on the characteristics of atmospheric-pressure nanosecond discharges (2019)
  • 著者名/発表者名: Donko Zoltan、Hamaguchi Satoshi、Gans Timo
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 28 ページ: 075004～075004
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab270e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 小特集 プラズマ・インフォマティクス:データ駆動科学のプラズマへの応用 1. はじめに (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜口智志
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 95 ページ: 535-536
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 小特集 プラズマ・インフォマティクス:データ駆動科学のプラズマへの応用 3. 機械学習によるプラズマエッチング率予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木野日織、幾世和将、DAM Hieu Chi、浜口智志
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 95 ページ: 542-547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 小特集 プラズマ・インフォマティクス:データ駆動科学のプラズマへの応用 6. まとめ (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜口智志
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 95 ページ: 560-561
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 数値シミュレーション技術の今後 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜口智志
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 43 ページ: 197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] プラズマ・インフォマティクス: プラズマ科学におけるデータ駆動科学の応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜口智志
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 43 ページ: 198-202
  • 査読あり
• [学会発表] Challenges of Advanced Plasma Etching Technologies (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: 3rd International Symposium of the Vacuum Society of the Philippines
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Etching, Deposition, and Surface Modification in Plasma Processing (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hamaguchi, Michiro Isobe, Tomoko Ito, Kazuhiro Karahashi
  • 学会等名: the 62nd Annual Technical Conference of Society of Vacuum Coaters
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular dynamic simulation of F-based reactive ion etching of Si, SiO2 and Si3N4 substrates (2019)
  • 著者名/発表者名: Erin Joy Capdos Tinacba, Michiro Isobe, Kazuhiro Karahashi, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: the 62nd Annual Technical Conference of Society of Vacuum Coaters
  • 国際学会
• [学会発表] Sputtering Yield Prediction by Machine Learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Ikuse, Hiori Kino, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: 2nd International Conference on Data Driven Plasma Science
  • 国際学会
• [学会発表] Prediction ability and importance of descriptors of single-element physical sputtering yields based on sparse modeling (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiori Kino, Kazumasa Ikuse, Hieu Chi Dam, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: 2nd International Conference on Data Driven Plasma Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation: Nanometer-scale Hole Etching of SiO2 with Carbon Mask (2019)
  • 著者名/発表者名: Charisse Marie D. Cagomoc, Michiro Isobe, Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: 24th International Symposium on Plasma Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic Layer Etching: its Science and Technology (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hamaguchi, Michiro Isobe, Tomoko Ito, and Kazuhiro Karahashi
  • 学会等名: Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) and the 10th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-10)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sputtering of surfaces made of Lennard-Jones atoms: A Molecular Dynamics study (2019)
  • 著者名/発表者名: Nicolas Mauchamp, Michiro Isobe, Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) and the 10th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Analyses of Hexafluoroacetylacetone (Hfac) Adsorbed on Transition Metal Surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Ito, Kazuhiro Karahashi, Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: AVS 18th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2019) and the 5th International Atomic Layer Etching Workshop (ALE 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prediction of Etch Rates for New Materials by Machine Learning - Case Study for Physical Sputtering (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Ikuse, Hiori Kino, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: the AVS 66th International Symposium & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms of thermal atomic layer etching (ALE) of metals by deprotonation and complex formation of hexafluoroacetylacetone (hfacH) (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdulrahman H. Basher, Ikutaro Hamada, Marjan Krstic, Michiro Isobe, Tomoko Ito, Karin Fink, Kazuhiro Karahashi, Yoshitada Morikawa, Wolfgang Wenzel, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: the AVS 66th International Symposium & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Computational study on the formation of nickel hexafluoro-acetylacetonate complexes Ni(hfac)2 on a rough NiO surface during plasma enhanced thermal atomic layer etching (ALE) processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdulrahman H. Basher, Marjan Krstic, Michiro Isobe, Tomoko Ito, Karin Fink, Masato Kiuchi, Kazuhiro Karahashi, Takae Takeuchi, Wolfgang Wenzel, and Satoshi Hamaguchi
  • 学会等名: the 72nd Annual Gaseous Electronics Conference GEC
  • 国際学会
• [学会発表] 原子層エッチングプロセスにおける表面反応解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤智子, 唐橋一浩, 浜口智志
  • 学会等名: 4th Atomic Layer Process (ALP) Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] 半導体デバイス製造用プラズマプロセスにおける表面反応機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜口智志
  • 学会等名: 日本表面真空学会学術講演会
  • 招待講演
• [備考] Hamaguchi Labotatory
  • URL: http://www.camt.eng.osaka-u.ac.jp/hamaguchi/
• [備考] Data Driven Plasma Science
  • URL: http://www.ppl.eng.osaka-u.ac.jp/JSPS_Core/
• [備考] IRHAPS, Osaka University
  • URL: http://www.ppl.eng.osaka-u.ac.jp/IRHAPS/