化学気相成長法のための自動研究開発システムの構築

化学气相沉积法自动化研发系统的构建

基本信息

批准号：
21K03817
负责人：
高橋崇宏
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

化学気相成長(CVD)プロセス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。特に、実験データから反応機構(反応モデル)を推定する人工知能部の開発と性能評価に注力した。まず、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拡散炉を対象に、昨年度定式化された支配方程式に基づき炉内における反応モデルの解析を行った。反応系としては、文献調査で実際の実験データが得られたSiH4/H2系によるSi膜とSiH2Cl/NH3系によるSi3N4膜を対象とした。開発中の反応機構自動解析システムに上記2つの系の実験データを入力することで、自動的に妥当と思われる反応機構を人間が解析する場合と比較して比較的短時間で提案することに成功した。得られた反応モデル候補は、実験結果を精度よく再現でき、モデルの反応経路は成膜に寄与しない無駄な反応の混入が防がれた比較的簡素なものであり、実用上有用な反応モデルと考えられた。さらに、自動解析を実現するための基盤となるアルゴリズムとして、システムに利用されている多目的最適化アルゴリズムについて、実装候補となるものを選び出して性能評価を行った。候補の中で最も高い性能を示したのは、NSGA-IIIと呼ばれるアルゴリズムであったが、計算時間がかかり、実用上の問題となることが分かった。そこで、NSGA-IIIを用いた最適化作業を、計算コストの低い複数回の作業に置き換えることで、全体としてより短い時間で最適化が完了できることが分かった。

我们已经开发了针对化学蒸气沉积（CVD）过程的自动反应机理分析系统。特别是，我们专注于开发和性能评估人工智能部分，这些部分估算了来自实验数据的反应机制（反应模型）。首先，我们根据去年制定的管理方程式分析了反应器内部的反应模型，该方程针对热CVD扩散炉，该炉实际上是用于大规模生产应用的大型商业设备。该反应系统的目的是针对由SIH4/H2和SI3N4膜制成的SIH2CL/NH3制成的SI膜，这些膜是通过文献调查获得的。通过将上述两个系统的实验数据输入到正在开发的自动反应机理分析系统中，我们成功提出了一种反应机制，该反应机制在与人类分析时相比在相对较短的时间内自动认为是合理的。通过实验结果准确地重现了所得的候选反应模型，并且模型的反应路径相对简单，并阻止了不必要的反应污染不必要的反应，而不必要的反应不影响膜的形成，从而使其实际上是有用的反应模型。此外，作为实现自动分析的基础算法，选择了系统中使用的多目标优化算法，并评估了用于实施候选的性能。在候选人中，称为NSGA-III的算法表现出最高的性能，但发现这是一个实际问题。因此，发现通过使用NSGA-III替换优化工作，具有多个计算成本的多个任务，可以在较短的时间内完成优化。