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。

我们开发了化学气相沉积（CVD）工艺的自动反应机理分析系统。我们特别关注从实验数据估计反应机制（反应模型）的人工智能部分的开发和性能评估。首先，我们根据去年制定的控制方程，分析了热CVD扩散炉中的反应模型，该扩散炉已实际用作大规模商业设备，可进行批量生产。目标反应体系是基于SiH4/H2体系的Si薄膜和基于SiH2Cl/NH3体系的Si3N4薄膜，其实际实验数据是通过文献研究获得的。通过将上述两个系统的实验数据输入到目前正在开发的反应机理自动分析系统中，我们将能够在比人类分析相对较短的时间内自动提出一个合理的反应机理。获得的候选反应模型可以高精度地再现实验结果，并且该模型的反应路径相对简单，避免了不利于成膜的不必要的反应，使其成为实用的反应模型。那。此外，我们为系统中使用的多目标优化算法选择了候选实现候选者，并评估了它们的性能作为自动分析的基础。名为 NSGA-III 的算法在候选算法中表现出最高的性能，但人们发现它花费了大量的计算时间，并成为一个实际问题。因此，我们发现，通过用计算成本较低的多次过程代替使用NSGA-III的优化工作，总体上可以在更短的时间内完成优化。