(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノ素子設計用仮想実験装置およびその方法が提供される。【解決手段】ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する仮想試片決定部１００と、仮想試片決定部で決定された仮想実験物質に一つ以上の工程を適用する仮想工程実験部２００、および仮想工程実験部で仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する仮想工程分析部３００と、を含む、ナノ素子設計用仮想実験装置１０を含む。仮想工程分析部は、工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する多レベル分析部をさらに含む。【選択図】図１
2014123735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する仮想試片決定部と、
前記仮想試片決定部で決定された仮想実験物質に一つ以上の工程を適用する仮想工程実験部と、
前記仮想工程実験部で前記仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する仮想工程分析部と、
を含む、ナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項２】
前記仮想工程分析部は、前記工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する多レベル分析部をさらに含む、請求項１に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項３】
前記多レベル分析部は、前記工程結果を量子力学計算に基づいた電子レベル、原子間のポテンシャルを用いて古典力学的計算を行う分子レベル、および連続体レベルで分析する、請求項２に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項４】
前記仮想工程実験部は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数、または順序を決定する工程決定部をさらに含む、請求項１または２に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項５】
前記仮想工程実験部は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程条件を変更する工程条件決定部をさらに含む、請求項１または２に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項６】
前記仮想試片決定部は、
仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向、または初期ドーピング、
実験領域の大きさおよび位置、
メッシュ（ｍｅｓｈ）のレゾリューション（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）および特性、
のうちの少なくともいずれか一つを決定する、請求項１に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項７】
前記工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングのうちのいずれか一つである、請求項１に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項８】
前記工程条件は、温度、圧力、不純物調節のうちのいずれか一つである、請求項５に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項９】
前記仮想工程分析部は、電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）、ＲＤＦ、ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）を分析する、請求項１に記載のナノ素子設計用仮想実験装置。
【請求項１０】
ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する段階と、
前記決定された仮想実験物質に一つ以上の工程を適用する段階と、
前記仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する段階と、
を含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１１】
前記工程結果を分析する段階は、前記工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する段階をさらに含む、請求項１０に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１２】
前記粒子レベルを基準として分析する段階は、前記工程結果を電子レベル、分子レベル、および連続体レベルで分析する、請求項１１に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１３】
前記一つ以上の工程を適用する段階は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数、または順序を決定する段階をさらに含む、請求項１０または１１に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１４】
前記一つ以上の工程を適用する段階は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程条件を決定する段階をさらに含む、請求項１０または１１に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１５】
前記仮想実験物質を決定する段階は、
仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向、または初期ドーピング、
実験領域の大きさおよび位置、
メッシュ（ｍｅｓｈ）のレゾリューション（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）および特性、
のうちの少なくともいずれか一つを決定する段階をさらに含む、請求項１０に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１６】
前記工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のうちのいずれか一つである、請求項１０に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１７】
前記工程条件は、温度、圧力、不純物調節のうちの一つである、請求項１４に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【請求項１８】
前記仮想実験物質を決定する段階は、電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）、ＲＤＦ、ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を分析する段階をさらに含む、請求項１０に記載のナノ素子の設計のための仮想実験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ素子設計用多次元仮想実験装置およびその方法に関する。より詳しくは、多様な大きさと次元の物質構成粒子を利用して分析するナノ素子設計用仮想実験装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基盤のＣＭＯＳ素子は、ムーアの法則（Ｍｏｏｒｅ’ｓ  Ｌａｗ）によりその大きさが小さくなり続けてきて、２００８年には５０〜６０ナノメートルに達するという技術的成果を見せている。しかしながら、素子の大きさがナノメートルのレベルに小さくなるに伴い、素子材料の量子力学的特性が素子の特性を支配するようになり、「Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」に依存する既存のＴＣＡＤ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）は、ナノ素子の特性を正しくシミュレートするのに困難があると予想される。ここで、ＴＣＡＤは、半導体工程・素子現像に対するモデリングを基盤に製品の特性を予測する基盤技術分野であって、新規な半導体を作製するに際して生産ラインへの適用の前にシミュレーションを行って、１）最適な工程を見出したり、２）作製される半導体の物性および特性を確認したりする過程である。特許文献１は、モンテカルロ方式を用いた半導体スパッタ工程のシミュレーション方法に関するものであるが、原子／分子構造の予測についての開示は全くされていない。このように、次世代ナノ素子を記述するためには、量子力学を基盤とした電子レベルのコンピュータシミュレーション、古典力学に基づく原子レベルのコンピュータシミュレーション、中粒子レベルのモンテカルロコンピュータシミュレーション、および電流シミュレーションなどのコンピュータシミュレーションの結果とこれらをカップリングして素子の特性を解析する多角的コンピュータシミュレーション技術の開発が急がれている実情である。これに加えて、コンピュータシミュレーションと実際の実験との間の理解の隔たりを埋めるための実験室形態のコンピュータシミュレーション道具も必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国公開特許２００６−００６２６８１号公報（２００６年６月１２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するために、ナノ素子およびナノ工程の設計のための新規なパラダイムの解析システムを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、巨視的領域で生じる現象とナノスケールで生じる現象のいずれもを考慮したナノ素子の設計技術を提供することを目的とする。
【０００６】
さらに、本発明は、ナノ素子の設計の際に様々な変数を柔軟に変更することができるナノ素子の設計技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施例によれば、ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する仮想試片決定部と、前記仮想試片決定部で決定された仮想実験物質に一つ以上の工程を適用する仮想工程実験部、および前記仮想工程実験部で前記仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する仮想工程分析部と、を含む、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【０００８】
他の実施例によれば、前記仮想工程分析部は、前記工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する多レベル分析部をさらに含む、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【０００９】
また他の実施例によれば、前記多レベル分析部は、前記工程結果を量子力学計算に基づいた電子レベル、分子レベル、および連続体レベルで分析する、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１０】
さらに他の実施例によれば、前記仮想工程実験部は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数または、順序を決定する工程決定部をさらに含む、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１１】
また他の実施例によれば、前記仮想工程実験部は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程条件を変更する工程条件決定部をさらに含む、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１２】
さらに他の実施例によれば、前記仮想試片決定部は、仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向、または初期ドーピング、実験領域の大きさおよび位置、メッシュ（ｍｅｓｈ）のレゾリューション（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、特性のうちの少なくともいずれか一つを決定する、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１３】
また更なる実施例によれば、前記工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングのうちのいずれか一つである、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１４】
また他の実施例によれば、前記工程条件は、温度、圧力、不純物調節のうちのいずれか一つである、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１５】
また他の実施例によれば、前記仮想工程分析部は、電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）、ＲＤＦ、ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）を分析する、ナノ素子設計用仮想実験装置が提供される。
【００１６】
他の実施例によれば、ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する段階と、前記決定された仮想実験物質に一つ以上の工程を適用する段階、および前記仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する段階と、を含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００１７】
また他の実施例によれば、前記工程結果を分析する段階は、前記工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する段階をさらに含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００１８】
さらなる実施例によれば、前記粒子レベルを基準として分析する段階は、前記工程結果を電子レベル、分子レベル、および連続体レベルで分析する、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００１９】
また他の実施例によれば、前記一つ以上の工程を適用する段階は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数、または、順序を決定する段階をさらに含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００２０】
また他の実施例によれば、前記一つ以上の工程を適用する段階は、前記仮想実験物質に適用する一つ以上の工程条件を決定する段階をさらに含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００２１】
また他の実施例によれば、前記仮想実験物質を決定する段階は、仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向、または初期ドーピング、実験領域の大きさおよび位置、メッシュ（ｍｅｓｈ）のレゾリューション（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、特性のうちの少なくともいずれか一つを決定する段階をさらに含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００２２】
また他の実施例によれば、前記工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のうちのいずれか一つである、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００２３】
また他の実施例によれば、前記工程条件は、温度、圧力、不純物調節のうちの一つである、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【００２４】
また他の実施例によれば、前記仮想実験物質を決定する段階は、電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）、ＲＤＦ、ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を分析する段階をさらに含む、ナノ素子の設計のための仮想実験方法が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
一実施例によれば、次世代ナノ素子を記述するための、１）量子力学、２）原子レベル、および３）連続体レベルの計算を基盤として素子の特性についての解析技術を提供する効果を奏する。
【００２６】
すなわち、分子動力学シミュレーション、ｋ−ＭＣシミュレーション、第一原理電子構造計算、量子力学基盤の電子輸送計算技法を用いて実際の実験環境とほぼ類似した仮想の実験空間を構築することができる効果を奏する。
【００２７】
さらには、ナノ素子の設計時の工程の種類、順序、回数、または工程条件を変更自在にして、融通性（ｈｉｇｈｌｙ−ｆｌｅｘｉｂｌｅ）のあるナノ素子の設計技術を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施例に係るナノ素子設計用仮想実験装置の内部構成を示す図である。
【図２】一実施例に係るナノ素子設計用仮想実験方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
後述する本発明に関する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施例を例示する添付の図面を参照する。これらの実施例では、当業者が本発明を容易に実施できるように詳細に説明されている。本発明の種々の実施例は、互いに異なるものであるが、相互排他的である必要はないということが理解できるであろう。例えば、これに記載されている特定の形状、構造、および特性は、一実施例に関連して本発明の精神および範囲を逸脱することなく他の実施例で具現できる。また、それぞれの開示された実施例中の個別の構成要素の位置または配置は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく変更してよいことが理解できるであろう。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味として読み取られるものではなく、また、本発明の範囲は、適切に説明されているならば、その請求項が主張する範囲と均等なすべての範囲とともに添付の請求項のみによって限定される。図面において類似の図面符号は、様々な側面にわたって同一または類似の機能を指し示す。
【００３０】
ナノスケールで生じる現象自体がマクロ（ｍａｃｒｏ）規模のそれとは異なり、工程中の観察が不可能であり且つ実験的分析もまた極めて制限的である。そのため、計算科学を用いた研究の重要性と価値が大きく増大している。すなわち、原子と電子レベルで工程をシミュレートし、また当該規模で界面と素子の構造をシミュレートする必要があり、これを深く理解するためには、量子力学に基づいた電子の移動特性をシミュレートできなければならない。このためには、量子化学的反応解析技術、分子動力学、およびモンテカルロ解析技術、量子論的電子輸送論、巨大規模計算技術、およびこのような多次元のコンピュータシミュレーション技法の多レベルスケールブリッジング（ｓｃａｌｅ  ｂｒｉｄｇｉｎｇ）による多次元計算技法などの新規な技術が必要である。
【００３１】
図１は、一実施例に係るナノ素子設計用仮想実験装置１０の内部構成を示す図である。ナノ素子設計用仮想実験装置１０は、仮想試片決定部１００、仮想工程実験部２００、仮想工程分析部３００を含んでいてよい。また、入力部４００、表示部５００、通信部６００、格納部７００をさらに含んでいてよい。
【００３２】
仮想試片決定部１００は、ナノ素子の設計のための仮想実験物質を決定する役割をする。仮想試片決定部１００では、ナノ素子の設計のための仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向、または初期ドーピングを決定することができる。初期ドーピングは、単位体積当たり原子数の濃度にて設定していてよい。また、実験領域（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｄｏｍａｉｎ）の大きさおよび位置を決定していてよい。さらには、幾何構造を表現するのに用いるメッシュのレゾリューション（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）および特徴を決定していてもよい。なお、これらに制限されるものではなく、仮想実験物質に関わるあらゆる情報を設定することが可能である。例えば、回路基板は、シリコン物質であり、０．６μｍの初期厚さを有し、＜１１０＞の結晶方向を有していてよい。ドーピングは、１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３濃度のホウ素（Ｂｏｒｏｎ）のドーピングの量であり、（０．０、０．１、−０．１）〜（０．４、０．５、１．５）の実験領域において、メッシュのレゾリューションは、Ｘ軸方向に０．０２μｍ、Ｙ軸方向に０．０１μｍ、Ｚ軸方向に０．０５μｍの基本レベルで設定していてよい。
【００３３】
仮想工程実験部２００は、仮想試片決定部１００で決定された仮想実験物質に一つ以上の実験的工程をコンピュータシミュレーションの次元で適用する役割をする。すなわち、予め実現された工程アルゴリズムを仮想実験物質に適用し、実際の仮想実験物質を操作する役割をする。工程アルゴリズムは、仮想工程実験部内に直接格納されていてよいが、格納部７００に格納され、仮想工程実験部２００の駆動の際に参照する形でなされていてもよい。また、工程アルゴリズムは、必ずしもナノ素子設計用仮想実験装置１０の内部に存在する必要はない。通信部６００を介してインフィニバンド（Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ）などの高速の有線・無線通信を用いて、ナノ素子設計用仮想実験装置１０の外部の格納部に格納された工程アルゴリズムを参照していてもよい。
【００３４】
仮想工程実験部２００で実行できる工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含んでいてよい。また、実験で実際に使用中の工程も追加されていてよい。
【００３５】
なお、明細書おいて具体的に言及しなくても、ナノ素子の設計のためのあらゆる工程を含んでいてよく、特に前記工程に制限されるものではない。
【００３６】
仮想工程実験部２００は、工程決定部２１０と工程条件決定部２２０をさらに含んでいてよい。工程決定部２１０は、仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数、または順序を決定する役割をする。後述する仮想工程分析部３００の当該工程結果の分析に応じて、最初の工程決定の以降でもリアルタイムに工程の種類、回数、または順序を再び決定（変更）することもできる。仮想工程実験部２００は、仮想実験物質にいずれの工程を適用するかを決定する。すなわち、前述した様々な工程の中から、完成されるナノ素子の性質、仮想実験物質の特性などの要素を考慮して、いずれの工程を適用するかを先に決定する。適用する工程の種類が決定すれば、次いで、工程の回数も決定することができる。一種の工程を一回だけ適用すればよいが、実験の内容によっては、当該工程を複数回適用してもよいためである。すなわち、工程を重複して実施することができる。工程の種類、回数が決定すれば、次いで、工程の順序が決定される。同じ種類、回数の工程といっても、工程の順序によって仮想実験物質に作用する効果は異なることがあるためである。例えば、仮想実験物質ＸにＡ、Ｂ、Ｃの３工程を適用すると決定した場合、Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ａの順に工程の順序を決定する。すなわち、Ａは３回、Ｂは２回、Ｃは１回といったように工程の回数が決定される。
【００３７】
工程条件決定部２２０は、後述する仮想工程分析部３００の仮想実験物質に適用する一つ以上の工程条件を変更する役割をする。後述する仮想工程分析部３００の工程結果の分析に応じて、最初の工程条件の設定以降でもリアルタイムに工程条件を決定（変更）することもできる。工程条件は、温度、圧力、不純物調節のうちの一つであってよい。例えば、ＵＳＪ（Ｕｌｔｒａ−ｓｈａｌｌｏｗ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）モデリングにおいて、シリコンに対するホウ素のドーピング温度を変更しながら、シリコン表面の変化、ホウ素の移動のような材料や材料中の物性および化学的特性の変化を検討することができる。
【００３８】
仮想工程分析部３００は、仮想工程実験部２００において仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する役割をする。電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）画面、ＲＤＦ、ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）等を分析できる仮想の分析道具が構築されている。なお、分析の種類はこれらに制限されず、その他多様な分析道具がモジュール化されて追加されていてよく、且つそうすることが予定されている。モジュール化されて追加できるという点は、当該仮想実験装置の主な特徴でもある。すなわち、ナノ素子の特性および単位工程の特性を理解できる分析であれば、いかなる分析でも追加可能である。前記分析は、分子動力学シミュレーション、ｋ−ＭＣシミュレーション、第一原理電子構造計算、量子力学基盤の電子輸送計算技法などに基づいて行われていてよい。
【００３９】
仮想工程分析部３００は、多レベル分析部３１０をさらに含んでいてよい。多レベル分析部３１０は、工程結果を、一つ以上の粒子レベルを基準として分析する役割をする。すなわち、多レベル分析部３１０は、工程結果を多レベル（ｍｕｌｔｉ  ｓｃａｌｅ）で分析する。１）量子力学基盤の電子輸送解析、２）原子および分子レベルの工程解析、３）素子レベルの工程解析に分けられる。一実施例において、量子力学基盤の電子輸送解析は、スピン偏向した量子、および電荷電流、スピン電流に基づいて関連する３次元ナノ電子素子を解析し、また、関連する半導体素子内部の量子力学的効果に基づいて、関連するＰ型ＭＯＳＦＥＴの電流値を計算することができる。さらには、関連するＭＯＳデバイスにおける電流−電圧特性を解析することができる。一実施例において、原子および分子レベルの工程解析は、関連する２次元間相互作用エネルギーなどで常温接合状態を予測し、関連する分子動力学的計算方法を適用した原子および分子レベルの工程シミュレーションを行うことができる。一実施例において、素子レベルの工程解析では、関連する半導体素子の特性に応じて、一つ以上のシミュレーションモデルを生成することができる。
【００４０】
自然科学あるいは材料科学分野を多レベルでシミュレートする場合、電子レベルを用いる量子モデルの分析、分子レベルを用いる電子モデルの分析、および連続体モデルの分析などが考えられる。半導体製造工程を例に挙げると、シリコン電子レベルを用いてシリコン酸化過程を明確に究明するＱＭ（ｑｕａｎｔｕｍ  ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）分析、これを基盤として酸化シリコンが構成する半導体の形態を用いる原子モデルのＭＭ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）分析、そして半導体の作動特性を穿鑿する連続体モデルの輸送（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）分析を行うことができる。
【００４１】
入力部４００は、ナノ素子設計用仮想実験装置１０を使用する実験者から各種の入力を受け付ける役割をする。実験者から仮想試験物質の決定、仮想実験物質に適用する一つ以上の工程の種類、回数、または順序の決定、工程条件の決定、工程の指示、分析方法の決定をするための入力を受け付ける。入力部４００は、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、デジタルカメラ、光学式マーク読取装置（ＯＭＲ）、バーコード読取装置、磁気インク文字読取装置（ＭＩＣＲ）であってよい。また、後述する通信部６００を介して外部へ転送された情報を受信して入力することもできる。入力部４００は、実験者からの入力を受け付ける機能さえ遂行できるものであればよく、その形態は制限されない。
【００４２】
表示部５００は、ナノ素子設計用仮想実験装置１０の現在の状態を表示する役割をする。入力部４００を介して受け取った入力情報、仮想工程実験部２００で仮想実験物質に適用された工程結果、仮想工程分析部３００で分析された分析結果を実験者に表示することができる。表示部５００は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、プロジェクターディスプレイであればよく、また、シャッター・ガラス（ｓｈｕｔｔｅｒ  ｇｌａｓｓ）方式、レンチキュラー（Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）方式、パララックスバリア（ｐａｒａｌｌａｘ  ｂａｒｒｉｅｒ）方式などのオートステレオグラフィ（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｙ）、またはホログラム（ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いた３次元ディスプレイであってもよく、さらには、タッチ入力を認識できるタッチスクリーン形態のディスプレイであってもよい。表示部５００は、ナノ素子設計用仮想実験装置１０の現在の状態を表示する機能さえ遂行できるものであれば、その形態は制限されない。
【００４３】
通信部６００は、ナノ素子設計用仮想実験装置１０の外部の任意のオブジェクトと通信する役割をする。通信方法は、オブジェクトとオブジェクトがネットワーキングできるすべての通信方法を含むものであってよく、有線／無線通信、３Ｇ、４Ｇ、あるいはその他の方法に制限されない。ナノ素子設計用仮想実験装置１０が有する入力部４００を介して受け付けた入力情報、仮想工程実験部２００で仮想実験物質に適用された工程結果、仮想工程分析部３００で分析された分析結果を含む、やり取り可能なすべての情報は外部のオブジェクトに転送できる。また、前述したとおり、入力部４００を介して、外部のオブジェクトからの入力、外部ＤＢからのデータなどを受け取ることができる。無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（登録商標））、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄａｔａ  ＧＳＭ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ）、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標））、Ｗｉ−Ｆｉ、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＬＴＥ  Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＭＡＮ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＨＳＰＡ＋、３ＧＰＰ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、Ｍｏｂｉｌｅ  ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ  ８０２．１６ｅ）、ＵＭＢ（ｆｏｒｍｅｒｌｙ  ＥＶ−ＤＯ  Ｒｅｖ．Ｃ）、Ｆｌａｓｈ−ＯＦＤＭ、ｉＢｕｒｓｔ  ａｎｄ  ＭＢＷＡ（ＩＥＥＥ  ８０２．２０）ｓｙｓｔｅｍｓ、ＨＩＰＥＲＭＡＮ、Ｂｅａｍ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ（ＢＤＭＡ）、Ｗｉ−ＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）および超音波活用通信からなる群より選択される一つ以上の通信方法にて通信できるが、これらに制限されるものではない。
【００４４】
格納部７００は、ナノ素子設計用仮想実験装置１０内においてデータを格納する役割をする。前述した通り、仮想試片決定部１００、仮想工程実験部２００、仮想工程分析部３００で用いられるデータ、アルゴリズム、および実験ヒストリーデータを格納しておくことができる。格納部７００は、公知のデータベース、格納媒体、クラウド格納システムなどであってよく、その形態は制限されない。実施例に従い、仮想試片決定部１００、仮想工程実験部２００、仮想工程分析部３００が自己格納機能を備えていてもよい。また他の実施例では、格納部７００がナノ素子設計用仮想実験装置１０の外部に存在していてもよい。
【００４５】
図２は、一実施例に係るナノ素子設計用仮想実験方法を示すフローチャートである。先ず、仮想実験物質を決定する（Ｓ１０）。前述した通り、ナノ素子の設計のための仮想実験物質のうちのウェハー基板の材料、初期厚さ、結晶方向（ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、または初期ドーピング（ｉｎｉｔｉａｌ  ｄｏｐｉｎｇ）等を決定することができる。次いで、仮想実験物質に適用する工程の種類、順序、回数を決定する（Ｓ２０）。前述した通り、実行できる工程は、アニーリング、酸化、拡散、蒸着、注入（Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、露光、エッチング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含んでいてよい。なお、本明細書で具体的に言及しなくても、ナノ素子の設計のためのあらゆる工程を実行可能であり、特にこれらに制限されるものではない。次いで、工程条件を決定する（Ｓ３０）。前述した通り、温度、圧力、不純物の種類と量などを調節していてよい。次いで、Ｓ２０段階で決定された工程の種類、順序、回数、およびＳ３０で決定された工程条件に基づいて、仮想実験物質に工程を適用する（Ｓ４０）。工程の適用後、仮想実験物質に適用されたそれぞれの工程結果を分析する。より具体的に、多レベル（ｍｕｌｔｉ−ｌｅｖｅｌ）で工程結果を分析する（Ｓ５０）。工程結果の分析では、前述した通り、電子構造、電流−電圧分布、原子力電子顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ−Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）画面、ＲＤＦ、ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）を分析することができる。工程分析の結果が工程目標に到達した場合、実験は終了し（Ｓ６０；ＹＥＳ）、そうではない場合は（Ｓ６０；ＮＯ）、工程の種類、順序、回数、または工程条件を変更して、仮想工程実験などを再び行わせる（Ｓ７０）。変更する要因に応じて、Ｓ２０段階またはＳ３０段階を繰り返し実施する。
【００４６】
以上、本発明を具体的な構成要素などのような特定の事項と限定された実施例および図面に基づいて説明してきたが、これらは本発明のより全般的な理解を助けるために提示したものに過ぎず、本発明が前記実施例によって限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から種々の修正および変形を試みることができる。
【００４７】
したがって、本発明の思想は、前記説明された実施例に限定されてはならず、添付の特許請求の範囲だけでなく、該特許請求の範囲と均等なもの、または等価的に変形されたあらゆるものが本発明の思想の範疇に属するといえよう。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ナノ素子設計用仮想実験装置
１００  仮想試片決定部
２００  仮想工程実験部
２１０  工程決定部
２２０  工程条件決定部
３００  仮想工程分析部
３１０  多レベル分析部
４００  入力部
５００  表示部
６００  通信部
７００  格納部
【図１】
2014123735.tif 000003
【図２】
2014123735.tif 000004