Sandbox上個(gè)月開始銷售的混合計(jì)量圖像處理工具有望提高蝕刻和沉積步驟的計(jì)量精度，簡(jiǎn)化新工藝配方的實(shí)驗(yàn)，并最終降低工藝技術(shù)開發(fā)成本。該工具Weave與SandBox Studio AI建模平臺(tái)配合使用，使用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法從掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）數(shù)據(jù)中提取和分析輪廓，從而減少工程師的手動(dòng)測(cè)量任務(wù)。

工藝技術(shù)變得越來越復(fù)雜

現(xiàn)代芯片制造技術(shù)的研發(fā)成本高達(dá)數(shù)十億美元，而且越來越復(fù)雜和昂貴：公司需要進(jìn)行研究以發(fā)現(xiàn)適合其需求的材料，然后設(shè)計(jì)出有望滿足功率、性能和面積目標(biāo)的晶體管結(jié)構(gòu)。然后，他們必須開發(fā)正確的工藝配方，考慮到如何使用實(shí)際的晶圓廠工具處理這些材料和晶體管結(jié)構(gòu)。

目前，工藝開發(fā)的后一步是通過反復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行的，需要大量的資金（材料和工具很昂貴）和時(shí)間投資（加工晶圓需要數(shù)周甚至數(shù)月）。
“最大限度地減少獲得正確工藝配方所需的時(shí)間對(duì)我們的客戶來說非常重要，”SandBox Semiconductor首席執(zhí)行官M(fèi)eghali Chopra告訴EE Times。“我們使用我們的計(jì)算建模平臺(tái)來幫助工藝工程師模擬工藝結(jié)果，以便更快地獲得他們的配方。

在開發(fā)新工藝技術(shù)時(shí)，要考慮的一個(gè)關(guān)鍵事項(xiàng)是準(zhǔn)確了解器件結(jié)構(gòu)及其制造方式：這對(duì)于新型3D NAND和DRAM存儲(chǔ)器以及柵極全能晶體管尤其重要。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種有效方法是使用從晶圓廠多個(gè)工具收集的計(jì)量數(shù)據(jù)，因?yàn)闆]有一種工具可以解決所有挑戰(zhàn)。這就是所謂的混合計(jì)量。

“我們相信，不會(huì)有一個(gè)單一的、漂亮的計(jì)量工具可以解決每個(gè)人的問題;相反，我們利用混合計(jì)量方法，“喬普拉說。

問題在于，從多個(gè)來源獲取數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)、耗時(shí)，有時(shí)甚至是不可能的。據(jù)Sandbox稱，工藝開發(fā)工程師經(jīng)常將近20%的時(shí)間用于手動(dòng)測(cè)量掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）圖像。這就是Weave發(fā)揮作用的地方。

“我們自動(dòng)化提取，”喬普拉說。“因此，我們幫助工藝工程師節(jié)省大約 20% 的時(shí)間，只需純粹自動(dòng)化此 [提取] 功能。”

該工具聚合來自不同來源的數(shù)據(jù)。它使用 ML 技術(shù)通過分析來自多個(gè)來源的輪廓來提高計(jì)量的精度和準(zhǔn)確性，例如 SEM、TEM、光學(xué)關(guān)鍵尺寸 （OCD） 光譜和橫截面數(shù)據(jù)。SandBox說，這使工程師能夠減少手動(dòng)工作（通過將實(shí)驗(yàn)數(shù)量減少多達(dá)八倍）并提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，從而提供提高產(chǎn)量所需的更深入的知識(shí)。

通過聚合和糾正來自不同來源的數(shù)據(jù)，SandBox 簡(jiǎn)化了分析并集成到其建模框架中，并使工程師能夠使用這些數(shù)據(jù)做出明智的過程預(yù)測(cè)。與通用的AI模型不同，SandBox使用為半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝開發(fā)量身定制的半導(dǎo)體特定行為物理模型。這些模型考慮了不同的材料以及實(shí)際晶圓廠工具的工作原理。

“因此，使用所有這些計(jì)量數(shù)據(jù)，工程師現(xiàn)在可以利用他們掌握的所有工具來實(shí)際預(yù)測(cè)他們的工藝基礎(chǔ)，”Chopra說。“我們能夠做到這一點(diǎn)，因?yàn)槲覀儨p少了基于行為物理的模型，使過程工程師能夠?qū)嶋H建模他們的過程空間。我們正在運(yùn)行物理模擬，然后我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)來增強(qiáng)這些模擬。因此，我們所做的所有模擬和預(yù)測(cè)都受到物理框架的限制，這往往會(huì)使我們的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確。

此外，SandBox 還提供半導(dǎo)體專用的可視化工具和量身定制的用戶界面。

“然后我們有特定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的可視化工具，”Chopra說。“我們的用戶在消化真正大的多維流程步驟集方面需要的這些工具，我們有量身定制的UI體驗(yàn)。

與行業(yè)合作

開發(fā)基于物理的模型和ML工具需要SandBox與業(yè)界合作，以了解晶圓廠工具的工作原理，材料如何與這些機(jī)器一起工作，以及芯片制造商想要做什么。SandBox與鑄造廠、存儲(chǔ)器制造商以及蝕刻和沉積工具制造商合作，如應(yīng)用材料公司和LAM研究公司。同時(shí)，該軟件不會(huì)從工具制造商提供的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。

“該軟件純粹是從輸入其中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的，”喬普拉說。“這是我們方法的關(guān)鍵價(jià)值之一，我們可以與任何類型的邊緣或沉積工具或任何類型的計(jì)量工具一起使用。軟件的輸入基本上是幾何形狀，工藝工程師可以自己輸入，OCD測(cè)量，橫截面SEM測(cè)量，然后是實(shí)驗(yàn)過程參數(shù)。

“因此，該工具中沒有信息被輸入到軟件中。僅憑計(jì)量數(shù)據(jù)和過程參數(shù)信息，人工智能模型就可以從提供給它的任何內(nèi)容中學(xué)習(xí)。它從所有不同類型的計(jì)量中學(xué)習(xí)，然后利用我們的模型庫(kù)來弄清楚系統(tǒng)中發(fā)生了什么，然后我們可以在整個(gè)過程空間中進(jìn)行這些預(yù)測(cè)。

Weave本質(zhì)上可以幫助工程師快速將他們的觀察結(jié)果與工藝參數(shù)相關(guān)聯(lián)。該軟件目前的重點(diǎn)是蝕刻和沉積，這強(qiáng)調(diào)了該平臺(tái)對(duì)3D NAND和DRAM制造商以及柵極全能晶體管時(shí)代的代工廠的重要性。但該方法可以應(yīng)用于任何流程類型，該公司表示。

從本質(zhì)上講，該軟件根據(jù)過程輸入解釋計(jì)量數(shù)據(jù)，提供對(duì)正在進(jìn)行的過程的見解。這不需要特定工具的專業(yè)知識(shí)，而是需要對(duì)數(shù)值建模的深刻理解來準(zhǔn)確建立這些聯(lián)系。

“由于工具制造商和芯片制造商都進(jìn)行這種類型的工藝開發(fā)，我們與芯片制造商和工具制造商在廣泛的應(yīng)用中全面合作，因?yàn)楣に囬_發(fā)本質(zhì)上是他們工作的核心，”Chopra說。“每天，這些公司中的大多數(shù)都只是在進(jìn)行工藝開發(fā)。因此，要么是工藝良率問題，要么是關(guān)鍵的尺寸均勻性問題。這些是他們需要解決的四分之一。

SandBox 平臺(tái)旨在使用戶能夠創(chuàng)建自己的計(jì)算模型，無(wú)需自己消化龐大的流程空間。通過使用人工智能平臺(tái)，他們可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的定量策略來定義工藝參數(shù)，從而減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)并提高工藝質(zhì)量，最終有望降低工藝開發(fā)成本并最大限度地提高產(chǎn)量。