設(shè)備智能將成為預(yù)見未來的指路明燈

Tim Archer

泛林集團(tuán)對于設(shè)備智能的愿景是將數(shù)據(jù)化建模、虛擬化和人工智能帶入每個環(huán)節(jié)，包括設(shè)計、開發(fā)、采購、構(gòu)建和支持系統(tǒng)與工藝等，從概念設(shè)計和可行性研究到實現(xiàn)量產(chǎn)。

2020年是泛林集團(tuán)成立的第40周年，過去40年我們堅持創(chuàng)新和突破，并取得了開拓性進(jìn)展，其中包括對于設(shè)備智能的探索。展望未來，我們認(rèn)為，對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，設(shè)備智能將成為預(yù)見未來發(fā)展的指路明燈。

制造難度和成本日益增長

在40年前，我們很難想象半導(dǎo)體技術(shù)會給世界帶來如此巨大的改變。譬如1980年，個人電腦配備的微處理器包含大約5萬個晶體管，而如今的高級芯片通常包含超過300億個晶體管。然而，技術(shù)的飛速發(fā)展也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。新一代器件的開發(fā)意味著更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更多的工藝步驟、新材料和設(shè)計規(guī)則，參數(shù)之間的依賴性亦在不斷提升。

設(shè)備智能是迎接挑戰(zhàn)的關(guān)鍵

設(shè)備智能可以促成數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)過程的良性循環(huán)，幫助我們解決上述挑戰(zhàn)。通過充分利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集和處理能力，我們可以在芯片制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新與突破。

泛林集團(tuán)對于設(shè)備智能的愿景是將數(shù)據(jù)化建模、虛擬化和人工智能帶入每個環(huán)節(jié)，包括設(shè)計、開發(fā)、采購、構(gòu)建和支持系統(tǒng)與工藝等，從概念設(shè)計和可行性研究到實現(xiàn)量產(chǎn)。設(shè)備智能的最終目標(biāo)就是在加快技術(shù)轉(zhuǎn)換速度的同時，降低成本、資源消耗和浪費，也就是通過解除復(fù)雜性障礙來釋放創(chuàng)新力。

在設(shè)備智能的時代，全流程的數(shù)字化是關(guān)鍵。任何系統(tǒng)從初始概念到終止運行的每一步都應(yīng)該留下數(shù)據(jù)的腳印。

在芯片設(shè)計和制造工藝方面，為了滿足性能和成本等各方面要求，我們往往需要在百萬億個潛在配方組合中進(jìn)行大海撈針式的探索，從而找到最佳配方。以刻蝕為例。在過去的十年中，工藝配方開發(fā)和驗證的成本以10倍的速度增長，在這種情況下，虛擬工藝開發(fā)是解決問題的重要工具，它能幫助工程師以更快的速度找到最佳配方。

盡管我們對具體工藝的理解在不斷加深，純物理的刻蝕和沉積過程模型仍過于復(fù)雜，涉及的計算量過于龐大，很難產(chǎn)生實際結(jié)果。我們的策略是結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和歷史數(shù)據(jù)挖掘來構(gòu)建可計算的模型，通過該模型的運算來找出正確的變量組合并在多種選擇中成功找到最佳方案。

通過與芯片制造商在結(jié)構(gòu)和工藝要求方面的緊密合作，我們已經(jīng)利用虛擬工藝開發(fā)實現(xiàn)了初級組合的優(yōu)化，并成功將所需實驗次數(shù)和成本減少至少20%。目前該方法仍處于早期實驗階段，我們還需要與芯片制造商開展持續(xù)且密切的合作，實現(xiàn)規(guī)模的擴(kuò)展。

復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)不僅限于研發(fā)。要實現(xiàn)芯片的量產(chǎn)，制造商必須將最佳工藝在數(shù)百個腔室中復(fù)制，保證每月生產(chǎn)數(shù)十萬個符合埃米級公差要求的晶圓。為保證所有工藝一致的性能表現(xiàn)，我們需要投入更智能化的設(shè)備和服務(wù)。

自適應(yīng)和自維護(hù)能力的智能設(shè)備。自我感知是指設(shè)備了解自身的軟件和硬件配置，并能使用傳感器監(jiān)視關(guān)鍵性能指標(biāo)。

與之前的設(shè)備相比，新一代設(shè)備新增了約400個傳感器，它們所生成的數(shù)據(jù)結(jié)合制造商晶圓廠的信息，可將腔室匹配的時間從數(shù)周縮短至數(shù)天。

自適應(yīng)功能是指這些智能設(shè)備能持續(xù)地根據(jù)單位工藝偏差、物料變化進(jìn)行自我調(diào)整或優(yōu)化生產(chǎn)率。自維護(hù)功能包括自動校準(zhǔn)、清潔或維護(hù)等，有助于提升機(jī)臺的產(chǎn)量。經(jīng)驗證，在晶圓廠運行一個關(guān)鍵應(yīng)用程序的一組設(shè)備，其自維護(hù)能力每年能夠幫助客戶節(jié)省4.5萬個工時。

基于數(shù)據(jù)的智能化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)

智能化設(shè)備需要智能化的服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，否則無法保證數(shù)百個工藝腔室的整體設(shè)備效率，而這樣的智能服務(wù)離不開數(shù)據(jù)。

要找出糾正措施、預(yù)測維護(hù)事件、管理智能零件和優(yōu)化設(shè)備性能的方法，我們需要基于數(shù)據(jù)專門開發(fā)出相應(yīng)的算法。為此，泛林集團(tuán)設(shè)立了設(shè)備數(shù)據(jù)存儲庫，并在維持?jǐn)?shù)據(jù)完整性的同時根據(jù)情況向客戶開放數(shù)據(jù)控制和訪問的權(quán)限。這種靈活的解決方案有助于我們應(yīng)對日益增長的挑戰(zhàn)，即在量產(chǎn)的環(huán)境中維護(hù)復(fù)雜的系統(tǒng)，從而保證產(chǎn)品在滿足嚴(yán)格工藝公差的前提下達(dá)成設(shè)備良率目標(biāo)。

此外，虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)幫助工程師提高效率，并分享全球?qū)＜业膶I(yè)技術(shù)。協(xié)作對于持續(xù)創(chuàng)新至關(guān)重要，也是實現(xiàn)設(shè)備智能優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。如今，半導(dǎo)體行業(yè)處于松散分離的模式，行業(yè)必須由此過渡成以節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)數(shù)據(jù)的流動和算法的整合，從而實現(xiàn)更具效益的行業(yè)控制。

我們相信，通過充分發(fā)揮設(shè)備智能的潛能，我們就能預(yù)見到世界未來的發(fā)展。