設(shè)備智能將成為預(yù)見未來(lái)的指路明燈

今年適逢泛林集團(tuán)成立40周年，過去40年我們堅(jiān)持不斷創(chuàng)新和突破，并取得了開拓性進(jìn)展，其中包括對(duì)于設(shè)備智能的探索。展望未來(lái)，我們認(rèn)為，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說，設(shè)備智能將成為預(yù)見未來(lái)發(fā)展的指路明燈。

制造難度和成本日益增長(zhǎng)

在40年前，我們很難想象半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)給世界帶來(lái)如此巨大的改變。譬如1980年，早期個(gè)人電腦配備的微處理器包含大約5萬(wàn)個(gè)晶體管，而如今的高級(jí)芯片通常包含超過300億個(gè)晶體管。

然而，技術(shù)的飛速發(fā)展也帶來(lái)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(jì)規(guī)則，參數(shù)之間的依賴性亦在不斷提升。在這種情況下，為將創(chuàng)新性產(chǎn)品投入大批量生產(chǎn)并最終交到消費(fèi)者手中，我們的開發(fā)時(shí)間和成本一次又一次地提升。如今半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)成為研發(fā)強(qiáng)度最高的產(chǎn)業(yè)之一。與此同時(shí)，我們還肩負(fù)對(duì)環(huán)境、員工福祉及社區(qū)健康的責(zé)任，必須以可持續(xù)的方式推動(dòng)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，從而改變世界。

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(duì)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(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、采購(gòu)、構(gòu)建和支持系統(tǒng)與工藝等，從概念設(shè)計(jì)和可行性研究到實(shí)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(shí)，降低成本、資源消耗和浪費(fèi)，也就是通過解除復(fù)雜性障礙來(lái)釋放創(chuàng)新力。

在設(shè)備智能的時(shí)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(yùn)行的每一步都應(yīng)該留下數(shù)據(jù)的腳印。

在芯片設(shè)計(jì)和制造工藝方面，實(shí)現(xiàn)革命性創(chuàng)新已經(jīng)變得非常困難。為了滿足性能和成本等各方面要求，我們往往需要在百萬(wàn)億個(gè)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(yàn)證的成本以10倍的速度增長(zhǎng)，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(duì)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過于復(fù)雜，涉及的計(jì)算量過于龐大，很難產(chǎn)生實(shí)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(lái)構(gòu)建可計(jì)算的模型，通過該模型的運(yùn)算來(lái)找出正確的變量組合并在10^14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(shí)現(xiàn)了初級(jí)組合的優(yōu)化，并成功將所需實(shí)驗(yàn)次數(shù)和成本減少超過20%。目前該方法仍處于早期實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)展。

復(fù)雜性帶來(lái)的挑戰(zhàn)不僅限于研發(fā)。要實(shí)現(xiàn)芯片的量產(chǎn)，制造商必須將最佳工藝在數(shù)百個(gè)腔室中復(fù)制，保證每月生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)個(gè)符合埃米級(jí)公差要求的晶圓。為保證所有工藝維持一致的性能表現(xiàn)，我們需要投入更智能化的設(shè)備和服務(wù)。

這就需要具有自感知、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(gè)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(shí)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(dòng)校準(zhǔn)、清潔或維護(hù)等，有助于提升機(jī)臺(tái)的產(chǎn)量。經(jīng)驗(yàn)證，在晶圓廠運(yùn)行一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用程序的一組設(shè)備，其自維護(hù)能力每年能幫助客戶節(jié)省45000個(gè)工時(shí)。

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(wú)法保證數(shù)百個(gè)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(cè)維護(hù)事件、管理智能零件和優(yōu)化設(shè)備性能，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(chǔ)庫(kù)，并在維持?jǐn)?shù)據(jù)完整性的同時(shí)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(duì)日益增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，即在量產(chǎn)的環(huán)境中維護(hù)這些復(fù)雜的系統(tǒng)，從而保證在滿足嚴(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(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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)。專家們可以利用相關(guān)工具為工程師提供遠(yuǎn)程培訓(xùn)和支持，在視頻直播的幫助下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和指導(dǎo)。此次新冠疫情的爆發(fā)還讓我們親眼驗(yàn)證了這些遠(yuǎn)程支持技術(shù)如何成為業(yè)務(wù)的救星。隨著差旅的顯著減少，人們對(duì)遠(yuǎn)程支持的需求會(huì)迅速增加。

協(xié)作對(duì)于持續(xù)創(chuàng)新至關(guān)重要，也是實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能所有優(yōu)勢(shì)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(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成數(shù)據(jù)的流動(dòng)和各方算法的整合，從而實(shí)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(lái)的發(fā)展。