20世紀(jì)80年代，EDA公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，提供商業(yè)工具來加速復(fù)雜的集成電路設(shè)計(jì)，從此芯片行業(yè)的發(fā)展軌跡發(fā)生了翻天覆地的變化。芯片制造商傳統(tǒng)上依賴內(nèi)部專業(yè)技術(shù)來改進(jìn)工廠的工藝工程，而現(xiàn)在他們可能已經(jīng)準(zhǔn)備好接受為半導(dǎo)體生產(chǎn)而開發(fā)的商業(yè)工具。

制造是芯片行業(yè)的新主角。

美國《芯片和科學(xué)法案》不僅吸引了公司在美國建造晶圓廠，還幫助增加了工廠工人、半導(dǎo)體生產(chǎn)工程師（盡管仍然短缺）和制造供應(yīng)鏈上的公司。

因此，半導(dǎo)體行業(yè)開始涌現(xiàn)出一批對(duì)生產(chǎn)工藝有著濃厚興趣的年輕化學(xué)工程師。

Meghali Chopra就是這樣一位博士創(chuàng)業(yè)者。

Chopra在Texas的Austin創(chuàng)辦了一家名為SandBox Semiconductor的初創(chuàng)公司。該公司提供軟件工具，旨在加速探索配方開發(fā)的新工藝方案。這些工具旨在為工藝工程師提供基于物理的AI建模。

20世紀(jì)80年代，EDA（Electronic Design Automation）公司的誕生加速了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)進(jìn)步的步伐，而Sandbox是加速工藝工程的公司之一。

SandBox的CEO Chopra說：“當(dāng)人們談?wù)摪雽?dǎo)體時(shí)，他們談得最多的是設(shè)計(jì)，而不是芯片制造。但現(xiàn)在人們更加關(guān)注制造，我認(rèn)為芯片生產(chǎn)中的工藝開發(fā)和可擴(kuò)展的配方具有超級(jí)挑戰(zhàn)性。”

復(fù)雜的工藝工程

工藝工程有三個(gè)主要步驟：光刻、蝕刻和沉積。據(jù)Chopra稱，Sandbox專注于蝕刻和沉積及其單元工藝。“因此，我們的目標(biāo)主要是幫助工藝工程師盡快找出這些單元和單元步驟的正確參數(shù)。”

Chopra指出，制造芯片需要1200個(gè)單元工藝。用化學(xué)工程術(shù)語來說，一個(gè)單元工藝就是一個(gè)步驟。

為了說明工藝工程的復(fù)雜性，她解釋說：“無論何時(shí)改變芯片設(shè)計(jì)，基本上都必須重復(fù)開發(fā)所有這些不同的單元工藝。”

她補(bǔ)充說，“這就是為什么它如此困難。”

此外，集成工程師需要協(xié)調(diào)所有單元工藝組合，而邊緣或沉積工程師則必須開發(fā)實(shí)際的單元工藝。“因此，對(duì)于整個(gè)集成工藝中的每一個(gè)步驟，邊緣或沉積工程師都會(huì)得到一組他們必須達(dá)到的指標(biāo)。”

如今，工藝工程師依賴內(nèi)部開發(fā)的工具來優(yōu)化單元工藝。他們的工作（本質(zhì)上是迭代試錯(cuò)）也在很大程度上依賴于進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整的工藝工程師的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。他們都使用Excel來管理工藝開發(fā)。

由于這些工程師的知識(shí)很難翻譯或轉(zhuǎn)移，因此一些工廠對(duì)嘗試SandBox Studio AI等新的商用工藝開發(fā)平臺(tái)表現(xiàn)出濃厚興趣也就不足為奇了。

SandBox的產(chǎn)品

SandBox的核心產(chǎn)品是SandBox Studio AI。

據(jù)該公司稱，該平臺(tái)使工藝工程師能夠“利用基于物理、統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的模型快速預(yù)測(cè)工藝結(jié)果”，從而加速產(chǎn)品交付。

SandBox的AI解決方案的獨(dú)特之處在于“物理支持的AI”。Chopra解釋說：“為了對(duì)這些非常復(fù)雜的工藝進(jìn)行建模，我們使用了基于物理的基本真實(shí)模型。然后，我們使用AI來增強(qiáng)該模型。”

她說：“因此，如果我嘗試用物理模型模擬這些工藝，一次模擬可能需要5分鐘到幾天的時(shí)間，因?yàn)樗鼈儗?shí)在太復(fù)雜了。當(dāng)然，這對(duì)于在工廠工作的工藝工程師來說并不可行。”

SandBox使用AI來“實(shí)現(xiàn)即時(shí)預(yù)測(cè)”。Chopra指出，“我們可以為工藝工程師提供實(shí)時(shí)反饋。但在所有AI的背后，仍然是一個(gè)基于物理的基礎(chǔ)層。”

SandBox Studio AI平臺(tái)的最新成員是Weave，它主要應(yīng)對(duì)混合計(jì)量挑戰(zhàn)。

混合計(jì)量在工藝工程師中越來越受歡迎，因?yàn)樗麄冃枰_測(cè)量復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而單一的工具集無法全面查看這些結(jié)構(gòu)。SandBox解釋說，在3D NAND、DRAM和GAA架構(gòu)時(shí)代，混合計(jì)量是解決開發(fā)尖端工藝所涉及的復(fù)雜性和各種測(cè)量任務(wù)的必要條件。

但有一個(gè)問題。由于每種工具只能顯示特定的視圖（橫截面、自上而下等），因此要管理來自不同來源的數(shù)據(jù)并從中獲得洞察既困難又耗時(shí)。不可避免的結(jié)果就是出錯(cuò)。

SandBox聲稱，其剛剛發(fā)布的Weave采用先進(jìn)的ML技術(shù)，從SEM（Scanning Electron Microscope）和TEM（Transmission Electron Microscopy）數(shù)據(jù)中提取和分析剖面，從而顯著提高了計(jì)量精度。Chopra說：“從本質(zhì)上講，我們正在使用我們的平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將其與我們的計(jì)算模型進(jìn)行協(xié)調(diào)。”

該公司表示，Weave的目的是讓工藝工程師免去手動(dòng)測(cè)量SEM和TEM圖像的繁瑣工作。SandBox指出，這樣做的結(jié)果應(yīng)該是，在工藝定義、產(chǎn)能爬坡和量產(chǎn)過程中，計(jì)量精度更高、實(shí)驗(yàn)速度更快、成本更低。

Weave可直接插入SandBox Studio AI的建模平臺(tái)，為工程師提供了一種高效的方法，用于從不同長(zhǎng)度尺度的計(jì)量資源中收集數(shù)據(jù)、解決數(shù)據(jù)沖突問題，以及預(yù)處理和組織數(shù)據(jù)，以進(jìn)行建模和分析。

SandBox的客戶

Chopra于2016年成立了SandBox，那時(shí)距離她從Texas大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)博士畢業(yè)還有一年時(shí)間。Chopra在Lam Research短暫實(shí)習(xí)后，由于沒有在晶圓廠擔(dān)任工藝工程師的經(jīng)驗(yàn)，她創(chuàng)辦了自己的初創(chuàng)公司。

Chopra解釋說，就在她從Stanford畢業(yè)后搬到Texas時(shí)，Texas大學(xué)Austin分校成立了制造研究中心。在研究生期間，她與不同公司的工藝工程師接觸，積累了行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

這些經(jīng)驗(yàn)明確了她的目標(biāo)，并驗(yàn)證了她所研究的軟件工具的潛在市場(chǎng)需求。

如今，SandBox已擁有近十家客戶，包括工具供應(yīng)商和芯片制造商。

工藝配方開發(fā)一直被認(rèn)為是制造設(shè)備供應(yīng)商（如Lam Research或Applied Materials）的領(lǐng)域。事實(shí)上，當(dāng)這些公司交付一個(gè)巨大的蝕刻或沉積工具時(shí)，都會(huì)附帶他們所謂的Best Known Method，一個(gè)既定的基準(zhǔn)配方。

然而，當(dāng)這些工具到了芯片制造商手中時(shí)，麻煩就來了。Chopra解釋說：“首先，客戶希望工具供應(yīng)商對(duì)配方進(jìn)行小幅調(diào)整。因此，供應(yīng)商會(huì)調(diào)整他們的基準(zhǔn)配方。客戶還需要進(jìn)行具體的優(yōu)化，結(jié)果就是來回折騰，需要工具供應(yīng)商做大量的手把手工作。”

更糟糕的是，Chopra指出，芯片制造商不僅僅只是采購單一的工具，他們會(huì)購買許多工具。“當(dāng)你擁有20種工具時(shí)，問題就變得更加棘手，因?yàn)槟阈枰_保所有工具都匹配。這些工具會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，工程師使用它們的方式也不盡相同。因此，芯片制造商本身需要能夠找到不同的配方調(diào)整，以獲得所謂的chamber-to-chamber匹配。”

因此，盡管工具制造商和芯片制造商有不同的需求，但如果公司希望提高工藝產(chǎn)量，就必須能夠調(diào)整配方。配方必須符合整個(gè)晶圓的目標(biāo)規(guī)格。

目前，SandBox有20名工程師。除了一些種子投資外，自2018年開始運(yùn)營(yíng)以來，它從未籌集過資金。Chopra說：“我們實(shí)際上已經(jīng)盈利了。”

但她補(bǔ)充說，“我們的目標(biāo)是通過了解客戶的問題來慢慢成長(zhǎng)。”

審核編輯：劉清