ASML开发了基于机器学习的半导体制造虚拟计量技术

挑战

应用机器学习技术改进半导体制造中的叠加计量

解决方案

使用MATLAB创建和培训一个神经网络,该神经网络预测来自对齐计量的覆盖计量

结果

  • 建立行业领导
  • 确定潜在的制造改进
  • 维护开销最小化

“作为一个流程工程师,我没有通过神经网络或机器学习的经验。我通过Matlab示例工作,找到了用于生成虚拟计量的最佳机器学习功能。我不能在c或python中完成这一点 - 它将太长时间找到,验证和集成正确的包。“

埃米尔Schmitt-Weaver, ASML
Twinscan的剖视以及轨道作为晶片接受对齐和覆盖计量。

在纳米制造中,光蚀刻是控制微芯片大小的基本制图步骤在光刻过程中,一个低波长功率源被光学调节,然后通过更多的光学将图像缩小成覆盖在衬底上的光敏化学薄膜,通常是硅。重复此步骤,直到基片上所有可用的表面积都用相同的图像曝光;结果被称为一个层。需要多个暴露的层来创造组成芯片的复杂微观结构。为了防止由于层之间的连接失败而导致的yield问题,层之间的所有模式必须按预期对齐。

为了确保层对齐不影响产量,ASML的TWINSCAN光刻系统必须限制在曝光步骤之前测量的对齐标记的数量。一般的规则是,测量对准标记所需的时间不能长于曝光顺序中先前晶圆片所需的时间。由于适当的叠加模型修正需要大量的叠加标记,因此对从TWINSCAN系统中出来的每个晶片进行测量是不可行的。

ASML使用matlab.®和统计和机器学习工具箱™开发虚拟叠加计量软件。使用对准计量数据,该软件应用机器学习技术来提出每个晶片的覆盖计量的预测估计。

“我们采用Matlab和机器学习所做的工作在ASML的应用开发工程师Emil Schmitt-Weaver说,我们采用Matlab和Machine学习所做的行业领导力。”“我们发表在这项工作的论文吸引了希望通过ASML产品改进其制造流程的客户的利益。”下载188bet金宝搏

挑战

尽管错过覆盖错误可能降低产量的风险,大多数制造商只测量24%的晶圆覆盖。利用TWINSCAN系统收集的每个晶片的校准测量,ASML试图应用机器学习技术来评估晶片的覆盖测量,并将其与现有的YieldStar测量进行比较。

由于Schmitt-Weaver之前没有开发机器学习算法的经验,他决定不使用Python、C或其他低级语言来开发算法。他希望迅速开发出一个原型,依赖于已经部署在ASML庞大、多样化用户群中的功能,并由专业人士维护。

解决方案

Schmitt-Weaver使用了MATLAB,统计和机器学习工具箱,以及深度学习工具箱™来开发一种生成虚拟计量的方法。

要启动,Schmitt-Weaver使用了神经网络时间序列预测和建模应用来学习如何准备与深层学习工具箱一起使用的数据。使用该应用程序,他生成并导出了示例代码,这使他更详细地了解如何将功能一起使用。随着他的能力增加,他能够使用Matlab Central上的庞大多学科用户社区的示例来构建生成的代码。

Schmitt-Weaver使用YieldStar系统从TWINSCAN系统收集校准计量数据,并从相同晶片上收集覆盖计量数据。然后他把数据集分成两组,一组用于训练网络,另一组用于验证网络。

使用深度学习工具箱和统计和机器学习工具箱,他设计了一个非线性自回归网络,具有外源性输入(NARX),并培训了培训组的数据。

为避免将神经网络过度接收到培训组,他使用深入学习工具箱与贝叶斯框架实现自动正规化。

网络培训后,他将其提供与测试数据的输入,并验证其对来自产量系统的测量结果的结果。

ASML使用收集的数据在MATLAB中开发原型实时覆盖控制器。该网络提供了潜在提高产量的基础,以及识别可能没有接受覆盖计量的晶片的能力。

结果

  • 建立行业领导。“通过使用MATLAB改善叠加计量,我们向我们展示了我们的客户,我们是开发创新方法来实现覆盖性能目标的领导者,”Schmitt-Weaver说。

  • 确定潜在的制造改进。“我们在Matlab设计和培训的网络确定了可能未被发现的系统和随机覆盖错误,”Schmitt-Weaver说明。“覆盖性能的这种改进程度是Microchip制造到5nM节点下方的微芯片制造所必需的。”

  • 维护开销最小化。“自从公司成立以来,ASML系统已经使用了汇编的MATLAB算法,”施密特-韦弗说。“通过建立同行评议遗留脚本的大型数据库,我能够将注意力集中在新的机器学习功能上。”

集成计量和机器学习支持的故障检测的虚拟叠加计量金宝appProc。学报9424,显微光刻技术的计量、检验和过程控制,94241T(2015年3月19日),doi: 10.1117/12.2085475