技術文章-MAtek 閎康科技

近年來，AI發展快速且廣受注目，究竟何謂AI呢？

AI 是 Artificial Intelligence 的縮寫，意思是人工智慧或人工智能[1]，也就是人類製造的機器表現出智能的技術，通常是透過普通電腦程式來展現近似人類的智慧。AI 的主要目的是協助人們工作，用以增加效率、節省工作時間、減少人為誤差等。AI 的歷史從 20 世紀 40 年代發明電腦，時至今日已有 80 年左右。21 世紀隨著學習技術的進展，AI 的技術也發展得更快速、應用領域更加寬廣。

AI應用於材料分析—處理龐大資料量的最佳辦法

材料分析 (Materials Analysis) 的歷史比 AI 更悠久，以 TEM (穿透式電子顯微鏡，Transmission Electron Microscope) 機台為例，1931 年第一台誕生至今已逾 90 年，後來受半導體、光電產業、電子產業、奈米科技發展影響，使用的時機及需求也越來越多，成為了不可或缺的技術，其主要目的是分析材料成份、結構、形貌等物理或化學特性，使用的技術除了 TEM 以外，還包括了 SEM (掃描電子顯微鏡，Scanning Electron Microscope)、FIB (聚焦離子束顯微鏡，Focus Ion Beam Microscope)、SIMS (二次離子質譜，Secondary Ion Mass Spectrometer)、XPS (X 射線光電子能譜儀，X-ray Photoelectron Spectroscope)、AES (歐傑電子能譜儀 / 俄歇電子能譜儀，Auger Electron Spectroscope) 等。

材料分析的結果通常以分析數據、曲線圖、工程圖、照片、圖形檔案等各樣的方式呈現，隨著科技產業的快速發展，分析結果的數量也越來越龐大，大量的數據及圖形已造成人工處理的困難、甚至超出人力可處理的量能，費時費工還有輸入錯誤的風險，準確度也隨著數據量增大而下降，需要透過 AI 電腦輔助來改善這個狀況。為了因應大量分析結果及客戶需求，閎康科技於多年前就已著手開發處理大量分析結果的方法，主要是藉由結合 AI 與材料分析的技術。

以閎康自行開發的自動量測軟體為例，TEM 影像藉由軟體演算法定義出圖形邊界，進而進行量測、標示與輸出等一連串工作程序，減少人為判讀與人員工時。常見的邊緣偵測演算法 (Edge Detection Algorithms) 包括：(1) Laplacian Edge Detection (2) Sobel Edge Detection (3) Canny Edge Detection 等等，其中 Canny 是一個複合性的邊緣偵測演算法，結合了 Gaussian Filter 降低雜訊、梯度偵測、非最大值抑制、判斷邊界，四個演算法去實踐邊緣偵測，其優點為低錯誤率、定位準確、解析度高，是相當著名且成熟的邊緣檢測算法，廣泛應用於影像處理、影像辨識之產業應用。

圖1　Canny 邊緣偵測演算示意圖[2]

AI材料分析的應用

閎康科技以材料分析起家，發展至今已擁有 MA (Materials Analysis) 、FA (Failure Analysis)、RA (Reliability Analysis)、SA (Surface Analysis)、CA (Chemical Analysis) 等各大項目的分析技術，其中，閎康科技的 AI 材料分析技術根據客戶需求持續發展中，包括先進半導體製程 GAA (gate all around) 結構、FinFET 結構、半導體製程監控、機台驗證分析、晶粒大小、奈米顆粒大小，提供的技術除了統計分析、大數量數據分析及繪圖，亦含有專用分析軟體等自動化服務。

1.　多層膜量測

圖 2 為多層膜的自動量測，多層膜為半導體、光電元件、III-V 族等化合物半導體的常見結構，進行人工量測時常有人為誤差，尤其當數據量增多時，準確性及一致性也會下降。若使用 AI 自動量測，則可減少人工誤差，還能夠根據客戶需求，對不同結構進行厚度量測。

圖2　多層膜結構的自動量測結果

(a) TEM 影像 (b) 經由影像處理後的邊界 (c) 量測參數

2.　Via Profile 量測

圖 3 為 IC 製程中 Via profile 蝕刻結果的自動量測案例，由軟體抓取 Via 底部位置，間隔 3nm 量測寬度 CD (Critical Dimension)，重複量測其他 Via 與其他照片數據，藉由 AI 軟體輔助，可以在短時間內量測大量數據，且可將量測結果匯出 CSV 文字檔，讓客戶能用 Excel 進行大數據統計分析，配合實驗設計找出該製程的關鍵因子、最佳設定值，更快速有效來調整蝕刻製程的參數設定。

3.　結晶粒徑分析 (Grain size)

分析金屬組織的結晶粒度，一般將金屬樣本研磨後進行「粒度分析」，使用金相顯微鏡 (OM) 調查結晶粒度和結晶粒分布，若晶粒尺寸較小、無法用 OM 觀察，可使用 FIB 二次離子影像 (SIM image) ，或進一步用 TEM 觀察分析。由於晶粒為不規則形狀，人工量測需由人為選定晶粒，易造成數據偏頗。藉由軟體輔助分析，可以計算大量晶粒粒徑，並輸出粒徑分布統計結果，讓研究人員易於分析、比較不同製程條件下的粒徑表現。