在基于物理约束的变化自编码器的深度反应性离子蚀刻中,基于人工智能驱动的SEM配置的特征识别
Fang Wang1,2, Hao Yu1,2, Yechen Miao1,2
1State Key Laboratory of Transducer Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 200050, China.
Microsystems & nanoengineering
|March 10, 2026
概括
一个新的受物理约束的人工智能模型VLSet-AE,在微电子机械系统 (MEMS) 中自动化扫描电子显微镜分析深度反应离子蚀刻 (DRIE). 这种方法显著提高了智能微型制造的精度和效率.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 人工智能在制造业中的应用
- 半导体制造业 半导体制造业
背景情况:
- 深度反应离子蚀刻 (DRIE) 对微电机系统 (MEMS) 至关重要,但由于其复杂,依赖参数的性质,它面临着优化挑战.
- 目前用于DRIE结果的扫描电子显微镜 (SEM) 分析是劳动密集型的,容易出现错误 (15-20%),并妨碍高吞吐量制造.
- 现有的自动化方法在杂的SEM图像中难以准确 (70-80%) 并无法捕捉蚀刻结构的动态演变.
研究的目的:
- 为DRIE流程开发一种自动化的SEM断面分析方法.
- 解决手动和现有的自动化SEM分析在准确性,效率和数据采集方面面临的局限性,用于人工智能驱动的优化.
- 为了能够精确地从DRIE配置文件中提取关键尺寸,以改善工艺控制和制造.
主要方法:
- 提出了一种物理约束的变化级别设置自编码器 (VLSet-AE) 用于自动化SEM截面分析.
- 将物理蚀刻约束和三维框架 (时间,线宽,蚀刻深度) 集成到VLSet-AE模型中.
- 通过使用关键维度指标和计算效率,评估了VLSet-AE的性能与手动注释和最先进的模型相比.
主要成果:
- 在提取九个关键维度时,VLSet-AE实现了高精度,平均误差为3.65%,整体模型精度为94.3%.
- 该模型在准确性和效率方面明显优于手动注释和当前的替代方案.
- 与其他七种模型相比,VLSet-AE表现出最短的训练时间 (20秒),最快的推断时间 (1.2秒) 和最高的识别精度 (96%).
结论:
- VLSet-AE为DRIE流程中的自动化SEM分析提供了高效和准确的解决方案,可用于AI优化制造业的大规模数据采集.
- 这种受物理限制的AI方法使得可扩展,智能制造成为可能,并释放了先进微型制造技术的潜力.
- 这项研究为人工智能驱动的MEMS工艺设计和制造提供了前性框架,为未来人工智能辅助微型制造的进步铺平了道路.
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