SmartDO

使用SmartDO提升70%之半導體設備晶圓用排氣板性能設計

在先進半導體製造中，流場均勻性直接決定製程品質。即使晶圓上方排氣流場存在微小的不均勻，也可能導致粒子汙染、蝕刻不均，以及良率損失。 本案例展示了SmartDO，AI強化+自動化設計最佳化平台，如何透過緊密耦合的CAD-CFD最佳化流程，為實際的半導體排氣板設計帶來可量化(提升70%性能)、可直接量產的改進成果。

為何需要最佳化半導體設備排氣板

排氣板直接主導晶圓表面上方的氣體移除均勻性。在原始設計中，於 R120 檢測線上的速度分佈，其標準差/平均值為 0.1488，顯示出顯著的不均勻性。 同時，整體排氣效能必須被保留，出口質量流率需受限於高於原始值的 90%（> 0.0004815）。這形成了一個典型的相互衝突之多物理設計問題，正是 SmartDO 全域最佳化引擎最擅長解決的類型。

圖1 顯示了排氣板的整體配置。

半導體設備排氣板的參數化CAD

本案例建立了完整的參數化CAD模型，其中10個排氣孔直徑（DV1–DV10）作為設計變數。

• 每一個直徑皆受到嚴格的製造限制（LB–UB），且內圈與外圈區域具有不同的上限值。
• 孔洞的角向分佈會自動隨直徑變化而調整，確保幾何一致性，無需人工重新建模。

此設定使得幾何驅動的直接最佳化成為可能，在整個過程中消除了反覆試誤的CAD修改，同時確保模型在每一步都具備可製造性。

此外，透過 SmartDO 獨有的 S.A.F.E.D（Secured Adaptive Function for Error Detecting）技術，系統可從歷史計算過程中學習，並自動偵測與避免CAD建模與CFD計算失敗。

圖2顯示了這10個設計變數的定義。

SmartDO最佳化問題設定

SmartDO將此問題建構為一個與 ANSYS DesignModeler 與 Fluent 緊密整合的全域、需滿足不同限制條件之CFD最佳化問題：

• 最小化速度不均勻性：OBJ = @R120 線上速度的標準差 / 平均值
• 出口質量流率 > 原始值的 0.9 倍
• 速度不均勻性需低於原始設計
• 觀測平面：晶圓表面上方 1 mm

透過SmartDO的 AI強化全域最佳化策略，系統能自動探索設計空間，並在不陷入區域最佳解的情況下收斂。 整個最佳化流程僅需127次完整CFD模擬，充分展現 SmartDO 領先業界的計算效率。

SmartDO 最佳化結果

最佳化後的排氣板達成了明確且可量化的突破成果：

• 速度均勻性（Std. Dev./Mean @R120）
• 初始設計：0.1488
• 最佳化後：0.04459
• 改善幅度：+70%
• 出口質量流率：
• 初始設計：0.000535
• 最佳化後：0.00057
• 所有約束條件皆完全滿足

此結果證明，SmartDO 不僅能大幅提升流場均勻性，同時亦不犧牲排氣效能，這是半導體設備設計中的關鍵要求。 最佳化後的幾何可立即投入製造，並已透過多個檢測區域的完整CFD模擬加以驗證。

圖3顯示了排氣板初始設計(左)與SmartDO最佳化設計(右)的排氣孔直徑。

圖4顯示了流場速度大小分佈於初始設計(左)與SmartDO最佳化設計(右)之比較。

SmartDO的優勢

本案例充分展現SmartDO作為一套通用型、AI強化、多學科/多物理自動設計最佳化平台的核心價值：

• 全域最佳化，而非僅止於區域微調。
• 以極少的模擬次數實現尖端的計算效率。
• 直接CAD-CAE耦合，面向真實工程硬體。
• 透過S.A.F.E.D技術自動偵測與避免建模失敗。
• 可量化、具說服力，且可直接量產的設計改善成果。

SmartDO 將複雜的半導體設備最佳化問題，轉化為一個系統化、自動化且高度可信賴的工程流程， 解鎖人工方法或傳統DOE或大量撒點手段難以企及的效能極限。

SmartDO AI強化+多領域/多物理 自動優化設計 的優勢

SmartDO具備尖端計算效率， 為工程師提供無縫的 一鍵自動設計優化解決方案以及數位產線整合與自動化平台，並有以下特點。

• 一頁式GUI設定。
• 單鍵自動優化設計。
• 成功應用於超過240以上設計變數之CAE設計優化問題。
• 多領域/多物理 自動優化設計

如果您想瞭解更多有關SmartDO的資訊，請與我們聯絡。