e-Learning

Bez kategorii Metrologia Półprzewodniki Technologie

Metrologia półprzewodników oparta na VTM: przełomowa technologia, która ma szansę na eksplozję do 2029 roku (2025)

ByLuzan Joplin

2025-05-20
VTM-Based Semiconductor Metrology: The Disruptive Tech Set to Explode by 2029 (2025)

Spis Treści

Streszczenie Wykonawcze: 2025 i później

Metrologia oparta na metodzie transportu pary (VTM) staje się kluczową technologią umożliwiającą sprostanie rosnącej złożoności architektur urządzeń i ścisłym wymaganiom kontroli procesów w przemyśle półprzewodnikowym. W 2025 roku ekspansja zaawansowanych węzłów logicznych i pamięci – szczególnie na poziomie 3nm i poniżej – zwiększa zapotrzebowanie na rozwiązania metrologiczne, które umożliwiają nieniszczącą, wysokorozdzielczościową i szybką analizę coraz bardziej złożonych struktur. Techniki oparte na VTM są integrowane w procesy kontroli, aby dostarczyć kluczowe pomiary dla cienkowarstwowych filmów, jakości interfejsów oraz składu materiałów, które są istotne dla poprawy wydajności i redukcji wad.

Główni producenci sprzętu zaczęli włączać narzędzia oparte na VTM do swoich ofert metrologicznych. KLA Corporation, na przykład, odnosiła się do poszukiwania nowych możliwości analizy materiałów odpowiednich dla węzłów urządzeń nowej generacji. Podobnie, Lam Research kontynuuje badania nad zaawansowanymi rozwiązaniami metrologicznymi dla procesów warstw atomowych, przy czym technologie VTM są zaprojektowane, aby zaspokoić luki metrologiczne w selektywnej depozycji i trawieniu. Te działania są zgodne z przejściem do struktur urządzeń 3D, takich jak tranzystory gate-all-around (GAA) i zaawansowane DRAM, gdzie tradycyjne metody metrologiczne napotykają ograniczenia w rozdzielczości przestrzennej i wrażliwości materiałowej.

Konsorcja przemysłowe, takie jak SEMI oraz współpracujące inicjatywy B+R wspierają standaryzację i walidację podejść opartych na VTM, podkreślając ich znaczenie dla produkcji o wysokiej wydajności. Integracja tych metod ma przyspieszyć, ponieważ producenci półprzewodników dążą do skrócenia czasów cyklu i poprawy zakresów procesów, szczególnie w aplikacjach fotolitograficznych EUV i zaawansowanego pakowania.

Patrząc w przyszłość, perspektywy dla metrologii półprzewodnikowej opartej na VTM w nadchodzących latach są obiecujące. Oczekiwany wzrost adopcji pojawi się, gdy fabryki zwiększą produkcję na węzłach wiodących oraz gdy integracja heterogeniczna i zaawansowane pakowanie staną się normą w branży. Metrologia oparta na VTM ma również odegrać rolę w wspieraniu wprowadzenia nowatorskich materiałów, w tym półprzewodników 2D i materiałów złożonych, gdzie tradycyjna metrologia ma swoje ograniczenia. Branża skoncentruje się na zwiększaniu przepustowości, automatyzacji i integracji z platformami sterowania procesami napędzanymi przez AI, dążąc do maksymalizacji zwrotu z inwestycji zarówno dla producentów narzędzi, jak i producentów chipów.

Podsumowując, metrologia oparta na VTM stoi na czołowej linii innowacji w kontroli procesów półprzewodnikowych. Jej trajektoria w 2025 roku i później będzie kształtowana przez dalsze inwestycje ze strony producentów narzędzi, rosnącą adopcję ze strony producentów półprzewodników oraz ciągłą współpracę w łańcuchu dostaw w celu sprostania technicznym wyzwaniom produkcji zaawansowanych węzłów.

Czynniki Rynkowe Przyspieszające Przyjęcie Metrologii Opartej na VTM

Przyjęcie metrologii opartej na modułach transferu próżniowego (VTM) w półprzewodnikach przyspiesza, napędzane przez konwergencję czynników technicznych, ekonomicznych i łańcucha dostaw, które przekształcają przemysł w 2025 roku i prognozują kontynuację w nadchodzących latach. Kilka kluczowych czynników rynkowych przyczynia się do tego trendu:

  • Skalowanie Węzłów Zaawansowanych i Złożoność Urządzeń: Trwająca transformacja do logiki sub-5nm i zaawansowanych węzłów pamięci wymaga coraz większej precyzji w metrologii. Zmniejszenie krytycznych wymiarów i złożonych struktur 3D, takich jak tranzystory gate-all-around (GAA) i cechy o wysokim współczynniku kształtu, wymagają obsługi wolnej od zanieczyszczeń oraz szybkich, zautomatyzowanych cykli pomiarowych, co jest możliwe dzięki systemom opartym na VTM. Czołowi dostawcy sprzętu, tacy jak Lam Research i Applied Materials, niedawno zwrócili uwagę na integrację opartego na próżni transferu w swoich platformach metrologicznych i inspekcyjnych, aby sprostać tym wymaganiom.
  • Poprawa Wydajności i Kontrola Wad: W miarę zaostrzania się okien procesowych, zrealizowana informacja zwrotna w czasie rzeczywistym i monitoring in situ stają się niezbędne dla optymalizacji wydajności. Platformy metrologiczne oparte na VTM wspierają architektury narzędzi klastrowych, umożliwiające płynne przekazywanie między komorami procesowymi a pomiarowymi pod próżnią. To zmniejsza narażenie wafli na zanieczyszczenia powietrzne i zapewnia wierność pomiarów, co jest kluczowym aspektem podkreślonym w najnowszych ofertach KLA Corporation oraz Hitachi High-Tech Corporation.
  • Automatyzacja i Przepustowość: Ekosystem produkcji wafli coraz częściej wdraża automatyzację w celu sprostania niedoborom wykwalifikowanej siły roboczej i utrzymania efektywności produkcji o dużej wydajności. Systemy VTM ułatwiają zautomatyzowane, wysokoprzepustowe transfery wafli pomiędzy modułami metrologicznymi a komorami procesowymi, wspierając dążenie do fabryk autonomicznych. Tokyo Electron i SCREEN Semiconductor Solutions podkreśliły rolę transferu próżni oraz robotyki w swoich najnowszych zestawach narzędzi metrologicznych.
  • Kontrola Zanieczyszczeń i Niezawodność: W miarę jak architektury urządzeń stają się coraz bardziej wrażliwe na cząstki i zanieczyszczenia molekularne, utrzymanie nieskazitelnych powierzchni wafli staje się kluczowe. Metrologia oparta na VTM eliminuje narażenie na atmosferę podczas transferów wewnątrz narzędzi, co jest zgodne z normami kontroli zanieczyszczeń ustanowionymi przez stowarzyszenia branżowe, takie jak SEMI.
  • Globalna Odporność Łańcucha Dostaw: Producenci coraz bardziej kładą nacisk na interoperacyjność narzędzi i modułowość, aby zwiększyć elastyczność łańcucha dostaw. Systemy metrologiczne oparte na VTM, dzięki standardowym interfejsom i modułowej budowie, wspierają szybkie zmiany konfiguracji narzędzi i współdzielenie sprzętu w różnych liniach produkcyjnych, co zauważa ASML w swoich aktualizacjach technologicznych.

Patrząc w przyszłość na rok 2025 i później, dążenie do wyższej wydajności waferów, niższej wadliwości oraz ciągłej innowacji procesów zapewnia, że metrologia oparta na VTM pozostanie kluczową technologią w zaawansowanych fabrykach półprzewodników, wspierając zarówno stopniowe, jak i transformacyjne postępy procesowe.

Przegląd Technologii: Co Czyni Metrologię Opartą na VTM Wyjątkową?

Techniki oparte na metrologii transportu pary (VTM) pojawiły się jako istotna innowacja w metrologii półprzewodnikowej, oferując unikalne możliwości w zakresie kontroli procesów inline oraz zaawansowanej charakteryzacji materiałów. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod pomiarowych opartych na powierzchni lub kontakcie, VTM wykorzystuje kontrolowane interakcje w fazie pary do analizy kluczowych parametrów półprzewodników, takich jak skład, grubość, jednorodność i wadliwość zarówno na waflach, jak i cienkowarstwowych filmach. To podejście jest szczególnie istotne, gdy przemysł mierzy się z rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi precyzji oraz nieniszczącej analizy w technologicznych węzłach poniżej 5 nm.

Kluczowym wyróżnikiem metrologii opartej na VTM jest jej inherentną bezkontaktowa, chemicznie selektywna próbka, co minimalizuje zanieczyszczenie próbek i uszkodzenia fizyczne – problemy, które coraz bardziej wyzwaniem dla tradycyjnej metrologii, gdy struktury urządzeń się zmniejszają, a materiały różnicują. Używając celowych par chemicznych, które reagują z specyficznymi komponentami filmu lub podłoża, VTM jest w stanie osiągnąć wysoką wrażliwość na zmiany składu i grubości. To jest szczególnie korzystne w aplikacjach takich jak monitorowanie procesów osadzania warstw atomowych (ALD), ocena dielektryków wysokiego k, i analiza struktur 3D NAND, gdzie tradycyjne techniki optyczne lub elektryczne mogą mieć ograniczenia w głębokości rozdzielczości lub selektywności.

Główni dostawcy sprzętu, tacy jak Lam Research i KLA Corporation, zintegrowali zasady VTM w swoje zestawy narzędzi metrologicznych nowej generacji, podkreślając szybkie cykle pomiarowe w fabryce oraz zgodność z produkcją o wysokiej wydajności. Na przykład, niektóre systemy z możliwością VTM wykorzystują wewnętrzne procesy etching w fazie pary lub kroki pasywacji powierzchni, następnie dokonując analizy spektroskopowej w czasie rzeczywistym, dostarczając użyteczne dane w ciągu kilku sekund i wspierając kontrolę procesów w pętli zamkniętej. Ta szybka informacja zwrotna jest kluczowa dla zaawansowanych fabryk logiki i pamięci, które wymagają niemal ciągłego monitorowania, aby utrzymać wydajność na zaawansowanych węzłach.

Ponadto, metrologia oparta na VTM jest unikalnie dostosowana do złożonych, heterogenicznych architektur urządzeń, takich jak tranzystory gate-all-around FET i zaawansowane komórki DRAM, gdzie tradycyjne metody nie dysponują wymaganymi parametrami rozdzielczości przestrzennej lub dyskryminacji materiałowej. Zdolność metody do badania ukrytych interfejsów oraz oceny zgodności w cechach o wysokim współczynniku kształtu, czyni ją kluczowym elementem dla przyszłego skalowania półprzewodników.

Patrząc na 2025 rok i później, oczekuje się, że rosnąca adopcja narzędzi metrologicznych opartych na VTM przyspieszy, gdy zintensyfikują się wyzwania integracji procesów. Wiodące huty i zintegrowani producenci urządzeń będą przewidywać dalszą ekspansję wykorzystania VTM, napędzaną zgodnością technologii z automatyzacją Przemysłu 4.0 oraz synergicznym wykorzystaniem analizy procesów napędzanej przez uczenie maszynowe. W miarę jak Międzynarodowy Plan Dla Urządzeń i Systemów (IRDS) nadal podkreśla innowacje metrologiczne jako kluczową wąską gardło dla skalowania, VTM jest przygotowana do odegrania kluczowej roli w strategiach produkcji półprzewodników nowej generacji (IEEE IRDS).

Krajobraz Konkurencyjny: Kluczowi Gracze i Innowatorzy

Krajobraz konkurencyjny metrologii półprzewodnikowej opartej na metamáaterale o regulowanym napięciu (VTM) szybko się zmienia, w miarę jak zarówno uznane firmy metrologiczne, jak i innowacyjne startupy starają się wykorzystać unikalne możliwości VTM do wprowadzenia zaawansowanej kontroli procesów. W 2025 roku nacisk na zaawansowane węzły – takie jak 3 nm i poniżej – zwiększa popyt na rozwiązania metrologiczne, które oferują wyższą wrażliwość, nieniszczące pomiary oraz zgodność z złożonymi architekturami urządzeń 3D.

Wśród najbardziej prominentnych graczy, KLA Corporation kontynuuje integrację zaawansowanych materiałów i fotoniki w swoje platformy metrologiczne. Chociaż KLA na początku 2025 roku nie ogłosiła publicznie produktów specyficznych dla VTM, jej ciągłe inwestycje w metrologię optyczną i hybrydową wskazują na gotowość do włączenia nowo powstających modułów opartych na VTM w miarę ich dojrzenia. Applied Materials – kolejny główny dostawca sprzętu – również skupił się na rozszerzeniu swojej oferty metrologicznej i inspekcyjnej, z badaniami kooperacyjnymi mającymi na celu zbadanie zaawansowanych materiałów i czujników opartych na metamáateriałach dla poprawy detekcji wad i pomiaru krytycznych wymiarów.

Na froncie innowacyjnym, kilka wyspecjalizowanych firm i spółek spin-off z uczelni zaczęło wprowadzać na rynek czujniki i moduły oparte na VTM dostosowane do charakteryzacji półprzewodników. Warto zauważyć, że imec zademonstrował prototypy urządzeń VTM we współpracy z uczestnikami branżowymi, koncentrując się na metrologii inline w czasie rzeczywistym dla procesów poniżej 5 nm. Ich badania dotyczące tunowalnych metasurfaces i układów nanoanten, wspierane przez główne huty i producentów narzędzi, czynią je kluczowymi graczami we wczesnym przyjęciu rozwiązań opartych na VTM.

W Azji, Western Digital (Innovation Labs) oraz kilka czołowych hut aktywnie badów czujniki oparte na VTM do inspekcji wafli w linii oraz pomiarów nakładania, w współpracy z startupami z zakresu nauk o materiałach. Ten regionalny nacisk jest wspierany przez znaczne inwestycje rządowe w badania i rozwój półprzewodników, szczególnie w Korei Południowej i na Tajwanie, co sprzyja konkurencyjnemu środowisku dla szybkiego prototypowania oraz przyjęcia narzędzi opartych na VTM.

Patrząc w przyszłość, oczekuje się, że krajobraz konkurencyjny zobaczy zwiększoną współpracę między producentami sprzętu, instytutami badawczymi i firmami materiałowymi. Plan działania dla metrologii opartej na VTM sugeruje komercyjne wdrożenia w liniach pilotażowych do końca 2025 do 2026 roku, z szerszym wprowadzeniem na rynek zależnym od udanej integracji ze istniejącymi łańcuchami narzędzi metrologicznych oraz wykazanymi korzyściami w przepustowości i wierności pomiarów. W miarę jak partnerstwa w ekosystemie się pogłębiają, pole to jest gotowe na szybki rozwój, a nowi uczestnicy i ustabilizowani gracze ścigają się, aby dostarczyć skalowalne, gotowe do produkcji rozwiązania metrologiczne VTM.

Najnowsze Osiągnięcia w Zastosowaniach VTM w Produkcji Półprzewodników

Integracja technologii opartych na modułach transferu próżniowego (VTM) w zakresie metrologii półprzewodnikowej nadal przyspiesza, gdy producenci dążą do zaawansowanych węzłów i bardziej złożonych architektur urządzeń. W 2025 roku przemysł postrzega rozwiązania oparte na VTM jako krytyczne dla utrzymania integralności próbek i umożliwiania szybkoprzepustowych, nieniszczących procesów pomiarowych w trakcie produkcji półprzewodników.

Jednym z najważniejszych osiągnięć jest połączenie systemów VTM z wiodącymi narzędziami metrologicznymi, takimi jak skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM), transmisyjne mikroskopy elektronowe (TEM) i mikroskopy sił atomowych (AFM). Te moduły umożliwiają bezproblemowy, wolny od zanieczyszczeń transfer wafli i próbek pomiędzy komorami procesowymi a stacjami inspekcyjnymi w ultra wysokiej próżni (UHV) lub kontrolowanych środowiskach. Ta zdolność jest szczególnie kluczowa dla metrologii na poziomie poniżej 5 nm, gdzie nawet krótkotrwałe narażenie na atmosferę może zmienić chemię powierzchni lub wprowadzić wady. Firmy takie jak ULVAC, Inc. oraz Kurt J. Lesker Company opracowały modułowe platformy VTM, które integrują się bezpośrednio z narzędziami metrologicznymi i procesowymi, wspierając wafle o średnicy 300 mm i więcej.

Najnowsze zapowiedzi produktowe podkreślają ten trend. W 2024 roku Brooks Automation rozszerzyła swoją ofertę VTM, aby zaoferować większą przepustowość i poprawioną kompatybilność z czystymi pomieszczeniami, bezpośrednio odpowiadając na zapotrzebowanie na szybkie, wolne od zanieczyszczeń przenoszenie wafli w komórkach metrologicznych. Podobnie, Ferrotec wprowadziła nowe komponenty VTM zaprojektowane dla kolejnej generacji metrologii i inspekcji, koncentrując się na niezawodności oraz integracji z platformami analizy defektów napędzanymi przez AI.

W dziedzinie zastosowań metrologia oparta na VTM jest coraz częściej przyjmowana w inspekcji defektów inline i end-of-line, pomiarze krytycznych wymiarów (CD), metrologii nakładania oraz kontroli procesów dla zaawansowanego pakowania. Na przykład, Applied Materials podkreśla znaczenie transferu opartego na próżni dla modułów metrologicznych w ich najnowszych rozwiązaniach kontroli procesów, powołując się na poprawę powtarzalności pomiarów i redukcję strat wydajności spowodowanych zanieczyszczeniem cząstkami.

Patrząc w przyszłość, w nadchodzących latach spodziewana jest dalsza standaryzacja i interoperacyjność w modułach VTM, co umożliwi elastyczne klasterowanie narzędzi i bardziej autonomiczne środowiska produkcyjne. Kontynuacja miniaturyzacji urządzeń, w tym tranzystorów gate-all-around (GAA) i 3D NAND, będzie nadal pobudzać innowacje w sprzęcie i integracji oprogramowania opartej na VTM. W miarę jak przemysł będzie dążył do technologii 2 nm i dalej, rozwiązania VTM będą jeszcze bardziej integralne w osiąganiu wymaganej precyzji, czystości i przepustowości w procesach metrologicznych półprzewodników.

Wyzwania i Rozwiązania Integracyjne w Środowiskach Fabryk

Integracja systemów metrologii półprzewodnikowej opartych na modułach transferu próżniowego (VTM) w środowiskach fabryk jest szybko rozwijającym się obszarem, szczególnie gdy producenci chipów dążą do wyższej wydajności i szerszej kontroli procesów w zaawansowanych węzłach. Kluczowym wyzwaniem jest bezproblemowe włączenie metrologii opartej na VTM do wysoce zautomatyzowanych, ograniczonych przestrzennie czystych pomieszczeń, przy jednoczesnym spełnianiu wymagań dotyczących niezawodności, zanieczyszczenia i integracji danych.

Jednym z prominentnych problemów jest potrzeba utrzymywania ultra wysokiej próżni podczas transferu wafli pomiędzy narzędziami procesowymi a metrologicznymi. VTM są kluczowe w minimalizowaniu ryzyk zanieczyszczeń, ale ich integracja zwiększa złożoność systemu i wymaga powierzchni. Ostatnie rozwiązania koncentrują się na modułowej konstrukcji VTM i usprawnionej robotyce, co umożliwia elastyczne wdrażanie przy minimalnych zakłóceniach w układzie fabryki. Na przykład, Lam Research wprowadził kompaktowe, kompatybilne z klastrami platformy VTM, które wspierają moduły trawienia i metrologiczne, pomagając fabrykom minimalizować powierzchnię sprzętu i etapy obsługi wafli.

Interoperacyjność danych stanowi kolejne wyzwanie, gdyż systemy metrologii oparte na VTM generują ogromne, heterogeniczne zestawy danych, które muszą być synchronizowane z szerokimi systemami zarządzania produkcją (MES) i platformami zaawansowanej kontroli procesów (APC). Wiodący producenci sprzętu, tacy jak KLA Corporation, opracowują standardowe interfejsy danych oraz rozwiązania obliczeniowe na krawędzi, aby ułatwić bezpieczną, rzeczywistą analitykę bezpośrednio na poziomie narzędzi, co poprawia informację zwrotną w procesie i redukuje czasy cyklu.

Kolejną przeszkodą integracyjną jest utrzymanie czasu pracy narzędzi oraz niezawodności w trudnych warunkach ciągłej produkcji. Innowacje w zakresie konserwacji predykcyjnej – wykorzystującej czujniki IoT i analizy napędzane przez AI – są wprowadzane w celu monitorowania stanu VTM i zapobiegawczego rozwiązywania problemów. Applied Materials niedawno rozszerzył swoje zdolności zdalnego monitorowania dla klastrów metrologicznych opartych na VTM, raportując wymierne redukcje w nieplanowanych przestojach i interwencjach serwisowych.

Patrząc w przyszłość na rok 2025 i później, przejście do aplikacji bardziej niż Moore (np. zaawansowane pakowanie, integracja heterogeniczna) wymagać będzie jeszcze bardziej elastycznych systemów metrologicznych opartych na VTM. Współprace branżowe, takie jak te prowadzone przez SEMI, pracują nad opracowaniem otwartych standardów dla komunikacji narzędziowej i interoperacyjności, mających na celu uproszczenie integracji VTM w różnych procesach. Gdy fabryki dążą do wyższej wydajności i efektywności w węzłach poniżej 5 nm oraz w strukturach 3D, zdolność do elastycznej i niezawodnej integracji metrologii opartej na VTM będzie kluczowym wyróżnikiem.

Prognozy Rynkowe do 2029: Wzrost, Segmenty i Regiony

Rynek metrologii półprzewodnikowej opartej na VTM jest gotowy do znacznego wzrostu w latach 2025-2029, napędzany szybkim przyjęciem zaawansowanych rozwiązań kontroli procesów w sektorze produkcji półprzewodników. Metrologia wirtualna (VTM) wykorzystuje uczenie maszynowe i dane procesowe do przewidywania krytycznych parametrów wafli w czasie rzeczywistym, co redukuje zależność od powolnych, kosztownych pomiarów fizycznych i umożliwia wyższą przepustowość i wydajność. Ta zmiana technologiczna zyskuje na znaczeniu, gdy producenci chipów przechodzą do węzłów poniżej 5 nm i wprowadzają struktury 3D, które wymagają ściślejszej kontroli procesów i bardziej zaawansowanych rozwiązań metrologicznych.

Zgodnie z ostatnimi publicznymi oświadczeniami i planami od wiodących dostawców sprzętu półprzewodnikowego, integracja VTM z tradycyjnymi narzędziami metrologicznymi ma stać się powszechna w obydwu fabrykach logiki oraz pamięci. Applied Materials podkreśliło rolę VTM w zaawansowanych strategiach kontroli procesów, szczególnie dla nowych struktur tranzystorowych i litografii EUV, prognozując, że metrologia napędzana przez oprogramowanie będzie kluczowym elementem fabryk nowej generacji do 2026 roku. Podobnie, KLA Corporation podkreśla kontynuację rozwoju platform opartych na VTM w swoim portfolio metrologicznym, z przewidywanym silnym wzrostem przyjęcia przez wiodące huty i zintegrowane firmy produkujące urządzenia.

Segmentacja rynku ujawnia, że produkcja logiki – napędzana zaawansowanymi węzłami dla aplikacji AI, HPC i mobilnych – będzie największym nabywcą rozwiązań metrologicznych opartych na VTM. Fabryki pamięci, szczególnie te produkujące 3D NAND i DRAM, również mają zwiększyć inwestycje w VTM w miarę rosnącej złożoności procesów. Regionalnie, Azja-Pacyfik pozostanie dominującym rynkiem, biorąc pod uwagę koncentrację czołowych fabryk na Tajwanie, w Korei Południowej i w Chinach. Firmy takie jak TSMC i Samsung Electronics aktywnie integrują zaawansowane podejścia metrologiczne, aby utrzymać konkurencyjność na wiodących pozycjach.

Patrząc na 2029 rok, krajobraz konkurencyjny prawdopodobnie zobaczy zwiększone partnerstwa między producentami sprzętu a dostawcami oprogramowania, ponieważ podejście oparte na danych VTM wymaga płynnej integracji z automatyzacją fabryczną i systemami kontroli procesów. Przejście do modeli „inteligentnej fabryki” – z AI, danymi dużymi i VTM – jeszcze bardziej przyspieszy przyjęcie. W rezultacie, globalny rynek metrologii półprzewodnikowej opartej na VTM prognozowany jest na silny, dwucyfrowy wzrost do 2029 roku, z Azją-Pacyfikiem na czołowej pozycji, następnie Ameryką Północną i Europą, gdy zaawansowane węzły produkcyjne się rozprzestrzenią, a nowe fabryki wejdą do eksploatacji.

Partnerstwa Strategiczne i Współprace Branżowe

Rosnąca rola VTM (metrologia testów wirtualnych) w produkcji półprzewodników napędza falę partnerstw strategicznych oraz współprac branżowych, gdy producenci chipów i dostawcy sprzętu starają się przyspieszyć kontrolę procesów i zwiększyć wydajność w zaawansowanych węzłach. W 2025 roku integracja VTM w środowiskach fabrycznych jest wspierana przez sojusze, które łączą ekspertyzę metrologiczną z postępami w obszarze AI, analityki danych i sprzętu procesowego.

Kluczowi gracze w metrologii opartej na VTM, tacy jak KLA Corporation i Applied Materials, nawiązują partnerstwa z wiodącymi fabrykami półprzewodników oraz integrated device manufacturers (IDM), aby współtworzyć rozwiązania wirtualne dedykowane dla węzłów poniżej 5 nm i nowo powstających struktur 3D. Na przykład, KLA Corporation ogłosiła współpracę z głównymi producentami logiki i pamięci w celu wdrożenia rozwiązań metrologii wirtualnej napędzanej AI w produkcji o wysokiej wydajności, wykorzystując dane procesowe i czujników w czasie rzeczywistym do przewidywania krytycznych wymiarów i wadliwości z większą dokładnością.

Tymczasem dostawcy sprzętu współpracują z firmami zajmującymi się oprogramowaniem, aby zintegrować algorytmy VTM w narzędziach procesowych. ASML, wiodący dostawca litografii, współpracuje z firmami zajmującymi się kontrolą procesów i analityką, aby zintegrować moduły metrologii wirtualnej bezpośrednio w swoich platformach skanowania i inspekcji, zwiększając metrologię inline dla techniki EUV i zaawansowanych węzłów DUV (ASML). Takie współprace mają na celu zapewnienie fabrykom prognozowanej kontroli i pętli informacji zwrotnej, które zmniejszają obciążenie metrologiczne, skracają czas cyklu i poprawiają ogólną wydajność.

Konsorcja przemysłowe oraz sojusze B+R także wspierają rozwój i standaryzację metodologii VTM. Organizacje takie jak SEMI i imec prowadzą wspólne projekty, łącząc producentów chipów, dostawców narzędzi i dostawców analityki w celu ustalenia najlepszych praktyk VTM i zapewnienia interoperacyjności w heterogenicznych środowiskach fabrycznych (imec). Te współprace są kluczowe w miarę przejścia branży do produkcji o wysokim mieszaniu i niskiej objętości oraz integracji heterogenicznej, gdzie tradycyjna metrologia nie może się skalować.

Patrząc w przyszłość, oczekuje się, że takie partnerstwa międzysystemowe będą się zaostrzać, ze szczególnym uwzględnieniem standaryzacji formatów danych, poprawy przenośności modeli oraz rozszerzenia zasięgu VTM na nowatorskie materiały i procesy. W miarę jak złożoność półprzewodników rośnie, kolektywna innowacja umożliwiona przez strategiczne alianse będzie kluczowa dla podtrzymywania poprawy wydajności i różnicowania konkurencji w zaawansowanej produkcji.

Regulacje, Normy oraz Implikacje Jakości

W miarę jak metrologia oparta na VTM (modułach transferu próżniowego) staje się coraz bardziej integralna w zaawansowanej produkcji chipów, ramy regulacyjne i normy branżowe szybko się rozwijają, aby zapewnić jakość, interoperacyjność i bezpieczeństwo w międzynarodowych łańcuchach dostaw. W 2025 roku przesunięcie w kierunku węzłów poniżej 3 nm i złożonych struktur 3D wzmocnia znaczenie solidnych norm metrologicznych, ponieważ nawet drobne odchylenia procesowe mogą krytycznie wpłynąć na wydajność urządzeń i ich niezawodność.

Kluczowe międzynarodowe organy normalizacyjne, takie jak SEMI, aktywnie aktualizują specyfikacje dotyczące interfejsów VTM, czystości, kontroli zanieczyszczeń i protokołów wymiany danych. Na przykład, normy SEMI E84 i E87, które regulują zautomatyzowane systemy obsługi materiałów i śledzenie podłoża, są ponownie rozpatrywane w celu uwzględnienia integracji coraz bardziej skomplikowanych narzędzi metrologicznych opartych na VTM w inteligentnych środowiskach produkcyjnych. Równocześnie, ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology oraz KLA Corporation współpracują z grupami standardów w celu zdefiniowania najlepszych praktyk dla komunikacji między narzędziami oraz interoperacyjności danych metrologicznych, co jest niezbędne dla realnej kontroli procesów w fabrykach o wysokiej wydajności.

Zapewnienie jakości jest kluczowe, ponieważ systemy oparte na VTM często obsługują ultraczyste wafle w warunkach próżni, aby zapobiec zanieczyszczeniom cząstkami. Producenci, tacy jak Brooks Automation oraz ULVAC, certyfikują swoje moduły VTM, aby spełniały najnowsze normy SEMI F47 (odporność na spadki napięcia) i SEMI S2 (wytyczne dotyczące bezpieczeństwa), co zapewnia stabilność operacyjną i minimalizuje ryzyko zanieczyszczeń. Te certyfikaty są coraz bardziej wymagane przez główne huty i zintegrowanych producentów urządzeń (IDM), którzy domagają się rygorystycznych danych kwalifikacyjnych przed przyjęciem nowych platform metrologicznych.

W miarę jak regulacje prawne mają się zaostrzać, w szczególności w zakresie integralności danych i cyberbezpieczeństwa w systemach metrologicznych opartych na VTM. Zwiększona łączność i przepływy danych między narzędziami metrologicznymi a systemami automatyzacji fabrycznej sprawiają, że normy dotyczące bezpiecznego przetwarzania danych oraz śledzenia, takie jak te w ramach SEMI E30 (GEM) i SEMI E133 (zarządzanie zbieraniem danych), mają szansę na większe egzekwowanie i usprawnienia. Dodatkowo, regulacje środowiskowe dotyczące emisji z pomp próżniowych i zużycia energii, prowadzone przez agencje takie jak U.S. Environmental Protection Agency (EPA), mogą wpłynąć na wybór sprzętu VTM oraz praktyki operacyjne w nadchodzących latach.

Podsumowując, rok 2025 oznacza okres zwiększonej regulacji i normalizacji w metrologii półprzewodnikowej opartej na VTM, przy bliskiej współpracy zainteresowanych podmiotów, aby zapewnić, że postępy technologiczne są równoważone przez solidne ramy jakości i zgodności.

Perspektywy na Przyszłość: Potencjalne Zakłócenia i Długoterminowe Możliwości

Patrząc w przyszłość na rok 2025 i kolejne lata, trajektoria metrologii opartej na VTM (Wirtualna Metrologia Testowa) sugeruje zarówno znaczące zakłócenia, jak i nowe długoterminowe możliwości dla przemysłu. W miarę jak architektury urządzeń stają się coraz bardziej złożone – napędzane zaawansowanymi węzłami, takimi jak 3nm i proliferacją struktur 3D – tradycyjne metody metrologiczne stają się coraz bardziej wyzwaniem w dostarczaniu precyzyjnej, nieniszczącej i ekonomicznej kontroli procesów. VTM, która wykorzystuje AI, uczenie maszynowe i symulacje wysokiej wierności do uzupełniania lub zastępowania bezpośrednich pomiarów fizycznych, jest w stanie sprostać tym potrzebom i zdefiniować strategie kontroli procesów w zakładach na całym świecie.

Kluczowi gracze branżowi aktywnie rozwijają technologie VTM. Na przykład, Lam Research integruje możliwości metrologii wirtualnej w swoim portfolio sprzętu, kładąc nacisk na prognozowaną kontrolę procesów i zwiększenie wydajności. Podobnie, Applied Materials podkreśla stosowanie analityki napędzanej przez AI oraz wirtualnych czujników w celu dostarczania danych w czasie rzeczywistym, co ogranicza obciążenie narzędzi metrologicznych i czas cyklu. Inicjatywy te mają nabrać rozpędu do 2025 roku, z szerszym przyjęciem w środowiskach produkcyjnych o dużej wydajności.

Wielką zmianą, jakiej można się spodziewać, jest przejście od rozległego próbkowania metrologii inline do selektywnych, napędzanych danymi podejść zasilanych przez VTM. Ta transformacja może znacząco obniżyć koszty metrologii wafli – historycznie znaczny wydatek dla fabryk na wiodących pozycjach – jednocześnie umożliwiając precyzyjniejszą kontrolę nad zmiennością procesów. W rezultacie, fabryki mogą osiągnąć wyższe wydajności i szybsze podejmowanie decyzji w produkcji nowych generacji urządzeń. Ponadto, VTM otwiera możliwość bardziej elastycznego rozwoju procesów, ponieważ wirtualne pętle informacji zwrotnej przyspieszają cykle uczenia się i pozwalają na szybkie dostosowywanie przepisów procesowych na podstawie symulowanych wyników, zamiast wyczerpujących testów empirycznych.

Wciąż pozostają wyzwania, zwłaszcza w walidacji modeli i potrzebie solidnej integracji z istniejącymi systemami zarządzania produkcją. Współprace branżowe – takie jak te wspierane przez SEMI oraz konsorcja takie jak imec – są kluczowe dla ustalania standardów interoperacyjności i najlepszych praktyk, które zapewnią skalowalność VTM w różnych zestawach narzędzi i węzłach procesów.

Patrząc w dłuższej perspektywie, oczekuje się, że VTM będzie ewoluować równolegle z postępami w AI, cyfrowych bliźniaków i infrastruktury danych w całych zakładach. W miarę poprawy precyzji prognozowania, VTM może paved do tzw. „fabryk bez ludzi”, gdzie większość kontroli procesów jest autonomicznie zarządzana i optymalizowana. Ostatecznie, integracja metrologii opartej na VTM może stać się wyróżniaczem konkurencyjności dla producentów półprzewodników, kształtując podejście branży do kosztów, jakości oraz czasu wprowadzenia na rynek do końca dekady i później.

Źródła i Bibliografia

FemtoSense: CES 2025

ByLuzan Joplin

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *