Metrológia polovodičov založená na VTM: Rušivá technológia, ktorá má vybuchnúť do roku 2029 (2025)

Obsah

Výkonný súhrn: 2025 a naviac
Trhové faktory urýchľujúce prijatie VTM-založenej metrológie
Prehľad technológie: Čím je VTM-založená metrológia jedinečná?
Konkurenčné prostredie: Kľúčoví hráči a inovátori
Najnovší pokrok vo VTM aplikáciách pre výrobu polovodičov
Výzvy integrácie a riešenia vo výrobnom prostredí
Trhové prognózy do roku 2029: Rast, segmenty a regióny
Strategické partnerstvá a priemyslové spolupráce
Regulačné, normatívne a kvalitatívne implikácie
Budúce vyhliadky: Potenciálne narušenia a dlhodobé príležitosti
Zdroje a odkazy

Výkonný súhrn: 2025 a naviac

Metrológia založená na metóde prenosu pary (VTM) sa stáva kľúčovou technológiou na riešenie rastúcej komplexity architektúr zariadení a prísnych požiadaviek na kontrolu procesov v polovodičovom priemysle. Od roku 2025 rozširovanie pokročilých logických a pamäťových uzlov — najmä na 3 nm a viac — vytvorilo dopyt po metrologických riešeniach schopných bez poškodenia, s vysokým rozlíšením a rýchlou analýzou čoraz zložitejších štruktúr. VTM-založené techniky sa integrujú do pracovných tokov kontroly procesov, aby poskytli kritické merania pre tenké filmy, kvalitu rozhraní a zloženie materiálov, ktoré sú kľúčové pre zvyšovanie výnosu a zníženie defektov.

Hlavní výrobcovia zariadení začali začleňovať VTM-založené nástroje do svojich metrologických portfólií. KLA Corporation, napríklad, sa odvoláva na hľadanie nových analytických schopností materiálov vhodných pre uzly budúcej generácie. Rovnako, Lam Research pokračuje vo skúmaní pokročilých metrologických riešení pre procesy atómových vrstiev, pričom technológie VTM sú umiestnené na vyriešenie medzier v metrológii pri selektívnej depozícii a leptaní. Tieto snahy sú v súlade s prechodom na 3D štruktúry zariadení, ako sú tranzistory s obvodom okolo (GAA) a pokročilé DRAM, kde tradičné metrologické metódy čelí obmedzeniam v priestorovom rozlíšení a citlivosti materiálov.

Priemyslové konsorciá ako SEMI a spolupráce vo výskume a vývoji podporujú štandardizáciu a validáciu VTM-založených prístupov, zdôrazňujúc ich relevantnosť pre výrobu s vysokým objemom. Očakáva sa, že integrácia týchto metód sa urýchli, keď výrobcovia polovodičov sa snažia znížiť čas cyklu a zlepšiť procesné okná, najmä v aplikáciách EUV litografie a pokročilého balenia.

Pohľadom dopredu, vyhliadky na VTM-založenú metrológiu polovodičov v nasledujúcich rokoch sú robustné. Očakáva sa, že prijatie vzrastie, keď sa fabriky zameriavajú na výrobu na vedúcej uzloch a keď sa heterogénna integrácia a pokročilé balenie stanú normovými v priemysle. VTM-založená metrológia je taktiež pripravená zohrávať úlohu pri podpore zavádzania nových materiálov, vrátane 2D polovodičov a zložených materiálov, kde tradičná metrológia nedostačuje. Priemysel sa zameriava na zvyšovanie priepustnosti, automatizácie a integrácie s platformami riadenia procesov poháňanými AI, pričom cieľom je maximalizovať návratnosť investícií pre výrobcu nástrojov aj výrobcov čipov.

Na zhrnutie, VTM-založená metrológia je na čele inovácií kontroly procesov polovodičov. Jej trajektória do roku 2025 a naviac bude formovaná pokračujúcimi investíciami od výrobcov nástrojov, rastúcim prijatím od výrobcov polovodičov a prebiehajúcou spoluprácou v rámci dodávateľských reťazcov, aby sa riešili technické výzvy pokročilej produkcie uzlov.

Trhové faktory urýchľujúce prijatie VTM-založenej metrológie

Prijatie metrológie založenej na vakuovom transfere (VTM) v polovodičoch sa urýchľuje v dôsledku convergence technických, ekonomických a dodávateľských faktorov, ktoré preformulujú priemysel v roku 2025 a očakáva sa, že pretrvajú aj nasledujúce roky. Niekoľko kľúčových trhových faktorov prispieva k tomuto trendu:

Pokročilé uzlové škálovanie a zložitosti zariadení: Pokračujúci prechod na logické a pokročilé pamäťové uzly pod 5 nm vyžaduje čoraz väčšiu presnosť v metrológii. Zmenšovanie kritických rozmerov a zložitých 3D štruktúr, ako sú tranzistory s obvodom okolo (GAA) a vysoké pomery aspektov, si vyžaduje manipuláciu bez kontaminácie a rýchle, automatizované meracie cykly, ktoré sú umožnené systémami založenými na VTM. Vedúci dodávatelia zariadení, ako sú Lam Research a Applied Materials, nedávno zdôraznili integráciu vakuového prenosu do svojich metrologických a inspekčných platforiem na splnenie týchto požiadaviek.
Zvyšovanie výnosu a kontrola defektov: S tým, ako sa procesné okná zužujú, sa stáva spätná väzba v reálnom čase a in situ monitorovanie nevyhnutnosťou pre optimalizáciu výnosu. VTM-založené metrologické platformy podporujú architektúry klastrujúcich nástrojov, čo umožňuje bezproblémový prechod medzi procesnými a meracími komorami pod vakom. To znižuje exponovanie wafrov voči vzdušným kontaminantom a zabezpečuje vernosť meraní, čo je kľúčová úvaha zdôraznená v najnovších ponukách od KLA Corporation a Hitachi High-Tech Corporation.
Automatizácia a priepustnosť: Ekosystém výroby wafrov čoraz viac prijíma automatizáciu na riešenie nedostatku kvalifikovanej pracovnej sily a udržanie efektivity výroby s vysokým objemom. Systémy VTM uľahčujú automatizovaný, vysokopriepustný prenos wafrov medzi metrologickými modulmi a procesnými komorami, podporujúc trend smerom k „svetlu bez obsluhy“ závodov. Tokyo Electron a SCREEN Semiconductor Solutions obidva zdôrazňujú úlohu vakuového transferu a robotiky vo svojich najnovších metrologických nástrojoch.
Kontrola kontaminácie a spoľahlivosť: Keď sa architektúry zariadení stávajú citlivejšími na častice a molekulárne kontaminanty, udržiavanie dokonalých povrchov wafrov je kritické. VTM-založená metrológia eliminuje atmosférickú expozíciu počas intra-nástrojových transférov, v súlade so štandardmi kontroly kontaminácie stanovenými priemyselnými asociáciami, ako je SEMI.
Globálna odolnosť dodávateľského reťazca: Výrobcovia čoraz viac uprednostňujú interoperabilitu a modularitu nástrojov na zlepšenie flexibility dodávateľského reťazca. VTM-založené metrologické systémy so svojimi štandardizovanými rozhraniami a modulárnym dizajnom podporujú rýchlu rekonfiguráciu nástrojov a zdieľanie zariadení naprieč viacerými výrobnými linkami, čo poznamenal ASML vo svojich technologických aktualizáciách.

Pohľadom do roku 2025 a naviac, snaha o vyššiu výstupnosť wafrov, nižšiu defektívnosť a kontinuálnu inováciu procesov zabezpečuje, že VTM-založená metrológia zostane kľúčovou technológiou v pokročilých polovodičových závodoch, pričom podopiera ako inkrementálne, tak aj transformácie procesných pokrokov.

Prehľad technológie: Čím je VTM-založená metrológia jedinečná?

Techniky založené na metrológii prenosu pary (VTM) sa stali významnou inováciou v metrológii polovodičov, ponúkajúc jedinečné schopnosti pre in-line kontrolu procesov a pokročilú charakterizáciu materiálov. Na rozdiel od tradičných metód merania založených na povrchu alebo kontakte, VTM využíva kontrolované interakcie v parnej fáze na analýzu kritických polovodičových parametrov, ako sú zloženie, hrúbka, uniformita a defektovitosť na wafroch aj na tenkých filmoch. Tento prístup je obzvlášť relevantný, keďže priemysel čelí prísnym požiadavkám na precíznosť a neinvazívnu analýzu pri technológie uzlov pod 5 nm.

Kľúčovým rozdielom VTM-založenej metrológie je jej inherentné bezkontaktné chemicky selektívne sondovanie, ktoré minimalizuje kontamináciu vzorky a fyzické poškodenie — otázky, ktoré čoraz viac vyžadujú tradičnú metrológiu, keď sa štruktúry zariadení zmenšujú a materiály diverzifikujú. Použitím cielených chemických pár, ktoré reagujú s konkrétnymi zložkami filmu alebo substrátu, VTM dokáže dosiahnuť vysokú citlivosť na variácie zloženia a hrúbky. To je obzvlášť výhodné v aplikáciách, ako je sledovanie procesu depozície atómovej vrstvy (ALD), hodnotenie vysokok apacitného dielektrika a analýza štruktúr 3D NAND, kde tradičné optické alebo elektrické techniky nedostačujú v hĺbkovej rozlíšení alebo selektivite.

Hlavní dodávatelia zariadení, ako sú Lam Research a KLA Corporation, integrovali princípy VTM do svojich nástrojov novej generácie, pričom zdôrazňujú rýchle meracie cykly a kompatibilitu s výrobou s vysokým objemom. Napríklad niektoré systémy umožnené VTM využívajú in-situ leptanie v parnej fáze alebo kroky pasivácie povrchu, za ktorými nasleduje real-time spektroskopická analýza, ktorá poskytuje použiteľné údaje v priebehu sekúnd a podporuje uzavretú slučku kontroly procesov. Tento rýchly spätný proces je nevyhnutný pre pokročilé logické a pamäťové fabriky, ktoré si vyžadujú takmer kontinuálne monitorovanie na udržanie výnosov na pokročilých uzloch.

Navyše, VTM-založená metrológia je jedinečne vhodná pre komplexné, heterogénne architektúry zariadení ako sú tranzistory s obvodom okolo a pokročilé DRAM bunky, kde tradičné metódy postrádajú priestorové rozlíšenie alebo diskrétnosť materiálov potrebnú. Schopnosť tejto metódy sondovať zakopané rozhrania a hodnotiť konformitu vo vysokých pomeroch aspektov ju pozicionuje ako kľúčovú súčasť pre budúce škálovanie polovodičov.

Hľadíac dopredu do roku 2025 a naviac, sa očekáva, že rastúce prijatie nástrojov VTM-založenej metrológie sa urýchli, keď sa sťažené zariadenia na integráciu procesov zvýšia. Vedúce odlievacie podniky a výrobcovia integrovaných zariadení sa očakáva, že ďalej rozšíria využívanie VTM, poháňané kompatibilitou technológie s automatizáciou priemyslu 4.0 a jej synergiou s analýzami procesov založenými na strojovom učení. Ako Medzinárodná mapa pre zariadenia a systémy (IRDS) naďalej zdôrazňuje inováciu metrológie ako kľúčovú úzku bránu pre škálovanie, VTM má potenciál zohrávať kľúčovú úlohu v stratégiách výroby polovodičov budúcej generácie (IEEE IRDS).

Konkurenčné prostredie: Kľúčoví hráči a inovátori

Konkurenčné prostredie pre metrológiu založenú na napätím tunovateľných metamateriáloch (VTM) sa rýchlo vyvíja, keďže ako zavedené metrologické spoločnosti, tak aj inovatívne začínajúce firmy sa snažia využiť jedinečné schopnosti VTM pre kontrolu procesov budúcej generácie. Od roku 2025 sa tlak na pokročilé uzly — ako sú 3 nm a menej — zvýšil dopyt po metrologických riešeniach, ktoré ponúkajú vyššiu citlivosť, neinvazívne meranie a kompatibilitu so zložitými 3D architektúrami zariadení.

Medzi najvýznamnejšími hráčmi, KLA Corporation naďalej integruje pokročilé materiály a fotoniku do svojich metrologických platforiem. Hoci KLA verejne neoznámila VTM-špecifické produkty k začiatku roku 2025, jej prebiehajúce investície do optickej a hybridnej metrológie signalizujú prípravu integrovať vznikajúce moduly založené na VTM. Applied Materials — ďalší významný dodávateľ zariadení — sa podobne zameral na rozšírenie svojich metrologických a inspekčných ponúk, s výskumnými spoluprácami zameranými na skúmanie pokročilých materiálov a senzorov založených na metamateriáloch pre zlepšené detekovanie defektov a merania kritických rozmerov.

Na fronte inovácií niekoľko špecializovaných firiem a spin-off univerzít začalo komercializovať senzory a moduly založené na VTM, prispôsobené pre charakterizáciu polovodičov. Významne, imec demonštroval prototypové VTM zariadenia v partnerstve s priemyselnými zainteresovanými stranami, cieľom ktorých je in-line metrológia v reálnom čase pre procesy pod 5 nm. Ich výskum tunovateľných metasúvislostí a nanoanténových polí, podporovaný hlavnými odlievacími podnikmi a výrobcami nástrojov, ich pozicionuje ako kľúčových prispievateľov k skorému prijatiu riešení založených na VTM.

V Ázii sa Western Digital (Innovation Labs) a niekoľko popredných odlievacích podnikov aktívne zaoberajú VTM umožnenými senzormi pre in-line inspekciu wafrov a metrológiu prekrytia v spolupráci so startupmi v oblasti materiálovej vedy. Tento regionálny fokus je podporený významnými vládnymi investíciami do výskumu a vývoja polovodičov, najmä v Južnej Kórei a na Taiwane, čo vytvára konkurencieschopné prostredie pre rýchle prototypovanie a pilotné prijatie nástrojov založených na VTM.

Pohľadom do budúcnosti sa očakáva, že konkurenčné prostredie zaznamená zvýšené spolupráce medzi výrobcami zariadení, výskumnými inštitútmi a spoločnosťami na výrobu materiálov. Cesta pre metrológiu založenú na VTM naznačuje komerčné nasadenia v pilotných linkách do konca roka 2025 do roku 2026, pričom širšia penetrácia trhu bude závisieť od úspešnej integrácie s existujúcimi metrologickými nástrojmi a preukázanými výhodami vo výkonnosti a vernosti meraní. Ako sa hlboké partnerstvá v ekosystéme prehlbujú, pole je pripravené na rýchly pokrok, pričom noví hráči aj zavedené spoločnosti sa snažia dodať škálovateľné, pripravené na výrobu riešenia VTM metrologie.

Najnovší pokrok vo VTM aplikáciách pre výrobu polovodičov

Integrácia technológií založených na modulov prenášaní vákuov (VTM) v metrológii polovodičov sa naďalej urýchľuje, keď výrobcovia tlačia na pokročilé uzly a zložitejšie architektúry zariadení. V roku 2025 priemysel vidí riešenia založené na VTM ako kritické na udržanie integrity vzoriek a umožnenie vysokej priepustnosti, neinvazívnych meracích pracovných tokov počas výrobného procesu polovodičov.

Jedným z najvýznamnejších pokrokov je spojenie systémov VTM s vedúcimi metrologickými nástrojmi, ako sú skenovacie elektronové mikroskopy (SEM), transmisné elektronové mikroskopy (TEM) a atómové silové mikroskopy (AFM). Tieto moduly umožňujú bezproblémový, bezkontaminantný prenos wafrov a vzoriek medzi procesnými komorami a inspekčnými stanicami pod ultra-vysokým vákuom (UHV) alebo riadenými prostrediami. Táto schopnosť je obzvlášť dôležitá pre metrológiu na stupni pod 5 nm, kde aj krátka atmosférická expozícia môže zmeniť chemické zloženie povrchu alebo spôsobiť defekty. Spoločnosti ako ULVAC, Inc. a Kurt J. Lesker Company vyvinuli modulárne platformy VTM, ktoré sa priamo integrujú s metrologickými a procesnými nástrojmi, podporujúc veľkosti wafrov 300 mm a viac.

Nedávne oznámenia produktov podčiarkujú tento trend. V roku 2024 Brooks Automation rozšírila svoje portfólio VTM, aby ponúkla vyššiu priepustnosť a vylepšenú kompatibilitu s čistými miestnosťami, priamo čelí dopytu po rýchlej, bezkontaminantnej manipulácii s waframi v metrologických bunkách. Rovnako Ferrotec predstavila nové komponenty VTM navrhnuté pre metrológiu a inspekciu budúcej generácie, zameriavajúc sa na spoľahlivosť a integráciu s platformami AI-poháňanej analýzy defektov.

Na aplikačnej fronte sa VTM-založená metrológia čoraz viac prijíma v in-line a end-of-line inspekcii defektov, meraní kritických rozmerov (CD), metrológii prekrytia a kontrole procesov pre pokročilé balenie. Napríklad Applied Materials zdôrazňuje význam vakuového prenosu pre metrologické moduly vo svojich najnovších riešeniach kontroly procesov, uvádzajúc zlepšenia v opakovateľnosti meraní a zníženie strát na výnose spôsobených časticami.

Pohľadom do budúcnosti sa v najbližších rokoch očakáva ďalšia standardizácia a interoperabilita v modulách VTM, umožňujúca flexibilné zhlukovanie nástrojov a autonómnejšie výrobné prostredia. Prebiehajúca miniaturizácia zariadení, vrátane tranzistorov s obvodom okolo (GAA) a 3D NAND, bude naďalej poháňať inováciu v hardvérových a softvérových integráciách založených na VTM. Ako sa priemysel presúva smerom k 2 nm a viac, sa očakáva, že riešenia VTM sa stanú ešte integrálnejšími pre dosiahnutie požadovanej presnosti, čistoty a priepustnosti v procesoch metrológie polovodičov.

Výzvy integrácie a riešenia vo výrobnom prostredí

Integrácia VTM-založených systémov metrológie polovodičov vo výrobných prostrediach je rýchlo sa vyvíjajúcou oblasťou, najmä keď výrobcovia čipov tlačia na vyššiu priepustnosť a prísnejšiu kontrolu procesov na pokročilých uzloch. Hlavná výzva spočíva v bezproblémovej integrácii VTM-založenej metrológie do vysoko automatizovaných, priestorovo obmedzených čistých miestností, pričom sa musia splniť požiadavky na spoľahlivosť, kontamináciu a integráciu údajov.

Jedným z prominentných problémov je potreba udržiavať ultra-vysoké vákuové podmienky počas prenosu wafrov medzi procesnými a metrologickými nástrojmi. VTMs sú nevyhnutné na minimalizáciu rizík kontaminácie, ale ich integrácia zvyšuje zložitosti systému a jeho stopu. Nedávne riešenia sa zameriavajú na modulárne dizajny VTM a zlepšenú robotiku, umožňujú flexibilné nasadenie s minimálnym narušením rozloženia výroby. Napríklad, Lam Research uviedol kompaktné, skladové-vhodné VTM platformy, ktoré podporujú ako leptacie, tak metrologické moduly, čo pomáha závodom minimalizovať stopu zariadení a kroky manipulácie s waframi.

Interoperabilita údajov je ďalšou výzvou, pretože systémy metrológie založené na VTM generujú bohaté, heterogénne údaje, ktoré musia byť synchronizované so systémami vykonávania výroby (MES) a platformami pokročilého riadenia procesov (APC) po celých závodoch. Vedúci výrobcovia zariadení, ako je KLA Corporation, vyvíjajú štandardizované dátové rozhrania a riešenia pre okrajovú počítačovú analýzu, aby uľahčili zabezpečené, real-time analýzy priamo na úrovni nástroja, zlepšujúc spätnú väzbu procesu a znižujúc čas cyklu.

Ďalšou prekážkou integrácie je udržanie prevádzkovej spoľahlivosti a času činnosti pod nepriaznivými podmienkami kontinuálnej výroby. Inovácie v prediktívnej údržbe — využívajúce senzory IoT a diagnostiku riadenú AI — sú nasadzované na monitorovanie zdravotného stavu VTM a predchádzanie možným poruchám. Applied Materials nedávno rozšíril svoje schopnosti vzdialeného monitorovania pre klastre metrológie založené na VTM, hlásiac merateľné zníženia neplánovaných prestojov a zásahov služieb.

Pohľadom do roku 2025 a naviac, prechod na aplikácie „viac než Moore“ (napr. pokročilé balenie, heterogénna integrácia) bude vyžadovať ešte adaptabilnejšie systémy metrológie založené na VTM. Priemyslové spolupráce, ako je vedenie SEMI, sa snažia vyvinúť otvorené štandardy pre komunikáciu a interoperabilitu nástrojov, pričom cieľom je zjednodušiť integráciu VTM naprieč rôznymi výrobnými tokom. Ako sa závody snažia o vyššie výnosy a efektivitu na uzloch pod 5 nm a v 3D štruktúrach, schopnosť flexibilne a spoľahlivo integrovať VTM-založenú metrológiu bude kľúčovým odlíšením.

Trhové prognózy do roku 2029: Rast, segmenty a regióny

Trh metrológie založenej na VTM je pripravený na významnú expanziu od roku 2025 do roku 2029, poháňaný rýchlym prijatím pokročilých riešení kontroly procesov v sektore výroby polovodičov. Virtuálna metrológia (VTM) využíva strojové učenie a procesné údaje na predpovedanie kritických parametrov wafrov v reálnom čase, čím znižuje závislosť na pomalých, nákladných fyzických meraniach a umožňuje vyššiu priepustnosť a výnos. Tento technologický posun naberá na obrátkach, pretože výrobcovia čipov sa presúvajú na uzly pod 5 nm a zavádzajú 3D architektúry, ktoré si vyžadujú prísnejšiu kontrolu procesov a sofistikovanejšie metrologické riešenia.

Podľa nedávnych verejných vyhlásení a máp výrobcov vedúcich polovodičov, integrácia VTM s tradičnými metrologickými nástrojmi sa očakáva, že sa rozšíri naprieč logickými a pamäťovými závodmi. Applied Materials zdôraznila úlohu VTM v pokročilých stratégiách kontroly procesov, najmä pre nové tranzistorové štruktúry a EUV litografiu, pričom predikcia, že softvér-poháňaná metrológia bude základným kameňom závodov budúcej generácie do roku 2026. Podobne KLA Corporation zdôrazňuje pokračujúci vývoj VTM-umožnených platforiem vo svojom metrologickom portfóliu, s predpokladaným silným rastom v prijatí zo strany popredných odlievacích podnikov a výrobcov integrovaných zariadení.

Segmentácia trhu odhaľuje, že logická výroba — poháňaná pokročilými uzlami pre AI, HPC a mobilné aplikácie — bude najväčším adopčným segmentom VTM-založených metrologických riešení. Pamäťové závody, najmä tie, ktoré produkujú 3D NAND a DRAM, sa taktiež očakáva, že zvýšia investície do VTM, ako sa zvyšuje zložitosť procesov. Regionálne bude Ázia a Tichomorie dominovať na trhu, vzhľadom na koncentráciu popredných závodov na Taiwane, Južnej Kórei a Číne. Spoločnosti ako TSMC a Samsung Electronics aktívne integrujú pokročilé metrologické prístupy, aby udržali svoju konkurencieschopnosť na špičke.

Pohľadom do roku 2029, sa očakáva, že konkurenčné prostredie bude vidieť zvýšené partnerstvá medzi výrobcami zariadení a dodávateľmi softvéru, keďže dátovo orientovaný prístup VTM si vyžaduje bezproblémovú integráciu s automatizáciou závodu a systémami kontroly procesov. Prechod na modely „inteligentných závodov“ — ktoré zahŕňajú AI, veľké údaje a VTM — ďalej urýchli adopciu. V dôsledku toho sa predpokladá, že globálny trh metrológie založenej na VTM vykáže robustný dvojnásobný digitálny rast do roku 2029, pričom Ázia a Tichomorie povedie, nasledovaná Severnou Amerikou a Európou, keď sa pokročilé výrobné uzly proliferujú a nové závody prichádzajú na trh.

Strategické partnerstvá a priemyslové spolupráce

Vzostup VTM (Virtuálna testovacia metrológia) vo výrobe polovodičov vedie k vlne strategických partnerstiev a priemyslových spoluprác, keď výrobcovia čipov a dodávatelia zariadení sa snažia urýchliť kontrolu procesov a zvýšiť výnos v pokročilých uzloch. V roku 2025 sa integrácia VTM do prostredí závodov posúva vpred alianciami, ktoré kombinujú metrologické odborné znalosti s pokrokmi v oblasti AI, analýzy dát a výrobnými zariadeniami.

Kľúčoví hráči vo VTM-založenej metrológii, ako sú KLA Corporation a Applied Materials, vytvárajú partnerstvá s poprednými polovodičovými odlievacími podnikmi a výrobcami integrovaných zariadení (IDM), aby spoločne vyvinuli virtuálne metrologické riešenia prispôsobené pre uzly pod 5 nm a vznikajúce 3D štruktúry. Napríklad, KLA Corporation oznámila spolupráce s hlavnými výrobcami logiky a pamäte, aby nasadila AI-poháňanú virtuálnu metrologiu v produkcii s vysokým objemom, využívajúc real-time procesné a senzorové údaje s cieľom presnejšie predpovedať kritické dimenzie a defektívnosť.

Medzitým dodávatelia zariadení spolupracujú so softvérovými spoločnosťami na zabudovaní VTM algoritmov do výrobných nástrojov. ASML, vedúci dodávateľ litografie, spolupracuje so spoločnosťami pre kontrolu procesov a analytiku na integrácii virtuálnych metrologických modulov priamo do svojich skenerov a inspekčných platforiem, posilňujúc in-line monitoring pre uzly EUV a pokročilé DUV (ASML). Takéto spolupráce majú za cieľ poskytnúť závodom prediktívnu kontrolu a spätné väzby, ktoré znižujú zaťaženie metrológie, skracujú čas cyklu a zlepšujú celkový výnos.

Priemyslové konsorciá a R&D aliancie taktiež uľahčujú vývoj a štandardizáciu VTM metodológií. Organizácie ako SEMI a imec vedú spoločné projekty, ktoré spájajú výrobcov čipov, dodávateľov nástrojov a poskytovateľov analytiky na ustanovenie najlepších praktík VTM a zabezpečenie interoperability naprieč heterogénnymi prostrediami závodov (imec). Tieto spolupráce sú zásadné, keďže priemysel prechádza k produkcii s vysokým mixom a nízkymi objemami a heterogénnej integrácii, kde tradičná metrológia sama nedokáže škálovať.

Pohľadom dopredu do nasledujúcich rokov, sa predpokladá, že tieto medziodvetvové partnerstvá sa posilnia, pričom sa zamerajú na štandardizáciu formátov údajov, zlepšenie prenosnosti modelov a rozšírenie pokrytia VTM na nové materiály a procesné toky. Ako sa komplexnosť polovodičov zvyšuje, kolektívna inovácia umožnená strategickými alianciami bude kľúčová pre udržanie zlepšení výnosov a konkurencieschopnej diferenciácie v pokročilom výrobe.

Regulačné, normatívne a kvalitatívne implikácie

Ako sa metrológia založená na VTM (Modul Vakuového Prenosu) stáva čoraz viac integračnou súčasťou pokročilého výrobného procesoru čipov, regulačné rámce a priemyslové normy sa rýchlo vyvíjajú s cieľom zabezpečiť kvalitu, interoperabilitu a bezpečnosť naprieč globálnymi dodávateľskými reťazcami. V roku 2025 zosilnie posun k uzlom pod 3 nm a komplexným 3D architektúram, čo umocňuje význam robustných metrologických noriem, keďže aj malé odchýlky od procesu môžu kriticky ovplyvniť výnosy a spoľahlivosť zariadení.

Kľúčové medzinárodné normatívne orgány, ako je SEMI, aktívne aktualizujú špecifikácie relevantné k rozhraniam VTM, čistote, kontrole kontaminácie a protokolom výmeny údajov. Napríklad, štandardy SEMI E84 a E87, ktoré spravujú automatizované systémy manipulácie s materiálom a sledovanie substrátov, sú opätovne posúdené s cieľom zabezpečiť integráciu čoraz sofistikovanejších nástrojov metrológie založených na VTM do inteligentných výrobných prostredí. Paralelne, ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology a KLA Corporation spolupracovali s normovými skupinami na vymedzení najlepších praktík pre komunikáciu medzi nástrojmi a interoperabilitu údajov metrologie v in-line, čo je nevyhnutné pre okamžitú kontrolu procesu v závodoch s vysokým objemom.

Zabezpečenie kvality je kľúčové, ako nástroje založené na VTM často manipulujú s ultra-čistými waframi v vákuových prostrediach, aby sa zabránilo kontaminácii časticami. Výrobcovia ako Brooks Automation a ULVAC certifikujú svoje VTM moduly tak, aby spĺňali alebo prekračovali posledné normy SEMI F47 (odolnosť voči poklesu napätia) a SEMI S2 (bezpečnostné pokyny), zaisťujúc prevádzkovú stabilitu a minimalizujúc riziko kontaminácie. Tieto certifikácie sú čoraz viac vyžadované hlavnými odlievacími podnikmi a výrobcami integrovaných zariadení (IDM), ktorí požadujú rigorózne kvalifikačné údaje pred prijatím nových metrologických platforiem.

Pohľadom do budúcnosti sa predpokladá, že regulačný rámec sa ďalej sprísni, najmä pokiaľ ide o integritu údajov a kybernetickú bezpečnosť v systémoch metrologie založených na VTM. S rastúcou konektivitou a prúdmi údajov medzi metrologickými nástrojmi a systémami automatizácie výroby sa predpokladá, že normy pre zabezpečené zaobchádzanie s údajmi a sledovateľnosť — ako tie, ktoré sú stanovené pod SEMI E30 (GEM) a SEMI E133 (správa zberu údajov) — sa dočkajú väčšej presadzovania a vylepšení. Okrem toho, environmentálne regulácie upravujúce výfuky vákuových čerpadiel a spotrebu energie, vedené agentúrami, ako je U.S. Environmental Protection Agency (EPA), pravdepodobne ovplyvnia výber zariadení VTM a prevádzkové praktiky v nadchádzajúcich rokoch.

Na zhrnutie, rok 2025 predstavuje obdobie vyššej regulačnej kontroly a štandardizácie v metrológii založenej na VTM, pričom zasvätené strany v priemysle úzko spolupracujú na zabezpečení, že technologický pokrok je sprevádzaný robustnými rámcami kvality a zhody.

Budúce vyhliadky: Potenciálne narušenia a dlhodobé príležitosti

Pohľadom do roku 2025 a nasledujúcich rokov naznačuje trajektória VTM (Virtuálna testovacia metrológia) založenej na metrológii polovodičov významné narušenia a nové dlhodobé príležitosti pre priemysel. Ako sa architektúry zariadení stávajú stále zložitejšími — poháňané pokročilými uzlami ako 3 nm a proliferáciou 3D štruktúr — tradičné metrologické metódy čelí čoraz väčším výzvam, aby poskytovali presnú, neinvazívnu a nákladovo efektívnu kontrolu procesov. VTM, ktorá využíva AI, strojové učenie a simulácie s vysokou vernosťou na doplnenie alebo nahradenie priameho fyzického merania, je pripravená na splnenie týchto potrieb a redefinovanie stratégií kontroly procesov naprieč fabrikami na celom svete.

Kľúčoví priemysloví hráči aktívne posúvajú technológie VTM. Napríklad, Lam Research integrovala možnosti virtuálnej metrológie do svojho portfólia zariadení, pričom zdôrazňuje prediktívnu kontrolu procesov a zvyšovanie výnosov. Podobne, Applied Materials zdôraznila využívanie analýz poháňaných AI a virtuálnych senzorov na poskytnutie real-time prehľadov, znižujúc zaťaženie metrologického nástroja a čas cyklu. Očakáva sa, že tieto iniciatívy sa do roku 2025 ešte viac vyvinú, s širším prijatím v prostrediach výroby s vysokým objemom.

Medzi významné narušenia, ktoré sa očakávajú, patrí prechod od rozsiahleho vzorkovania v in-line metrologii k selektívnym prístupom poháňaným údajmi, ktoré vedú k VTM. Tento prechod by mohol výrazne znížiť náklady na metrologiu wafrov — historicky významné výdavky pre vedúce fabriky — pričom by umožnil jemnejšiu kontrolu nad variabilitou procesov. V dôsledku toho by fabriky mohli dosiahnuť vyššie výnosy a rýchlejšie prechody na nové generácie zariadení. Okrem toho VTM otvorí možnosť na flexibilnejší rozvoj procesov, pretože virtuálne spätné väzby urýchlia učenia cykly a umožnia rýchlu úpravu receptov procesov na základe simulovaných výsledkov namiesto vybaveného empírického skúšania.

Zostávajú však výzvy, predovšetkým v oblasti validácie modelov a potreby robustnej integrácie so existujúcimi systémami výroby. Priemyslové spolupráce — ako tie, ktoré podporuje SEMI a konsorcia ako imec — sú pre nastavenie štandardov interoperability a najlepších praktík kľúčové, čo zabezpečí škálovanie VTM naprieč rôznymi nastaveniami nástrojov a procesnými uzlami.

Pohľadom do dlhodobého horizontu sa očakáva, že VTM sa bude vyvíjať súčasne s pokrokmi vo fáze AI, digitálnych dvojčiat a infraštruktúry dát naprieč fabrikami. Ako sa zlepšuje prediktívna presnosť, VTM by mohla otvoriť cestu pre „závody bez obsluhy“, kde väčšina kontroly procesov je autonómne spravovaná a optimalizovaná. Nakoniec by integrácia VTM-založenej metrológie mohla stať sa konkurenčným odlíšením pre výrobcov polovodičov, formujúc prístup priemyslu k nákladom, kvalite a času na trh cez koniec tejto dekády a naviac.

Zdroje a odkazy

FemtoSense: CES 2025

Watch this video on YouTube