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Métrologie des semi-conducteurs basée sur le VTM : La technologie perturbatrice prête à exploser d’ici 2029 (2025)

ByLuzan Joplin

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

Table des matières

Résumé Exécutif : 2025 et au-delà

La métrologie basée sur la méthode de transport de vapeur (VTM) émerge comme une technologie clé pour répondre à la complexité croissante des architectures de dispositifs et aux exigences de contrôle de processus rigoureuses dans l’industrie des semi-conducteurs. À partir de 2025, l’expansion des nœuds avancés de logique et de mémoire—particulièrement à 3nm et au-delà—stimule la demande de solutions de métrologie capables d’analyses non destructives, à haute résolution et rapides sur des structures de plus en plus complexes. Les techniques basées sur VTM sont intégrées dans les flux de travail de contrôle de processus pour fournir des mesures critiques sur les films minces, la qualité d’interface, et la composition matérielle, qui sont essentielles pour améliorer le rendement et réduire les défauts.

Les grands fabricants d’équipements ont commencé à intégrer des outils basés sur VTM dans leurs portfolios de métrologie. KLA Corporation, par exemple, a fait référence à la recherche de nouvelles capacités d’analyse de matériaux adaptées aux nœuds de dispositifs de nouvelle génération. De même, Lam Research continue d’explorer des solutions de métrologie avancées pour les processus de couches atomiques, les technologies VTM étant positionnées pour combler les lacunes de métrologie dans la déposition sélective et la gravure. Ces efforts sont en adéquation avec la transition vers des structures de dispositifs 3D, telles que les FET gate-all-around (GAA) et les DRAM avancés, où les méthodes de métrologie traditionnelles rencontrent des limitations en matière de résolution spatiale et de sensibilité matérielle.

Des consortiums industriels comme SEMI et des initiatives de R&D collaboratives soutiennent la normalisation et la validation des approches basées sur VTM, en soulignant leur pertinence pour la fabrication en haute volume. L’intégration de ces méthodes devrait s’accélérer alors que les fabricants de semi-conducteurs cherchent à réduire les temps de cycle et à améliorer les fenêtres de processus, en particulier dans les applications de lithographie EUV et d’emballage avancé.

À l’avenir, les perspectives pour la métrologie des semi-conducteurs basée sur VTM au cours des prochaines années sont solides. L’adoption devrait croître à mesure que les usines augmentent leur production sur des nœuds de pointe et que l’intégration hétérogène et l’emballage avancé deviennent des normes de l’industrie. La métrologie basée sur VTM est également prête à jouer un rôle dans l’introduction de nouveaux matériaux, y compris les semi-conducteurs 2D et les matériaux composites, où la métrologie traditionnelle est insuffisante. L’accent sera mis sur l’amélioration du débit, de l’automatisation et de l’intégration avec des plateformes de contrôle de processus alimentées par l’IA, visant à maximiser le retour sur investissement tant pour les fabricants d’outils que pour les fabricants de puces.

En résumé, la métrologie basée sur VTM est à l’avant-garde de l’innovation dans le contrôle des processus des semi-conducteurs. Sa trajectoire jusqu’en 2025 et au-delà sera façonnée par les investissements continus des fabricants d’outils, une adoption croissante par les fabricants de semi-conducteurs, et une collaboration continue au sein de la chaîne d’approvisionnement pour relever les défis techniques de la production de nœuds avancés.

Facteurs de marché accélérant l’adoption de la métrologie basée sur VTM

L’adoption de la métrologie des semi-conducteurs basée sur le module de transfert sous vide (VTM) s’accélère, poussée par une convergence de facteurs techniques, économiques et de chaîne d’approvisionnement qui redessinent l’industrie en 2025 et devraient persister dans les années à venir. Plusieurs facteurs de marché clés contribuent à cette tendance :

  • Évolutions des Nœuds Avancés et Complexité des Dispositifs : La transition en cours vers des nœuds de logique sub-5nm et des nœuds de mémoire avancés exige une précision toujours plus grande en métrologie. La réduction des dimensions critiques et les structures 3D complexes, telles que les transistors gate-all-around (GAA) et les caractéristiques à rapport d’aspect élevé, nécessitent un traitement sans contamination et des cycles de mesure rapides et automatisés, tous deux rendus possibles par les systèmes basés sur VTM. Les principaux fournisseurs d’équipements, tels que Lam Research et Applied Materials, ont récemment mis en avant l’intégration du transfert sous vide dans leurs plateformes de métrologie et d’inspection pour répondre à ces exigences.
  • Amélioration du Rendement et Contrôle de la Défectuosité : À mesure que les fenêtres de processus se resserrent, le retour d’information en temps réel et la surveillance in situ deviennent essentiels pour l’optimisation du rendement. Les plateformes de métrologie basées sur VTM soutiennent les architectures de clusters d’outils, permettant un passage fluide entre les chambres de processus et de mesure sous vide. Cela réduit l’exposition des wafers aux contaminants aéroportés et assure la fidélité des mesures, un point clé souligné dans les dernières offres de KLA Corporation et de Hitachi High-Tech Corporation.
  • Automatisation et Débit : L’écosystème de fabrication des wafers adopte de plus en plus l’automatisation pour faire face aux pénuries de main-d’œuvre qualifiée et maintenir l’efficacité de la fabrication en haute volume. Les systèmes VTM facilitent les transferts de wafers automatisés et à haut débit entre les modules de métrologie et les chambres de processus, soutenant la tendance vers des usines sans intervention humaine. Tokyo Electron et SCREEN Semiconductor Solutions ont tous deux souligné le rôle du transfert sous vide et de la robotique dans leurs derniers ensembles d’outils de métrologie.
  • Contrôle de la Contamination et Fiabilité : À mesure que les architectures des dispositifs deviennent plus sensibles aux particules et aux contaminants moléculaires, le maintien de surfaces de wafers impeccables est crucial. La métrologie basée sur VTM élimine l’exposition atmosphérique pendant les transferts intra-outil, s’alignant avec les normes de contrôle de la contamination établies par des associations industrielles telles que SEMI.
  • Résilience de la Chaîne d’Approvisionnement Mondiale : Les fabricants priorisent de plus en plus l’interopérabilité et la modularité des outils pour améliorer la flexibilité de la chaîne d’approvisionnement. Les systèmes de métrologie basés sur VTM, avec leurs interfaces standardisées et leur conception modulaire, soutiennent la reconfiguration rapide des outils et le partage d’équipements entre plusieurs lignes de production, comme l’a noté ASML dans ses mises à jour technologiques.

À l’avenir, en 2025 et au-delà, la quête d’un plus grand débit de wafers, d’une défectuosité moindre, et d’une innovation continue des processus garantit que la métrologie basée sur VTM restera une technologie fondamentale dans les usines de semi-conducteurs avancées, sous-tendant tant les avancées de processus incrémentiels que transformateurs.

Aperçu technologique : Qu’est-ce qui rend la métrologie basée sur VTM unique ?

Les techniques de métrologie basées sur la méthode de transport de vapeur (VTM) ont émergé comme une innovation significative dans la métrologie des semi-conducteurs, offrant des capacités uniques pour le contrôle de processus en ligne et la caractérisation de matériaux avancés. Contrairement aux méthodes de mesure conventionnelles basées sur la surface ou le contact, la VTM exploite des interactions contrôlées en phase vapeur pour analyser des paramètres critiques des semi-conducteurs tels que la composition, l’épaisseur, l’uniformité et la défectuosité sur les wafers et les films minces. Cette approche est particulièrement pertinente alors que l’industrie fait face à des exigences strictes en matière de précision et d’analyse non destructive aux nœuds technologiques sub-5nm.

Un facteur clé différenciateur de la métrologie basée sur VTM est son sondage chimique sélectif sans contact inhérent, qui minimise la contamination d’échantillons et les dommages physiques—des problèmes qui remettent de plus en plus en question la métrologie traditionnelle à mesure que les structures des dispositifs se rétrécissent et que les matériaux se diversifient. En utilisant des vapeurs chimiques ciblées qui réagissent avec des composants spécifiques de films ou de substrats, la VTM peut atteindre une haute sensibilité aux variations de composition et d’épaisseur. Cela est particulièrement avantageux dans des applications telles que la surveillance des processus de dépôt de couches atomiques (ALD), l’évaluation des diélectriques à haute permittivité, et l’analyse de structures 3D NAND, où les techniques optiques ou électriques traditionnelles peuvent souffrir en termes de résolution en profondeur ou de sélectivité.

Les principaux fournisseurs d’équipements, tels que Lam Research et KLA Corporation, ont intégré les principes de VTM dans leurs ensembles d’outils de métrologie de nouvelle génération, mettant l’accent sur des cycles de mesure rapides en fab et la compatibilité avec la fabrication en haute volume. Par exemple, certains systèmes équipés de VTM utilisent une gravure en phase vapeur in situ ou des étapes de passivation de surface suivies d’une analyse spectroscopique en temps réel, fournissant des données exploitables en quelques secondes et soutenant le contrôle de processus en boucle fermée. Ce retour d’information rapide est vital pour les usines de logique avancée et de mémoire qui nécessitent une surveillance quasi continue pour maintenir des rendements sur des nœuds avancés.

De plus, la métrologie basée sur VTM est particulièrement adaptée aux architectures de dispositifs complexes et hétérogènes comme les FET gate-all-around et les cellules DRAM avancées, où les méthodes traditionnelles manquent de la résolution spatiale ou de la discrimination matérielle nécessaires. La capacité de la méthode à sonder les interfaces enfouies et à évaluer la conformité dans des caractéristiques à haut rapport d’aspect en fait un acteur clé pour le futur du scalage des semi-conducteurs.

À l’approche de 2025 et au-delà, l’adoption croissante des outils de métrologie basée sur VTM devrait s’accélérer à mesure que les défis d’intégration des processus se renforcent. Les fonderies de premier plan et les fabricants de dispositifs intégrés devraient élargir encore l’utilisation de VTM, motivés par la compatibilité de la technologie avec l’automatisation de l’industrie 4.0 et sa synergie avec l’analyse des processus alimentée par le machine learning. À mesure que la feuille de route internationale pour les dispositifs et systèmes (IRDS) continue de mettre en lumière l’innovation en métrologie comme un goulot d’étranglement clé pour le scalage, la VTM est prête à jouer un rôle majeur dans les stratégies de fabrication de semi-conducteurs de nouvelle génération (IEEE IRDS).

Paysage concurrentiel : Acteurs clés et innovateurs

Le paysage concurrentiel pour la métrologie des semi-conducteurs basée sur les métamatériaux à tension réglable (VTM) évolue rapidement alors que les entreprises de métrologie établies et les startups innovantes cherchent à tirer parti des capacités uniques des VTM pour le contrôle des processus de nouvelle génération. À partir de 2025, la poussée vers des nœuds avancés—tels que 3 nm et en dessous—intensifie la demande de solutions de métrologie offrant une plus grande sensibilité, des mesures non destructives et une compatibilité avec des architectures de dispositifs 3D complexes.

Parmi les acteurs les plus en vue, KLA Corporation continue d’intégrer des matériaux avancés et de la photonique dans ses plateformes de métrologie. Bien que KLA n’ait pas annoncé de produits spécifiques à VTM publiquement à début 2025, ses investissements continus dans la métrologie optique et hybride signalent une préparation à intégrer des modules VTM émergents à mesure qu’ils mûrissent. Applied Materials—un autre fournisseur d’équipements majeur—s’est également concentré sur l’expansion de ses offres de métrologie et d’inspection, avec des collaborations de recherche visant à explorer des matériaux avancés et la détection améliorée des défauts grâce à la métrologie activée par métamatériaux.

Sur le front de l’innovation, plusieurs entreprises spécialisées et spin-offs universitaires ont commencé à commercialiser des capteurs et modules basés sur VTM adaptés à la caractérisation des semi-conducteurs. Notamment, imec a démontré des prototypes de dispositifs VTM en partenariat avec des parties prenantes de l’industrie, ciblant la métrologie en temps réel et en ligne pour les processus sub-5 nm. Leur recherche sur les métasurfaces réglables et les réseaux d’antenne nano, soutenue par des fonderies majeures et des fabricants d’outils, les positionne comme des contributeurs clés au premier adoption des solutions basées sur VTM.

En Asie, Western Digital (Innovation Labs) et plusieurs fonderies leaders explorent activement des capteurs activés par VTM pour l’inspection en ligne des wafers et la métrologie d’overlay, en collaboration avec des startups en science des matériaux. Cet accent régional est soutenu par des investissements gouvernementaux significatifs en R&D dans le domaine des semi-conducteurs, notamment en Corée du Sud et à Taïwan, favorisant un environnement concurrentiel pour le prototypage rapide et l’adoption pilote des outils basés sur VTM.

À l’avenir, le paysage concurrentiel devrait voir une collaboration accrue entre les fabricants d’équipements, les instituts de recherche et les entreprises de matériaux. La feuille de route pour la métrologie basée sur VTM suggère des déploiements commerciaux dans des lignes pilotes d’ici fin 2025 à 2026, l’adoption plus large dépendant d’une intégration réussie avec les chaînes d’outils de métrologie existantes et d’avantages démontrables en termes de débit et de fidélité des mesures. À mesure que les partenariats au sein des écosystèmes se renforcent, le domaine est prêt pour une avancée rapide, les nouveaux entrants et les acteurs établis se précipitant pour fournir des solutions de métrologie VTM évolutives et prêtes pour la production.

Dernières avancées dans les applications VTM pour la fabrication de semi-conducteurs

L’intégration des technologies basées sur le module de transfert sous vide (VTM) dans la métrologie des semi-conducteurs continue d’accélérer alors que les fabricants avancent vers des nœuds avancés et des architectures de dispositifs plus complexes. En 2025, l’industrie considère que les solutions basées sur VTM sont essentielles pour maintenir l’intégrité des échantillons et permettre des flux de mesure non destructifs et à haut débit tout au long du processus de fabrication de semi-conducteurs.

Une des avancées les plus significatives est le couplage des systèmes VTM avec des outils de métrologie de pointe tels que des microscopes électroniques à balayage (SEM), des microscopes électroniques à transmission (TEM) et des microscopes à force atomique (AFM). Ces modules permettent un transfert fluide, sans contamination, de wafers et d’échantillons entre les chambres de traitement et les stations d’inspection sous ultra-haut vide (UHV) ou dans des environnements contrôlés. Cette capacité est particulièrement cruciale pour la métrologie à l’échelle sub-5 nm, où même une brève exposition à l’atmosphère peut altérer la chimie de surface ou introduire des défauts. Des entreprises telles que ULVAC, Inc. et Kurt J. Lesker Company ont développé des plateformes VTM modulaires qui s’intègrent directement aux outils de métrologie et de traitement, supportant des tailles de wafers de 300 mm et plus.

Les annonces récentes de produits soulignent cette tendance. En 2024, Brooks Automation a élargi son portefeuille VTM pour offrir un débit plus élevé et une meilleure compatibilité avec les salles blanches, répondant directement à la demande de manipulation rapide et sans contamination des wafers dans les cellules de métrologie. De même, Ferrotec a introduit de nouveaux composants VTM conçus pour la métrologie et l’inspection de prochaine génération, se concentrant sur la fiabilité et l’intégration avec des plateformes d’analyse des défauts alimentées par l’IA.

Sur le plan des applications, la métrologie basée sur VTM est de plus en plus adoptée pour l’inspection des défauts en ligne et en fin de ligne, la mesure de dimensions critiques (CD), la métrologie d’overlay, et le contrôle de processus pour l’emballage avancé. Par exemple, Applied Materials met en avant l’importance du transfert sous vide pour les modules de métrologie dans ses dernières solutions de contrôle des processus, citant des améliorations dans la répétabilité des mesures et une réduction des pertes de rendement induites par des particules.

À l’avenir, les prochaines années devraient voir une normalisation et une interopérabilité accrues des modules VTM, permettant un regroupement flexible des outils et des environnements de fabrication plus autonomes. La miniaturisation continue des dispositifs, y compris des FET gate-all-around (GAA) et des NAND 3D, continuera d’accentuer l’innovation dans l’intégration matérielle et logicielle de la métrologie basée sur VTM. À mesure que l’industrie se dirige vers 2 nm et au-delà, les solutions VTM devraient devenir encore plus essentielles pour réaliser la précision, la propreté et le débit requis dans les flux de travail de métrologie des semi-conducteurs.

Défis d’intégration et solutions dans les environnements de fabrication

L’intégration des systèmes de métrologie des semi-conducteurs basés sur le module de transfert sous vide (VTM) dans les environnements de fabrication est un domaine en rapide évolution, surtout alors que les fabricants de puces cherchent à accroître le débit et à resserrer le contrôle des processus sur des nœuds avancés. Le défi majeur réside dans l’incorporation sans faille des métrologies basées sur VTM dans des salles blanches hautement automatisées et à espace limité, tout en répondant aux exigences de fiabilité, de contamination et d’intégration des données.

Un problème majeur est la nécessité de maintenir des conditions d’ultra-haut vide lors du transfert de wafers entre les outils de processus et de métrologie. Les VTM sont essentiels pour minimiser les risques de contamination, mais leur intégration augmente la complexité et l’encombrement du système. Les solutions récentes se concentrent sur des conceptions VTM modulaires et une robotique améliorée, permettant un déploiement flexible avec un minimum de perturbations de l’agencement de l’usine. Par exemple, Lam Research a introduit des plateformes VTM compactes et compatibles avec les outils en cluster qui supportent à la fois les modules de gravure et de métrologie, aidant les usines à minimiser l’encombrement des équipements et les étapes de manipulation des wafers.

L’interopérabilité des données est un autre défi, car les systèmes de métrologie basés sur VTM génèrent d’énormes ensembles de données hétérogènes qui doivent être synchronisées avec les systèmes d’exécution de fabrication (MES) et les plateformes de contrôle de processus avancé (APC) à l’échelle de l’usine. Les grands fabricants d’équipements tels que KLA Corporation développent des interfaces de données standardisées et des solutions de calcul en périphérie pour faciliter l’analyse en temps réel directement au niveau de l’outil, améliorant le retour d’information du processus et réduisant les temps de cycle.

Un autre obstacle à l’intégration concerne le maintien du temps de disponibilité et de la fiabilité des outils sous les conditions rigoureuses d’une production continue. Des innovations dans la maintenance prédictive—tirant parti de capteurs IoT et de diagnostics alimentés par l’IA—sont mises en place pour surveiller la santé des VTM et traiter préventivement les défaillances. Applied Materials a récemment élargi ses capacités de surveillance à distance pour des clusters de métrologie basés sur VTM, reporting des réductions mesurables des temps d’arrêt imprévus et des interventions de service.

À l’approche de 2025 et au-delà, la transition vers des applications de type More-than-Moore (par exemple, l’emballage avancé, l’intégration hétérogène) exigera des systèmes de métrologie basés sur VTM encore plus adaptables. Des collaborations industrielles, comme celles menées par SEMI, travaillent à développer des normes ouvertes pour la communication et l’interopérabilité des outils, visant à rationaliser l’intégration de VTM à travers divers flux de processus. À mesure que les usines recherchent un rendement et une efficacité plus élevés sur des nœuds sub-5nm et dans des structures 3D, la capacité à intégrer de manière flexible et fiable la métrologie basée sur VTM sera un différenciateur clé.

Prévisions de marché jusqu’en 2029 : Croissance, segments et régions

Le marché de la métrologie des semi-conducteurs basée sur VTM est prêt à connaître une expansion significative de 2025 à 2029, impulsée par l’adoption rapide de solutions de contrôle de processus avancées dans le secteur de la fabrication de semi-conducteurs. La métrologie virtuelle (VTM) s’appuie sur l’apprentissage automatique et les données de processus pour prédire en temps réel des paramètres critiques des wafers, réduisant la dépendance à l’égard de mesures physiques lentes et coûteuses, et permettant un débit et un rendement plus élevés. Ce changement technologique prend de l’ampleur alors que les fabricants de puces se dirigent vers des nœuds sub-5nm et déploient des architectures 3D, ce qui nécessite un contrôle de processus plus strict et des solutions de métrologie plus sophistiquées.

Selon des déclarations publiques récentes et des feuilles de route de fournisseurs d’équipements de semi-conducteurs de premier plan, l’intégration de la VTM avec des outils de métrologie traditionnels devrait devenir généralisée à la fois dans les usines de logique et de mémoire. Applied Materials a souligné le rôle de la VTM dans les stratégies avancées de contrôle de processus, en particulier pour les nouvelles structures de transistors et la lithographie EUV, projetant que la métrologie pilotée par logiciel sera une pierre angulaire des usines de nouvelle génération d’ici 2026. De même, KLA Corporation met l’accent sur le développement continu de plateformes activées par VTM dans son portefeuille de métrologie, avec une croissance anticipée forte de l’adoption par des fonderies et des fabricants de dispositifs intégrés leaders.

La segmentation du marché révèle que la fabrication logique—pilotée par des nœuds avancés pour l’IA, le HPC et les applications mobiles—sera le plus grand adoptant des solutions de métrologie basées sur VTM. Les usines de mémoire, en particulier celles produisant des NAND 3D et de la DRAM, devraient également accroître leur investissement dans la VTM à mesure que la complexité des processus augmente. Régionalement, l’Asie-Pacifique devrait rester le marché dominant, étant donné la concentration de fonderies leaders à Taïwan, en Corée du Sud et en Chine. Des entreprises comme TSMC et Samsung Electronics intègrent activement des approches de métrologie avancées pour maintenir leur compétitivité à la pointe.

En regardant vers 2029, le paysage concurrentiel devrait voir une augmentation des partenariats entre fabricants d’équipements et fournisseurs de logiciels, alors que l’approche basée sur les données de la VTM nécessite une intégration fluide avec l’automatisation des usines et les systèmes de contrôle des processus. La transition vers des modèles d’« usine intelligente »—incorporant l’IA, les Big Data et la VTM—accélérera encore davantage l’adoption. En conséquence, le marché mondial de la métrologie des semi-conducteurs basée sur VTM devrait afficher une solide croissance à deux chiffres d’ici 2029, l’Asie-Pacifique en tête, suivie de l’Amérique du Nord et de l’Europe alors que des nœuds de fabrication avancés se multiplient et que de nouvelles usines ouvrent.

Partenariats stratégiques et collaborations industrielles

La montée de la VTM (métrique de test virtuel) dans la fabrication des semi-conducteurs entraîne une vague de partenariats stratégiques et de collaborations industrielles, alors que les fabricants de puces et les fournisseurs d’équipements cherchent à accélérer le contrôle des processus et à améliorer le rendement sur des nœuds avancés. En 2025, l’intégration de la VTM dans les environnements de fabrication est propulsée par des alliances qui combinent expertise en métrologie avec des avancées dans l’IA, l’analyse de données et les équipements de processus.

Les principaux acteurs de la métrologie basée sur VTM, tels que KLA Corporation et Applied Materials, forment des partenariats avec des fonderies de semi-conducteurs leaders et des fabricants de dispositifs intégrés (IDM) pour co-développer des solutions de métrologie virtuelle adaptées aux structures sub-5nm et 3D émergentes. Par exemple, KLA Corporation a annoncé des collaborations avec de grands fabricants de logique et de mémoire pour déployer la métrologie virtuelle alimentée par l’IA dans la production à haute volume, utilisant des données de processus et de capteurs en temps réel pour prédire les dimensions critiques et le taux de défectuosité avec une plus grande précision.

Pendant ce temps, les fournisseurs d’équipements collaborent avec des entreprises de logiciels pour intégrer des algorithmes VTM dans les outils de processus. ASML, le principal fournisseur de lithographie, collabore avec des entreprises de contrôle de processus et d’analyse pour intégrer des modules de métrologie virtuelle directement dans ses platforms de scanner et d’inspection, renforçant la surveillance en ligne pour les nœuds EUV et DUV avancés (ASML). De telles collaborations visent à fournir aux usines un contrôle prédictif et des boucles de rétroaction qui réduisent la charge de métrologie, diminuent le temps de cycle et améliorent le rendement global.

Les consortiums industriels et les alliances de R&D facilitent également le développement et la normalisation des méthodologies VTM. Des organisations comme SEMI et imec dirigent des projets conjoints qui réunissent des fabricants de puces, des fournisseurs d’outils et des prestataires d’analyses pour établir les meilleures pratiques VTM et garantir l’interopérabilité à travers divers environnements de fabrication hétérogènes (imec). Ces collaborations sont cruciales alors que l’industrie fait la transition vers une production à mélange élevé et faible volume et une intégration hétérogène, où la métrologie traditionnelle seule ne peut pas s’adapter à l’échelle.

À l’avenir, de tels partenariats intersectoriels devraient s’intensifier, se concentrant sur la normalisation des formats de données, l’amélioration de la transférabilité des modèles et l’expansion de la couverture VTM à de nouveaux matériaux et flux de processus. À mesure que la complexité des semi-conducteurs augmente, l’innovation collective rendue possible par ces alliances stratégiques sera essentielle pour maintenir les améliorations de rendement et la différenciation concurrentielle dans la fabrication avancée.

Normes réglementaires et implications en matière de qualité

À mesure que la métrologie basée sur VTM (module de transfert sous vide) devient de plus en plus intégrale à la fabrication avancée de puces, les cadres réglementaires et les normes industrielles évoluent rapidement pour assurer la qualité, l’interopérabilité et la sécurité à travers les chaînes d’approvisionnement mondiales. En 2025, la transition vers des nœuds sub-3 nm et des architectures 3D complexes accentue l’importance de normes de métrologie robustes, car même de mineures déviations de processus peuvent avoir un impact critique sur les rendements et la fiabilité des dispositifs.

Des organismes de normalisation internationaux clés, tels que SEMI, mettent activement à jour les spécifications relatives aux interfaces VTM, à la propreté, au contrôle de la contamination et aux protocoles d’échange de données. Par exemple, les normes SEMI E84 et E87, qui régissent les systèmes de manipulation automatisée des matériaux et le suivi des substrats, sont revisitées pour traiter l’intégration d’outils de métrologie basés sur VTM de plus en plus sophistiqués au sein des environnements de fabrication intelligents. Parallèlement, ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology et KLA Corporation ont collaboré avec des groupes de normes pour définir les meilleures pratiques en matière de communication entre outils et d’interopérabilité des données de métrologie en ligne, essentielles pour le contrôle des processus en temps réel dans des usines de haute volume.

L’assurance qualité est primordiale, car les systèmes basés sur VTM gèrent souvent des wafers ultra-propres dans des environnements sous vide pour prévenir la contamination par des particules. Des fabricants tels que Brooks Automation et ULVAC certifient leurs modules VTM pour répondre ou dépasser les dernières normes SEMI F47 (immunité aux baisses de tension) et SEMI S2 (directives de sécurité), garantissant la stabilité opérationnelle et minimisant les risques de contamination. Ces certifications sont de plus en plus requises par les grandes fonderies et les fabricants de dispositifs intégrés (IDM), qui exigent des données de qualification rigoureuses avant d’adopter de nouvelles plateformes de métrologie.

À l’avenir, le paysage réglementaire devrait se resserrer encore davantage, notamment en ce qui concerne l’intégrité des données et la cybersécurité dans les systèmes de métrologie basés sur VTM. Avec une connectivité accrue et des flux de données entre les outils de métrologie et les systèmes d’automatisation des usines, des normes pour le traitement sécurisé des données et la traçabilité—telles que celles sous SEMI E30 (GEM) et SEMI E133 (gestion de la collecte de données)—devraient connaître une plus grande application et des améliorations. De plus, les réglementations environnementales régissant les émissions des pompes à vide et la consommation d’énergie, sous l’égide d’agences telles que l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA), devraient également influencer la sélection des équipements VTM et les pratiques opérationnelles dans les années à venir.

En résumé, 2025 marque une période de contrôle réglementaire accru et de normalisation dans la métrologie des semi-conducteurs basée sur VTM, avec des acteurs de l’industrie collaborant étroitement pour garantir que les avancées technologiques soient assorties de cadres de qualité et de conformité robustes.

Perspectives d’avenir : perturbations potentielles et opportunités à long terme

À l’approche de 2025 et des années suivantes, la trajectoire de la métrologie des semi-conducteurs basée sur VTM (Virtual Test Metrology) suggère à la fois des perturbations significatives et de nouvelles opportunités à long terme pour l’industrie. À mesure que les architectures de dispositifs deviennent plus complexes—propulsées par des nœuds avancés comme 3nm et la prolifération des structures 3D—les méthodes de métrologie traditionnelles sont de plus en plus confrontées à la nécessité de fournir un contrôle de processus précis, non destructif et rentable. La VTM, qui exploite l’IA, l’apprentissage automatique et la simulation de haute fidélité pour compléter ou remplacer les mesures physiques directes, est positionnée pour répondre à ces besoins et redéfinir les stratégies de contrôle de processus dans les usines du monde entier.

Les principaux acteurs de l’industrie avancent activement les technologies VTM. Par exemple, Lam Research a intégré des capacités de métrologie virtuelle dans son portefeuille d’équipements, mettant l’accent sur le contrôle prédictif des processus et l’amélioration du rendement. De même, Applied Materials a souligné l’utilisation d’analyses alimentées par l’IA et de capteurs virtuels pour fournir des informations en temps réel, réduisant la charge des outils de métrologie et le temps de cycle. Ces initiatives devraient mûrir davantage d’ici 2025, avec une adoption plus large dans des environnements de fabrication en haute volume.

Une perturbation majeure prévue est le passage d’un échantillonnage de métrologie en ligne étendu à des approches sélectives alimentées par les données propulsées par la VTM. Cette transition pourrait réduire de manière significative les coûts de métrologie des wafers—historiquement un coût majeur pour les fonderies de pointe—tout en permettant un contrôle plus fin sur la variabilité des processus. En conséquence, les usines pourraient réaliser des rendements plus élevés et un passage plus rapide à la production pour les nouvelles générations de dispositifs. De plus, la VTM ouvre la possibilité de développement de processus plus agiles, les boucles de rétroaction virtuelles accélérant les cycles d’apprentissage et permettant des ajustements rapides des recettes de processus basés sur des résultats simulés plutôt que sur des tests empiriques exhaustifs.

Des défis demeurent, en particulier en matière de validation des modèles et de l’intégration robuste avec les systèmes d’exécution de fabrication existants. Les collaborations industrielles—comme celles encouragées par SEMI et des consortiums tels que imec—sont cruciales pour établir des normes d’interopérabilité et des pratiques exemplaires qui garantiront la scalabilité de la VTM à travers différents ensembles d’outils et nœuds de processus.

À long terme, la VTM devrait évoluer parallèlement aux avancées en IA, jumeaux numériques et infrastructures de données à l’échelle des usines. À mesure que la précision prédictive s’améliore, la VTM pourrait ouvrir la voie à des usines « lights-out » où une grande partie du contrôle des processus est gérée et optimisée de manière autonome. En fin de compte, l’intégration de la métrologie basée sur VTM pourrait devenir un facteur de différenciation concurrentielle pour les fabricants de semi-conducteurs, façonnant l’approche de l’industrie en matière de coûts, de qualité et de délais de mise sur le marché à la fin de la décennie et au-delà.

Sources et références

FemtoSense: CES 2025

ByLuzan Joplin

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