目录
- 执行摘要：2025年及以后的展望
- 推动VTM基础测量法采用的市场驱动因素
- 技术概述：VTM基础测量法的独特之处是什么？
- 竞争格局：主要参与者和创新者
- VTM在半导体制造中的最新应用进展
- 工厂环境中的集成挑战和解决方案
- 2029年前市场预测：增长、细分市场和区域
- 战略伙伴关系和行业合作
- 监管、标准和质量影响
- 未来展望：潜在扰动和长期机会
- 来源与参考资料
执行摘要：2025年及以后的展望
基于蒸汽传输方法（VTM）的半导体测量正成为解决半导体行业日益复杂的器件架构和严格的工艺控制要求的关键技术。到了2025年，先进逻辑和存储节点的扩展，特别是在3nm及更小尺寸上，推动了对能够进行非破坏性、高分辨率和快速分析日益复杂结构的测量解决方案的需求。VTM技术正被整合到工艺控制工作流程中，以提供薄膜、界面质量和材料组成等关键测量，这对于提高产量和减少缺陷至关重要。
主要设备制造商已开始将基于VTM的工具纳入其测量产品组合中。例如，KLA 公司提到追求适合下一代器件节点的新材料分析能力。同样，Lam Research正在探索用于原子层工艺的先进测量解决方案，VTM技术被定位为解决选择性沉积和蚀刻中的测量空白。这些努力与向3D器件结构的过渡相一致，如全围栅（GAA）FET和先进DRAM，在这些结构中，传统测量方法在空间分辨率和材料敏感性方面面临限制。
像SEMI这样的行业协会和协作研发项目正在支持基于VTM的方法的标准化和验证，强调其在高产量制造中的相关性。随着半导体制造商寻求减少周期时间并改善工艺窗口，特别是在EUV光刻和先进封装应用方面，这些方法的整合预计将加速。
展望未来，VTM基础半导体测量的前景强劲。随着晶圆厂在先进节点上加大生产力度，以及异构集成和先进封装成为行业常态，预计采用将持续增长。基于VTM的测量还将在支持新型材料的引入中发挥作用，包括2D半导体和复合材料，其中传统测量无法满足要求。行业的重点将放在提高通过率、自动化和与人工智能驱动的工艺控制平台的整合上，旨在为工具制造商和芯片制造商最大化投资回报。
总之，基于VTM的测量在半导体工艺控制创新的前沿。其在2025年及以后的发展轨迹将受到工具制造商持续投资、半导体制造商日益增长的采用以及整个供应链的持续合作的影响，以应对先进节点生产的技术挑战。
推动VTM基础测量法采用的市场驱动因素
基于真空传输模块（VTM）的半导体测量的采用正在加速，这是由技术、经济和供应链因素的汇聚推动的，这些因素正在重塑2025年的行业，并预计将在未来几年继续存在。几个主要市场驱动因素正在推动这一趋势：
- 先进节点缩放与器件复杂性： 过渡到小于5nm的逻辑和先进存储节点对测量精度的要求日益提高。缩小的关键尺寸和复杂的3D结构，如全围栅（GAA）晶体管和高纵横比特征，需要无污染处理以及快速的自动化测量周期，这些都通过基于VTM的系统得以实现。领先设备供应商，如Lam Research和Applied Materials，最近强调在其测量和检测平台中整合基于真空的转移，以满足这些要求。
- 产量提升与缺陷控制： 随着工艺窗口收紧，实时反馈和原位监测对于优化产量至关重要。基于VTM的测量平台支持集群工具架构，使得在真空条件下在工艺和测量室之间无缝交接。这减少了晶圆暴露于空气污染物的风险，并确保了测量的可靠性，这在KLA 公司和日立高技术公司的最新产品中被强调的关键考虑。
- 自动化和通过率： 晶圆制造生态系统正越来越多地采用自动化来应对熟练劳动力短缺问题，并保持高产量制造的效率。VTM系统便利了模块与工艺室之间的自动化、高通量晶圆转移，支持无人工厂的趋势。东京电子和SCREEN半导体解决方案都强调了真空转运和机器人在其最新测量工具组合中的作用。
- 污染控制与可靠性： 随着器件架构对颗粒和分子污染物的敏感性增加，保持晶圆表面的清洁至关重要。基于VTM的测量在内部工具转移过程中消除了大气暴露，与行业协会如SEMI设定的污染控制标准相符。
- 全球供应链的韧性： 制造商正越来越多地优先考虑工具的互操作性和模块化，以提高供应链的灵活性。基于VTM的测量系统，其标准化接口和模块化设计，支持快速的工具重新配置和跨多个生产线的设备共享，正如ASML在其技术更新中指出的那样。
展望2025年及以后，提升晶圆输出、降低缺陷率以及持续的工艺创新的驱动保证了基于VTM的测量将继续成为先进半导体晶圆厂中的核心技术，支撑着逐步和变革性的工艺进步。
技术概述：VTM基础测量法的独特之处是什么？
基于蒸汽传输测量法（VTM）的技术已成为半导体测量领域的一项重大创新，为在线工艺控制和先进材料表征提供了独特的能力。与传统的表面或接触测量方法不同，VTM利用受控的气相相互作用来分析晶圆和薄膜上的关键半导体参数，如成分、厚度、均匀性和缺陷率。这种方法在行业面临对精度和非破坏性分析的严格要求时尤为重要，尤其是在小于5nm技术节点上。
VTM基础测量法的一个关键区别在于其固有的非接触性和化学选择性探测，这最大限度地减少了样本污染和物理损伤——随着器件结构的缩小和材料的多样化，这些问题对传统测量构成了越来越大的挑战。通过使用与特定薄膜或基材成分反应的目标化学蒸气，VTM可以实现对成分和厚度变化的高灵敏度。这在诸如原子层沉积（ALD）过程监控、高-k介电材料评估以及3D NAND结构分析等应用中尤为有利，因为在这些应用中，传统光学或电气技术在深度分辨率或选择性方面可能存在不足。
主要设备供应商，如Lam Research和KLA 公司，已将VTM原理整合到其下一代测量工具中，强调快速、在Fab内测量周期和与高产量制造的兼容性。例如，一些基于VTM的系统采用原位气相蚀刻或表面钝化步骤，随后进行实时光谱分析，在几秒内提供可操作的数据，支持闭环工艺控制。这种快速反馈对要求近乎连续监控以保持高级节点产量的先进逻辑和存储Fab至关重要。
此外，基于VTM的测量特别适合于复杂的异构器件架构，如全围栅FET和先进DRAM单元，在这些结构中，传统方法缺乏所需的空间分辨率或材料区分能力。这种探测深埋的界面和评估高纵横比特征的均匀性的方法使其成为未来半导体缩放的关键推动力。
展望2025年及以后的未来，预计随着工艺集成挑战的加剧，基于VTM的测量工具的采用将加速。预期领先的代工厂和集成器件制造商将进一步扩大VTM的利用，驱动因素为该技术与工业4.0自动化的兼容性及其与机器学习驱动的过程分析的协同效应。随着国际设备和系统路线图（IRDS）继续强调测量创新是缩放的关键瓶颈，VTM有望在下一代半导体制造战略中发挥关键作用（IEEE IRDS）。
竞争格局：主要参与者和创新者
基于电压可调超材料（VTM）基础的半导体测量的竞争格局正在迅速发展，因为既有的测量公司与创新初创公司都在寻求利用VTM独特的能力来实现下一代工艺控制。到2025年，向先进节点（如3nm及以下）的推动加剧了对提供更高灵敏度、非破坏性测量和与复杂3D器件架构兼容的测量解决方案的需求。
在最有影响力的参与者中，KLA 公司继续在其测量平台中整合先进材料和光子学。虽然截至2025年初，KLA尚未公开宣布特定于VTM的产品，但其在光学和混合测量方面的持续投资表明其准备好在新兴VTM模块成熟时予以整合。另一家主要设备供应商Applied Materials同样专注于扩大其测量和检测产品，开展研究合作，探索用于增强缺陷检测和关键尺寸测量的先进材料和超材料启用的传感技术。
在创新方面，几家专业公司和大学衍生企业已开始商业化针对半导体表征的基于VTM的传感器和模块。值得注意的是，imec与行业利益相关者合作展示了原型VTM设备，针对低于5nm工艺的实时在线测量。他们对可调超表面和纳米天线阵列的研究在主要代工厂和工具制造商的支持下，使他们成为基于VTM解决方案早期采用的关键参与者。
在亚洲，西部数据（创新实验室）和几家领先的代工厂正与材料科学初创公司积极探索基于VTM的传感器用于在线晶圆检测和叠加测量。这种区域重点得到了韩国和台湾在半导体研发上重大政府投资的支持，为基于VTM工具的快速原型和试点采用营造了竞争环境。
展望未来，预计竞争格局将出现设备制造商、研究机构和材料公司之间的更多合作。基于VTM的测量的路线图表明，预计在2025年到2026年期间会有商业化部署，广泛的市场渗透将取决于与现有测量工具链的成功集成以及在通过率和测量可靠性方面的可证明益处。随着生态系统合作伙伴关系的深化，该领域有望迅速进步，新进入者和既有参与者都在争相推出可扩展、生产就绪的VTM测量解决方案。
VTM在半导体制造中的最新应用进展
基于真空传输模块（VTM）技术在半导体测量中的整合正在加速，制造商推动向先进节点和更复杂的器件架构发展。在2025年，业界对基于VTM的解决方案的需求视为维持样本完整性和支持高通量、非破坏性测量工作流的关键。
最重要的进展之一是VTM系统与先进测量工具（如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM））的耦合。这些模块允许在超高真空（UHV）或受控环境下，无污染地无缝传输晶圆和样本。这种能力在亚5nm尺度的测量中尤为关键，因为即使是短暂的大气暴露也可能改变表面化学性质或引入缺陷。像ULVAC, Inc.和Kurt J. Lesker Company等公司已经开发出可与测量和工艺工具直接集成的模块化VTM平台，支持300mm甚至更大的晶圆尺寸。
近期的产品公告强调了这一趋势。2024年，Brooks Automation扩大了其VTM产品组合，以提供更高的通过率和改善的洁净室兼容性，直接满足了对快速、无污染晶圆处理的需求。同样，Ferrotec推出了针对下一代测量和检测的新VTM组件，专注于可靠性和与人工智能驱动的缺陷分析平台的整合。
在应用方面，基于VTM的测量日益被采用于在线和终端缺陷检测、关键尺寸（CD）测量、叠加测量和先进封装的过程控制。例如，Applied Materials强调基于真空的转移在其最新工艺控制解决方案中的重要性，指出测量重复性的改善和粒子引起的产量损失的减少。
展望未来，预计未来几年将进一步推动VTM模块的标准化和互操作性，支持灵活的工具集群和更自主的制造环境。随着设备的小型化，包括全围栅（GAA）FET和3D NAND，将继续推动基于VTM的测量硬件和软件集成的创新。随着行业向2nm及更小尺寸发展，VTM解决方案预计将更加成为半导体测量工作流中实现所需精度、清洁度和通过率的关键。
工厂环境中的集成挑战和解决方案
在晶圆制造环境中，基于真空传输模块（VTM）的半导体测量系统的集成是一个快速发展的领域，特别是当芯片制造商推动更高的通过率和在先进节点下更严格的工艺控制时。核心挑战在于如何在自动化程度高、空间限制的洁净室中无缝整合基于VTM的测量，同时满足可靠性、污染和数据集成的要求。
一个突出的问题是需要在晶圆在工艺和测量工具之间转移时维持超高真空条件。VTM对于减少污染风险至关重要，但其集成增加了系统的复杂性和占地面积。近期的解决方案集中在模块化的VTM设计和改进的机器人技术上，实现灵活部署，并对工厂布局造成最小干扰。例如，Lam Research推出了紧凑型、兼容集群工具的VTM平台，支持蚀刻和测量模块，帮助晶圆厂减少设备占地面积和处理步骤。
数据互操作性是另一个挑战，基于VTM的测量系统生成的大量异构数据集必须与全厂的制造执行系统（MES）和先进过程控制（APC）平台进行同步。领先设备制造商，如KLA 公司，正在开发标准化的数据接口和边缘计算解决方案，以促进在工具级别的安全实时分析，提高工艺反馈并减少周期时间。
另一个集成障碍是维护工具在连续生产的恶劣条件下的正常运行时间和可靠性。创新性的预测性维护——利用物联网传感器和人工智能驱动的诊断——正在被部署，以监测VTM的健康状况并预防性地解决故障。Applied Materials最近扩大了对基于VTM的测量集群的远程监控能力，报告称非计划停机和服务干预的可测量减少。
展望2025年及以后的未来，向超越摩尔应用（例如，先进封装、异构集成）的过渡将需要更加灵活的基于VTM的测量系统。行业合作，如SEMI主导的合作，正在努力开发工具通信和互操作性的开放标准，旨在简化基于VTM的集成，跨越不同的工艺流程。当晶圆厂在小于5nm节点和3D结构中追求更高的产量和效率时，灵活且可靠地集成基于VTM的测量将成为关键的竞争差异化因素。
2029年前市场预测：增长、细分市场和区域
基于VTM的半导体测量市场预计将在2025至2029年间实现显著扩张，这是由于半导体制造行业快速采用先进过程控制解决方案。虚拟测量（VTM）利用机器学习和过程数据实时预测关键的晶圆参数，减少对缓慢、昂贵的物理测量的依赖，从而实现更高的通过率和产量。这一技术转变在芯片制造商向5nm以下节点转移并部署3D架构时正获得动力，这些架构需要更严格的工艺控制和更复杂的测量解决方案。
根据领先半导体设备供应商的最新公开声明和路线图，预计VTM与传统测量工具的整合将在逻辑和存储晶圆厂中普遍存在。Applied Materials强调VTM在先进过程控制策略中的重要性，特别是在新的晶体管结构和EUV光刻方面，预计基于软件的测量将成为到2026年下一代晶圆厂的一个基石。同样，KLA 公司强调其测量组合中基于VTM的平台的持续开发，预计领先的代工厂和集成器件制造商的采用将强劲增长。
市场细分显示，逻辑制造——由AI、高性能计算（HPC）和移动应用的先进节点驱动——将是基于VTM测量解决方案的最大采用者。存储晶圆厂，特别是那些生产3D NAND和DRAM的厂商，在工艺复杂性上升的背景下，预计也将增加对VTM的投资。在区域上，亚太地区将继续是主导市场，因为该地区拥有在台湾、韩国和中国设有的领先晶圆厂。像台积电和三星电子等公司正在积极整合先进的测量方法，以保持在领先边缘的竞争力。
展望2029年，竞争格局可能会出现设备制造商与软件供应商之间的更多合作，因为VTM的数据驱动方法需要与晶圆厂自动化和过程控制系统无缝集成。“智能工厂”模型的转变——结合人工智能、大数据和VTM——将进一步加速采用。因此，预计全球基于VTM的半导体测量市场将在2029年前实现强劲的两位数增长，其中亚太地区领先，北美和欧洲其次，随着先进制造节点的增加和新晶圆厂的上线。
战略伙伴关系和行业合作
VTM（虚拟测试测量）在半导体制造中的兴起正推动一波战略伙伴关系和行业合作，因为芯片制造商和设备供应商试图加速过程控制并提高先进节点的产量。在2025年，将VTM集成到晶圆厂环境中是由结合测量专业知识与人工智能、数据分析和工艺设备的先进合作所推动的。
基于VTM测量的关键参与者，如KLA 公司和Applied Materials，正在与领先的半导体代工厂和集成器件制造商(IDMs)建立合作关系，共同开发针对低于5nm和新兴3D结构的虚拟测量解决方案。例如，KLA 公司已与主要逻辑和存储制造商宣布合作，以在大规模生产中部署人工智能驱动的虚拟测量，利用实时过程和传感器数据更准确地预测关键尺寸和缺陷率。
与此同时，设备供应商正在与软件公司合作，将VTM算法嵌入工艺工具中。市场领先的光刻供应商ASML正在与过程控制和分析公司合作，直接将虚拟测量模块集成到其扫描仪和检测平台中，提高EUV和先进DUV节点的在线监测能力(ASML)。这样的合作旨在为晶圆厂提供预测控制和反馈回路，以减少测量负载、缩短周期时间并提高总体产量。
行业联盟和研发合作也在促进VTM方法的发展和标准化。像SEMI和imec这样的组织正在领导联合项目，将芯片制造商、工具供应商和分析提供商汇聚在一起，以建立VTM最佳实践，确保在异构晶圆厂环境中的互操作性（imec）。这些合作对行业过渡到高混合、低产量的生产和异构集成至关重要，单靠传统测量无法扩展。
展望未来几年，这种跨行业的伙伴关系预计将加剧，重点将集中在标准化数据格式、改善模型可转移性，以及将VTM覆盖扩展到新材料和工艺流程上。随着半导体复杂性的增加，通过战略联盟促进的集体创新将对维持产量改进和在先进制造中的竞争差异化至关重要。
监管、标准和质量影响
随着基于VTM（真空传输模块）的半导体测量在先进芯片制造中变得越来越重要，监管框架和行业标准也在迅速发展，以确保全球供应链的质量、互操作性和安全。在2025年，向小于3nm节点和复杂的3D结构的转变使得健全的测量标准的重要性加剧，因为即使是微小的工艺偏差也可能影响器件的产量和可靠性。
主要国际标准机构如SEMI正积极更新与VTM接口、洁净度、污染控制和数据交换协议相关的规范。例如，SEMI E84和E87标准，这些标准管理自动化材料处理系统和基板跟踪，正被重新审视，以应对在智能制造环境中整合越来越复杂的基于VTM的测量工具。此外，蔡司半导体制造技术和KLA 公司与标准组织合作，定义工具之间通信和在线测量数据互操作的最佳实践，这对高产量晶圆厂中的实时过程控制至关重要。
质量保障至关重要，因基于VTM的系统通常在真空环境中处理超干净的晶圆，以防止颗粒污染。像Brooks Automation和ULVAC等制造商正在认证其VTM模块，以满足或超过最新的SEMI F47（电压短路免疫）和SEMI S2（安全指引）标准，确保操作稳定性并最小化污染风险。这些认证正受到主要代工厂和集成器件制造商（IDMs）的日益要求，他们在采用新的测量平台之前，要求严格的资格数据。
展望未来，预计监管环境将进一步收紧，特别是关于基于VTM的测量系统中的数据完整性和网络安全。随着测量工具和工厂自动化系统之间的连接性和数据流量增加，安全数据处理和可追溯性的标准——如SEMI E30（GEM）和SEMI E133（数据收集管理）——预计将得到更严格的执行和增强。此外，环境监管，如美国环境保护署（EPA）主导的真空泵废气和能耗法规，可能会影响未来VTM设备的选择和操作实践。
总之，2025年标志着对基于VTM的半导体测量的监管审查和标准化加剧，行业利益相关者紧密合作，以确保技术进步与强有力的质量和合规框架相匹配。
未来展望：潜在扰动和长期机会
展望2025年及以后的未来，基于VTM（虚拟测试测量）的半导体测量的发展轨迹表明对行业的重大扰动及新的长期机会。随着器件架构日益复杂——受到3nm等先进节点和3D结构普及的驱动——传统的测量方法越来越面临提供准确、非破坏性和经济高效过程控制的挑战。VTM利用人工智能、机器学习和高保真仿真补充或替代直接物理测量，正处于满足这些需求的有利位置，并在全球晶圆厂重塑过程控制策略。
主要行业参与者正积极推进VTM技术。例如，Lam Research已经将虚拟测量能力整合到其设备组合中，强调预测过程控制和产量提升。类似地，Applied Materials突出了利用人工智能驱动的分析和虚拟传感器提供实时洞察的使用，减少测量工具的负荷和周期时间。这些举措预计到2025年将进一步成熟，在高产量制造环境中实现更广泛的应用。
预计的主要扰动是，从大量在线测量采样向选择性、数据驱动的方法过渡，由VTM驱动。这一转变可能会显著降低晶圆测量成本——历史上这是领先晶圆厂的一项主要开支，同时使得对工艺变异的更精细控制成为可能。因此，晶圆厂可能会实现更高的产量和对新型器件代际的更快生产能力。此外，基于VTM的过程发展将更为灵活，因为虚拟反馈回路会加快学习周期，让工艺配方的快速调整基于模拟结果，而不是耗时的经验测试。
挑战仍然存在，特别是在模型验证和与现有制造执行系统的稳健集成方面。行业合作——如SEMI和imec等组织所促进的合作——对设定互操作性标准和最佳实践至关重要，这将确保VTM在不同工具集和工艺节点中的可扩展性。
展望长期，随着人工智能、数字双胞胎和全厂数据基础设施的进步，VTM预计将与之共同发展。随着预测精度提高，VTM可能为实现“无人工”晶圆厂铺平道路，在这种晶圆厂中，绝大部分的过程控制将是由系统自主管理和优化的。最终，基于VTM的测量的集成可能成为半导体制造商在成本、质量和市场推向时间方面的竞争差异化因素，直到本十年末及以后的未来。
来源与参考资料
