התעשייה מעכבת את הייצור בפרוסות של 450 מ"מ, אבל מאגד Metro450 נחשב לסיפור הצלחה

16 מרץ, 2016

לקראת שנתו האחרונה של מאגד Metro450 הישראלי, מתברר שהטכנולוגיות החדשות שפיתח ייכנסו לקווי הייצור הקיימים של 300 מ"מ. הייצור בפרוסות סיליקון של 450 מ"מ הולך ומתרחק

בכינוס השנתי של מאגד Metro450 התברר שהתעשייה מעכבת את הייצור ב-450 מ"מ. אולם הטכנולוגיות החדשות שפותחו בישראל ייכנסו לקווי הייצור הקיימים של 300 מ"מ

בחודש שעבר ניתן היה לפגוש בטכניון כמה מהמומחים המובילים בעולם בבדיקת תהליכי ייצור שבבים (מטרולוגיה). הם הגיעו מהאקדמיה בארץ ומחברות המטרולוגיה הפועלות בישראל, כדי לסכם ארבע שנות פעילות של מאגד Metro450, הנכנס כעת לשנת פעילותו האחרונה.

המאגד הצליח ליצור שיתוף פעולה טכנולוגי כמעט חסר תקדים בין חברות כמו אפלייד מטיריאלס, נובה, אינטל, ג'ורדן ואלי ועוד. הוא פועל בתמיכה מאסיבית של חברת אפלייד מטיריאלס, מרוכז על-ידי יורם עוזיאל, דירקטור לטכנולוגיות חדשות בחברת אפלייד מטיריאלס, ומנוהל על-ידי מנחם שובל, יו"ר המאגד.

ראש תוכנית מגנ"ט במשרד המדען הראשי, אילן פלד, אמר שהמאגד נמצא באמצע השנה הרביעית שלו. "נשארה לו שנה וחצי של עבודה, וזה הזמן להתחיל לסגור פעילויות ולהטמיע את התגליות שהושגו בעקבות פעולתו". מנחם שובל הסביר שהמאגד הוקם במטרה לשפר את יכולות הייצור ולסייע לתעשייה לעבור לייצור שבבים בפרוסות סיליקון בקוטר של 450 מ"מ.

"כיום לא ברור מתי המעבר יהיה כדאי לתעשייה, אולם תוך כדי עבודה על שיטות מטרולוגיה ב-450 מ"מ, פיתחנו כלים המשפרים את הייצור בתהליכים הנוכחיים של 300 מ"מ ולא רק בתחום המטרולוגיה, אלא ברמת הפאב כולו".

חיפוש בתוך 10 בחזקת 13 פיקסלים

מנהל המו"פ בחברת אפלייד מטיריאלס ישראל (Applied Materials), אורי צרפתי סיפר שחברת אפלייד מטיריאלס מתמקדת בגילוי מוקדם של תקלות בתוך הווייפרים באמצעות שתי משפחות של מוצרים: מערכות לאיתור תקלות, ומערכות לגילוי מאפייני התקלות. אנחנו רואים שהמעבר של התעשייה ל-450 מ"מ מתעכב, ובחברה האטנו את הפיתוח בתחום הזה.

"היום השבבים מאוד צפופים ותלת מימדיים, ובמקרים רבים אנחנו רואים ייצור של טרנזיסטורים בשכבות. כיום התעשייה מתמקדת ב-10 ננומטר ועד לסוף העשור נראה רכיבים בגודל של 5 ננומטר. פירוש הדבר שהליתוגרפיה תתבסס על קרינת אור באורכי גל של Extreme UV. כיום יש לנו מערכות לסריקת אות הלייזר שמצליחות לספור פוטונים ברזולוציה של עשרות. חטיבת הפיתוח שלנו מעסיקה כ-500 אנשים, מחציתם בתחומי התוכנה והאלגורתמים, כ-100 מתוכם עוסקים בעיבוד תמונה ובעיבוד עתיר ביצועים (HPC).

"אנחנו צריכים לבצע את הבדיקה בתוך פחות מחצי שעה ולזהות את הפגם בסביבה רועשת מאוד. מבחינת מערכת הבדיקה, בווייפר יש כיום 10 בחזקת 13 פיקסלים, שמתוכם רק 100 פיקסלים עשויים לבטא בעיה – ולא כולם מבטאים בעיה אמיתית. לכן מיחשוב עתיר ביצועים הוא אחד מהדגשים החשובים שלנו. בין השאר אנחנו משתמשים באלוגריתמים למידה עמוקה (Deep Learning), ומאמנים את המכונות כדי לייעל את כל התהליך.

מהפיכת מיחשוב: עיבוד של שנה בתוך חמש שניות

הטכנולוג הראשי של נובה (Nova) שי וולפינג, אמר ששיפור הפרודוקטיביות בקו דורש מכונות מהירות יותר, דגימה חכמה וניצול של מידע הקיים כבר בפאב. "נובה מבצעת מדידה של מדדים קריטיים (Critical Dimension) בשיטת אופטיות (Optical CD). מקרינים עצם מחזורי באמצעות מקור אור רחב סרט ומנתחים את תופעות העקיפה. אנחנו מניחים שאנחנו יודעים כיצד הרכיב נראה וכיצד ייראה הפסקטרום שלו, באמצעות תהליך של שינוי פרמטרים והשוואה חוזרת בין הספקטרום שהתקבל לבין המודל, אנחנו מקבלים את הפרמטרים הנמדדים.

"רכישת חברת ריברה בשנת 2014 הוסיפה לנו יכולת מדידה של החומרים באמצעות קרינת X-ray. אנחנו מקרינים את החומר והוא משחרר אלקטרונים שתכונותיהם ייחודיות לכל חומר. בנוסף, אנחנו מגלים גם פליטת פוטונים המספקת מידע על מבנה הרכיב. במעבר של התעשייה מייצור ב-40 ננומטר לייצור ב-10 ננומטר הוכפל מספר המדידות המטרולוגיות בתהליך הייצור.

"כעת מתחיל ייצור של רכיבים תלת-מימדיים כמו למשל זיכרונות flash NAND ורכיבים באמצעות טרנזיסטורי FinFET. אם בטרנזיסטור שטוח ביצענו 4-5 מדידות לכל טרנזיסטור, ברכביים מבוססי FinFET אנחנו מבצעים עשרות מדידות לכל טרנזיסטור. לדעתנו, בקרת תהליך הייצור הופכת למשימה הכוללת גם מדידות וגם בקרת חומרים, ויש צורך לשלב בין בדיקות אופטיות לבין בדיקות מבוססות X-ray.

"לכן יש חשיבות גדולה בשיתופי פעולה. במסגרת מאגד מטרו-450 ביצענו שיתוף פעולה עם הטכניון ועם חברת אפלייד מטיריאלס שבמסגרתו נבחנו ארכיטקטורות מיחשוב, בוצעה אופטימיזציה של האלגוריתמים ושיפור המיחשוב המקבילי. בזכות זאת יצרנו ארכיטקטורת מיחשוב חדשה המאפשרת לבצע פעילות דמויית ענן המשרתתת את כל כלי המטרולוגיה של הלקוח. לשם המחשה, בדיקת רכיב זיכרון NAND שדרשה שנת עיבוד עד לפני חמש שנים – נעשית היום בתוך 5 שניות".

תעשייה ישראלית המחזיקה בשליש מהשוק העולמי

במהלך המושבים הטכניים של הכנס הוצגו רעיונות חדשים עבור טכנולוגיות מטרולוגיה עתידיות, אשר יכולות לשפר את תהלייך הייצור בתעשיית השבבים בלא קשר לקוטר פרוסת הסיליקון. בהן: טכניקות לביצוע דגימה חכמה, עיבוד זמן-אמת באמצעות נתונים זורמים ועוד, וטכנולוגיות חדשות שהוצגו על-ידי פרופ' מוטי שגב מהטכניון, המיועדות לשפר את הביצועים של מיקרוסקופים אלקטרוניים באמצעות אלגוריתמים מפתיעים.

תעשיית המטרולוגיה הישראלית נחשבת לאחת מתעשיות ההייטק המתקדמות בעולם. סקר מיוחד של מכון נאמן בטכניון שהוכן עבור המפגש של המאגד, מלמד שההתרשמות מבוססת על נתונים ממשיים. להערכת החוקר אליעזר שיין, תעשיית המטרולוגיה הישראלית מעסיקה כיום יותר מ-2,600 עובדים ובעלת היקף מכירות של כ-1.37 מיליארד דולר בשנה (בערך שליש מכל שוק המטרולוגיה העולמי).

מדובר באחת מתעשיות ההייטק הצומחות היחידות של ישראל: בשנת 2010 היא העסיקה 1,780 עובדים ומאז צמח ב-52%. כיום היא תורמת יותר מ-10% מהייצוא הישראלי של טכנולוגיות עלית. מדובר בהתעשייה המאופיינת בהוצאות מו"פ גדולות מאוד, המגיעות לכ-25%-30% מהמכירות. הוא העלה סוגייה מעניינת ביחס לשנים הבאות: "שוק המטרולוגיה העולמי צפוי להגיע להיקף של כ-5.1 מיליארד דולר בשנת 2020, וחלקה של ישראל צפוי להיות כ-36% מהשוק העולמי. כלומר יש מקום למשהו חדש שיספק צמיחה לתעשייה".

השלב הבא: "תביאו עוד חצי מיליארד דולר"

איציק מזור, שהוא מייסד ומנכ"ל חברת ג'ורדן ואלי שנימכרה באוקטובר 2015 לברוקר הגרמנית, מסכים עם שיין: "בשנות ה-90 תפסנו 10% משוק המטרולוגיה העולמי, בשנות ה-2000 הגענו ל-20% וכיום אנחנו מחזיקים בכ-35% מהשוק העולמי. המטרה שלנו לעשור הקרוב היא להגדיל את הייצוא בעוד חצי מיליארד דולר. השלב הבא צריך להתבסס על שיתופי פעולה עם אסיה. הסינים, היפנים והקוריאנים פתוחים לזה. אם נצליח בכך, זה יהיה סיפור הצלחה לעוד דור".

ביחס למטרה המקורית של המאגד, שהיא פיתוח טכנולוגיות לייצור שבבים בפרוסות סיליקון של 450 מ"מ, שיין לא צופה התפתחויות דרמטיות: "הקמת מערך ייצור של 450 מ"מ היא פעולה יקרה מאוד בעלות של כ-15-17 מיליארד דולר לכל פאב. לכן אולי שלוש חברות בלבד יקימו מפעלי ייצור כאלה".

יו"ר המאגד, מנחם שובל, לא שלל את ההערכה: "בשנת 2012 חשבו בתעשייה שהפאב הראשון ייכנס לייצור ב-2020. אולם בשנת 2014 הכלכלה העולמית נכנסה לקיפאון, הפאבים לא מלאים והתעשייה לא צמחה. לכן כל התהליך מתעכב וכיום מעריכים שהמתקנים הראשונים יהיו מוכנים לייצור ב-2023.

"למרות זאת, הושגו פריצות דרך טכנולוגיות שישפיעו על תהליכי הייצור הקיימים היום בתעשייה: פיתחנו תהליכים מהירים ומדוייקים יותר, מנוע פיאזו אלקטרי חדש לשליטה במכונות הבדיקה, פיתחנו טכניקות לשיפור הטיפול בווייפר ללא מגע, פותחו טכניקות של Adaptive Sampling לקיצור זמני המדידה, פרוסת קליברציה, שיטות לבקרה טובה יותר של זרימת האוויר בתא המדידה, ועוד. כעת אנחנו נמצאים בשלב ההתכנסות: הכנת הטכנולוגיות לשימוש בתעשייה".

שיתוף פעולה אקדמיה תעשייה

להערכת שובל, אחד מסודות הצלחה של המאגד הוא בשיתוף הפעולה עם האקדמיה. "כ-20% מתקציב המאגד מופנים לאקדמיה: 19 פרופסורים מארבע אוניברסיטאות מקבלים מענקי מחקר ועובדים עם מהנדסי החברות על פרוייקטים ספציפיים.

"במיפגש הציגו פרופ' בוכר ופרופ' מנדלסון מהטכניון, פרופ' שמשוני מחיפה ופרופ' אבידן מתל-אביב, את מחקריםהם עבור המאגד. פרופ' מוטי שגב מהטכניון (חתן פרס ישראל בפיזיקה לשנת 2014), הפתיע עם מחקר מרתק על שיפור הרזולוציה מעבר למגבלות האופטיות. שאר המחקרים ושיתופי הפעולה עם החברות הוצגו בפוסטרים בכינוס".

למידע נוסף: מאגד Metro450

פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס

פורסם בתגיות: featured