במבט מבחוץ, חוק מור בגרסתו המקורית יוצא מהמחזור. החוק המתייחס להכפלת מספר הטרנזיסטורים בשבבים מתקדמים בכל 18 חודשים, כבר כמעט ואינו מתקיים. המעבר לגיאומטריות קטנות כמו 7 ננומטר ו-5 ננומטר נעשה קשה יותר ודורש זמן פיתוח והיערכות ארוך מבעבר. אלא שהתעשייה מתפתחת במימדים נוספים, לא רק בגודל, ומציבה אתגרים חדשים בפני מערכות הבדיקה והמדידה בקווי הייצור ובמעבדות הפיתוח.

"השינויים בתעשיית ייצור השבבים מחייבים אותנו לפתח טכנולוגיות שהיה נדמה שהן בלתי אפשריות עד לאחרונה", הסביר ל-Techtime מנהל הטכנולוגיות ושיתופי הפעולה האסטרטגיים בחברת אפלייד מטיריאלס ישראל (PDC), ד"ר דורון משולח. "אנחנו רואים למשל שכבר היום יש מעבר למבנים תלת-מימדיים: יצרני זכרונות החלו לייצר מבנים הכוללים כמה עשרות תאי זיכרון אחד על השני וגם הטרנזיסטורים עצמם הפכו לתלת-מימדיים, עם הופעתם של טרנזיסטורי FinFET, במטרה להגדיל את מספרם בשטח נתון. כעת מדברים בתעשייה על ייצור של טרנזיסטורים ישירות אחד על-גבי השני.

"תעשיית המטרולוגיה (מדידה מדויקת ובקרת הייצור של שבבים מתקדמים) תצטרך לספק מענה להתפתחויות האלה. בישראל הדבר חשוב במיוחד, בזכות המעמד שלנו בתעשייה הזאת. ישראל היא מעצמה טכנולוגית עולמית בתחום המטרולוגיה לתעשיית השבבים, ואנחנו חייבים לשמור על המעמד הזה. המטרה של מאגד השבבים הישראלי MDM, היא לחקור ולבחון היתכנות טכנולוגית של רעיונות חדשים וטכנולוגיות תשתיתיות, שיאפשרו לתעשייה הישראלית להביא לשוק מוצרים חדשים ולשמור על מעמדה בתחום".

גם פיסיקאי וגם מנהל

ד"ר דורון משולח הצטרף לחברת אפלייד מטיריאלס ישראל (Applied Materials) בשנת 2002 לאחר שסיים את לימודי הדוקטורט בפיסיקה במכון וייצמן בתחום האופטיקה האולטרה-מהירה ואינטראקציה בין אור לחומר. במסגרת המחקר הוא פיתח ובנה מכשיר לייזר רב-עוצמה המייצר פולסים קצרים באורך של מספר פמטו-שניות ושיטות למדידה שלהם. במרכז הפיתוח והייצור הישראלי של אפלייד הוא עסק במחקר בסיסי וניהל קבוצת מחקר בתחום המיקרוסקופיה. בהמשך, שימש כמנהל מוצר והיה אחראי על ניהול מוצר מורכב לאיתור פגמים ולבקרת ייצור שבבים  אצל לקוח מרכזי.

לפני מספר חודשים הוא מונה לתפקיד מנהל הטכנולוגיות ושיתופי הפעולה האסטרטגיים של אפלייד מטיריאלס ישראל, אשר אחראית על פיתוח וייצור מערכות המטרולוגיה והבדיקה של החברה העולמית. הפעילות של החברה בישראל מתמקדת בעיקר שני תחומים מרכזיים: מכונות המבוססות על מיקרוסקופים אלקטרוניים המשמשות לאיפיון פגמים ולביצוע מדידות של גדלים קריטיים בתהליך הייצור של שבבים, ומכונות המבוססות על מיקרוסקופים אופטיים לסריקה מהירה של פרוסות סיליקון ומסכות ליתוגרפיה למציאת פגמים ובקרת תהליך הייצור וההדפסה של שבבים.

מיקרוסקופים אלקטרוניים הם בעלי רזולוציה גבוהה מאד אבל איטיים יחסית, ומערכות אופטיות הן מהירות מאוד אבל בעלות רזולוציה נמוכה יותר. לדברי משולח, נקודת העבודה האופטימלית בין הרזולוציה לבין המהירות נקבעת על-ידי כל לקוח בנפרד, בהתאם לצרכים הייחודיים שלו.

שיתוף פעולה ישראלי

מאגד השבבים הישראלי MDM – Multi Dimensional Metrology, התחיל לפעול בחודש יולי 2017, ובשבוע שעבר סיכם את שנת הפעילות הראשונה שלו בכנס טכנולוגי של חברי המאגד. המאגד עוסק במחקר ופיתוח טכנולוגיות מדידה ובקרת תהליכים בתעשיית השבבים, המבוססות על היתוך מידע המגיע ממקורות רבים, תוך כדי שיתופי פעולה בין החברות והאקדמיה. הוא הוקם ביוזמת חברת אפלייד מטיריאלס ישראל (Applied Materials Israel)  ויו"ר המאגד היום הוא ד"ר משולח. היו"ר המקים של המאגד היה יורם עוזיאל שפרש לאחרונה מהחברה.

המאגד פועל במסגרת תוכנית מגנ"ט ברשות החדשנות. החברות המשתתפות במאגד הן אפלייד מטיריאלס ישראל מרחובות, NOVA Measuring Instruments מרחובות המספקת ציוד למדידת מדדים קריטיים בטכנולוגיות אופטיות ואחרות, חברת Bruker (לשעבר ג'ורדן ואלי) המפתחת מערכות מטרולוגיה מבוססות X-ray, חברת El-Mul מנס ציונה המייצרת גלאים לתעשיית הננו-אלקטרוניקה וגם חברת אינטל.

 

משתתפים נוספים הם חברת Nanomotion  מיוקנעם המפתחת מערכות שינוע בדיוק ננומטרי, חברת Nanonics Imaging הירושלמית המספקת טכנולוגיות מדידה מדויקות באמצעות קירבה אל המשטח הנמדד (Atomic Force Microscope),  וחברת המחשבים Dell EMC. קבוצות המחקר האקדמיות המשתתפות במאגד מגיעות מהטכניון, מאוניברסיטת בן-גוריון, מאוניברסיטת תל-אביב, מאוניברסיטת בר-אילן מהאוניברסיטה העברית וממכון וייצמן למדע.

ארבעת עמודי התווך של תעשיית המטרולוגיה העתידית

משולח: "במאגד פועלות ארבע קבוצות עבודה המפתחות את הטכנולוגיות של הדור הבא, שיאפשרו לתעשיית המטרולוגיה הישראלית לשמור על היתרון שלה בשוק הזה. הקבוצה הראשונה חוקרת שיטות חדשות לאפיון וניתוח חומרים המשמשים בתעשיית השבבים. המטרה היא לקבל מידע כמו המבנה הפנימי של פרוסת הסיליקון במהלך הייצור, ותכונות כמו סוג החומר ומבנה השכבות. פיתוח כזה יאפשר לנו לספק יכולות חדשות באמצעות מדידות לא הרסניות.

"קבוצת העבודה השנייה בודקת שיטות חדשות להדמייה של מבנים על פרוסת הסיליקון. המחקר מתבצע בשילוב מגוון שיטות, כמו קרני רנטגן, מיקרוסקופיה אלקטרונית, מיקרוסקופיה של שדה קרוב, מערכות אופטיות ועוד. אנחנו מחפשים דרכים חדשות לאתר פגמים בייצור. רעיון שאנחנו בודקים הוא שילוב מידע המגיע ממספר שיטות מדידה שונות, בכדי  לקבל תובנות חדשות ומידע חדש על הפרוסה. בעולם האופטי, למשל, אנחנו מנסים לעצב את כתם האור הפוגע בפרוסת הסיליקון, באופן שתיווצר אינטראקציה טובה יותר בין האור ובין החומר. אנחנו גם בודקים היתכנות למקורות אור חדשים באורכי גל קצרים, כמו למשל, 100-200 ננומטר, מתוך מטרה לקבל רזולוציה גבוהה בקרינה שאינה הרסנית".

ארכיטקטורות מחשוב חדשות

"קבוצת העבודה השלישית מתמקדת באלגוריתמיקה וארכיטקטורות תוכנה לעיבוד המידע. אנחנו חוקרים מספר תחומים במקביל כדי לשפר את יכולות הסיווג האוטומטית של פגמים המתגלים על הפרוסה, כדי להבין טוב יותר את אופי הפגמים והסיבות למקורם. במסגרת הזאת אנחנו בודקים רעיונות כמו שילוב בין סנסורים המאפשרים להשתמש במידע קיים ושאינו מנוצל, שימוש בטכנולוגיות Big Data כדי למצוא קשרים בין מדידות מסוגים שונים וגם חוקרים ארכיטקטורות מחשוב חדשות: למשל, כיצד לאסוף את המידע המגיע ממספר מכונות שונות בקו הייצור וכיצד לנהל את כל המידע הזה.

"קבוצת העבודה הרביעית מתמקדת בהיבטים מערכתיים מכניים. צריך לזכור שככל שקטן גדלו של הטרנזיסטור, יש צורך במערכות בעלות יציבות והדירות מכנית גבוהה ביותר.  אנחנו בודקים את ההיתכנות של רעיונות חדשים, כמו למשל הכנסת מיקרוסקופ מסוג AFM מהיר מאוד אל קו הייצור עצמו, והדבר מחייב מערכות מכניות מדוייקות ויציבות ברמה של תת-ננומטר. פעילות המאגד מאפשרת לקדם גם חברות קטנות ובינוניות, וכן להגדיל את מאגר כוח האדם בישראל העוסק במטרולוגיה ולחשוף אליו סטודנטים וחוקרים מהאקדמיה".