אפלייד מטיריאלס פיתחה גישה חדשה לבקרת ייצור שבבים

חברת אפלייד מטיריאלס ישראל (Applied Materials), אשר אחראית לתחום מערכות בקרת הייצור (Process Diagnostics and Control) של שבבים בחברת אפלייד מטיריאלס העולמית, חשפה תפישה חדשה (Playbook) של תהליך הבדיקות והבקרה אחר תהליכי ייצור, המבוססת על יצירת ביג דטה, הפעלת מערכת בינה מלאכותית לומדת, וחידוש טכנולוגי בתחום מערכות הבדיקה האופטית. הגישה החדשה פותחה בחברה במהלך חמש השנים האחרונות והמערכות הראשונות נמסרו ללקוחות.

המערכת מבוססת על מערך הבנוי משלושה מרכיבים מרכזיים: מיקרוסקופ אלקטרוני חזק ממשפחת SEMVision הנחשב למערכת ה-eBeam המתקדמת בעולם מסוגה, מערכת Enlight לבדיקה אופטית של פרוסות הסיליקון (Wafer) תוך כדי הייצור, ומערכת מחשוב חדשה, ExtractAI, המבוססת על מחשב מהיר שפותח בחברה, הכולל אלגוריתמים מתקדמים ותוכנת בינה מלאכותית ייעודית.

מערכת הבדיקה האופטית מייצרת סריקה מהירה וכללית של פרוסת הסיליקון, מערכת הבינה המלאכותית מזהה אזורים חשודים כבעייתיים ומפנה אליהם את המיקרוסקופ האלקטרוני לבדיקה נקודתית ברזולוציה גבוהה. התוצר חוזר אל מערכת המחשוב הלומדת, אשר מזהה את התופעות שניצפו ומסווגת את הפגמים שהתגלו.

סגן נשיא אפלייד מטיריאלס ישראל, רפי בן-עמי. "לפני חמש שנים זיהינו מגמה חדשה בתעשייה"
סגן נשיא אפלייד מטיריאלס ישראל, רפי בן-עמי. "לפני חמש שנים זיהינו מגמה חדשה בתעשייה"

סגן נשיא ומנהל קבוצת המוצרים בחברת אפלייד מטיריאלס ישראל, רפי בן-עמי, סיפר ל-Techtime שהעבודה על התהליך החדש החלה בשנת 2015, לאחר שהחברה זיהתה מגמות חדשות בתעשייה הדורשות תהליכי בדיקות וניתוח מסוג חדש. בן-עמי: "תהליך הייצור נעשה מסובך יותר: נכנסו חומרים חדשים, התבצע מעבר למבנים תלת ממדיים, הטכנולוגיות הממוזערות החדשות דורשות שימוש ביותר מסיכות ונעשה מעבר מ-Single Patterning ל-Multi Patterning. כל אלה מגדילים משמעותית את מספר השלבים ואת הסיבוכיות של תהליך הייצור. התוצאה היא שקשה יותר לזהות את הפגמים הקטלניים. בנוסף, אירועי ייצור שבעבר נחשבו לקבילים – יכולים כיום 'להרוג' את המעבד".

בינה מלאכותית וביג דטה

"החלטנו לפתח גישה חדשה המבוססת על יצירת ביג דטה ומערכת לימוד מכונה, מכיוון שהפקת תובנות מביג דטה היא אחת מהדרכים היעילות ביותר להתמודד עם סיבוכיות גבוהה. בשלב הראשון היה צורך במערכת המייצרת כמות גדולה של מידע. לצורך זה פיתחנו את מערכת Enlight לבדיקת פרוסות הסיליקון (Optical Wafer Inspection).

"זוהי מערכת יוצאת דופן מכיוון שהצלחנו לשפר את השליטה בכיווניות האור, להאיר אזורים קטנים יותר ולשלב בתוכה שני גלאים הפועלים במקביל ומאפשרים איסוף אור משתקף ואיסוף אור מתפזר (Darkfield ו-Brightfield), ועל-ידי כך להפיק הרבה יותר מידע בכל ריצה. המידע הזה, בהיקפים של Giga Pixels, מועבר בזמן אמת למערך המחשוב שפיתחנו, המבוסס על שילוב של מעבדי GPU, CPU ו-DSP, אשר מריץ את מערכות עיבוד המידע ואת תוכנת הבינה המלאכותית ExtractAI".

"התוכנה מייצרת בזמן אמת מפת פגמים איכותית ומידע לפעולה (Actionable Data) בעזרת המיקרוסקופ האלקטרוני SEMVision G7, אשר גם שימש כדי לאמן אותה. הבדיקה האופטית היא מהירה מאוד אבל הרזולוציה שלה לא מאפשרת לבצע סיווג פגמים. הרזולוציה של המיקרוסקופ האלקטרוני גבוהה פי 100, ומאפשרת סיווג פגמים מדויק – אולם הוא איטי פי 1,000. לכן המערכת האופטית אחראית על גילוי אתרים חשודים, אשר נבדקים על-ידי המיקרוסקופ האלקטרוני. הוא מחזיר את המידע למערך המחשוב, שם המידע מנותח על-ידי תוכנת ExtractAI, אשר מפיקה מפה נקייה של תקלות מסווגות".

התוכנה לומדת להתעלם מ"רעשים"

"זוהי מערכת משתפרת: לאחר האימון הראשוני היא לומדת כל אירוע חדש המתגלה בקו הייצור. זהו הפתרון היחיד בתעשייה שמכיל את הבינה הדרושה לא רק כדי לזהות ולסווג פגמים קריטיים, אלא גם להסתגל לשינויים בתהליך בזמן אמת. היא פותרת את הבעיה הקשה ביותר בבדיקת איכות פרוסות הסיליקון: היכולת להבחין במהירות ובמדויק בין פגמים ממשיים לבין מיליוני אותות חסרי משמעות (רעש). לכן  אנחנו מתכננים להטמיע את ExtractAI גם במערכות נוספות שלנו".

הקונספט החדש והמפתיע מסביר מדוע נשיא ומנכ"ל אפלייד מטיריאלס העולמית, גארי דיקרסון, העריך לאחרונה שפעילות בקרת הייצור (Process Diagnostics and Control) שעליו אחראית אפלייד ישראל, תצמח ב-2021 ביותר מ-25%, "הודות למוצרי בדיקות אופטיות ו-eBeam הנמצאים נמצאים בשלבים הראשונים של אימוץ". בן-עמי: "מערכת Enlight היא מהמוצרים המוצלחים שלנו גם לפני הוספת ExtractAI. היא יצאה לשוק ב-2019 ועד לרבעון הראשון השנה הסתכמו מכירותיה ביותר מ-400 מיליון דולר. זהו קצב החדירה לשוק המהיר ביותר של מערכת שלנו".

יותר מ-100 משרות פנויות בישראל

"מערכת SEMVision היא המערכת המובילה בשוק לבדיקות eBeam כבר יותר מ-20 שנה, עם כ-1,500 מערכות המותקנות אצל יצרני שבבים בעולם". חברת אפלייד מטיריאלס ישראל פועלת מרחובות ומעסיקה כ-1,700 עובדים. כיום היא מגייסת עובדים בקצב מואץ, עם יותר מ-100 משרות הפתוחות כעת – בעיקר בתחומי התוכנה, אלגוריתמים, הנדסה, אינטגרציית מוצר ועוד. היא פועלת במתכונת של חטיבה עסקית עצמאית האחראית על התכנון והפיתוח, הייצור, השיווק והמכירות והתמיכה בלקוחות.

מכירות אפלייד מטיריאלס ישראל צמחו ב-46%

בתמונה למעלה: מנכ"ל אפלייד מטיריאלס ישראל, עופר גרינברג (מימין) ונשיא ומנכ"ל החברה העולמית, גרי דיקרסון

בסיום שנת הכספים 2020 (שהסתיימה בחודש אוקטובר 2020), התברר שהמכירות של חברת אפלייד מטיריאלס ישראל צמחו ב-46% והשיגו שיא של כל הזמנים. החברה לא מסרה מה היה היקף המכירות. עופר גרינברגר, מנכ"ל אפלייד מטיריאלס ישראל, אמר: "היקף הפעילות העסקית של אפלייד מטיריאלס ישראל צמח באופן משמעותי מעל השוק והניב הכנסות שיא של כל הזמנים בשנת הכספים 2020, כל זאת תוך התמודדות עם סביבה מאתגרת בשל המגיפה. המוצרים שאנו מפתחים ומייצרים כאן בישראל מאפשרים ללקוחותינו הגלובליים להביא שבבים מתקדמים לשוק מהר יותר, דבר המניע את הצמיחה של טכנולוגיות חדישות כגון AI, מחשוב עתיר ביצועים ו-5G".

חברת אפלייד מטיריאלס העולמית מספקת טכנולוגיות ומכונות לייצור שבבים וצגים. החברה בישראל אחראית על פיתוח, ייצור ושיווק מערכות בדיקה ובקרת תהליכי ייצור שבבים (Process Diagnostics and Control). כמעט כל השבבים המיוצרים בעולם עוברים במהלך הייצור דרך מכונות הבדיקה הישראליות. כיום החברה מעסיקה בארץ כ-1,700 עובדים. בשנה האחרונה היא גייסה כ-200 עובדים, וכיום היא מגייסת עשרות עובדים נוספים, במיוחד בתחומי התוכנה, אלגוריתמים, הנדסה, אינטגרציית מוצר ועוד.

ביצועי שיא לאפלייד מטיריאלס העולמית

מכירות אפלייד מטיריאלס העולמית צמחו ברבעון האחרון של 2020 בכ-25% בהשוואה לרבעון המקביל אשתקד והסתכמו בכ-4.7 מיליארד דולר. היקף המכירות השנתי הסתכם בכ-17.2 מיליארד דולר- בהשוואה ל-14.6 מיליארד דולר אשתקד. נשיא ומנכ"ל אפלייד העולמית, גרי דיקרסון, אמר שהחברה סיימה את שנת 2020 עם ביצועי שיא, "הודות לביקוש הגבוה למערכות ושירותי מוליכים למחצה. ההזדמנויות העתידיות שלנו נראות טובות מתמיד הודות למגמות טכנולוגיות עוצמתיות המתגבשות כיום".

ביחס למוצרים הישראלים, אמר דיקרסון: "תחום הבדיקות שלנו רשם ביצועי שיא, עם גידול של 46% בהכנסות השנה. יש לנו ביקוש משמעותי מלקוחות מובילים וזכייה בנתחי שוק בתחום הבדיקות האופטיות וטכנולוגיות הE-beam עם מוצרים חדשים שעדיין נמצאים בשלבי אימוץ ראשונים. המערכת הזאת יכולה לראות פרטים שאף מערכת E-beam אחרת בעולם לא מסוגלת לראות".

דיקרסון: יותר מידע פירושו יותר שבבים

דיקרסון הסביר בשיחת הוועידה שלאחר פרסום הדו"חות, מדוע להערכת החברה מכירותיה ימשיכו לצמוח בשנים הקרובות: "כאשר מסתכלים על העשור הבא, אנחנו מצויים בנקודת שינוי שבה נוצרת תעשייה בהיקף של טריליוני דולרים המסתמכת על חידושים בתחום הנדסת החומרים, והתפתחויות טכנולוגיות כמו למשל AR/VR. אולם נקודת התפנית החשובה ביותר היא הבינה המלאכותית.

"לבינה המלאכותית השפעה עצומה על שוק השבבים. היא דוחפת את התעשייה ממערכות מוכוונות יישומים אל מערכות מוכוונות נתונים, אשר יעבדו את כל המידע הקיים בעולם. למגמה הזו יש שתי השלכות חשובות מאוד: הצמיחה של התעשייה כבר לא תוגבל על-ידי היכולת של האדם לצרוך ולייצר מידע, ושנית, יש צורך בכמות עצומה של מחשבים כדי לעבד את כל המידע הרב".