הנדסה של פגמים בייצור שבבים בשנת 2025: שחרור קיבולת ייצור מהדור הבא, אמינות והרחבת השוק. חקור כיצד בקרה מתקדמת על פגמים מעצבת את עתיד ייצור השבבים.

• סיכום מנהלים: תפקיד המפתח של הנדסת פגמים בשנת 2025
• גודל השוק, תחזיות צמיחה והמניעים המרכזיים (2025–2030)
• חדשנות טכנולוגית בזיהוי והפחתת פגמים
• שחקנים מרכזיים ויוזמות אסטרטגיות (למשל, ASML, Applied Materials, TSMC)
• חומרים חדשים ואתגרים תהליכיים
• בינה מלאכותית ולמידת מכונה בניתוח פגמים
• שיפור בתפוקה: ההשפעה הכלכלית וה-ROI
• רגולציה, סטנדרטים ושיתוף פעולה תעשייתי (למשל, SEMI, IEEE)
• מגמות אזוריות: אסיה-פסיפיק, צפון אמריקה ואירופה
• מבט לעתיד: מפת דרכים ל-2030 ואילך
• מקורות ודיוקים

סיכום מנהלים: תפקיד המפתח של הנדסת פגמים בשנת 2025

הנדסת פגמים הפכה לאבן יסוד בייצור שבבים, במיוחד ככל שהענף מתקדם לכיוונים של צמתים תהליכיים של מתחת ל-3 ננומטר ואינטגרציה הטרוגנית בשנת 2025. הדחף המתמשך לביצועי מכשירים גבוהים יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר והגברת התפוקה עשה את הבקרה המדויקת וההפחתה של פגמים לעדיפות עליונה עבור היצרנים המובילים. בשנת 2025, המורכבות של ארכיטקטורות מכשירים—כגון טרנסיסטורים בעלי שערים מכל הצדדים (GAA) וערימות תלת-ממדיות—העלתה את הרגישות לפגמים ברמת האטום, מה שהפך את הנדסת פגמים לא רק למדד של בקרת איכות אלא לאפשרות אסטרטגית לחדשנות.

שחקנים מרכזיים בתעשייה, כולל חברת ייצור השבבים טאיוואן (TSMC), סמסונג אלקטרוניקה, וחברת אינטל, הגדילו באופן משמעותי את ההשקעות במטrologיה מתקדמת, בדיקות בשטח ובקרת תהליכים. חברות אלו מנצלות טכנולוגיות מיקרוסקופיה אלקטרונית מתקדמת, אלגוריתמים של למידת עומק ומעקב בזמן אמת כדי לזהות, לסווג ולתקן פגמים ברמת הננומטר. לדוגמה, קווי הייצור של TSMC ל-2 ננומטר ו-3 ננומטר כוללים כלים מתקדמים לבדיקה של פגמים וניתוח מונחה בינה מלאכותית כדי לשמור על תפוקות גבוהות ולענות על דרישות האמינות המחמירות של יישומים בתחום הרכב, AI ומחשוב ביצועים גבוהים.

ספקי ציוד כגון ASML Holding ו-Applied Materials הם גם חיוניים, בהענקת תמיכה לתעשייה עם מערכות ליתוגרפיה ובדיקה מהדור הבא. הפלטפורמות הליתוגרפיות של ASML בטכנולוגיית UV קיצונית (EUV), הנמצאות בשימוש נרחב בייצור בהיקף גבוה, דורשות בקרת פגמים חסרת תקדים גם בפוטומסקסים וגם בכוננים. Applied Materials, בינתיים, הציגו פתרונות חדשים לבדוק פגמים ולטכנולוגיות מטrologיה המיועדות למערכות מתקדמות, ומאפשרים למפעלי ייצור לזהות ולהתמודד עם פגמים המגבילים את התפוקה בצורה יעילה יותר.

ארגונים בתעשייה כמו SEMI ו-imec מקדמים שיתוף פעולה על סטנדרטים וטכניקות מיטביות להנדסת פגמים, ומבינים שהתאמה בין תעשייתית היא חיונית ככל שהשרשראות האספקה הופכות לגלובליות ומורכבות יותר. תוכניות המחקר של imec בשנת 2025 מתמקדות בהנדסה של פגמים במכשירים ברמות מתקדמות ובשיפור מרחבי של המערכת.

בהקפה מבטיעה, המבט על הנדסת פגמים הוא של חדשנות והשתלבות מתמשכת. ככל שהחמרה של מכשירים מתקרבת לגבולות פיזיים וכלכליים, היכולת להנדס, לזהות ולהפחית פגמים תהיה גורם מכריע בשימור חוק מור ואפשרויות חדשות. בשנים הקרובות נראה קונברגנציה נוספת של מדע חומרים, ניתוח נתונים וטכנולוגיית תהליכים, עם הנדסת פגמים בלב ההתפתחות של ייצור השבבים.

גודל השוק, תחזיות צמיחה והמניעים המרכזיים (2025–2030)

השוק להנדסת פגמים בייצור שבבים מוכן לצמיחה מרשימה משנת 2025 ועד 2030, במנוע על ידי הביקוש ההולך וגדל לשבבים מתקדמים, התפשטות של AI ומחשוב ביצועים גבוהים, וההקטנה המתמשכת של מכשירי השבבים. ככל שגיאומטריות מכשירים מצטמצמות מתחת ל-5 ננומטר והחומרים החדשים נכנסים לשימוש, הבקרה וההפחתה של פגמים הופכות קריטיות יותר לתפוקה, אמינות וביצועים. על פי נתוני התעשייה, השוק הגלובלי של השבבים צפוי לחצות את ה-1 טריליון דולר עד 2030, עם טכנולוגיות הנדסת פגמים שממלאות תפקיד מפתח בהאפשר זאת.

המניעים המרכזיים כוללים את המעבר לטרנסistors בעלי שערים מכל הצדדים (GAA), אינטגרציה תלת-ממדית, ואימוץ ליתוגרפיה UV קיצונית (EUV), כל אחד מהם מציג אתגרים חדשים לפגמים. המפעלי ייצור המובילים כמו חברת ייצור השבבים טאיוואן וסמסונג אלקטרוניקה משקיעים רבות בבדיקת פגמים מתקדמת, מטrologיה ומערכות בקרה כדי לשמור על תפוקות גבוהות ברמות מתקדמות. לדוגמה, TSMC הדגימה בפומבי את החשיבות של ניטור פגמים בזמן אמת ובקרה תהליכית מתקדמת כאשר היא מרחיבה את הייצור ל-2 ננומטר ونמוך מ-2 ננומטר, בעוד שסמסונג אלקטרוניקה מנצלת ניתוח פגמים מונחה בינה מלאכותית כדי לאופטימיזציה במפעלי ייצור של טרנסistors GAA.

ספקי ציוד כמו KLA Corporation ו-ASML Holding הם בחזית המספקים את הכלים לבדיקה ומטrologיה חיוניים להנדסת פגמים. KLA Corporation ממשיכה להרחיב את פורטפוליו של מערכות בדיקה מדגם דיגיטלי ואופטי, הנחוצות לזיהוי פגמים מתחת לננומטר במכשירים מתקדמים. ASML Holding, הספק המוביל של מערכות ליתוגרפיה EUV, משתפת גם היא יכולות זיהוי פגמים מתקדמות בפלטפורמות שלה כדי לתמוך בדרישות המחמירות של ייצור השבבים מהדור הבא.

המבט על השנים 2025–2030 מציע שההשקעות בהנדסת פגמים שלח יותר מהירו, עם מיקוד בניתוח מונחה בינה מלאכותית, ניטור תהליכים בזמן אמת וטכניקות תיאור חומרים חדשים. המורכבות ההולכת וגוברת של מכשירי השבבים, בשילוב עם הצורך בתפוקות ואמינות גבוהות יותר, ידרוש לשתף פעולה על אסטרטגיות הפחתת פגמים מצד מפעלי ייצור וספקי ציוד. כתוצאה מכך, תחום הנדסת הפגמים צפוי לעלות על צמיחת השוק הכללית של ציוד השבבים, להפוך לאבן יסוד בייצור השבבים המתקדם ולאפשר להניע את תעשייה השבבים בדרך לטריליון דולר.

חדשנות טכנולוגית בזיהוי והפחתת פגמים

תעשיית השבבים בשנת 2025 רואה קידומים מהירים בהנדסת פגמים, המונעת על ידי הדחף המתמשך לקטן גודלים, להעלות תפוקות ולשלב חומרים חדשים. ככל שגיאומטריות מכשירים מצטמצמות מתחת ל-5 ננומטר וארכיטקטורות תלת-ממדיות כמו טרנסistors בעלי שערים מכל הצדדים (GAA) ו-NAND תלת מימדי נכנסות לשימוש רגיל, זיהוי והפחתה של פגמים ברמת האטום הפכו קריטיים לשמירה על ביצועי ואמינות מכשירים.

אחת מהחדשנויות הטכנולוגיות המשמעותיות ביותר היא הפריסה של מערכות בדיקה מתקדמות מבוססות אלקטרונים ואלפי אלקטרונים. חברות כמו KLA Corporation ו-ASML נמצאות בחזית, מציגות כלים מתקדמים בעלי קיבולת סלילת בדיקה מהירה ורזולוציה גבוהה המסוגלים לזהות פגמים מתחת לננומטר בתהליכים קדמיים ואחוריים. הפלטפורמות האחרונות של KLA, לדוגמה, מנצלות אלגוריתמים של למידת מכונה כדי להבדיל בין פגמים מסוכנים ובין אותות מטרידים, מה שמפחית באופן משמעותי את השגיאות החיוביות ומשפר את בקרה התהליך.

טכנולוגיות בדיקה אופטיות גם מתפתחות. Hitachi High-Tech Corporation וחברת Tokyo Electron Limited (TEL) הציגו מערכות היברידיות שמשלבות דימוי אופטי ומבוסס אלקטרונים, ומאפשרות בדיקה וקלסיפיקציה של פגמים מקיפה. מערכות אלו משולבות יותר ויותר עם מטrologיה בשטח, ומאפשרות משוב בזמן אמת והתאמות תהליך אדפטיביות.

אסטרטגיות הפחתת פגמים משופרות בעזרת פיקוח תהליכי מתקדם (APC) ובינה מלאכותית (AI). Applied Materials פיתחו פלטפורמות מונחות בינה מלאכותית אשר מנתחות נתונים רחבים ממערכות בדיקה ומטrologיה, ומאפשרות תחזוקה חזויה והתאמת תהליך דינמית. גישה זו ממקסמת את התפוקה ומפחיתה את התפשטות הפגמים, במיוחד בסביבות ייצור בהיקף גבוה.

הנ工程 של חומרים הוא תחום נוסף של חדשנות. השימוש בחומרים חדשים כגון דיאלקטריים בעלי קיבולת גבוהה, קובלט ורותניום לחיבורים מציג אתגרים ייחודיים לפגמים. חברות משקיעות בטכנולוגיות של הפיק חומרים (ALD) והסרת חומרים ברמה האטומית (ALE) כדי להשיג דיוק ברמה האטומית ולצמצם את הערנות לפגמים. חברת Lam Research ו-SCREEN Holdings ידועות בשיפוטיהם בהתקדמות בטכנולוגיות אלו, אשר חיוניות לייצור מכשירים מהדור הבא.

בהסתכלות קדימה, התעשייה צפויה לשלב עוד בינה מלאכותית וניתוח נתונים גדולים בתהליכי הנדסת פגמים, מאפשרת ניתוח מהיר יותר של סיבות ועוד אופטימיזציה תהליכית. מאמצים משותפים בין ספקי ציוד, מפעלי ייצור וחברות המייצרות מכשירים משולבים (IDMs) יהיו חיוניים בהתמודדות עם המורכבות ההולכת וגדלה של זיהוי והפחתת פגמים ככל שהתעשייה מתקדמת לכיוונים של 2 ננומטר ומעבר.

שחקנים מרכזיים ויוזמות אסטרטגיות (למשל, ASML, Applied Materials, TSMC)

הנדסת פגמים הפכה למוקד מרכזי עבור יצרני השבבים המובילים וספקי ציוד ככל שהענף מתקדם לכיוונים של צמתים תהליכים מתחת ל-3 ננומטר ואינטגרציה הטרוגנית. בשנת 2025, שחקנים מרכזיים מגבירים את ההשקעות הן בבקרת תהליכים והן בחדשנות חומרים כדי למזער פגמים הפוגעים בתפוקה ולאפשר ביצועים מכשירים מהדור הבא.

ASML, הספק המוביל בעולם של מערכות פוטוליתוגרפיה, ממשיך להניע את הפחתת הפגמים בעזרת הפלטפורמות הליתוגרפיות בטכנולוגיית UV קיצונית (EUV). המערכות האחרונות של החברה כוללות מודולים מתקדמים לבדיקה ומדידה בשטח, המאפשרים זיהוי ותיקון בזמן אמת של פגמים בתבניות ברמת הננומטר. שיתופי פעולה של ASML עם מפעלי ייצור ויצרני זיכרון מכוונים לצמצם עוד יותר את הפגמים הסטוכסטיים, אתגר קריטי ככל שגודל המאפיינים מצטמצם וצפיפות התבניות הולכת וגדלה. ההשקעות המתמשכות של החברה במחקר ופיתוח ב-EUV עם NA גבוה צפויות לשפר את יכולות בקרת הפגמים בשנים הקרובות (ASML).

Applied Materials, מובילה עולמית בפתרונות הנדסת חומרים, מרחיבה את פורטפוליו הכלים לבדיקת פגמים ובקרת תהליכים. בשנת 2025, Applied Materials מציגה מערכות בדיקה חדשות מבוססות אלקטרונים ואופטי שנועדו לזהות פגמים ברמת ננומטר במכשירים מסדרים מתקדמים. הפלטפורמות האינטגרטיביות שלה מנצלות בינה מלאכותית ולמידת מכונה כדי לנתח נתונים רחבים, ואפשרות התחזוקה והזיהוי המהיר של הפגמים. שיתופי פעולה אסטרטגיים עם יצרני השבבים המובילים הובילו להאצת האימוץ של פתרונות אלו בייצור בהיקף גבוה (Applied Materials).

TSMC, יצרנית השבבים החוזית הגדולה בעולם, נמצאת בחזית הנדסת הפגמים בייצור בהיקף גבוה. צמתים תהליכיים של TSMC ב-3 ננומטר והצפוי ב-2 ננומטר כוללים אסטרטגיות ייחודיות להפחתת פגמים, כולל פרוטוקולים מתקדמים לנקיון, בדיקה בשטח ומעקב תהליך בזמן אמת. החברה משתפת פעולה בצמוד עם ספקי ציוד ועם ספקי חומרים על מנת לשפר תהליך ולצמצם את מספר הפגמים. ההשקעות האסטרטגיות של TSMC בבקרת תהליכים חכמות ובדיגיטל טווין צפויות לשפר עוד יותר את זיהוי הפגמים ואופטימיזציית התפוקה עד 2025 ואילך (TSMC).

שחקנים מרכזיים אחרים כמו Lam Research ו-KLA Corporation גם מקדמים את הנדסת הפגמים דרך חידושים בטכנולוגיות חקירה, השקיה ובדיקת הפגמים. KLA, בخصوص, ידועה בסדרת הכלים להנחה ולמדידת פגמים שלה, שיושמו בכלל המפעלי עיבוד לשם ניטור ושליטה על הפגמים בכל שלב בתהליך ייצור השבבים.

בהתבוננות קדימה, יוזמות אסטרטגיות של שחקנים מרכזיים אלו צפויות להניע הפחתה נוספת בדחיפות הפגמים, ולתמוך במפת הדרכים של הענף לעבר צמתים נכנסים、小פחותם. ורגש קדמית מקיל.

חומרים חדשים ואתגרים תהליכיים

הנדסת פגמים הפכה למוקד מרכזי בייצור שבבים ככל שהענף מתקדם לכיוונים של צמתים מתחת ל-3 ננומטר ומכנסת חומרים חדשים כמו תרכובות בעלות ניידות גבוהה, חומרים דו-ממדיים ודיאלקטרים מתקדמים. בשנת 2025, המורכבות של ארכיטקטורות מכשירים—כגון טרנסistors GAA ופלטפורמות NAND תלת ממדיות—דורשת בקרה חסרת תקדים על פגמים ברמת האטום, אשר יכולים להשפיע קריטית על התפוקה, האמינות והביצועים של המכשירים.

יצרנים מובילים, כולל חברת אינטל, חברת ייצור השבבים טאיוואן (TSMC) וסמסונג אלקטרוניקה, משקיעים רבות באסטרטגיות לזיהוי והפחתת פגמים. לדוגמה, תהליך ה-2 ננומטר של TSMC, הצפוי להתחיל ייצור המוני בשנת 2025, כולל מערכות מתקדמות לבדיקה ולניטור הפגמים כדי לזהות ולסווג פגמים ברמת ננומטר בזמן אמת. מערכות אלו מנצלות אלגוריתמים בניית למידה כדי להבדיל בין פגמים מסוכנים לבין ווריאציות תהליך, ומאפשרות משוב מהיר ואופטימיזציה תהליכית.

ההקדמה של חומרים חדשים, כמו גרמניום, תרכובות III-V ו-TMD וטכנולוגיות מעבר גבישי פיצול חומרים (IDL), מציגה אתגרים ייחודיים לפגמים. לדוגמה, שילוב מוליבדנום דיסולפיד (MoS₂) ואורניום דיסולפיד (WSe₂) כחומרים מערכות באחריות המדויקת של גבולות החיטה, חללים וסטייטס אינטראקציה. Applied Materials ולמ Research מפתחות מערכות חקירת הפיק של תחומים ואיזורי פיקוד במילוי פגמים במהלך סינתזת חומרים ובדיקת תבניות.

בייצור זיכרון, במיוחד עבור NAND תלת ממדית ו-DRAM, הנדסת פגמים היא קריטית לניהול בעיות כמו פגמים בקצוות, חללים ודקויות בין משטחים. Micron Technology ו-SK hynix מציבות פלטפורמות מתקדמות לבדיקת הפגמים ולבקרות תהליכים בזמן אמת כדי לצמצם את שיעורי הפגמים, אשר מתאימים ישירות לעמידות המכשירים ולשימור הנתונים.

בהסתכלות קדימה, הצפי הוא שהענף ימשיך לאמץ מערכות מבוססות מיקרוסקופיה אלקטרונית בזיהוי בזמן אמת, טכניקות ריצוף X חדשות ודירוג פגמים מונחות AI עד 2026 ואילך. מאמציםבי שיתופי, כמו אלו המובלים על ידי SEMI ו-imec, תומכים בפיתוח טקסונומיות עדכניות של פגמים וטכניקות מיטביות לחומרים ותהליכים מדור הבא. ככל שהעיצוב נעשה עדין יותר והאינטגרציה ההטרוגנית משתלבת, הנדגת הפגמים תשאר מרכיב חיוני להשגת
אופטימיזציה בתפוקה ושליטה בעלויות ייצור השבבים.

בינה מלאכותית ולמידת מכונה בניתוח פגמים

שילוב בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה (ML) בניתוח פגמים משדרג במהירות את הנדסת הפגמים בייצור שבבים, במיוחד ככל שהענף מתקרב לאופק בשנת 2025. ככל שגיאומטריות מכשירים מתחזקות לגודל בודד לבין ננומטר, שיטות הבדיקה והניתוח המסורתיות מתמודדות יותר ויותר עם הנפח המוחלט והמורכבות של הנתונים המתקבלים במהלך טיפול בשבבים. AI ו-ML הופכים כעת להיות מכריעים בייעול זיהוי הפגמים, הקלסיפיקציה שלהם וניתוח הסיבות, מה שמאפשר תפוקה גבוהה יותר ואופטימיזציה מהירה יותר של תהליכים.

יצרני ציוד השבבים המובילים השקיעו רבות במערכות בדיקה מונחות בינה מלאכותית. KLA Corporation, חברת ההובלה בניהול תהליכים ובקרת תפוקה, פיתחה כלים מתקדמים מבוססי אלקטרונים ואופטיקה אשר מנצלים אלגוריתמים של למידה עמוקה לזהות פגמים בתבניות עדינים וסטיות תהליך אשר לא היו לזיהוי על ידי מערכות מבוססות כללים מסורתיות. באותו אופן, Applied Materials שלבה AI בפלטפורמות שלה, מה שמאפשר קלסיפיקציה בזמן אמת של פגמים ותחזוקה חזויה, אשר מפחיתות את זמני ההשבתה ומשפרות את התפוקה.

בשנת 2025, הצפי הוא שהשימוש בניתוח פגמים מונחה בינה מלאכותית יהפוך לסטנדרט ברחבי מפעלי ייצור מהדור הבא. TSMC, יצרנית השבבים החוזית הגדולה בעולם, דנה בפומבי על השימוש שלה ב-AI וניתוח נתונים גדולים לשיפור הלמידה והאצת המעבר לצמחים מתקדמים. בלחץ על בסיסי נתונים רחבים ממדידות, בדיקות וש测试 אלקטריים, יכולות ה-AI של TSMC יודעות לנתח חריגות בפיתוח תהליכים ולמליץ על תיקונים במהירות ובדיוק חסרי תקדים.

השימוש ב-AI וה-ML דחף גם על ידי הצורך להתמודד עם מצבי פגמים חדשים שיצרו חומרים חדשים וארכיטקטורות מכשירים תלת-ממדיות, כמו טרנסistors GAA ואריזות מתקדמות. סמסונג אלקטרוניקה ואינטל משקיעות בשני זיהוי פגמים מונחה בינה מלאכותית לניהול היום המורכב של הנדסת פגמים בטכנולוגיות מהדור הבא, עם מיקוד על שיפור ייחוד רמות פגמים והפחתת שגיאות חיוביות בנתוני הבדיקה.

בהבאת מבט קדימה, בשנים הקרובות נראה קידומים נוספים ב-AI מוסבר, למידה פדרלית ושיטות AI מבוססות בקו תהליך לניתוח הפגמים, המאפשרות למפעלי ייצור לשתף תובנות מבלי לפגוע בנתונים קנייניים. שיתופי פעולה מעשיים בתעשייה, כמו אלו המתקיימים על ידי SEMI, צפויים להאיץ את הסטנדרטיזציה והאינטרופרטיביות של כלים מונעי AI בכלל תעשיית השבבים. כתוצאה מכך, AI ו-ML יהפכו למרכזיים בהשגת התפוקות, האמינות והמטרות הכלכליות הנדרשות להמשך תהליך הצמיחה והחדשנות בייצור השבבים.

שיפור בתפוקה: ההשפעה הכלכלית וה-ROI

שיפור בתפוקה על ידי הנדסת הפגמים הוא גורם כלכלי חיוני בייצור שבבים, במיוחד ככל שהענף מתקדם לתוך הצמתים טכנולוגיים מתחת ל-5 ננומטר בשנת 2025 ואילך. ההשפעה הכלכלית של שיפורים מסוימים בתפוקה היא משמעותית, נוכח ההוצאות הניכרות והעלויות התפעוליות הנלוות למפעלי ייצור מתקדמים. לדוגמה, עלייה של 1% בתפוקה במפעלי יצור בקדמת הטכנולוגיה יכולה להניב עשרות מיליוני דולרים בהכנסות שנתיות נוספות, בהתחשב בערך הגבוה של הכוננים המיוצרים בנקודות הללו.

הנדסת פגמים כוללת חומרת אסטרטגיות, כולל בדיקות מתקדמות, בקרת תהליכים ואופטימיזציית חומרים, הנחוצות לגילוי, הפחתה והחסרה של פגמים המגבילים את התפוקה. בשנת 2025, יצרנים מובילים כמו TSMC, סמסונג אלקטרוניקה ואינטל משקיעים רבות בזיהוי פגמים בזמן אמת וניתוח בזמן. חברות אלו משקיעות בידוקי נתונים לעילא של אלקטרונים ואופטיקה, לרבות המובילים בזירה כמו KLA Corporation ו-ASML, לצורך ניטור והפחתת הפגמים בשלבים השונים של תהליך הייצור.

החזר ההשקעה (ROI) עבור יוזמות הנדסת פגמים בייחוד בולט ככל שמורכבות המכשירים מצויה לעין. לדוגמה, ההפניה של טרנסistors GAA וערימות תלת-ממדיות במתקנים לוגיים וזיכרוניים החשובים באופן רגיש לתהליך הפגמים. בתגובה, גם TSMC וגם סמסונג אלקטרוניקה עיברו לשיפורים משמעותיים בתפוקה בהתבסס על אימוץ חומרות הניסיון המתקדמות ודיפרנציאלי הכלמידה שמסתמכות על הניתוח של הפגמים, אשר משפיעים ישירות על התוצאות הכספיות שלהן ועל הזמן ליכולת השקה של מוצרים חדשים.

נתוני התעשייה משנת 2024 ותחילת 2025 מצביעים על כך שמפעלי ייצור המיישמים תוכניות הנדסה רחבות של פגמים השיגו שיפורים בתפוקה של 2–5% בנקודות מתקדמות, עם חלקם מדווחים על שיפורים גבוהים יותר במודולים כמו תהליך. זאת משמעותית באספקה של זמני הקרבה, השיפוט המתקדם ומעוניינים מצפים רווחים משתלמים. ספקי ציוד כגון KLA Corporation ו-ASML מדווחים גם על עלייה בביקושים לפלטפורמות הבדיקה והמדידה שלהן, מה שממחיש את ההתמקדות העיקרית של התעשייה בשיפור בתפוקה.

בהקפה מסקני הeconomic, השאיפה להנדסת פגמים תתחזק ככל שמחיר המעות עולה ומורכבות המכשירים הופכת לנחמדה יותר. בשנים הקרובות נראה שילוב נוסף של ניתוח פגמים המונחה על ידי בינה מלאכותית, תחזוקה חזויה ושיתוף נתונים בין פב, כשיצרנים וספקי ציוד פועלים במרכז. ה-ROI עבור השקעות אלו צפוי להישאר חזק, לתמוך בתחרותיות ובקיימות של ייצור שבבים מתקדם.

רגולציה, סטנדרטים ושיתוף פעולה תעשייתי (למשל, SEMI, IEEE)

הנדסת פגמים בייצור שבבים מעוצבת יותר ויותר על ידי מסגרות רגולטוריות מתפתחות, סטנדרטים בינלאומיים ויוזמות שיתוף פעולה תעשייתיות. ככל שגיאומטריות המכשירים הצטמצמות והחומרים החדשים נכנסים לשימוש, הבקרה וההפחתה של פגמים הפכו להיות מרכזיים לשיפור בתפוקה ולאמינות המכשירים. בשנת 2025, נוף השוק מוגדר על ידי יחסי הגומלין בין ארגוני סטנדרטים גלובליים, ציהרגולה ממארץ, ולפולר טכנולוגיה.

הארגון SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) ממשיך למלא תפקיד מרכזי על-ידי עדכון והרחבת מבחר הסטנדרטים שלה, כגון SEMI M41 (לבדיקת פגמים במסת היעלות הסיליקון) ו-SEMI E10 (לאמינות ותחזוקה של ציוד). סטנדרטים הללו מאומצים בדרך רחבה על ידי יצרנים וספקי ציוד מובילים, מה שמבטיח סדר גודל בבדיקת הפגמים, קלסיפיקציה ודיווח בכל השרשרת. בשנת 2024 ו-2025, SEMI שמו את המראה להנחיות של סטנדרטים גנרליים עבור צומצנת מתקדמות (3 ננומטר ומטה), אינטגרציה הטרוגנית, וחומרים מחושבים, מה שמשיב את השפעת יתר על סודות מערכתיות מורכבות יותר בסביבה.

הארגון IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) גם פעיל בתחום זה, במיוחד דרך מפת הדרכים הבינלאומית לחריצים ולמערכות (IRDS) והאיגוד של IEEE לסטנדרטים.association. ה-IRDS מספק הנחיות מבוססות הסכמה לגבי יעדי דחיפות פגמים, דרישות מציאותיות, ומדדים של אמינות למכשירים מדור הבא. בשנת 2025, קבוצות העבודה של IEEE מתמקדות בסטנדרטיזציה של קלסיפיקציה של פגמים לחומרים המתעוררים, כגון SiC ו-GaN, שהם קריטיים עבור איזונים בעצם, היסודות כדי להתחזיק טיםור?

הציות הרגולטורי הולך וחשוב ככל שהממשלות מדגישות את בטיחות הצירותיך ולב מכשירים. בארצות הברית, המכון הלאומי לסטנדרטים וטכנולוגיה (NIST) משתף פעולה עם התעשייה לפיתוח פרוטוקולי מדידה וחומרים ייחודיים לניתוח פגמים, בתמיכת גם ייצור בארץ וגם מסחר בין-לאומי. האיחוד האירופי, דרך יוזמות כמו חוק השבבים האירופי, משפר את נבנה הרגולטורית שלו עם הסטנדרטים הגלובליים כדי לסייע בעולם במוספים חסרי פגמים, ובאותו הזמן להוציא מוצרים לאיכותיים.

שיתוף פעולה תעשייתי מדגים את החסידים הלאומית סביב חברות כמו imec (מרכז מחקר ופיתוח מוביל בבלגיה), שמביאה יחדיו את צעדי פיתוח המתקדמים, ספקי ציוד ודפרים כדי להתמודד עם אתגרי הנדסת פגמים בתהליכים מתקדמים. כמו כן, TSMC וסמסונג אלקטרוניקה היא פעילות בקלות בשיתוף עם פיתוח הסטנדרטים הגבוה הפנימיים על ידי השקפתן והתחזוקה.

בהתבוננות קדימה, הצפי מחדש כי בשנים הקרובות יהיו אינטגרציות מהותיות בין דרישות רוויזיה, התפתחויות סטנדרטיות, ושיתוף פעולה של R&D. קשריות זו צפויה להאיץ את אימוץ השיטות להנדסת פגמים מתקדמים, ולתמוך בנחישות של הדופן לשיפורים בתפוקה, אמינות מהירה יותר.

מגמות אזוריות: אסיה-פסיפיק, צפון אמריקה ואירופה

הנוף הגלובלי להנדסת פגמים בייצור שבבים מעוצב על ידי מגמות אזוריות ייחודיות באסיה-פסיפיק, צפון אמריקה ואירופה, כל אחת מהן משקפת חוזקות תעשייתיות שונות, עדיפויות מדיניות ודפוסי השקעה נכון ל-2025 ומהצפוי בעתיד.

אסיה-פסיפיק נשאר מרכז הייצור אם מספר מדינות כמו טאיוואן, דרום קוריאה, יפן, ומספר הולך וגדל של ייגע-כמו סין רודפים בשיטות את המתקדמות. TSMC וסמסונג אלקטרוניקה נמצאות בחזית, מבצעות אסטרטגיות מתקדמות לזיהוי והפחתת פגמים כדי לתמוך בתהליכים מתחת ל-5 ננומטר ולידיעות טכנולוגיות המתפתחות ב-2 ננומטר. חברות אלו משקיעות רבות בבדיקת פגמים, מטולוגיה דיגיטלית, ותובנות מונחות בינה מלאכותית כדי למזער את אובדן התפוקות כתוצאה מפגמים. חברת טוקיו אלקטרון ו-SCREEN Holdings מספקות תחנות קריטיות לבדיקת פגמים וניקוי מטכנולוגיות, תוך מיקוד על סביבות ייצור של דיוק גבוה מאוד. סין, באמצעות יוזמות מוגנות מדינה, ממריצה את היכולות שלה להנדסת פגמים, עם חברות כמו SMIC המרחיבים את ה-R&D לבקרת תהליכים ולהפחתת פגמים כדי להתקרב לפער הטכנולוגי עם המובילות הגלובליות.

צפון אמריקה מאופיינת במובילותה בתכנון שבבים וב-# R&D מתקדם, עם דגש גובר על ייצור מקומי. אינטל משקיעה בגיוס בתים חדשים ובצמתים החדשים במטרה לשפר את הפחתת הפגמים לעמידה בתפוקות תחרותיות עד 7 ננומטר ומטה. האזור הוא גם ביתם של ספקי ציוד מרכזיים כמו Applied Materials ו-Lam Research, שמחדשים בציוד המובילים בבדיקת פגמים, מטולוגיה ושלטים בגישה לתהליך. חוק CHIPS של ממשלת ארצות הברית צפוי גם להאיץ את ההשקעה בטכנולוגיות הנדסת פגמים, עם שיתופי פעולה בין התעשייה והמו"לים.

אירופה שומרת על מיקום חזק בשבבים מיוחדים ובציוד, מתוך קמפוסי זכרייה, תעשייה, ודין גדר. Infineon Technologies ו-STMicroelectronics מקדמים את הנדסת הפגמים לחומרים עם רווחיות גדולה כמו SiC ו-GaN, שם שליטה על פגמים היא קריטית לביצועים המכשירים. ASML, שנמצאת בתנאים מולדתה בהולנד, הינה מעשית גלובאלית, מספקת מערכות ליתוגרפיה בתחום EUV, אשר סקרנות מזן את התהליכים המחמירים. יוזמות אירופיות, הנתמכות על ידי חוק השבבים האירופי, מחזקות את שיתוף הפעולה הבינלאומי כדי לשפר את בקרת התהליכים והפחתת הפגמים, במיוחד עבור יישומים בתעשייה ובתעשיית הרכב.

בהתבוננות קדימה, כל שלוש האזורים צפויים להחמיר את ההשקעות בניתוח מונחה AI, מטולוגיה מתקדמת, ואינטגרציה תהליכית. התמחות המדיניות האזורית והמאמצים שיפור באספקה יהוו את הבסיס להתפתחות הנדסת הפגמים, כאשר אסיה-פסיפיק ככל הנראה תשמור על הובלת הייצור, צפון אמריקה תנהיג חדשנות בבקרת תהליכים, ואירופה תצליח בפתרונות מיוחדים וציוד נוספים.

מבט לעתיד: מפת דרכים ל-2030 ואילך

כשהתעשייה של השבבים מתקדמת לעבר אופק ה-2030, הנדסת הפגמים מצפה לתפקיד הולך ומתרחב בסיוע להקפיצים של מכשירים, שיפור בתפוקה, ואמינות. המעבר לצמתים מתחת ל-3 ננומטר, התפשטות של ארכיטקטורות תלת-ממדיות, והשילוב של חומרים הטרוגניים מגדילים את האתגרים שמגיעים עם זיהוי, קלסיפיקציה, והפחתה. בשנים 2025 ואילך, המפעלים המתקדמים וספקי ציוד מקדמים את ההשקעות בטכנולוגיות מתקדמות, בבדיקת פגמים, ובקרת תהליכים כדי להתמודד עם המורכבות הזו.

מפעלי ייצור מרכזיים כמו TSMC וסמסונג אלקטרוניקה נמצאות בחזית ההתקדמות של אסטרטגיות הנדסת פגמים המיועדות לטרנסistors בעלי שערים מכל הצדדים (GAA) וליתוגרפיה EUV עם קיבולת גבוה. חברות אלו מנצלות מערכות בדיקה מונחות בינה מלאכותית כדי לזהות פגמים מוקדמים בתהליך, ובכך להפחית את אובדן התפוקה היקר. אינטל, בשימוע, משקיעה גם היא בניתוח מתקדם של פגמים כאשר היא מרחיבה את צמתי 18A והחברות העתידיות שלה, עם הדגש גם על אופטימיזציה של תהליכים קידומיים ומתקדמים.

ספקי ציוד כגון ASML ו-KLA Corporation מציגים דורות חדשים של כלים לתהליך ותהליך הנדרשים כדי לזהות פגמים ולספק מידע בזמן אמת. לדוגמה, הסקנים החדשים של ASML משלבים מודולים מתקדמים למערכת לבדוק פגמים מימדייים ייחודיים לתהליכים מזהים, תוך שהפלטפורמות של KLA לעבדה ולמפעל מתחדשות עם אלגוריתמים של AI כדי להאיץ את הקלסיפיקציה ההפוך וניתוח הסיבה.

הענף רואה גידול בשיתוף פעולה דרך חברות כנורמות ושפים עבור סטנדרטים, כמו SEMI, כדי לפתח שיטות מיטביות לניהול פגמים באריזות מתקדמות ובאסטרטגיות של שילוב מתקדמות. כאשר ארכיטקטורת ה-die-to-die ודחיסות מתהוות, נדרשים חדשים בשיטות זיהוי ותיקון .

בהתבוננות קדימה ל-2030 ואילך, המסקה להנדסת הפגמים מוגדרת על ידי התפתחות של בקרה תהליכית המניעה על בסיס נתונים, ניטור במקום ומדידת תחזיות. השילוב של דיגיטליים ותהליכים בחזית צפויים להפחית את הסכנות להעברתיות ולאופטימיזציה מהירה של החזרות על הדור הבא של הדור הבא. ככל שהתעשייה דוחפת את גבולות חוק מור ועוד מיכון מאורן, הנדסת הפגמים תשאר להיות הצעד מתקדם התחרותי והאמין של ייצור השבבים.

מקורות ודיוקים

• ASML Holding
• imec
• KLA Corporation
• Hitachi High-Tech Corporation
• SCREEN Holdings
• Micron Technology
• IEEE
• National Institute of Standards and Technology
• SMIC
• Infineon Technologies
• STMicroelectronics