רואים רחוק, רואים קטן

סמארטפון, טאבלט או מחשב נייד – לא משנה במה אתם משתמשים. אם יש בזה שבבים אלקטרוניים, סביר להניח שאת הבקרה על תהליך ייצור שלהם עשו מכונות שפותחו על ידי חברת אפלייד מטריאלס ישראל. הצצה לתעשיית מוליכים למחצה כחול לבן

כנס אואזיס הינו כנס מקצועי המקיף מגוון רחב של תחומי מחקר בנושאי אור, אינטראקציה עם חומר ומחקריים יישומיים בתחומי האופטיקה השונים. דר' דוני משולח מאפלייד מטריאלס ישראל, המוביל את מושב התעשייה בכנס, אומר כי ההשתתפות של חברת אפלייד בכנס אואזיס מאפשרת "לתת ייצוג וחשיפה למחקרים ולטכנולוגיות בתחום בקרת תהליכי ייצור ואיכות בתעשיית האלקטרוניקה, תעשיית המוליכים למחצה ותעשיות נוספות, אשר באים לידי ביטוי במוצרים ויישומים של חברות מובילות הממוקמות בישראל".

10,225 פטנטים

חברת אפלייד מטריאלס הינה החברה המובילה בעולם בתחום פתרונות טכנולוגיות הננו-ייצור (Nanomanufacturing Technology), המספקת מגוון רחב של מוצרים חדשניים בתחום הציוד, התוכנה והשירות עבור יצרני שבבים, צגים שטוחים ותאים סולריים פוטו-וולטאים. מאז הקמתה בשנת 1967, החברה מפתחת, מייצרת ומשווקת טכנולוגיות ננו-ייצור המסייעות בייצור ובדיקה של כמעט כל שבב וצג שטוח בעולם.

חברת אפלייד מטריאלס ישראל מזמינה את כל המתעניינים להירשם לכנס אואזיס של תעשיית האלקטרו אופטיקה שיתקיים בתאריכים 20 - 19 לפברואר במלון דויד אינטר קונטיננטל על חוף הים בתל אביב. פרטים נוספים אפשר למצוא באתר הכנס www.oasis4.org.il

החברה מעסיקה כ-15,000 עובדים ב-90 אתרים הפרוסים על פני כ-20 מדינות ברחבי העולם. מוצרי החברה השונים מיוצרים בארה"ב, במזרח הרחוק, באירופה ובישראל. בשנת הכספים 2012 דיווחה אפלייד מטריאלס על הכנסות בשווי 8.7 מיליארד דולר, והשקיעה במחקר ופיתוח 1.2 מיליארד דולר. עד היום הגישה החברה כ-10,225 פטנטים.

החטיבה העסקית הממוקמת בישראל PDC (Process Diagnostics and Control) מעסיקה כ-1000 עובדים. היא משויכת לקבוצת מערכות הסיליקון של אפלייד מטריאלס(Silicon Systems Group) ועוסקת בפיתוח, בייצור ובהטמעה של מוצרי בקרת איכות לתהליכי ייצור שבבים מבוססי מוליכים למחצה. מרבית הפעילות מתבצעת במפעל החברה ברחובות הכולל מעבדות פיתוח מתקדמות ומפעל ייצור מתקדם וחדשני. בין העובדים אפשר למצוא פיזיקאים, מתמטיקאים, מהנדסים בתחומים שונים – אלקטרוניקה, מכונות, חומרים, תוכנה, תעשיה וניהול ועוד.

המוצרים המפותחים בישראל נותנים מענה לארבעה מגזרים עיקריים: מטרולוגיה לליטוגרפיה Lithography Metrology; בקרה אופטית לפרוסות סיליקון מודפסות Optical Patterned Wafer Inspection; בקרה באמצעות קרני אלקטרונים לפרוסות סיליקון מודפסות E-beam Patterned Wafer Inspection, והדמיה וסיווג של פגמים Defect Review & Classification.

יצרני השבבים משתמשים במכונות אלו בכל שלבי ייצור השבבים, החל מפיתוח התהליך, במעבר מפיתוח לייצור, ובשלב הייצור ההמוני. חשוב לציין שהמכונות אינן בודקות את הביצועים האלקטרוניים של השבבים במהלך ייצורם, אלא משמשות לבקרת יציבות התהליך, ניתוח מנגנוני פגמים, ואבחון בעיות בייצור, ובכך מבטיחות תשואת תפוקת שבבים מרבית (yield).

שינויים בהרגלי הצריכה 

מוצרי החטיבה הישראלית של אפלייד מטריאלס מצויים בבקרת תהליכי הייצור, של כמעט כל אחד משבבי הזיכרון והמעבדים של מאות מיליוני הסמארטפונים והטאבלטים הנמכרים כיום בעולם. אם בעבר, הכוח המניע של תעשיית המוליכים למחצה נבע מרכישות גדולות של עולם התאגידים(corporate spending) , בשנתיים האחרונות השתנתה המגמה, והכוח המניע הוא ההוצאות הצרכניות (consumer spending). כתוצאה מכך, תעשיית המוליכים למחצה היום מושפעת מאוד מתהליכים ברמת המאקרו.

מדובר על משוואה פשוטה: אם יש לצרכן כסף, הוא ירכוש או ישדרג את הסמארטפון, הטאבלט, הקורא האלקטרוני או המחשב. ככל שהצריכה גדלה, גדל גם הביקוש לרכיבי זיכרון ומעבדים מצד חברות כמו Apple, Intel, Samsung, Qualcomm, Nvidia או AMD, שדוחף את יצרניות השבבים להקים מפעלי ייצור חדשים, להרחיב קווים קיימים או להוציא את עבודת הייצור של השבבים למיקור חוץ אצל חברות כמו TSMC, Globalfoundries, Samsung, UMC. הגדלת תפוקת הייצור כתוצאה מהגידול בצריכה, מגדילה בסופו של דבר את הביקוש לציוד בקרת תהליכי הייצור.

תעשיית המוליכים למחצה מאופיינת מאז ומתמיד בתנודתיות רבה כתוצאה מכוחות היצע וביקוש. אחרי שנתיים של מיתון בשנים 2008-2009, הגיעו שנתיים של שיא במכירות ובהשקעות בשנים 2010-2011. שנת 2012 הצטיינה במשברים פוליטים, כלכליים, חברתיים ואסונות טבע: הצוק הפיסקאלי בארה"ב; המשבר הכלכלי בגוש האירופאי; כלכלות מתפתחות מבטיחות שהחלו להאט (סין); מתחים איזוריים (המשבר במזה"ת); הסופה סנדי - כל אלה השפיעו לרעה על התעשיה. כי כשאין ביטחון פוליטי, כלכלי, חברתי, אנשים פחות נוטים לשדרוג המכשיר אתו הם מצייצים בדרכם הביתה והצריכה העולמית קטנה. ולמרות זאת, שוק בקרת תהליכי הייצור ירד בשנה שעברה רק ב-14 אחוזים, לעומת ירידה כוללת של 17 אחוזים בציוד קפיטלי למפעלי ייצור .

  [גרטנר, דצמבר 2012]

הביקוש להתקנים ניידים הוביל לכך שב- 2012, לראשונה בתולדות תעשיית המוליכים למחצה, מכירות שבבים לרכיבי ניידות (עבור סמארטפונים וטאבלטים) עברו את מכירות השבבים למחשבים אישיים. מגמה זו צפויה אף להתחזק בשנים הקרובות, ככל שהעולם ימשיך לדרוש עוד ועוד ניידות. ניתן לומר כי, 'תפוח אחד ושלושה כוכבים' (פרוש המילה סמסונג בקוריאנית) נושאים על גבם תעשייה השווה כ- 300 מיליארד דולר.

הרעב לניידות מכתיב גם מגמות טכנולוגיות. ככל שגוברת הדרישה לחיי סוללה ארוכים יותר, זיכרונות גדולים יותר ומעבדים גרפים חזקים יותר, וכל זאת על שטח קטן יותר - ממדי הטרנזיסטורים הולכים וקטנים. עם ההתקדמות בדרישות המזעור, הולכים ומתהדקים חלונות העבודה בהם ניתן להדפיס ולבנות את את הטרנזיזטורים והמוליכים החשמליים באופן איכותי ויציב. הקטנת חלון העבודה מעמידה אתגרים חדשים לבקרת איכות התהליך, אותם נדרשת אפלייד מטריאלס ישראל לספק. בעולם בו רוחבו של שער טרנזיזטור הוא 22 ננומטר ואף פחות, נדרשות מכונות בקרת התהליך לעבוד באופן מדוייק וחזרתי בחיפוש פגמים במימדים דומים.

[דוגמאות להדמיית SEM - Scanning Electron Microscope המראות פגמים אופייניים בתהליך ייצור שבב שגודלם עשרות ננומטרים בלבד. (תמונות: אפלייד מטיריאלס)]

אתגר המזעור 

מגוון המוצרים של אפלייד מטריאלס ישראל הכולל מכונות סריקת פגמים, מכונות הדמייה ומכונות מדידה – inspection, review, metrology - מבוסס על שתי טכנולוגיות עיקריות: מכונות אופטיות מבוססות לייזר ומכונות SEM (Scanning Electron Microscope) מבוססות קרן אלקטרונים. הטכנולוגיות המוטמעות במערכות המולטי-דיסציפלינריות מפותחות במיוחד עבור אפלייד מטריאלס ישראל, ונמצאות בחזית הטכנולוגית של כל אחד מהתחומים בהן הן נוגעות – אופטיקה, אלקטרוניקה, מכניקה מדויקת והנעה, אלגוריתמים, תוכנה, ממשק משתמש ועוד.

לדוגמא, מכונת הבקרה הסורקת, UVision 5, שהושקה ביולי 2012, תוכננה לאתר פגמים בפרוסות הסיליקון שגודלם (או קוטנם) מסדר גודל של 10-20 ננומטר. עקרון העבודה של המכונה הוא לכאורה פשוט, מדמים את פני פרוסת הסיליקון בעזרת מערך קרני לייזר סורקות, אוספים תמונות של פני השטח, משווים בין איזורים שאמורים להיות זהים, ובמקומות שיש שוני, מדווחים על פגם.

כדי לבצע את המשימה, מצויידת המכונה במקור אור שבבסיסו לייזר סורק באורך גל קצר DUV - Deep Ultra Violet. מקור האור צריך להיות בעל עוצמה גבוהה, יכולת לשליטה בקיטוב, כמו גם יציבות גבוהה, על מנת לשמש בתהליך ייצור המוני של שבבים. מערכת האופטיקה של המכונה תוכננה לספק רזולוציה גבוהה במפת‏‏ח נומרי (Numerical Aperture- NA) גבוה, וגם היא נדרשת ליציבות לאורך זמן וליכולת לעבוד באורך הגל המתאים (DUV). האור שמוחזר או מפוזר מפרוסת הסיליקון נאסף על-ידי גלאים ייעודיים הנדרשים לעבוד בזמן אמת תוך כדי הסריקה, ולספק דיוק ורגישות גבוהים.

בסכמה המצורפת אפשר לראות את צורת מערכת איסוף האור במערכת UVision. קרני הלייזר פוגעות בפרוסת הסיליקון בזווית כמעט אנכית והמערכת האופטית אוספת את האור המוחזר (reflected light - brightfield) ואת האור המפוזר בזויות הנמצאות בחרוט האיסוף (scattered light - grayfield). שילוב של המידע המגיע לשני הערוצים ונאסף בו-זמנית הוא זה שמאפשר זיהוי נכון של פגמים מעבר לסף הרעש. הדרישות מהמערכות האופטיות הן מן המורכבות ביותר שיש, והביצועים מותחים את מעטפת היכולות של הרכיבים השונים הקיימים בשוק כמעט עד הקצה.

[סכמה מצורפת: UVision booklet graphic]

הטכנולוגיה המשלימה לחומרה של מערכת ה UVision היא טכנולוגית עיבוד התמונה ואלגוריתמים לקבלת ההחלטות. כאן מתקיימת קודם כל הדרישה לעבודה בקצב אולטרה-מהיר ובזמן אמת, של עשרות גיגה פיקסלים בשנייה. תוך כדי סריקת הפרוסה, עוברים הנתונים הנסרקים עיבוד תמונה מתקדם והמערכת מחליטה בעצמה, ללא התערבות אדם, האם יש פגם אמיתי או שוני הנובע מרעשים במערכת או בפרוסה עצמה. זמן קצר מאד אחרי סיום הסריקה מתקבל קובץ התוצאות שצריך להיות אמין וחזרתי.

אתגר נוסף בפיתוח וייצור המכונות נובע מכך שהעבודה כולה מתבצעת בחדרים נקיים, בהם רמת ניקיון האוויר נשלטת עד עשרות בודדות של חלקיקים קטנים במטר מעוקב של אוויר. כל המערכות המכניות של המכונה חייבות להיות לא רק מדויקות ברמה של ננומטרים בודדים, אלא גם נקיות בכדי שלא ייצרו חלקיקים המתפזרים לאוויר או כאלו שיפלו על פרוסת הסיליקון הנבדקת.

אודי צורי הוא סמנכ"ל השיווק של אפלייד מטריאלס ישראל. אודי בעל תואר ראשון בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה, והוא בעל 15 שנות ניסיון בתעשייה והכרות מעמיקה עם המוצרים, הלקוחות והשוק. 

גבי אלעזר משמשת כאנליסטית שווק באפלייד מטריאלס ישראל. במסגרת תפקידה גבי, בעלת MBA, סוקרת את הזירה התחרותית של החברה תוך כדי ניתוח מגמות שוק, וניתוח הפעילות העסקית של המתחרים והלקוחות. 

שירלי המר-צפלוביץ אחראית על תחום התקשורת השיווקית באפלייד מטריאלס ישראל. היא בעלת תואר שני בפיסיקה והניסיון שלה בשטח נרכש מתפקידי אפליקציה ושיווק במספר קווי מוצר.

אולי יעניין אותך גם