Technologie metrologii półprzewodników w 2025 roku: Jak precyzyjne pomiary napędzają nową falę produkcji chipów. Odkryj przełomy, dynamikę rynku i przyszłe perspektywy kształtujące branżę.

• Podsumowanie: Kluczowe trendy i czynniki rynkowe w 2025 roku
• Wielkość rynku i prognozy (2025–2030): Trajektoria wzrostu i prognozy przychodów
• Innowacje technologiczne: Narzędzia i metody metrologii nowej generacji
• Główni gracze i krajobraz konkurencyjny
• Obszary zastosowań: Logika, pamięć i zaawansowane pakowanie
• Analiza regionalna: Ameryka Północna, Azja-Pacyfik, Europa i reszta świata
• Wyzwania i bariery: Czynniki techniczne, ekonomiczne i łańcucha dostaw
• Nowe standardy i rozwój regulacji
• Partnerstwa strategiczne, M&A i trendy inwestycyjne
• Przyszłe perspektywy: Możliwości, zakłócenia i długoterminowy wpływ
• Źródła i odniesienia

Podsumowanie: Kluczowe trendy i czynniki rynkowe w 2025 roku

Przemysł półprzewodników w 2025 roku przechodzi kluczową transformację, a technologie metrologii stają się fundamentem umożliwiającym zaawansowane węzły produkcyjne i heterogeniczną integrację. W miarę jak geometrie urządzeń maleją poniżej 5 nm, a nowe materiały są wprowadzane, precyzyjne pomiary i kontrola krytycznych wymiarów, grubości warstw i składu materiałów stały się niezbędne do optymalizacji wydajności i kontroli procesów. Popyt na zaawansowaną metrologię napędza rozwój sztucznej inteligencji (AI), komputerów wysokowydajnych (HPC) oraz elektroniki samochodowej, które wymagają coraz bardziej złożonych i niezawodnych urządzeń półprzewodnikowych.

Kluczowi gracze branżowi intensywnie inwestują w rozwiązania metrologiczne nowej generacji. KLA Corporation, globalny lider w zakresie kontroli procesów i zarządzania wydajnością, kontynuuje rozwój swojego portfolio, oferując systemy inspekcji optycznej i e-beam dostosowane do zastosowań sub-5nm i 3D NAND. ASML Holding, znany z systemów litograficznych, również rozwija swoje oferty metrologiczne, szczególnie w kontekście litografii w ekstremalnej ultrafiolecie (EUV), gdzie pomiary nakładek i krytycznych wymiarów są kluczowe dla wydajności urządzeń. Hitachi High-Tech Corporation i Tokyo Electron Limited dodatkowo wzmacniają swoją pozycję dzięki zastosowaniu mikroskopii elektronowej i narzędzi metrologii in-line, wspierając zarówno producentów logiki, jak i pamięci.

Integracja sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego w platformach metrologicznych jest definiującym trendem w 2025 roku. Technologie te umożliwiają analizę danych w czasie rzeczywistym i przewidywanie kontroli procesów, redukując czasy cykli i poprawiając wydajność. Dodatkowo przejście w kierunku zaawansowanego pakowania, takiego jak chiplety i integracja 3D, stwarza nowe wyzwania metrologiczne, szczególnie w inspekcji pionów przezkrzemowych (TSV) i interfejsów heterogenicznych. Firmy reagują, rozwijając hybrydowe rozwiązania metrologiczne, które łączą różne techniki pomiarowe, takie jak metody rentgenowskie, optyczne i elektroniczne, aby sprostać tym złożonym wymaganiom.

Patrząc w przyszłość, prognozy dla technologii metrologii półprzewodników pozostają obiecujące. Kontynuacja skalowania urządzeń półprzewodnikowych, wdrażanie nowych materiałów, takich jak dielektryki o wysokiej stałej oraz półprzewodniki związkowe, oraz rozwój zaawansowanego pakowania będą utrzymywać silny popyt na innowacyjne rozwiązania metrologiczne. Oczekuje się, że liderzy branżowi przyspieszą inwestycje w badania i rozwój oraz strategiczne współprace, aby zaspokoić zmieniające się potrzeby klientów i utrzymać konkurencyjność w tym szybko rozwijającym się sektorze.

Wielkość rynku i prognozy (2025–2030): Trajektoria wzrostu i prognozy przychodów

Rynek technologii metrologii półprzewodników jest gotów na dynamiczny wzrost od 2025 do 2030 roku, napędzany rosnącą złożonością urządzeń półprzewodnikowych, przejściem do zaawansowanych węzłów procesowych (takich jak 3nm i niżej) oraz rozwojem zastosowań w dziedzinie sztucznej inteligencji, elektroniki samochodowej i komunikacji 5G/6G. W miarę malejących geometrii urządzeń i wprowadzania architektur 3D, takich jak tranzystory gate-all-around (GAA) oraz zaawansowane pakowanie, popyt na precyzyjne, wysoko-wydajne rozwiązania metrologiczne rośnie.

Kluczowi gracze branżowi, tacy jak KLA Corporation, ASML, Hitachi High-Tech Corporation i Applied Materials, intensywnie inwestują w badania i rozwój, aby sprostać wyzwaniom metrologicznym stawianym przez produkcję półprzewodników nowej generacji. Na przykład KLA Corporation kontynuuje rozwój swojego portfolio systemów inspekcji optycznej i e-beam, podczas gdy ASML integruje moduły metrologiczne w swoich platformach litograficznych, aby umożliwić kontrolę procesów w linii dla litografii EUV i high-NA EUV.

Trajektoria wzrostu rynku opiera się na rosnących wydatkach kapitałowych czołowych fabryk i zintegrowanych producentów urządzeń (IDM), w tym TSMC, Samsung Electronics i Intel, które zwiększają inwestycje w zaawansowaną metrologię, aby wspierać swoje roadmapy technologiczne. Wdrożenie zaawansowanej metrologii jest szczególnie istotne dla zwiększenia wydajności i kontroli procesów w węzłach sub-5nm, gdzie tradycyjne techniki pomiarowe napotykają ograniczenia.

Od 2025 roku rynek ma zyskać roczną stopę wzrostu (CAGR) na poziomie wysokich jednocyfrowych wartości, a całkowite przychody mają osiągnąć kilka miliardów dolarów amerykańskich do 2030 roku. Wzrost ten napędza rozwój zdolności produkcyjnych półprzewodników w Azji, Ameryce Północnej i Europie, jak również increasing integration of artificial intelligence and machine learning into metrology systems for real-time defect detection and process optimization.

Patrząc w przyszłość, wizje dla technologii metrologii półprzewodników pozostają silne, z kontynuacją innowacji w zakresie hybrydowej metrologii (łączącej wiele technik pomiarowych), metrologii in-line i in-situ oraz rozwój nowych rozwiązań dostosowanych do zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji. Krajobraz konkurencyjny prawdopodobnie się zaostrzy, gdy ugruntowani gracze oraz wschodzący dostawcy technologii będą rywalizować w celu zaspokojenia zmieniających się potrzeb przemysłu półprzewodników.

Innowacje technologiczne: Narzędzia i metody metrologii nowej generacji

Przemysł półprzewodników przechodzi szybką transformację technologiczną w obszarze metrologii, napędzaną nieustanną dążeniem do mniejszych węzłów, architektur 3D i heterogenicznej integracji. W 2025 roku popyt na zaawansowane narzędzia metrologiczne rośnie, przy czym najbardziej nowoczesne fabryki wymagają niewyobrażalnej precyzji i wydajności, aby wspierać technologie procesowe poniżej 3 nm oraz złożone struktury urządzeń.

Jedną z najważniejszych innowacji jest wdrożenie hybrydowej metrologii, która łączy wiele technik pomiarowych – takich jak optyczne, rentgenowskie i oparte na elektronach – w celu zapewnienia kompleksowej charakterystyki krytycznych wymiarów (CD), nakładek i właściwości materiałów. ASML, globalny lider w dziedzinie litografii i metrologii, jest w czołówce, integrując zaawansowane systemy inspekcji optycznej i e-beam, aby sprostać wyzwaniom litografii EUV (ekstremalna ultrafiolet) i procesów high-NA (numerical aperture). Ich rozwiązania metrologiczne są niezbędne do kontrolowania miejsc rozmieszczenia wzorów i defektywności na poziomie atomowym.

Innym kluczowym trendem jest przyjęcie metrologii in-line i in-situ, co umożliwia kontrolę procesów w czasie rzeczywistym i szybką informację zwrotną. KLA Corporation, dominujący gracz w dziedzinie kontroli procesów i inspekcji, wprowadził nowe platformy wykorzystujące uczenie maszynowe i AI do analizy ogromnych zbiorów danych z różnych źródeł metrologicznych, poprawiając wydajność i skracając czas wprowadzania na rynek. Ich najnowsze narzędzia są zaprojektowane do obsługi złożoności technologii 3D NAND, FinFET i tranzystorów gate-all-around (GAA), które wymagają precyzyjnego pomiaru cech o dużej proporcji aspektów i ukrytych interfejsów.

Metrologia rentgenowska również zyskuje na znaczeniu, szczególnie w kontekście analizy nieniszczącej zaawansowanego pakowania i integracji 3D. Thermo Fisher Scientific i Bruker Corporation rozszerzają swoje portfolia o wysokorozdzielcze systemy dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i spektroskopi fotoelektronów rentgenowskich (XPS), umożliwiając szczegółową charakterystykę materiałów i interfejsów na poziomie nanometrów.

Patrząc w przyszłość, w nadchodzących latach będziemy świadkami dalszej integracji analityki napędzanej AI, zwiększonej automatyzacji oraz rozwoju narzędzi metrologicznych zdolnych do rozdzielczości na poziomie atomowym. Współprace branżowe, takie jak te prowadzone przez SEMI i imec, przyspieszają standaryzację i przyjęcie tych technologii nowej generacji. W miarę, jak architektury urządzeń ewoluują, metrologia pozostanie kluczowym umożliwiaczem wzrostu wydajności oraz kontrolowania kosztów, wspierając roadmapę półprzewodników do końca dekady.

Główni gracze i krajobraz konkurencyjny

Sektor technologii metrologii półprzewodników w 2025 roku charakteryzuje się intensywną konkurencją wśród kilku globalnych liderów, każdy z nich wykorzystuje zaawansowane badania i rozwój oraz strategiczne partnerstwa do zaspokojenia rosnących wymagań dotyczących produkcji półprzewodników nowej generacji. W miarę zmniejszania się geometrii urządzeń poniżej 5 nm i wprowadzania nowych materiałów, potrzeba precyzyjnych, wysoko-wydajnych rozwiązań metrologicznych nigdy nie była większa.

Kluczowi gracze:

• KLA Corporation pozostaje dominującą siłą na rynku, oferując kompleksowe portfolio systemów inspekcji optycznej i e-beam, metrologii i analityki danych. Niedawny nacisk KLA koncentruje się na detekcji defektów napędzanej AI oraz kontroli procesów w linii, dokonując znaczących inwestycji w hybrydowe platformy metrologiczne, które łączą wiele technik pomiarowych dla zaawansowanych węzłów.
• ASML Holding, znany przede wszystkim z systemów litograficznych, rozszerzył swoje oferty metrologiczne, szczególnie poprzez przejęcie Berliner Glas i integrację zaawansowanych modułów metrologicznych do swoich platform EUV. Rozwiązania metrologiczne ASML są kluczowe dla kontroli nakładek i ogniskowania w produkcji poniżej 3 nm.
• Hitachi High-Tech Corporation jest głównym dostawcą CD-SEM (mikroskopu elektronowego z krytycznym wymiarem) oraz systemów przeglądu defektów. Firma wprowadza do przodu technologie wielo-beam SEM i analizy obrazów napędzanej AI, aby sprostać wymaganiom wydajności i dokładności najnowocześniejszych fabryk.
• Carl Zeiss AG dostarcza narzędzia metrologiczne o wysokiej rozdzielczości, oparte na elektronach i jonach, z silną obecnością zarówno w środowisku badawczym, jak i produkcyjnym. Niedawne współprace Zeissa z producentami układów skupiają się na metrologii 3D dla zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji.
• Onto Innovation specjalizuje się w metrologii optycznej, inspekcji defektów macro i oprogramowaniu do kontroli procesów. Najnowsze platformy firmy koncentrują się na zaawansowanych węzłach logiki i pamięci, z naciskiem na hybrydowe połączenia i zastosowania 3D NAND.

Inne znaczące firmy to Tokyo Electron Limited (TEL), która integruje moduły metrologiczne w swoim sprzęcie do procesów, oraz Thermo Fisher Scientific, lider w dziedzinie mikroskopii elektronowej (TEM) i tomografii atomowej do analizy materiałów.

Krajobraz konkurencyjny jest dodatkowo kształtowany przez strategiczne sojusze między producentami sprzętu a fabrykami półprzewodników, jak również przez pojawienie się startupów koncentrujących się na metrologii napędzanej AI i kontroli procesów in-situ. W miarę jak przemysł przechodzi do produkcji o dużej skali 2 nm i poniżej, zdolność do dostarczania precyzyjnej metrologii w czasie rzeczywistym stanie się kluczowym czynnikiem różnicującym, napędzającym dalsze innowacje i konsolidację wśród głównych graczy sektora.

Obszary zastosowań: Logika, pamięć i zaawansowane pakowanie

Technologie metrologii półprzewodników są kluczowe w zapewnieniu wydajności, rentowności i niezawodności urządzeń w obszarach zastosowań logiki, pamięci i zaawansowanego pakowania. W miarę jak przemysł przechodzi do 2025 roku, popyt na precyzyjną i wysoko-wydajną metrologię intensyfikuje się, napędzany wdrażaniem sub-3nm węzłów logiki, skalowaniem 3D NAND i DRAM oraz heterogeniczną integracją w zaawansowanym pakowaniu.

W produkcji urządzeń logiki przejście na tranzystory gate-all-around (GAA) oraz ekstremalną ultrafioletową (EUV) litografię w rozmiarze 3nm i niżej wprowadza nowe wyzwania metrologiczne. Dokładne pomiary krytycznych wymiarów (CD), nakładek i składu materiałowego są niezbędne do kontroli zmienności i defektów. Wiodący dostawcy, tacy jak KLA Corporation oraz ASML Holding, rozwijają platformy metrologiczne optyczne i e-beam, aby sprostać tym potrzebom. KLA, na przykład, wprowadziła nowe systemy inspekcji e-beam zdolne do wykrywania ukrytych defektów i pomiarów złożonych struktur 3D, podczas gdy ASML integruje moduły metrologiczne w swoich skanerach EUV, aby umożliwić kontrolę procesów w linii.

W sektorze pamięci ciągłe skalowanie 3D NAND – obecnie przekraczającego 200 warstw – oraz rozwój pamięci DRAM nowej generacji wymagają rozwiązań metrologicznych, które mogą badać struktury o dużym współczynniku proporcji i cienkowarstwowe. Hitachi High-Tech Corporation oraz Tokyo Electron Limited są wśród firm dostarczających zaawansowane narzędzia CD-SEM i mierniki grubości warstw dostosowane do tych zastosowań. Zdolność do nieniszczącej analizy głębokich cech i złożonych warstw materiałów staje się coraz ważniejsza w miarę ewolucji architektur pamięci.

Zaawansowane pakowanie, w tym integracja 2.5D i 3D, to kolejny obszar, w którym metrologia jest kluczowa. Potrzeba inspekcji przezkrzemowych pionów (TSV), mikrowypustów i interfejsów hybrydowego wiązania napędza wdrożenie metrologii rentgenowskiej i akustycznej, a także wysokorozdzielczej inspekcji optycznej. Onto Innovation Inc. oraz TESCAN ORSAY HOLDING rozszerzają swoje portfolio, aby wspierać te wymagania, oferując narzędzia do metrologii w poziomie wafla i inspekcji defektów w liniach pakowania zaawansowanego.

Patrząc na następne lata, prognozy dla technologii metrologii półprzewodników są kształtowane przez zbieżność analityki napędzanej AI, kontroli procesów w linii i potrzebę coraz dokładniejszej rozdzielczości. Producenci sprzętu inwestują w metrologię hybrydową – łączącą wiele technik pomiarowych – oraz rozwiązania in-situ, aby dotrzymać kroku rosnącej złożoności procesów logiki, pamięci i pakowania. W miarę jak architektury urządzeń nadal ewoluują, rola metrologii będzie tylko rosła, będąc podporą zdolności przemysłu do dostarczania produktów półprzewodnikowych nowej generacji.

Analiza regionalna: Ameryka Północna, Azja-Pacyfik, Europa i reszta świata

Globalny krajobraz technologii metrologii półprzewodników w 2025 roku kształtowany jest przez strategiczne priorytety i inwestycje kluczowych regionów: Ameryki Północnej, Azji-Pacyfiku, Europy i reszty świata. Każdy region wykazuje unikalne mocne strony i wyzwania, wynikające z ich odpowiednich ekosystemów produkcji półprzewodników, polityk rządowych oraz obecności wiodących dostawców sprzętu metrologicznego.

Ameryka Północna pozostaje kluczowym centrum innowacji metrologicznych półprzewodników, opierając się na silnej infrastrukturze badawczo-rozwojowej w Stanach Zjednoczonych i obecności głównych graczy branżowych. Firmy takie jak KLA Corporation i Applied Materials mają siedzibę w tym regionie, prowadząc rozwój narzędzi do kontroli procesów i inspekcji. Ustawa CHIPS i związane z nią inicjatywy finansowe rządu USA mają na celu przyspieszenie krajowej produkcji i wdrażania narzędzi metrologicznych do 2025 roku i później, gdy fabryki dążą do lokalizacji łańcuchów dostaw i zwiększenia wydajności procesów.

Azja-Pacyfik nadal dominuje w produkcji półprzewodników, stanowiąc większość globalnej zdolności produkcyjnej wafli. Państwa takie jak Tajwan, Korea Południowa, Japonia i coraz bardziej Chiny inwestują znacznie w zaawansowane rozwiązania metrologiczne, aby wspierać najnowocześniejsze węzły (3 nm i poniżej). TSMC i Samsung Electronics są na czołówce, integrując najnowocześniejsze systemy metrologiczne w celu utrzymania wydajności i jakości przy zaawansowanych geometriach. Japońskie firmy, takie jak Hitachi High-Tech Corporation i Tokyo Electron, są również znaczącymi dostawcami metrologii i sprzętu inspekcyjnego, wspierając zarówno krajowe, jak i regionalne fabryki. Dążenie Chin do samowystarczalności półprzewodników ma na celu dalsze zwiększenie popytu na narzędzia metrologiczne, a lokalne firmy zwiększają swoje możliwości, mimo że nadal polegają na imporcie najnowocześniejszych systemów.

Europa charakteryzuje się skoncentrowaniem na półprzewodnikach specjalistycznych i samochodowych, z kluczowymi rolami krajów takich jak Niemcy i Holandia. ASML, z siedzibą w Holandii, jest globalnym liderem w dziedzinie litografii i rozwiązań metrologicznych, dostarczając kluczowy sprzęt dla fabryk na całym świecie. Inicjatywy Unii Europejskiej mające na celu wzmocnienie suwerenności półprzewodników prawdopodobnie pobudzą inwestycje w infrastrukturę metrologiczną, szczególnie w obszarze zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji.

Reszta świata, w tym Izrael i Singapur, stają się ważnymi węzłami w globalnym łańcuchu wartości półprzewodników. Te regiony inwestują w badania i rozwój oraz linie pilotażowe, często we współpracy z międzynarodowymi dostawcami sprzętu, aby wzmocnić swoje możliwości metrologiczne i przyciągnąć projekty zaawansowanej produkcji.

Patrząc w przyszłość, popyt na precyzyjne, wysoko-wydajne technologie metrologiczne będzie się nasilać we wszystkich regionach, gdy geometrie urządzeń będą się zmniejszać, a złożoność procesów będzie wzrastać. Wsparcie polityki regionalnej, lokalizacja łańcucha dostaw i wyścig o przywództwo technologiczne będą nadal kształtować konkurencyjny krajobraz metrologii półprzewodników do 2025 roku i w kolejnych latach.

Wyzwania i bariery: Czynniki techniczne, ekonomiczne i łańcucha dostaw

Sektor metrologii półprzewodników staje w obliczu skomplikowanego zestawu wyzwań i barier, gdy dostosowuje się do wymagań zaawansowanej produkcji węzłów w 2025 roku i później. Czynniki techniczne, ekonomiczne i łańcucha dostaw zbieżają się w kształtowaniu krajobrazu dla technologii metrologicznych, które są kluczowe dla kontroli procesów i zwiększania wydajności w produkcji półprzewodników.

Wyzwania techniczne: Trwała miniaturyzacja urządzeń półprzewodnikowych, przy węzłach nowej generacji na poziomie 3 nm i poniżej, stawia wymagania metrologiczne na niespotykaną dotąd precyzję i czułość. Tradycyjne narzędzia metrologii optycznej osiągają swoje fizyczne granice, szczególnie w pomiarze cech o dużym współczynniku proporcji oraz złożonych struktur 3D, takich jak tranzystory gate-all-around (GAA) i zaawansowane urządzenia pamięciowe. To skłoniło do wdrożenia nowych technik, w tym metrologii rentgenowskiej i opartej na elektronach, a także podejść hybrydowych, które łączą wiele rodzajów pomiarów. Jednak integracja tych zaawansowanych narzędzi w środowiska produkcyjne o dużej skali pozostaje znaczną przeszkodą ze względu na ograniczenia przepustowości i potrzebę solidnej, zautomatyzowanej analizy danych.

Bariery ekonomiczne: Koszt rozwoju i wdrażania nowej generacji narzędzi metrologicznych szybko rośnie. Wiodący dostawcy, tacy jak KLA Corporation, ASML i Hitachi High-Tech Corporation, intensywnie inwestują w badania i rozwój, aby sprostać wymaganiom metrologicznym w węzłach sub-3nm, ale intensywność kapitałowa tych wysiłków stanowi barierę dla mniejszych graczy i nowych uczestników. Dodatkowo rosnąca złożoność rozwiązań metrologicznych często wymaga bliskiej współpracy między dostawcami narzędzi a producentami półprzewodników, co dodatkowo koncentruje moc rynkową w rękach kilku dominujących firm.

Czynniki łańcucha dostaw: Globalny łańcuch dostaw półprzewodników pozostaje wrażliwy na zakłócenia, co podkreślają ostatnie napięcia geopolityczne i niedobory materiałów. Producenci narzędzi metrologicznych polegają na wysoce wyspecjalizowanych komponentach, takich jak zaawansowana optyka, detektory i precyzyjne systemy ruchu, które często pozyskują z ograniczonej liczby dostawców. Każda zator w łańcuchu dostaw może opóźnić dostawę narzędzia i wpłynąć na harmonogramy ramp-up fabryk. Firmy, takie jak Carl Zeiss AG, odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu precyzyjnych komponentów optycznych dla systemów metrologicznych i litograficznych, podkreślając wzajemną zależność w ekosystemie.

Perspektywy: W nadchodzących latach przemysł półprzewodników ma skoncentrować swoje wysiłki na innowacjach metrologicznych, z zwiększonymi inwestycjami w analitykę danych napędzaną AI oraz rozwiązania pomiarowe in-line, w czasie rzeczywistym. Jednak przezwyciężenie barier technicznych, ekonomicznych i związanych z łańcuchem dostaw będzie wymagało skoordynowanych działań wzdłuż całego łańcucha wartości, w tym inicjatyw standaryzacyjnych i strategicznych partnerstw między producentami sprzętu, dostawcami materiałów i producentami urządzeń.

Nowe standardy i rozwój regulacji

Krajobraz technologii metrologii półprzewodników przechodzi znaczną transformację w 2025 roku, napędzaną szybkim miniaturyzowaniem urządzeń, integracją heterogenicznych materiałów oraz rosnącą złożonością zaawansowanego pakowania. W miarę jak przemysł zbliża się do węzła 2 nm i bada tranzystory gate-all-around (GAA), potrzeba precyzyjnych, niezawodnych i zstandaryzowanych rozwiązań metrologicznych nigdy nie była większa. W odpowiedzi międzynarodowe organizacje standaryzacyjne oraz czołowi gracze branżowi aktywnie kształtują nowe ramy i wytyczne regulacyjne, aby zapewnić dokładność pomiarów, interoperacyjność i integralność danych w globalnym łańcuchu dostaw.

Organizacja SEMI nadal odgrywa kluczową rolę w opracowywaniu i aktualizacji standardów dla metrologii półprzewodników. W 2025 roku Północnoamerykańskie i Międzynarodowe Komitety Standardów SEMI skupiają się na harmonizacji protokołów metrologii krytycznych wymiarów (CD), metrologii nakładek i inspekcji defektów, szczególnie dla litografii EUV i zaawansowanych struktur 3D. Standardy te są niezbędne do zapewnienia, że narzędzia metrologiczne od różnych dostawców mogą być porównywane i integrowane w sposób płynny w środowiskach produkcji o dużej skali.

W międzyczasie Japońskie Stowarzyszenie Przemysłu Elektroniki i Technologii Informacyjnej (JEITA) oraz VDMA (Niemieckie Stowarzyszenie Przemysłu Mechanicznego) współpracują z SEMI i innymi regionalnymi organizacjami w celu ujednolicenia standardów metrologicznych na całym świecie, stojąc w obliczu wyzwań takich jak transgraniczna wymiana danych, kalibracja sprzętu i identyfikowalność. Ta międzynarodowa współpraca jest szczególnie ważna, gdy łańcuchy dostaw półprzewodników stają się coraz bardziej rozproszone, a kontrola regulacyjna dotycząca bezpieczeństwa danych i kontroli eksportu nasila się.

W dziedzinie regulacji rządy w Stanach Zjednoczonych, Unii Europejskiej oraz Wschodniej Azji coraz bardziej nakładają wymogi zgodności z ustandaryzowanymi protokołami metrologicznymi jako częścią szerszych inicjatyw polityki półprzewodnikowej. Na przykład, Ustawa CHIPS w USA i Europejska Ustawa o Półprzewodnikach zawierają przepisy dotyczące inwestycji w infrastrukturę metrologiczną oraz ustanowienia bezpiecznych, znormalizowanych ramach pomiarowych, aby wspierać krajową produkcję i badania i rozwój. Polityki te mają na celu przyspieszenie wdrażania narzędzi metrologicznych nowej generacji oraz napędzenie dalszych innowacji w takich obszarach jak kontrola procesów in-line, analiza defektów napędzana AI i charakteryzacja materiałów zaawansowanych.

Patrząc w przyszłość, prognozy dla standardów i regulacji metrologii półprzewodników wskazują na rosnącą konwergencję i wyspecjalizowanie. W miarę jak wiodący producenci sprzętu, tacy jak KLA Corporation, ASML i Hitachi High-Tech Corporation, wprowadzają nowe platformy metrologiczne, bliska współpraca ze standardowymi organizacjami i agencjami regulacyjnymi będzie kluczowa dla zapewnienia, że te innowacje przekształcają się w solidne, skalowalne i globalnie akceptowane rozwiązania dla przemysłu półprzewodników.

Partnerstwa strategiczne, M&A i trendy inwestycyjne

Sektor metrologii półprzewodników przechodzi dynamiczną fazę strategicznych partnerstw, przejęć i fuzji (M&A) i ukierunkowanych inwestycji, w miarę jak przemysł dostosowuje się do rosnącej złożoności zaawansowanych węzłów, heterogenicznej integracji i proliferacji zastosowań AI oraz motoryzacyjnych. W 2025 roku te trendy są napędzane potrzebą bardziej precyzyjnej kontroli procesów, szybszego wprowadzenia na rynek oraz integracji metrologii z analityką danych i AI.

Kluczowi liderzy branży, tacy jak KLA Corporation, ASML Holding i Hitachi High-Tech Corporation, kontynuują rozwój swoich portfeli metrologicznych zarówno poprzez organiczne badania i rozwój, jak i strategiczne przejęcia. Na przykład KLA, jako dominujący gracz w kontroli procesów i metrologii, ma historię przejmowania innowacyjnych startupów i ugruntowanych firm, aby wzmocnić swoje zdolności w zakresie inspekcji optycznej i e-beam oraz metrologii in-situ. W ostatnich latach KLA skoncentrowała się na integracji analityki napędzanej AI w swoje rozwiązania metrologiczne, często poprzez partnerstwa z firmami zajmującymi się oprogramowaniem i danymi.

ASML, najlepiej znany z systemów litograficznych, również zintensyfikował swoje zaangażowanie w metrologii, przejmując i wspólnie pracując z firmami specjalizującymi się w litografii obliczeniowej i kontroli procesów. Na przykład przejęcie Berliner Glas Group przez ASML w 2020 roku wzmocniło jego pozycję w zakresie komponentów metrologicznych optycznych, a firma dalej inwestuje w badania i rozwój związane z metrologią, aby wspierać swoją roadmapę EUV.

Tymczasem Onto Innovation – utworzona w wyniku fuzji Nanometrics i Rudolph Technologies – aktywnie inwestuje w nowe platformy metrologiczne dla zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji, obszarów, które zyskują na znaczeniu ze względu na popyt z rynków AI i komputerów wysokowydajnych. Wspólne projekty Onto Innovation z wiodącymi fabrykami i OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) mają na celu intensyfikację do 2025 roku i później.

Japońskie firmy, takie jak Hitachi High-Tech Corporation i Keyence Corporation, także rozszerzają swoje globalne zasięgi zarówno poprzez bezpośrednie inwestycje, jak i wspólne przedsięwzięcia, szczególnie w regionie Azji-Pacyfiku, który pozostaje gorącym ośrodkiem ekspansji produkcji półprzewodników.

Patrząc w przyszłość, w ciągu następnych kilku lat można oczekiwać dalszej konsolidacji, ponieważ metrologia staje się coraz bardziej zintegrowana z sprzętem procesowym, a produkcja oparta na danych staje się normą. Strategicznymi sojuszami między specjalistami metrologii a producentami sprzętu, a także inwestycjami w AI i uczenie maszynowe w celu wykrywania defektów i optymalizacji procesów, będą kluczowe dla utrzymania konkurencyjności. Prognozy dla sektora są obiecujące, z oczekiwanymi napływami kapitału i międzynarodowymi współpracami, które mają przyspieszyć innowacje i wspierać skalowanie technologii półprzewodników nowej generacji.

Przyszłe perspektywy: Możliwości, zakłócenia i długoterminowy wpływ

Przyszłe perspektywy dla technologii metrologii półprzewodników w 2025 i kolejnych latach kształtowane są przez nieustający nacisk na mniejsze węzły, zaawansowane pakowanie i heterogeniczną integrację. W miarę jak przemysł zbliża się do węzła procesowego 2 nm i bada tranzystory gate-all-around (GAA), popyt na precyzyjną, wysoko-wydajną metrologię rośnie. Wiodący producenci urządzeń, tacy jak KLA Corporation, ASML i Hitachi High-Tech Corporation, intensywnie inwestują w platformy metrologiczne nowej generacji, które wykorzystują sztuczną inteligencję, uczenie maszynowe i inspekcje wielomodalne, aby sprostać tym wyzwaniom.

Możliwości wzrastają w integracji technik metrologii optycznej, e-beam i rentgenowskiej. Hybrydowa metrologia, która łączy dane z wielu typów narzędzi, zyskuje na znaczeniu dzięki swojej zdolności do zapewnienia bogatszych, bardziej użytecznych informacji o złożonych strukturach 3D i nowych materiałach. KLA Corporation rozwija rozwiązania hybrydowej metrologii, które umożliwiają równoczesny pomiar krytycznych wymiarów, nakładek i składu materiałowego, wspierając przejście przemysłu ku zaawansowanym węzłom i architekturze 3D NAND.

Zakłócenia są spodziewane, ponieważ nowe architektury urządzeń, takie jak tranzystory GAA i chiplety, wprowadzają nowe wymagania metrologiczne. Przejście w kierunku zaawansowanego pakowania – takiego jak integracja 2.5D i 3D – wymaga nieniszczącej, wysokorozdzielczości inspekcji przezkrzemowych pionów (TSV), mikrowypustów i połączeń. ASML, znany z przywództwa w dziedzinie litografii, rozszerza swoje portfolio metrologiczne, aby sprostać kontroli nakładek i krytycznych wymiarów na poziomie ekstremalnej ultrafioletowej (EUV), co jest istotne dla zmniejszenia defektów i poprawy wydajności w węzłach poniżej 5 nm.

W dłuższej perspektywie, zbieżność metrologii z analityką danych i kontrolą procesów ma przekształcić produkcję półprzewodników. Dane metrologiczne w czasie rzeczywistym i w linii będą coraz częściej zasilać zaawansowane systemy kontroli procesów (APC), umożliwiając przewidywalne utrzymanie, optymalizację wydajności i szybsze przejście do produkcji masowej. Hitachi High-Tech Corporation rozwija narzędzia mikroskopii elektronowej i spektroskopii z analityką napędzaną AI, aby przyspieszyć analizę przyczyn defektów i uczenie się procesów.

W miarę rosnącej złożoności przemysłu rola metrologii będzie rozszerzać się od zapewnienia jakości do kluczowego umożliwiacza innowacji i konkurencyjności. W następnych latach będziemy świadkami dalszej współpracy między dostawcami sprzętu, fabrykami i producentami zintegrowanymi w celu wspólnego opracowywania rozwiązań metrologicznych dostosowanych do nowo pojawiających się technologii urządzeń i paradygmatów produkcyjnych.

Źródła i odniesienia

• KLA Corporation
• ASML Holding
• Hitachi High-Tech Corporation
• Thermo Fisher Scientific
• Bruker Corporation
• imec
• Carl Zeiss AG
• Onto Innovation
• Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA)
• VDMA