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 VLSI製造における計測学、検査、プロセス制御Metrology, Inspection, and Process Control in VLSI Manufacturing 本レポートでは、プロセス制御市場を以下のようにセグメント化して完全分析しています：リソグラフィ計測、ウェハ検査／欠陥レビュー、薄膜計測、その他プロセス制御システム。各分野はさらに細分化されている... もっと見る
サマリー本レポートでは、プロセス制御市場を以下のようにセグメント化して完全分析しています：リソグラフィ計測、ウェハ検査／欠陥レビュー、薄膜計測、その他プロセス制御システム。各分野はさらに細分化されている。すべてのセグメントにおける競合他社の市場シェアが示されている。 計測検査 レポートの説明ドライビングフォース
半導体計測検査は、半導体デバイスの品質、信頼性、性能を確保する上で重要な役割を担っている。この分野での進歩や投資は、いくつかの原動力によって推進されている。
全体として、半導体業界の絶え間ない技術革新の追求は、性能と品質への期待の高まりと相まって、計測・検査技術の絶え間ない進歩を促している。これらのツールは、現代のエレクトロニクスを支える最先端の半導体デバイスの開発と生産を可能にするために不可欠である。
プロセス制御とスループット：半導体製造プロセスが複雑化するにつれ、リアルタイムのプロセス制御の必要性が高まっています。高度な計測・検査システムにより、メーカーはプロセスを詳細に監視し、最適なパフォーマンスとスループットを確保するための調整を即座に行うことができます。このリアルタイム・フィードバック・ループは、精密製造と生産効率の微妙なバランスを維持するために不可欠である。
技術の進歩と小型化：マイクロチップ上のトランジスタが約2年ごとに倍増し、コストが低下するというムーアの法則の追求は、半導体デバイスの継続的な小型化につながった。この微細化には、ナノメートル以下の微細な特徴を評価できる高度な計測・検査技術が必要である。デバイスが微細化するにつれ、わずかな欠陥やばらつきでもデバイスの性能に大きな影響を与える可能性があるため、精密で正確な測定は品質管理と歩留まり管理にとって極めて重要になります。
複雑な3D構造と新材料：半導体デバイスの進化には、サイズの縮小だけでなく、3D NANDフラッシュメモリやFinFETトランジスタなど、デバイスアーキテクチャの複雑化も含まれます。これらの複雑な構造は、性能と記憶容量を向上させますが、測定と検査に新たな課題をもたらします。さらに、ユニークな特性を持つ新材料の統合により、デリケートな構造を損傷することなく材料特性を正確に評価できる新しい計測ツールの開発が必要となっています。
歩留まりの最適化：競争の激しい半導体業界では、歩留まり（ウェハ上のデバイスが正常に機能する割合）を最適化することが、経済的な存続に不可欠です。計測と検査は、製造プロセスの初期段階でプロセスのばらつきや欠陥を特定し、無駄を最小限に抑えて歩留まりを改善するための調整を可能にするために不可欠です。製造工程を正確に測定し制御する能力は、大幅なコスト削減と収益性の向上につながります。
品質と信頼性の基準：半導体デバイスの最終用途、特に自動車、医療、航空宇宙産業などの重要な分野では、最高レベルの品質と信頼性が要求されます。この要求には、洗練された計測・検査技術に支えられた、製造プロセス全体にわたる厳格な品質管理措置が必要です。これらのツールは、デバイスが意図された用途に必要な厳格な基準を満たすことを保証し、重大な結果をもたらす可能性のある故障のリスクを最小限に抑えます。
計測・検査技術の革新
半導体計測・検査技術における最近の技術革新は、半導体デバイスのサイズがますます小さくなり、その製造工程が複雑化することによってもたらされる課題に対処する上で極めて重要である。これらの進歩は、現代のエレクトロニクスの基幹である半導体部品の品質、性能、信頼性を確保するために不可欠です。ここでは、この分野における重要な技術革新の概要を紹介する：
人工知能(AI)と機械学習(ML)は、欠陥検出と分類のスピード、精度、効率を向上させることで、半導体計測と検査に革命をもたらしている。これらの技術は、検査プロセス中に生成される膨大な量のデータを分析し、潜在的な故障や品質問題を示すパターンや異常を特定することを可能にします。AIアルゴリズムは過去のデータから学習し、欠陥を予測・特定することで、手作業による検査にかかる時間とコストを削減し、歩留まり率を向上させることができる。
電子顕微鏡（EM）、原子間力顕微鏡（AFM）、X線トモグラフィーなど、高解像度のイメージング技術は大幅に進歩している。これらの手法では、半導体デバイスをナノメートルスケールで詳細に観察できるため、特徴や欠陥を正確に評価できる。例えば、電子ビーム顕微鏡は、複雑な3Dデバイス・アーキテクチャを理解するために不可欠な、材料の原子構造を検査するのに十分な解像度の画像を提供できるようになりました。
マルチビーム検査システムは、複数の電子ビームを同時に使用して半導体ウェハーを検査する。このアプローチにより、従来のシングルビームシステムに比べてスループットが大幅に向上し、より包括的で迅速な検査が可能になります。マルチビームシステムは、先端半導体デバイスの品質確保に不可欠な複雑なパターンや多層構造の欠陥の特定に特に効果的です。
3次元計測技術は、FinFETや3次元NANDフラッシュメモリーなど、半導体デバイスの複雑な3次元構造の寸法やプロファイルを測定するために、ますます重要になってきています。3次元X線顕微鏡（XRM）や3次元走査型電子顕微鏡（SEM）などの技術は、詳細な体積測定を提供し、これらの構造の品質と完全性に関する洞察を提供します。
計測機器を半導体製造装置に直接統合することで、リアルタイムのプロセス監視と制御が可能になります。このインライン計測アプローチにより、即時のフィードバックと調整が可能になり、プロセス最適化のサイクルタイムが短縮され、製造プロセスの効率が大幅に改善される。統合計測システムは、プロセスの安定性と性能を保証するために、光学的、電気的、材料特性評価法を含む様々な測定技術を利用します。
ラマン分光法やエリプソメトリーなどの高度な分光技術は、半導体計測用に改良され、組成、厚さ、屈折率などの材料特性を非破壊で分析する方法を提供しています。これらの技術は、薄膜、多層スタック、半導体製造に導入される新材料の特性評価において非常に貴重である。
半導体の計測と検査におけるビッグデータ解析の使用には、製造プロセス中に生成される膨大な量のデータの処理と解析が含まれる。この分析は、トレンドの特定、故障の予測、製造プロセスの最適化に役立ちます。ビッグデータツールは、製造のさまざまな段階にわたるデータの相関を可能にし、全体的な歩留まりとデバイス性能を向上させます。
テラヘルツイメージングや超音波スキャンなどの非接触検査法は、半導体ウェハーやデバイスを損傷させることなく検査するために開発されている。これらの方法は、特にデリケートな構造や材料の検査に有用で、従来の接触ベースの検査技術に代わる安全な方法を提供している。
 本レポートの必要性
革新と精度が最重要視される今日の半導体業界において、検査と計測の重要性はいくら強調してもしすぎることはない。半導体デバイスが急速なペースで進化を続け、フィーチャサイズの縮小、複雑さの増大、信頼性と性能に対する要求の高まりに伴い、堅牢な検査・計測ソリューションの必要性はかつてないほど高まっています。これらの技術は、半導体製造における品質保証の基礎となるもので、欠陥の検出、重要寸法の測定、ナノスケールレベルでの材料の特性評価を可能にします。
半導体を取り巻く環境が、技術の進歩、市場ダイナミクスの変化、顧客要求の進化によって大きな変貌を遂げる中、検査・計測の最新動向、開発、課題を常に把握することは、業界関係者にとって不可欠です。生産プロセスの最適化を目指す半導体メーカー、革新的なソリューションの開発を目指すサプライヤ、最先端技術を探求する研究者、市場機会を評価する投資家のいずれにとっても、半導体検査・計測の状況を包括的に理解することは不可欠である。
このような背景から、本レポートは半導体検査・計測市場の包括的かつ詳細な分析を提供する。広範な調査、業界の専門知識、市場の洞察に基づき、本レポートは検査・計測分野の現状と将来展望について全体的な見解を提供します。新たなトレンドや技術革新から、競争力学や成長機会まで、本レポートは業界の専門家や意思決定者にとって不可欠なトピックを幅広くカバーしています。
主な注目分野としては、検査・計測技術における最新の進歩、業界の成長を形作る市場動向と促進要因、競争環境と主要プレイヤーの戦略、規制と規格の環境、将来の展望と成長見通しなどがあります。本レポートで提供する実用的な洞察と戦略的提言を活用することで、関係者は競争優位性を獲得し、成長機会を特定し、リスクを軽減し、ダイナミックでペースの速い半導体検査・計測市場での成功を推進するための情報に基づいた意思決定を行うことができます。
まとめると、本レポートは、半導体検査・計測の複雑な状況をナビゲートしようとするすべての人にとって不可欠なリソースとなる。市場ダイナミクスの理解、競合のポジショニングの評価、成長機会の特定、戦略計画の策定など、本レポートは進化し続ける半導体業界で成功するために必要な洞察と分析を提供します。
本レポートについて 本レポートはプロセス制御市場を以下のようにセグメント化し、300ページにわたって完全な分析を提供しています：
o オーバーレイ（スタンドアロン）
o CD 測定
o マスク検査
o マスク計測
o パターン化ウェハー検査
・Eビームパターンニング
・光学パターンニング
o 欠陥レビュー
・ SEM 欠陥レビュー
・ 光学欠陥レビュー
・ その他欠陥レビュー
o パターンなしウェハ検査
o マクロ欠陥検出
o 非金属薄膜 ・非金属薄膜メタル薄膜
・ ノンメタル スタンドアロン
・ ノンメタル インテグレーテッド
o 基板メトロロジー
・ その他プロセス
・ ソフトウェア
2012年から2023年までの22セグメントにおける各競合企業の市場収益のエクセル・スプレッドシートを含む。
目次第1章 はじめに 1-1第2章 総括 2-1第3章 計測・検査技術 3-1
3.1はじめに 3-1
3.2イメージング技術 3-5
3.2.1 走査型電子顕微鏡(SEM) 3-6
3.2.2 透過型電子顕微鏡(TEM) 3-7
3.3.1 原子間力顕微鏡(AFM) 3-10
3.3.2 走査型トンネル顕微鏡(STM) 3-16
3.3.3 走査型プローブ顕微鏡(SPM) 3-18
3.3.4 AFMの種類 3-20
3.3.4.1 接触型AFM 3-22
3.3.4.2 動的力モードAFM技術 3-25
3.3.5 スキャニング表面電位顕微鏡（SSPM） 3-28
3.4 光学技術 3-30
3.4.1 散乱計 3-31
3.4.1.1 エリプソメトリー 3-33
3.4.1.2 リフレクトメトリー 3-40
3.4.1.3 散乱測定法の開発 3-42
3.4.2 全反射蛍光X線分析(TXRF) 3-44
3.4.3 エネルギー分散型蛍光X線分析(EDX) 3-47
3.4.4 二次イオン質量分析(SIMS) 3-48
3.4.4.1 SIMSによる表面イメージング 3-50
3.4.4.2 SIM深さプロファイリング 3-50
3.4.5 オージェ電子分光 3-52
3.4.6 集束イオンビーム(FIB) 3-57
3.4.7 X線反射率測定(XRR) 3-61
3.4.8 X線光電子分光(XPS) 3-63
3.4.9 ラザフォード後方散乱(RBS) 3-65
3.4.10 光音響計測 3-67
3.4.11 フーリエ変換赤外分光法（FTIR） 3-69
3.4.12 熱誘起電圧変化（TIVA） 3-70
3.5 膜厚と粗さ 3-71
3.5.1 表面検査技術 3-71
3.5.2 寸法測定技術 3-74
3.5.3 スタイラスフィロメータ 3-76
Chapter4 欠陥レビュー/ウェハ検査 4-1
4.1 はじめに 4-1
4.2 欠陥レビュー 4-2
4.2.1 SEM欠陥レビュー 4-3
4.2.2 光学欠陥レビュー 4-7
4.2.3 その他の欠陥レビュー 4-8
4.3 パターン化ウェハ検査 4-9
4.3.1 電子線パターニングウェハ検査 4-10
4.3.2 光学パターニングウェハ検査 4-12
4.4 パターンなしウェハ検査 4-18
4.5 マクロ欠陥検査 4-21
第5章 薄膜測定学
5.1 序論 5-1
5.1.1フロントエンド応用5-1
5.1.2 バックエンドアプリケーション 5-2
5.2 金属薄膜計測 5-3
5.3 非金属薄膜計測 5-10
5.4 基板／その他薄膜計測 5-25
Chapter6 リソグラフィー計測 6-1
6.1 オーバーレイ 6-1
6.2 CD 6-6
6.3 マスク（レチクル）計測／検査 6-21
Chapter7 市場予測 7-1
7.1 はじめに 7-1
7.2 市場予測の前提条件 7-3
7.3 市場予測 7-4
7.3.1 総合プロセス制御市場予測 7-4
7.3.2 リソグラフィー計測市場予測 7-10
7.3.2.1 オーバーレイ市場予測 7-13
7.3.2.2 CD測定市場予測 7-16
7.3.2.3 マスク検査市場予測 7-19
7.3.2.4 マスクメトリクス市場予測 7-22
7.3.3 ウェハ検査/欠陥レビュー市場 7-25
7.3.3.1 パターン化ウェハ検査市場予測 7-28
o E-ビームパターン化ウェハ検査市場予測 7-31
o光学パターン化ウェハ検査市場予測 7-34
7.3.3.2 欠陥レビュー市場予測 7-37
o SEM欠陥レビュー市場予測 7-40
o 光学欠陥レビュー市場予測 7-43
o その他の欠陥レビュー市場予測 7-46
7.3.3.4 マクロ欠陥検出市場予測 7-52
7.3.4 薄膜メトロロジー市場予測 7-55
7.3.4.1 非金属薄膜計測市場予測 7-58
o 非金属スタンダロン薄膜計測市場予測 7-62
o 非金属一体型薄膜計測市場予測 7-64
7.3.4.2 基板／その他薄膜計測市場予測 7-67
7.3.5 その他プロセス制御システム市場予測 7-70
7.3.6 バックエンド計測／検査市場予測 7-74
第8章 統合／現場計測／検査動向 8-1
8.1 はじめに 8-1
8.2 現場計測 8-1
8.3 統合計測 8-6
8.3.1 利点 8-11
8.3.2 限界 8-13
Chapter9 KeyDrivers 9-1
9.1 3D 9-1
9.2 バックエンド メトロロジー検査 9-5
9.3 300mm/450mmウェハ 9-9
9.4 銅 メトロロジー 9-10
9.5 低誘電率絶縁体 9-14
9.6 化学機械的平坦化（CMP） 9-16
9.7 イオン注入 9-26
図表リスト表の一覧
3.1 微分AFMT技術の比較 3-19
5.1 白色光と多角度レーザーエリプソメトリーとの比較 5-16
7.1 総プロセス制御市場予測 7-5
7.2 リソグラフィ測定市場予測 7-11
7.3 オーバーレイ市場予測 7-14
7.4 CD測定市場予測 7-17
7.5 マスク検査市場予測 7-20
7.6 マスク測定市場予測 7-23
7.7 ウェハ検査/欠陥レビュー市場予測 7-26
7.8 パターン化ウェハ検査市場予測 7-29
7.9 E-ビームパターン化ウェハ検査市場予測 7-32
7.1 光学パターン化ウェハ検査市場予測 7-35
7.11 欠陥レビュー市場予測 7-38
7.12 SEM欠陥レビュー市場予測 7-41
7.13 光学欠陥レビュー市場予測 7-44
7.14 その他の欠陥レビュー市場予測 7-47
7.15 非パターンウェーハ欠陥検査市場予測 7-50
7.16 マクロ欠陥検出市場予測 7-53
7.17 薄膜欠陥検査市場予測 7-56
7.18 非金属薄膜欠陥検査市場予測 7-59
7.19 非金属スタンダロン薄膜計測市場予測 7-62
7.2 非金属一体型薄膜計測市場予測 7-65
7.21 基板／その他薄膜計測市場予測 7-68
7.22 その他プロセス制御システム市場予測 7-71
9.1 絶縁膜の課題 9-8
図一覧
3.1 走査型電子顕微鏡の模式図 3-8
3.2 透過型電子顕微鏡の模式図 3-11
3.3 原子力顕微鏡の模式図 3-12
3.4 走査型トンネル顕微鏡の模式図 3-17
3.5 AFMにおける2原子間の相互作用 3-21
3.6 横方向力顕微鏡の概念図 3-24
3.7 動的力顕微鏡の概念図 3-26
3.8 走査表面電位顕微鏡の概念図 3-29
3.9 散乱計の原理 3-32
3.10 エリプソメータの概略図 3-34
3.11 CDSスキャッタロメトリーの原理 3-43
3.12 従来のTXRFAnalysisGeometry 3-45
3.13 二次イオン質量分析計の概略図 3-49
3.14 オージェ電子放出法の原理 3-53
3.15 オージェ電子分光法の概略図 3-54
3.16 集束イオンビーム技術の概略図 3-58
3.17 X線反射率法の概略図 3-62
3.18 X線光電子分光法の概略図 3-64
3.19 ラザフォード後方散乱の概略図 3-66
3.20 光音響計測の概略図 3-68
3.21 ナノトポグラフィーの空間波長 3-72
3.22 非接触静電容量式ゲージの概略図 3-75
3.23 スタイラスフィロメーターの概略図 3-77
5.1 分光エリプソメトリーダイアグラム 5-17
6.1 ITRSオーバーレイ技術ロードマップ 6-3
6.2 3D構造のイラスト 6-9
6.3 ITRS測定技術ロードマップ 6-15
6.4 OCD光学の模式図 6-20
7.1 総プロセス制御市場予測 7-6
7.2 地域別プロセス制御市場 7-8
7.3 プロセス制御市場対全体設備市場 7-9
7.4 リソグラフィ測定市場シェア 7-12
7.5 オーバーレイ市場シェア 7-15
7.6 CD測定市場シェア 7-18
7.7 マスク検査市場シェア 7-21
7.8 マスク測定市場シェア 7-24
7.9 ウェハ検査/欠陥レビュー市場シェア 7-27
7.1 パターン化ウェハ検査市場シェア 7-30
7.11 エレクトロンビームパターン化ウェハ検査市場シェア 7-33
7.12 光学パターン化ウェハ検査市場シェア 7-36
7.13 欠陥検査市場シェア 7-39
7.14 SEM欠陥検査市場シェア 7-42
7.15 光学欠陥検査市場シェア 7-45
7.16 その他欠陥検査市場シェア 7-48
7.17 非パターンウェーハ検査市場シェア 7-51
7.18 マクロ欠陥検出市場シェア 7-54
7.19 薄膜計測市場シェア 7-57
7.2 非金属薄膜計測市場シェア 7-60
7.21 非金属スタンダロン薄膜計測市場シェア 7-63
7.22 非金属集積薄膜計測市場シェア 7-66
7.23 基板／その他の薄膜測定市場シェア 7-69
7.24 その他のプロセス制御システム市場シェア 7-72
7.25 その他のプロセスソフトウェア市場シェア 7-73
8.1 AFabにおける統合制御8-7
9.1 ポーランド終点制御9-17
List of Figures
3.1 走査型電子顕微鏡の概略図3-8
3.2 透過電子顕微鏡の概略図 3-11
3.3 原子間力顕微鏡の概略図 3-12
3.4 走査型トンネル顕微鏡の概略図3-17
3.5 AFMにおける2原子間の相互作用 3-21
3.6 横方向力顕微鏡の概念図 3-24
3.7 動的力顕微鏡の概念図 3-26
3.8 走査表面電位顕微鏡の概念図 3-29
3.9 散乱計の原理 3-32
3.10 エリプソメータの概略図 3-34
3.11 CDSスキャッタロメトリーの原理 3-43
3.12 従来のTXRF分析ジオメトリ3-45
3.13 二次イオン質量分析計の概略図 3-49
3.14 オージェ電子放出法の原理 3-53
3.15 オージェ電子分光法の概略図 3-54
3.16 集束イオンビーム技術の概略図 3-58
3.17 X線反射率法の概略図 3-62
3.18 X線光電子分光法の概略図 3-64
3.19 ラザフォード後方散乱の概略図 3-66
3.20 光音響計測の概略図 3-68
3.21 ナノトポグラフィーの空間波長 3-72
3.22 非接触静電容量式ゲージの概略図 3-75
3.23 スタイラスフィロメーターの概略図 3-77
5.1 分光エリプソメトリーダイアグラム 5-17
6.1 ITRSOverlay 技術ロードマップ6-3
6.2 3次元構造図 6-9
6.3 ITRS計測ロードマップ6-15
6.4 OCDOpticsの概略図 6-20
7.1 プロセスコントロール市場全体の予測7-6
7.2 プロセス制御の地域別総市場 7-8
7.3 プロセス制御市場全体と装置市場全体との比較7-9
7.4 リソグラフィ・メトロロジーの市場シェア7-12
7.5 オーバーレイ市場シェア 7-15
7.6 CD測定の市場シェア7-18
7.7 マスク検査市場シェア 7-21
7.8 マスク計測市場シェア 7-24
7.9 ウェハ検査/欠陥レビュー市場シェア7-27
7.1 パターン化ウェハ検査市場シェア 7-30
7.11 Eビームパターンウェーハ検査市場シェア 7-33
7.12 光パターンウェーハ検査市場シェア 7-36
7.13 欠陥検査市場シェア 7-39
7.14 SEM欠陥検査市場シェア 7-42
7.15 光学欠陥検査市場シェア 7-45
7.16 その他欠陥検査市場シェア 7-48
7.17 非パターンウェーハ検査市場シェア 7-51
7.18 マクロ欠陥検出市場シェア 7-54
7.19 薄膜計測市場シェア 7-57
7.2 非金属薄膜計測市場シェア 7-60
7.21 非金属スタンダロン薄膜計測市場シェア 7-63
7.22 非金属集積薄膜計測市場シェア 7-66
7.23 基板／その他の薄膜測定市場シェア 7-69
7.24 その他のプロセス制御システム市場シェア 7-72
7.25 その他のプロセスソフトウェア市場シェア 7-73
8.1 AFabにおける統合制御8-7
9.1 ポーランド終点制御-17
SummaryThis report offers a complete analysis of the Process Control market, segmented as: Lithography Metrology; Wafer Inspection/Defect Review; Thin Film Metrology; and Other Process Control Systems. Each of these sectors is further segmented. Market shares of competitors for all segment is presented. Metrology Inspection Report DescriptionDriving Forces
Semiconductor metrology and inspection play crucial roles in ensuring the quality, reliability,and performance of semiconductor devices. Several driving forces propel advancements and investments in this field.
Overall, the semiconductor industry's relentless pursuit of innovation, coupled with increasing performance and quality expectations, drives continuous advancements in metrology and inspection technologies. These tools are essential for enabling the development and production of cutting-edge semiconductor devices that power modern electronics.
Process Control and Throughput: As semiconductor manufacturing processes become more complex, the need for real-time process control increases. Advanced metrology and inspection systems enable manufacturers to monitor processes closely and make immediate adjustments to ensure optimal performance and throughput. This real-time feedback loop is essential for maintaining the delicate balance between precision manufacturing and production efficiency.
Technological Advancements and Miniaturization: The pursuit of Moore's Law, which predicts a doubling of transistors on a microchip approximately every two years while decreasing cost, has led to the continual miniaturization of semiconductor devices. This miniaturization necessitates advanced metrology and inspection techniques capable of characterizing features at the nanometer scale and below. As devices shrink, even the smallest defects or variations can have a significant impact on device performance, making precise and accurate measurements critical for quality control and yield management.
Complex 3D Structures and New Materials: The evolution of semiconductor devices includes not just shrinking sizes but also increasing complexity in device architecture, such as 3D NAND flash memory and FinFET transistors. These complex structures improve performance and storage capacity but introduce new challenges in measurement and inspection. Additionally,the integration of new materials with unique properties necessitates the development of novel metrology tools capable of accurately assessing material characteristics without damaging the delicate structures.
Yield Optimization: In the highly competitive semiconductor industry, optimizing yield-the percentage of devices on a wafer that function correctly—is crucial for economic viability.Metrology and inspection are integral to identifying process variations and defects early in the manufacturing process, allowing for adjustments that minimize waste and improve yield. The ability to precisely measure and control the production process leads to significant cost savings and higher profitability.
Quality and Reliability Standards: The end applications of semiconductor devices, particularly in critical areas such as automotive, medical, and aerospace industries, demand the highest levels of quality and reliability. This demand requires stringent quality control measures throughout the manufacturing process, supported by sophisticated metrology and inspection techniques. These tools ensure that devices meet the rigorous standards required for their intended applications, minimizing the risk of failures that could have severe consequences.
Innovation in Metrology and Inspection Technologies
Recent innovations in semiconductor metrology and inspection technologies have been pivotal in addressing the challenges posed by the ever-decreasing size of semiconductor devices and the complexity of their manufacturing processes. These advancements are critical for ensuring the quality, performance, and reliability of semiconductor components, which are the backbone of modern electronics. Here's an overview of some of the significant innovations in this field:
Artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) are revolutionizing semiconductormetrology metrology and inspection by improving the speed, accuracy, and efficiency of defect detection and classification. These technologies enable the analysis of vast amounts of data generated during the inspection process, identifying patterns and anomalies that may indicate potential failures or quality issues. AI algorithms can learn from historical data to predict and identify defects, reducing the time and cost associated with manual inspection and increasing yield rates.
High-resolution imaging techniques have seen substantial advancements, including electron microscopy (EM), atomic force microscopy (AFM), and X-ray tomography. These methods provide detailed views of semiconductor devices at the nanometer scale, allowing for precise characterization of features and defects. For instance, electron beam microscopy can now offer images at resolutions sufficient to inspect the atomic structure of materials, crucial for understanding complex 3D device architectures.
Multi-beam inspection systems use multiple electron beams simultaneously to inspect semiconductor wafers. This approach significantly increases throughput compared to traditional single-beam systems, enabling more comprehensive and faster inspections. Multibeam systems are particularly effective in identifying defects in complex patterns and multilayer structures, essential for ensuring the quality of advanced semiconductor devices.
Three-dimensional metrology technologies have become increasingly important for measuring the dimensions and profiles of complex 3D structures in semiconductor devices, such as FinFETs and 3D NAND flash memory. Techniques such as 3D X-ray microscopy (XRM) and 3D scanning electron microscopy (SEM) provide detailed volumetric measurements, offering insights into the quality and integrity of these structures.
The integration of metrology equipment directly into semiconductor fabrication tools allows for real-time process monitoring and control. This inline metrology approach enables immediate feedback and adjustments, reducing the cycle time for process optimization and significantly improving the efficiency of the manufacturing process. Integrated metrology systems utilize various measurement techniques, including optical, electrical, and material characterization methods, to ensure process stability and performance.
Advanced spectroscopic techniques, such as Raman spectroscopy and ellipsometry, have been refined for semiconductor metrology, providing non-destructive ways to analyze material properties, including composition, thickness, and refractive index. These techniques are invaluable for characterizing thin films, multi-layer stacks, and new materials being introduced in semiconductor manufacturing.
The use of big data analytics in semiconductor metrology and inspection involves processing and analyzing the vast amounts of data generated during the manufacturing process. This analysis helps identify trends, predict failures, and optimize manufacturing processes. Big data tools enable the correlation of data across different stages of production, improving overall yield and device performance.
Non-contact inspection methods, such as terahertz imaging and ultrasonic scanning, are being developed to inspect semiconductor wafers and devices without risking damage. These methods are particularly useful for inspecting delicate structures and materials, offering a safer alternative to traditional contact-based inspection techniques.
Need For This Report
In today's semiconductor industry, where innovation and precision are paramount, the importance of inspection and metrology cannot be overstated. As semiconductor devices continue to evolve at a rapid pace, with shrinking feature sizes, increasing complexity, and growing demands for reliability and performance, the need for robust inspection and metrology solutions has never been greater. These technologies serve as the cornerstone of quality assurance in semiconductor manufacturing, enabling the detection of defects, measurement of critical dimensions, and characterization of materials at the nanoscale level.
As the semiconductor landscape undergoes profound transformations driven by technological advancements, shifting market dynamics, and evolving customer requirements, staying abreast of the latest trends, developments, and challenges in inspection and metrology is essential for industry stakeholders. Whether you are a semiconductor manufacturer striving to optimize production processes, a supplier seeking to develop innovative solutions, a researcher exploring cutting-edge technologies, or an investor evaluating market opportunities, a comprehensive understanding of the semiconductor inspection and metrology landscape is indispensable.
Against this backdrop, this report offers a comprehensive and in-depth analysis of the semiconductor inspection and metrology market. Drawing on extensive research, industry expertise, and market insights, this report provides a holistic view of the current state and future prospects of the inspection and metrology sector. From emerging trends and technological innovations to competitive dynamics and growth opportunities, this report covers a wide range of topics essential for industry professionals and decision-makers.
Key areas of focus include the latest advancements in inspection and metrology technologies, market trends and drivers shaping industry growth, competitive landscape and key players'strategies, regulatory and standards landscape, and future outlook and growth prospects. By leveraging actionable insights and strategic recommendations provided in this report,stakeholders can gain a competitive edge, identify growth opportunities, mitigate risks, and make informed decisions to drive success in the dynamic and fast-paced semiconductor inspection and metrology market.
In summary, this report serves as an indispensable resource for anyone looking to navigate the complexities of the semiconductor inspection and metrology landscape. Whether you are seeking to understand market dynamics, evaluate competitive positioning, identify growth opportunities, or formulate strategic plans, this report equips you with the insights and analysis needed to succeed in the ever-evolving semiconductor industry.
About This Report
This 300-page report offers a complete analysis of the Process Control market, segmented as:
o Overlay (standalone)
o CD Measurement
o Mask Inspection
o Mask Metrology
o Patterned Wafer Insp
・E-beam Patterned
・Optical Patterned
o Defect Review
・ SEM Defect Review
・ Optical Defect Review
・ Other Defect Review
o Unpatterned Wafer Insp
o Macro Defect Detection
o Non-Metal Thin Film
・ Non-Metal Standalone
・ Non-Metal Integrated
o Substrate Metrology
o Other Process
o Software
Includes excel spreadsheet of market revenues of each competitor in 22 segments from 2012 to 2023.
Table of ContentsChapter1 Introduction 1-1Chapter2 ExecutiveSummary 2-1Chapter3 Metrology/InspectionTechnologies 3-1
3.1 Introduction 3-1
3.2 ImagingTechniques 3-5
3.2.1 ScanningElectronMicroscope(SEM) 3-6
3.2.2 TransmissionElectronMicroscope(TEM) 3-7
3.3 ScanningProbeMicroscopes 3-10
3.3.1 AtomicForceMicroscopy(AFM) 3-10
3.3.2 ScanningTunnelingMicroscopy(STM) 3-16
3.3.3 ScanningProbeMicroscopy(SPM) 3-18
3.3.4 AFMTypes 3-20
3.3.4.1 ContactAFM 3-22
3.3.4.2 DynamicForceModeAFMTechniques 3-25
3.3.5 ScanningSurfacePotentialMicroscopy(SSPM) 3-28
3.4 OpticalTechniques 3-30
3.4.1 Scatterometry 3-31
3.4.1.1 Ellipsometry 3-33
3.4.1.2 Reflectometry 3-40
3.4.1.3 ScatterometryDevelopments 3-42
3.4.2 TotalReflectionX-RayFluorescence(TXRF) 3-44
3.4.3 EnergyDispersiveX-RayAnalysis(EDX) 3-47
3.4.4 SecondaryIonMassSpectrometry(SIMS) 3-48
3.4.4.1 SurfaceImagingUsingSIMS 3-50
3.4.4.2 SIMSDepthProfiling 3-50
3.4.5 AugerElectronSpectroscopy 3-52
3.4.6 FocusedIonBeam(FIB) 3-57
3.4.7 X-RayReflectometry(XRR) 3-61
3.4.8 X-RayPhotoelectronSpectroscopy(XPS) 3-63
3.4.9 RutherfordBackscattering(RBS) 3-65
3.4.10 OpticalAcousticsMetrology 3-67
3.4.11 FourierTransformInfraredSpectroscopy(FTIR) 3-69
3.4.12 Thermally-InducedVoltageAlteration(TIVA) 3-70
3.5 FilmThicknessAndRoughness 3-71
3.5.1 SurfaceInspectionTechnology 3-71
3.5.2 DimensionalTechnology 3-74
3.5.3 StylusProfilometer 3-76
Chapter4 DefectReview/WaferInspection 4-1
4.1 Introduction 4-1
4.2 DefectReview 4-2
4.2.1 SEMDefectReview 4-3
4.2.2 Optical DefectReview 4-7
4.2.3 OtherDefectReview 4-8
4.3 PatternedWaferInspection 4-9
4.3.1 E-BeamPatternedWaferInspection 4-10
4.3.2 OpticalPatternedWaferInspection 4-12
4.4 UnpatternedWaferInspection 4-18
4.5 Macro-DefectInspection 4-21
Chapter5 ThinFilmMetrology
5.1 Introduction 5-1
5.1.1 FrontEndApplications 5-1
5.1.2 BackEndApplications 5-2
5.2 MetalThin-FilmMetrology 5-3
5.3 Non-MetalThin-FilmMetrology 5-10
5.4 Substrate/OtherThinFilmMetrology 5-25
Chapter6 LithographyMetrology 6-1
6.1 Overlay 6-1
6.2 CD 6-6
6.3 Mask(Reticle)Metrology/Inspection 6-21
Chapter7 MarketForecast 7-1
7.1 Introduction 7-1
7.2 MarketForecastAssumptions 7-3
7.3 MarketForecast 7-4
7.3.1 TotalProcessControlMarketForecast 7-4
7.3.2 LithographyMetrologyMarketForecast 7-10
7.3.2.1 OverlayMarketForecast 7-13
7.3.2.2 CDMeasurementMarketForecast 7-16
7.3.2.3 MaskInspectionMarketForecast 7-19
7.3.2.4 MaskMetrologyMarketForecast 7-22
7.3.3 WaferInspection/DefectReviewMarket 7-25
7.3.3.1 PatternedWaferInspectionMarketForecast 7-28
o E-BeamPatternedWaferInspectionMarketForecast 7-31
o OpticalPatternedWaferInspectionMarketForecast 7-34
7.3.3.2 DefectReviewMarketForecast 7-37
o SEMDefectReviewMarketForecast 7-40
o OpticalDefectReviewMarketForecast 7-43
o OtherDefectReviewMarketForecast 7-46
7.3.3.3 Unpatterned WaferInspectionMarketForecast 7-49
7.3.3.4 MacroDefectDetectionMarketForecast 7-52
7.3.4 ThinFilmMetrologyMarketForecast 7-55
7.3.4.1 Non-MetalThinFilmMetrologyMarketForecast 7-58
o Non-MetalStandaloneThinFilmMetrologyMarketForecast 7-62
o Non-MetalIntegratedThinFilmMetrologyMarketForecast 7-64
7.3.4.2 Substrate/OtherThinFilmMetrologyMarketForecast 7-67
7.3.5 OtherProcessControlSystemsMarketForecast 7-70
7.3.6 Back-EndMetrology/InspectionMarketForecast 7-74
Chapter8 Integrated/In-SituMetrology/InspectionTrends 8-1
8.1 Introduction 8-1
8.2 In-SituMetrology 8-1
8.3 IntegratedMetrology 8-6
8.3.1 Benefits 8-11
8.3.2 Limitations 8-13
Chapter9 KeyDrivers 9-1
9.1 3D 9-1
9.2 BackEndMetrologyInspection 9-5
9.3 300mm/450mmWafers 9-9
9.4 CopperMetrology 9-10
9.5 Low-KDielectrics 9-14
9.6 ChemicalMechanicalPlanarization(CMP) 9-16
9.7 IonImplant 9-26
List of Tables/GraphsListofTables
3.1 ComparisonOfDerivativeAFMTechniques 3-19
5.1 ComparisonOfWhite-LightWithMultiple-AngleLaser Ellipsometry5-16
7.1 TotalProcessControlMarketForecast 7-5
7.2 LithographyMetrologyMarketForecast 7-11
7.3 OverlayMarketForecast 7-14
7.4 CDMeasurementMarketForecast 7-17
7.5 MaskInspectionMarketForecast 7-20
7.6 MaskMetrologyMarketForecast 7-23
7.7 WaferInspection/DefectReviewMarketForecast 7-26
7.8 PatternedWaferInspectionMarketForecast 7-29
7.9 E-BeamPatternedWaferInspectionMarketForecast 7-32
7.1 OpticalPatternedWaferInspectionMarketForecast 7-35
7.11 DefectReviewMarketForecast 7-38
7.12 SEMDefectReviewMarketForecast 7-41
7.13 OpticalDefectReviewMarketForecast 7-44
7.14 OtherDefectReviewMarketForecast 7-47
7.15 UnpatternedWaferInspectionMarketForecast 7-50
7.16 MacroDefectDetectionMarketForecast 7-53
7.17 ThinFilmMetrologyMarketForecast 7-56
7.18 Non-MetalThinFilmMetrologyMarketForecast 7-59
7.19 Non-MetalStandaloneThinFilmMetrologyMarketForecast 7-62
7.2 Non-MetalIntegratedThinFilmMetrologyMarketForecast 7-65
7.21 Substrate/OtherThinFilmMetrologyMarketForecast 7-68
7.22 OtherProcessControlSystemsMarketForecast 7-71
9.1 DielectricFilmChallenges 9-8
ListofFigures
3.1 SchematicOfScanningElectronMicroscope 3-8
3.2 SchematicOfTransmissionElectronMicroscope 3-11
3.3 SchematicOfAtomicForceMicroscopy 3-12
3.4 SchematicOfScanningTunnelingMicroscopy 3-17
3.5 InteractionBetweenTwoAtomsInAFM 3-21
3.6 SchematicOfLateralForceMicroscopy 3-24
3.7 SchematicOfDynamicForceModeAFM 3-26
3.8 SchematicOfScanningSurfacePotentialMicroscopy 3-29
3.9 PrincipleOfScatterometry 3-32
3.10 SchematicOfEllipsometer 3-34
3.11 PrinciplesOfCDScatterometry 3-43
3.12 ConventionalTXRFAnalysisGeometry 3-45
3.13 SchematicOfSecondaryIonMassSpectrometry 3-49
3.14 PrincipleOfAugerElectronEmission 3-53
3.15 SchematicOfAugerElectronSpectroscopy 3-54
3.16 SchematicOfFocusedIonBeamTechnology 3-58
3.17 SchematicOfX-RayReflectometry 3-62
3.18 SchematicOfX-RayPhotoelectronSpectroscopy 3-64
3.19 SchematicOfRutherfordBackscattering 3-66
3.20 SchematicOfOpticalAcousticsMetrology 3-68
3.21 SpatialWavelengthOfNanotopography 3-72
3.22 SchematicOfNon-ContactCapacitiveGauging 3-75
3.23 SchematicOfStylusProfilometer 3-77
5.1 SpectroscopicEllipsometryDiagram 5-17
6.1 ITRSOverlayTechnologyRoadmap 6-3
6.2 IllustrationOf3DStructure 6-9
6.3 ITRSMetrologyRoadmap 6-15
6.4 SchematicOfOCDOptics 6-20
7.1 TotalProcessControlMarketForecast 7-6
7.2 TotalProcessControlMarketByGeographicRegion 7-8
7.3 TotalProcessControlMarketVs.OverallEquipmentMarket 7-9
7.4 LithographyMetrologyMarketShares 7-12
7.5 OverlayMarketShares 7-15
7.6 CDMeasurementMarketShares 7-18
7.7 MaskInspectionMarketShares 7-21
7.8 MaskMetrologyMarketShares 7-24
7.9 WaferInspection/DefectReviewMarketShares 7-27
7.1 PatternedWaferInspectionMarketShares 7-30
7.11 E-BeamPatternedWaferInspectionMarketShares 7-33
7.12 OpticalPatternedWaferInspectionMarketShares 7-36
7.13 DefectReviewMarketShares 7-39
7.14 SEMDefectReviewMarketShares 7-42
7.15 OpticalDefectReviewMarketShares 7-45
7.16 OtherDefectReviewMarketShares 7-48
7.17 UnpatternedWaferInspectionMarketShares 7-51
7.18 MacroDefectDetectionMarketShares 7-54
7.19 ThinFilmMetrologyMarketShares 7-57
7.2 Non-MetalThinFilmMetrologyMarketShares 7-60
7.21 Non-MetalStandaloneThinFilmMetrology MarketShares 7-63
7.22 Non-MetalIntegratedThinFilmMetrologyMarketShares 7-66
7.23 Substrate/OtherThinFilmMetrologyMarketShares 7-69
7.24 OtherProcessControlSystemsMarketShares 7-72
7.25 OtherProcessSoftwareMarketShares 7-73
8.1 IntegratedControlInAFab 8-7
9.1 PolishEndpointControl 9-17
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