Defect Engineering voor Halfgeleiderfabricage in 2025: Het Vrijlaten van de Volgende Generatie Opbrengst, Betrouwbaarheid en Marktuitbreiding. Ontdek Hoe Geavanceerde Defectcontrole de Toekomst van Chipproductie Vormgeeft.

• Executive Summary: De Cruciale Rol van Defect Engineering in 2025
• Marktomvang, Groeivoorspellingen en Belangrijke Stuwkracht (2025–2030)
• Technologische Innovaties in Defectdetectie en -mitigatie
• Belangrijke Spelers en Strategische Initiatieven (bijv. ASML, Applied Materials, TSMC)
• Opkomende Materialen en Procesuitdagingen
• AI en Machine Learning in Defectanalyse
• Opbrengstverhoging: Economische Impact en ROI
• Regelgeving, Standaarden en Industrie Samenwerking (bijv. SEMI, IEEE)
• Regionale Trends: Azië-Pacific, Noord-Amerika en Europa
• Toekomstige Vooruitzichten: Routekaart naar 2030 en Verder
• Bronnen & Referenties

Executive Summary: De Cruciale Rol van Defect Engineering in 2025

Defect engineering is uitgegroeid tot een hoeksteen van halfgeleiderfabricage, vooral nu de industrie in 2025 vooruitgang boekt naar sub-3nm procesnodes en heterogene integratie. De onvermoeibare drang naar hogere apparaatspecifieke prestaties, lager energieverbruik en een hogere opbrengst heeft de nauwkeurige controle en mitigatie van defecten tot een topprioriteit gemaakt voor toonaangevende fabrikanten. In 2025 maakt de complexiteit van apparaatsarchitecturen—zoals gate-all-around (GAA) transistoren en 3D-stapeling—de gevoeligheid voor atomaire imperfecties groter, waardoor defect engineering niet alleen een kwaliteitscontrolemaatregel is, maar ook een strategische enabler van innovatie.

Belangrijke spelers in de industrie, waaronder Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), Samsung Electronics en Intel Corporation, hebben hun investeringen in geavanceerde metrologie, inline-inspectie en procesbeheersystemen aanzienlijk verhoogd. Deze bedrijven benutten state-of-the-art elektronenmicroscopie, deep learning-algoritmen en real-time monitoring om defecten op nanometerschaal te detecteren, classificeren en verhelpen. TSMC’s productieprocessen voor 2nm en 3nm integreren bijvoorbeeld geavanceerde defectinspectietools en AI-gedreven analyses om hoge opbrengsten te behouden en te voldoen aan de strenge betrouwbaarheidsvereisten van automotive, AI en high-performance computing-toepassingen.

Apparatuursleveranciers zoals ASML Holding en Applied Materials zijn ook cruciaal, zij voorzien de industrie van lithografie- en inspectiesystemen van de volgende generatie. ASML’s extreme ultraviolet (EUV) lithografieplatforms, die nu algemeen worden toegepast in massaproductie, vereisen ongekende defectcontrole in zowel fotomaskers als wafers. Applied Materials heeft ondertussen nieuwe defectreview- en metrologieën oplossingen geïntroduceerd die zijn afgestemd op geavanceerde nodes, waardoor fabrieken defecten die de opbrengst beperken efficiënter kunnen identificeren en aanpakken.

Industrie-organisaties zoals SEMI en imec bevorderen samenwerking op defect engineering standaarden en best practices, waarbij ze erkennen dat cross-industriële afstemming essentieel is naarmate toeleveringsketens globaler en complexer worden. Imec’s onderzoekprogramma’s in 2025 richten zich op defectiviteit in geavanceerde logische en geheugentoepassingen en ondersteunen verbeteringen in het ecossysteem.

Met het oog op de toekomst is het vooruitzicht voor defect engineering er een van voortdurende innovatie en integratie. Nu apparaatschaalverkleining de fysieke en economische grenzen nadert, zal de mogelijkheid om defecten te ontwerpen, detecteren en te mitigeren een doorslaggevende factor zijn in het behouden van de wet van Moore en het mogelijk maken van nieuwe toepassingen. De komende jaren zullen verdere convergentie van materiaalkunde, data-analyse en proces technologie zien, met defect engineering in het hart van de evolutie van de halfgeleiderproductie.

Marktomvang, Groeivoorspellingen en Belangrijke Stuwkracht (2025–2030)

De markt voor defect engineering in halfgeleiderfabricage staat op het punt om robuust te groeien van 2025 tot 2030, aangedreven door de stijgende vraag naar geavanceerde chips, de proliferatie van AI en high-performance computing, en de voortdurende miniaturisatie van halfgeleiderapparaten. Nu apparaatgeometrieën onder de 5 nm krimpen en nieuwe materialen worden geïntroduceerd, wordt de controle en mitigatie van defecten steeds kritischer voor opbrengst, betrouwbaarheid en prestaties. Volgens gegevens uit de industrie wordt verwacht dat de wereldwijde halfgeleider markt tegen 2030 meer dan $1 biljoen bedraagt, met defect engineering technologieën die een cruciale rol spelen in het mogelijk maken van deze uitbreiding.

Belangrijke stuwkrachten zijn de overgang naar gate-all-around (GAA) transistoren, 3D-integratie en de acceptatie van extreme ultraviolet (EUV) lithografie, die nieuwe defectuitdagingen met zich meebrengt. Vooruitstrevende foundries zoals Taiwan Semiconductor Manufacturing Company en Samsung Electronics investeren zwaar in geavanceerde defectinspectie, metrologie en procesbeheersystemen om hoge opbrengsten op geavanceerde nodes te behouden. TSMC heeft bijvoorbeeld publiekelijk het belang van inline defectmonitoring en geavanceerde procescontrole benadrukt terwijl het de productie van 2 nm en sub-2 nm opschaalt, terwijl Samsung Electronics AI-gedreven defectanalyse benut om de productie van zijn GAA-transistoren te optimaliseren.

Apparatuursleveranciers zoals KLA Corporation en ASML Holding zijn vooraanstaand in het leveren van de inspectie- en meettechnologieën die essentieel zijn voor defect engineering. KLA Corporation blijft haar portfolio van e-beam en optische inspectiesystemen uitbreiden, die cruciaal zijn voor het detecteren van sub-nanometerdefecten in geavanceerde logische en geheugentoepassingen. ASML Holding, de toonaangevende leverancier van EUV lithographiesystemen, integreert ook geavanceerde defectdetectiecapaciteiten in zijn platforms om te voldoen aan de strenge eisen van next-generation halfgeleiderproductie.

Het vooruitzicht voor 2025–2030 suggereert dat investeringen in defect engineering zullen versnellen, met een focus op AI-gedreven analyses, in-situ procesmonitoring en nieuwe materiaalkarakteriseringstechnieken. De toenemende complexiteit van halfgeleiderapparaten, in combinatie met de behoefte aan hogere opbrengsten en betrouwbaarheid, zal ervoor zorgen dat zowel foundries als apparatuurproducenten nauw moeten samenwerken aan defectenreductiestrategieën. Als gevolg hiervan wordt verwacht dat het segment defect engineering de algehele groei van de markt voor halfgeleiderapparatuur zal overtreffen, waardoor het een hoeksteen wordt van geavanceerde chipproductie en een belangrijke enabler van de biljoen-dollar trajectory van de industrie.

Technologische Innovaties in Defectdetectie en -mitigatie

De halfgeleiderindustrie in 2025 ervaart snelle vooruitgangen in defect engineering, aangedreven door de onophoudelijke drang naar kleinere nodes, hogere opbrengsten en de integratie van nieuwe materialen. Nu apparaatgeometrieën onder de 5 nm krimpen en 3D-architecturen zoals gate-all-around (GAA) transistoren en 3D NAND mainstream worden, is de detectie en mitigatie van atomaire defecten van cruciaal belang voor het handhaven van apparaatspecifieke prestaties en betrouwbaarheid.

Een van de meest significante technologische innovaties is de inzet van geavanceerde e-beam en multi-beam inspectiesystemen. Bedrijven zoals KLA Corporation en ASML zijn vooraanstaand, en introduceren inspectietools met hoge doorvoer en hoge resolutie die in staat zijn om sub-nanometer defecten te identificeren in zowel front-end als back-end processen. De nieuwste e-beam platformen van KLA maken bijvoorbeeld gebruik van machine learning-algoritmen om onderscheid te maken tussen killer-defecten en hinderlijke signalen, wat valse positieven aanzienlijk vermindert en de procescontrole verbetert.

Optische inspectietechnologieën evolueren ook. Hitachi High-Tech Corporation en Tokyo Electron Limited (TEL) hebben hybride systemen geïntroduceerd die optische en elektron-gebaseerde beeldvorming combineren, waardoor uitgebreide defectreview en classificatie mogelijk worden. Deze systemen zijn steeds vaker geïntegreerd met inline metrologie, zodat real-time feedback en adaptieve procesaanpassingen mogelijk zijn.

Defect mitigatiestrategieën worden verbeterd door het gebruik van geavanceerde procescontrole (APC) en kunstmatige intelligentie (AI). Applied Materials heeft AI-gedreven platforms ontwikkeld die enorme datasets van inspectie- en metrologietools analyseren, waardoor voorspellend onderhoud en dynamische procesafstemming mogelijk worden. Deze aanpak minimaliseert de verspreiding van defecten en optimaliseert de opbrengst, vooral in omgevingen met hoge volumes.

Materiaalkunde is een ander innovatief gebied. De adoptie van nieuwe materialen zoals high-k dielectrica, kobalt en ruthenium voor interconnects introduceert unieke defectuitdagingen. Bedrijven investeren in atomic layer deposition (ALD) en atomic layer etching (ALE) technologieën om atomaire precisie te bereiken en defectiviteit te verminderen. Lam Research en SCREEN Holdings zijn opmerkelijke bedrijven die vorderingen maken in deze proces technologieën, die essentieel zijn voor de fabricage van next-generation apparaten.

Met het oog op de toekomst wordt verwacht dat de industrie verder AI en big data-analyse zal integreren in defect engineering workflows, waardoor nog snellere root-cause analyses en procesoptimalisatie mogelijk worden. Samenwerkingsinspanningen tussen apparatuurleveranciers, foundries en geïntegreerde apparaatfabrikanten (IDM’s) zullen cruciaal zijn om de toenemende complexiteit van defectdetectie en -mitigatie aan te pakken terwijl de industrie naar 2 nm en verder gaat.

Belangrijke Spelers en Strategische Initiatieven (bijv. ASML, Applied Materials, TSMC)

Defect engineering is een centrale focus geworden voor toonaangevende halfgeleiderfabrikanten en apparatuurleveranciers nu de industrie vooruitgang boekt naar sub-3nm nodes en heterogene integratie. In 2025 intensiveren belangrijke spelers hun investeringen in zowel procescontrole als materialeninnovatie om defecten die de opbrengst beïnvloeden te minimaliseren en prestaties van de volgende generatie apparaten mogelijk te maken.

ASML, de wereldwijde marktleider in fotolithografiesystemen, blijft defectreductie aansteken via zijn extreme ultraviolet (EUV) lithografieplatforms. De nieuwste EUV-systemen van het bedrijf incorporeren geavanceerde in-situ metrologie- en inspectiemodules, waardoor real-time detectie en correctie van patroondefecten op nanometerschaal mogelijk zijn. De samenwerkingen van ASML met toonaangevende foundries en geheugens fabrikanten zijn gericht op verdere reductie van stochastische defecten, een kritieke uitdaging naarmate de afmetingen van kenmerken krimpen en de patroon dichtheid toeneemt. Het voortdurende R&D van het bedrijf in high-NA EUV zal naar verwachting de defectcontrolecapaciteiten de komende jaren verder verbeteren (ASML).

Applied Materials, een wereldleider in materialen engineering oplossingen, breidt zijn portefeuille van defectinspectie- en procescontroletools uit. In 2025 zet Applied Materials nieuwe e-beam en optische inspectiesystemen in die zijn ontworpen om sub-nanometer defecten in geavanceerde logische en geheugentoepassingen te identificeren. De geïntegreerde procesbeheersystemen van het bedrijf gebruiken kunstmatige intelligentie en machine learning om enorme datasets te analyseren, waardoor voorspellende defectdetectie en snelle root-cause analyses mogelijk worden. Strategische partnerschappen met toonaangevende chipproducenten versnellen de acceptatie van deze oplossingen in massaproductie (Applied Materials).

TSMC, de grootste contractchipfabrikant ter wereld, staat aan de top van defect engineering in massaproductie. TSMC’s 3nm en aankomende 2nm procesnodes verwerken propriëtaire defect mitigatie strategieën, waaronder geavanceerde cleanroomprotocollen, inline-inspectie en real-time procesmonitoring. Het bedrijf werkt nauw samen met apparatuurleveranciers en materialenleveranciers om processtappen gezamenlijk te optimaliseren en defectiviteit te minimaliseren. De strategische investeringen van TSMC in slimme productie en digitale tweelingen zullen naar verwachting defectdetectie en opbrengstoptimisatie verder verbeteren tot 2025 en daarna (TSMC).

Andere belangrijke spelers zoals Lam Research en KLA Corporation bevorderen ook defect engineering door innovaties in etsen, depositie en inspectietechnologieën. KLA wordt vooral erkend om zijn uitgebreide assortiment van inspectie- en meettechnieken, die breed worden toegepast door toonaangevende fabrieken om defectiviteit in elke fase van de halfgeleider fabricage te monitoren en te controleren.

Met het oog op de toekomst wordt verwacht dat de strategische initiatieven van deze belangrijke spelers verdere reducties in defectdichtheid zullen stimuleren, ter ondersteuning van de roadmap van de industrie naar steeds kleinere nodes, hogere opbrengsten en complexere apparaatsarchitecturen.

Opkomende Materialen en Procesuitdagingen

Defect engineering is een centrale focus geworden in de halfgeleiderfabricage nu de industrie vooruitgang boekt naar sub-3nm nodes en nieuwe materialen zoals high-mobility kanaalverbindingen, 2D-materialen en geavanceerde dielectrica integreert. In 2025 vereist de complexiteit van apparaatsarchitecturen—zoals gate-all-around (GAA) FETs en 3D NAND—ongekende controle over atomaire defecten, die kritiek kunnen zijn voor de opbrengst, betrouwbaarheid en prestaties van apparaten.

Belangrijke fabrikanten, waaronder Intel Corporation, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) en Samsung Electronics, investeren zwaar in defectdetectie en -mitigatie strategieën. TSMC’s 2nm proces, dat naar verwachting in 2025 in massaproductie zal gaan, integreert bijvoorbeeld geavanceerde inline metrologie en inspectiesystemen om sub-nanometer defecten in real-time te identificeren en classificeren. Deze systemen maken gebruik van machine learning-algoritmen om onderscheid te maken tussen killer-defecten en onbeduidende procesvariaties, waardoor snelle feedback en procesoptimalisatie mogelijk zijn.

De introductie van nieuwe materialen zoals germanium, III-V verbindingen en overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD’s) vertegenwoordigt unieke defectuitdagingen. Bijvoorbeeld, de integratie van molybdeendisulfide (MoS₂) en tungsten diselenide (WSe₂) als kanaalmaterialen in logische apparaten vereist nauwkeurige controle over korrelgrenzen, vacantie en interface-staten. Applied Materials en Lam Research ontwikkelen atomic layer deposition (ALD) en atomic layer etching (ALE) tools om defectintroduktie te minimaliseren tijdens materiaalsynthese en patroonvorming.

In geheugentechnologie, met name voor 3D NAND en DRAM, is defect engineering cruciaal voor het beheersen van problemen zoals stringer defecten, gaten en interface traps. Micron Technology en SK hynix implementeren geavanceerde inspectieplatforms en in-situ procescontroles om defectiviteit te verlagen, wat direct correleert met de duurzaamheid van apparaten en gegevensretentie.

Met het oog op de toekomst wordt verwacht dat de industrie verder zal overgaan op inline elektronenmicroscopie, hoge-resolutie X-ray technieken en AI-gedreven defectclassificatie in 2026 en verder. Samenwerkingsinspanningen, zoals die geleid door SEMI en imec, versnellen de ontwikkeling van gestandaardiseerde defecttaxonomieën en best practices voor next-generation materialen en processen. Terwijl apparaatschaalverkleining doorzet en heterogene integratie mainstream wordt, zal defect engineering een spil blijven voor opbrengstverhoging en kostenbeheersing in de halfgeleiderfabricage.

AI en Machine Learning in Defectanalyse

De integratie van kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML) in defectanalyse transformeert defect engineering in de halfgeleiderfabricage snel, vooral nu de industrie de horizon van 2025 nadert. Naarmate apparaatgeometrieën krimpen tot op enigerlei nanometerschaal, worden traditionele inspectie- en analysemethoden steeds meer uitgedaagd door de enorme hoeveelheid en complexiteit van gegevens die tijdens waferverwerking worden gegenereerd. AI en ML zijn nu cruciaal in het automatiseren van defectdetectie, classificatie en root-cause analyse, waardoor hogere opbrengsten en snellere procesoptimalisatie mogelijk worden.

Belangrijke fabrikanten van halfgeleiderapparatuur hebben aanzienlijke investeringen gedaan in AI-gedreven inspectiesystemen. KLA Corporation, een wereldleider in procescontrole en opbrengstbeheer, heeft geavanceerde e-beam en optische inspectietools ontwikkeld die gebruikmaken van deep learning-algoritmen om subtiele patroondefecten en procesanomalieën te identificeren die door conventionele regelsystemen zouden worden gemist. Evenzo heeft Applied Materials AI geïntegreerd in zijn inspectieplatforms, wat real-time defectclassificatie en voorspellend onderhoud mogelijk maakt, waardoor stilstand wordt verminderd en de throughput wordt verbeterd.

In 2025 zal de inzet van AI-gedreven defectanalyse naar verwachting standaard worden in vooruitstrevende fabrieken. TSMC, de grootste contractchipmaker ter wereld, heeft publiekelijk zijn gebruik van AI en big data-analyse besproken om de opbrengstleer te verbeteren en de opschaling voor geavanceerde nodes te versnellen. Door enorme datasets van metrologie, inspectie en elektrische tests te correleren, kunnen TSMC’s AI-systemen procesafwijkingen pinpointen en correctieve maatregelen aanbevelen met ongekende snelheid en precisie.

De adoptie van AI en ML wordt ook gedreven door de noodzaak om nieuwe defectmodi aan te pakken die worden geïntroduceerd door nieuwe materialen en 3D-apparaatarchitecturen, zoals gate-all-around (GAA) transistoren en geavanceerde verpakkingen. Samsung Electronics en Intel Corporation investeren beide in AI-gebaseerde oplossingen om de complexiteit van defect engineering in deze next-generation technologieën te beheren, met een focus op het verbeteren van de toeschrijving van defectbronnen en het verminderen van valse positieven in inspectiegegevens.

Met het oog op de toekomst zullen de komende jaren verdere vooruitgangen in uitlegbaar AI, gefedereerd leren en edge AI voor inline defectanalyse zien, waardoor fabrieken inzichten kunnen delen zonder eigendomsgegevens in gevaar te brengen. Samenwerkingen in de industrie, zoals die waarbij SEMI betrokken is, zullen naar verwachting de standaardisatie en interoperabiliteit van AI-tools in de hele halfgeleiderleveringsketen versnellen. Als gevolg hiervan zullen AI en ML centraal staan in het behalen van de doelen voor opbrengst, betrouwbaarheid en kosten die vereist zijn voor voortdurende schaalvergroting en innovatie in halfgeleiderfabricage.

Opbrengstverhoging: Economische Impact en ROI

Opbrengstverhoging via defect engineering is een belangrijke economische stuwkracht in de halfgeleiderfabricage, vooral nu de industrie naar sub-5nm technologie nodes in 2025 en daarna gaat. De economische impact van zelfs marginale verbeteringen in opbrengst is aanzienlijk, gezien de hoge kapitaaluitgaven en operationele kosten die gepaard gaan met geavanceerde fabrieken. Bijvoorbeeld, een toename van 1% in opbrengst bij een vooruitstrevende fabriek kan zich vertalen in tientallen miljoenen dollars aan jaarlijkse extra omzet, gezien de hoge waarde van wafers die bij deze nodes worden verwerkt.

Defect engineering omvat een reeks strategieën, waaronder geavanceerde inspectie, procescontrole en materiaaloptimalisatie, die allemaal gericht zijn op het identificeren, mitigeren en elimineren van opbrengstbeperkende defecten. In 2025 investeren toonaangevende fabrikanten zoals TSMC, Samsung Electronics en Intel zwaar in inline defectdetectie en real-time analyses. Deze bedrijven zetten hoog-resolutie e-beam en optische inspectietools in, vaak geleverd door apparatuurleiders zoals KLA Corporation en ASML, om defectiviteit in elke processtap te monitoren en te beheersen.

De return on investment (ROI) voor defect engineering-initiatieven is bijzonder uitgesproken naarmate de complexiteit van apparaten toeneemt. Bijvoorbeeld, de introductie van gate-all-around (GAA) transistoren en 3D-stapeling in logische en geheugentoepassingen heeft de gevoeligheid voor procesgeïnduceerde defecten verhoogd. Als reactie hebben TSMC en Samsung Electronics significante opbrengstverbeteringen gerapporteerd door de adoptie van geavanceerde defectclassificatie en machine learning-gebaseerde procesoptimalisatie, die direct van invloed zijn op hun winstgevendheid en time-to-market voor nieuwe producten.

Industriegegevens uit 2024 en begin 2025 geven aan dat fabrieken die uitgebreide defect engineering-programma’s implementeren opbrengstverbeteringen van 2–5% op geavanceerde nodes hebben behaald, waarbij sommige zelfs hogere winsten rapporteren voor specifieke procesmodules. Dit vertaalt zich naar snellere opschalingen, lagere afvalpercentages en verbeterde winstgevendheid. Apparatuursleveranciers zoals KLA Corporation en ASML rapporteren ook toegenomen vraag naar hun inspectie- en metrologieplatforms, hetgeen de prioriteit van de industrie voor opbrengstverhoging weerspiegelt.

Met het oog op de toekomst zal de economische noodzaak voor defect engineering toenemen naarmate de kosten per wafer blijven stijgen en apparaatsarchitecturen complexer worden. De komende jaren worden verdere integratie van AI-gedreven defectanalyse, voorspellend onderhoud en cross-fab gegevensuitwisseling verwacht, met vooraanstaande fabrikanten en apparatuurleveranciers voorop. De ROI voor deze investeringen wordt verwacht robuust te blijven, wat de concurrentiekracht en duurzaamheid van geavanceerde halfgeleiderfabricage ondersteunt.

Regelgeving, Standaarden en Industrie Samenwerking (bijv. SEMI, IEEE)

Defect engineering in halfgeleiderfabricage wordt steeds meer vormgegeven door evoluerende regelgevende kaders, internationale standaarden en samenwerkingsinitiatieven van de industrie. Nu apparaatgeometrieën krimpen en nieuwe materialen worden geïntroduceerd, zijn de controle en mitigatie van defecten centraal komen te staan voor zowel opbrengstverbetering als apparaat betrouwbaarheid. In 2025 is het landschap gedefinieerd door de interactie tussen wereldwijde standaardiseringsorganisaties, naleving van regelgeving en cross-industriële partnerschappen.

De SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) organisatie blijft een cruciale rol spelen door haar reeks standaarden bij te werken en uit te breiden, zoals SEMI M41 (voor defectinspectie van silicium wafers) en SEMI E10 (voor apparatuurbetrouwbaarheid en -onderhoud). Deze standaarden worden breed toegepast door toonaangevende fabrikanten en apparatuurleveranciers, wat consistentie in defectdetectie, classificatie en rapportage in de hele toeleveringsketen waarborgt. In 2024 en 2025 heeft SEMI prioriteit gegeven aan standaarden voor geavanceerde nodes (3nm en lager), heterogene integratie en samengestelde halfgeleiders, wat de verschuiving van de industrie naar complexere architecturen weerspiegelt.

De IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) is ook actief op dit domein, met name via zijn International Roadmap for Devices and Systems (IRDS) en de IEEE Standards Association. De IRDS biedt consensusgebaseerde richtlijnen voor defectdichtheiddoelen, metrologievereisten en betrouwbaarheidsmetingen voor next-generation apparaten. In 2025 richten de IEEE-werkgroepen zich op het standaardiseren van defectkarakterisering voor opkomende materialen zoals SiC en GaN, die cruciaal zijn voor vermogenselektronica en automotive toepassingen.

Naleving van regelgeving wordt steeds belangrijker nu overheden de nadruk leggen op toeleveringsketenbeveiliging en productveiligheid. In de Verenigde Staten werkt het National Institute of Standards and Technology (NIST) samen met de industrie om meetprotocollen en referentiematerialen voor defectanalyse te ontwikkelen, ter ondersteuning van zowel binnenlandse productie als internationale handel. De Europese Unie, via initiatieven zoals de European Chips Act, stemt haar regelgevende omgeving af op wereldwijde normen om grensoverschrijdende samenwerking te vergemakkelijken en de hoge kwaliteit van halfgeleideroutput te waarborgen.

Industriesamenwerking wordt exemplaar door consortia zoals imec (een toonaangevend R&D-hub in België), die fabrikanten van apparaten, apparatuurleveranciers en materialenleveranciers samenbrengt om defect engineering uitdagingen in geavanceerde procesnodes aan te pakken. Evenzo zijn TSMC en Samsung Electronics actieve deelnemers in de ontwikkeling van wereldwijde standaarden, waarbij ze vaak nieuwe defectinspectietechnologieën testen en best practices delen via SEMI- en IEEE-forums.

Met het oog op de toekomst zullen de komende jaren een strakkere integratie van regelgevingsvereisten, standaardontwikkeling en samenwerkingsonderzoek zien. Deze convergentie zal naar verwachting de adoptie van geavanceerde defect engineeringmethoden versnellen ter ondersteuning van de drang van de industrie naar hogere opbrengsten, verbeterde betrouwbaarheid en snellere time-to-market voor geavanceerde halfgeleider apparaten.

Regionale Trends: Azië-Pacific, Noord-Amerika en Europa

Het wereldwijde landschap voor defect engineering in halfgeleiderfabricage wordt gevormd door verschillende regionale trends in Azië-Pacific, Noord-Amerika en Europa, die elk unieke industriële sterkte, beleidsprioriteiten en investeringspatronen reflecteren in 2025 en in de toekomst.

Azië-Pacific blijft het epicentrum van halfgeleiderfabricage, waarbij landen zoals Taiwan, Zuid-Korea, Japan en steeds meer China, zowel in volume als in technologische vooruitgang, voorop lopen. TSMC en Samsung Electronics staan aan de frontlinie, en zetten geavanceerde defectdetectie- en mitigatiestrategieën in ter ondersteuning van sub-5nm en opkomende 2nm procesnodes. Deze bedrijven investeren zwaar in inline-inspectie, e-beam metrologie en AI-gedreven analyses om opbrengstverlies door proces-geïnduceerde defecten te minimaliseren. Japan’s Tokyo Electron en SCREEN Holdings leveren kritieke defectinspectie- en reinigingsapparatuur, die de focus van de regio op ultrazuivere productieomgeving ondersteunen. China versnelt via door de staat gesteunde initiatieven zijn capaciteiten in defect engineering, met bedrijven zoals SMIC die R&D in procescontrole en defectreductie uitbreiden om de technologiekloof met wereldleiders te dichten.

Noord-Amerika wordt gekarakteriseerd door zijn leiderschap in halfgeleiderontwerp en geavanceerde proces R&D, met een groeiende nadruk op binnenlandse productie. Intel investeert in nieuwe fabrieken en geavanceerde procesnodes, met prioriteit voor defect engineering om concurrerende opbrengsten op 7nm en lager te bereiken. De regio is ook de thuisbasis van belangrijke apparatuurleveranciers zoals Applied Materials en Lam Research, die in defectinspectie, metrologie en procesbeheersystemen innoveren. De CHIPS Act van de Amerikaanse regering zal naar verwachting de investeringen in defect engineeringtechnologieën verder stimuleren, met samenwerkingen tussen de industrie en onderzoeksinstellingen om uitdagingen in schaling en betrouwbaarheid aan te pakken.

Europa behoudt een sterke positie in speciale halfgeleiders en apparatuur, met een focus op automotive, industriële en vermogenselektronica. Infineon Technologies en STMicroelectronics zijn bezig met het bevorderen van defect engineering voor materialen met een grote bandgap zoals SiC en GaN, waar defectcontrole cruciaal is voor apparaatspecifieke prestaties. ASML, met hoofdzetel in Nederland, is wereldwijd cruciaal en levert EUV lithographiesystemen die ultrastomende defectmanagement vereisen. Europese initiatieven, ondersteund door de European Chips Act, bevorderen grensoverschrijdende samenwerking om procescontrole en defectreductie te verbeteren, met name voor next-generation automotive en industriële toepassingen.

Met het oog op de toekomst worden in alle drie de regio’s verdere investeringen in AI-gedreven defectanalyses, geavanceerde metrologie en procesintegratie verwacht. Regionale beleidssteun en inspanningen voor weerbaarheid in de toeleveringsketen zullen verder vormgeven hoe defect engineering zich ontwikkelt, waarbij Azië-Pacific waarschijnlijk de leiderschap in fabricage behoudt, Noord-Amerika de innovatie in procescontrole aanstuurt, en Europa uitblinkt in speciale en apparatuur-gedreven oplossingen.

Toekomstige Vooruitzichten: Routekaart naar 2030 en Verder

Terwijl de halfgeleiderindustrie vooruitgang boekt naar de horizon van 2030, staat defect engineering op het punt een steeds belangrijkere rol te spelen in het behouden van apparaatschaalverkleining, opbrengstverbetering en betrouwbaarheid. De overgang naar sub-3nm nodes, de proliferatie van 3D-architecturen en de integratie van heterogene materialen intensiveren de uitdagingen die samenhangen met defectdetectie, karakterisering en mitigatie. In 2025 en de komende jaren versnellen toonaangevende fabrikanten en apparatuurleveranciers hun investeringen in geavanceerde metrologie, inline-inspectie en procesbeheersystemen om met deze complexiteiten om te gaan.

Belangrijke foundries zoals TSMC en Samsung Electronics staan vooraan bij het toepassen van defect engineeringstrategieën die zijn afgestemd op gate-all-around (GAA) transistoren en high-NA EUV lithografie. Deze bedrijven benutten machine learning-gedreven inspectiesystemen en atomaire metrologie om killer-defecten eerder in de processtroom te identificeren, waardoor kostbare opbrengstverliezen worden verminderd. Intel investeert op een vergelijkbare manier in geavanceerde defectiviteitsanalyses terwijl het zijn Intel 18A en toekomstige nodes opschaalt, met een focus op zowel front-end als back-end procesoptimalisatie.

Apparatuursleveranciers zoals ASML en KLA Corporation introduceren nieuwe generaties inspectie- en metrologietools die in staat zijn om steeds kleinere defecten op te lossen en in real-time actiegerichte gegevens te verstrekken. Bijvoorbeeld, ASML’s high-NA EUV scanners worden gekoppeld aan geavanceerde inspectiemodules om stochastische defecten die uniek zijn voor EUV-processen te monitoren, terwijl KLA’s e-beam en optische inspectieplatformen worden verbeterd met AI-algoritmen voor snellere defectclassificatie en root cause analyse.

De industrie ervaart ook een toename van samenwerking door consortia en standaardiseringsorganen, zoals SEMI, om best practices voor defectmanagement in geavanceerde verpakking en chiplet-integratie te ontwikkelen. Nu chiplet-gebaseerde architecturen mainstream worden, komen er nieuwe defectmodi aan de orde bij de die-to-die en interposer interfaces, wat novel inspectie- en reparatiemethodologieën vereist.

Met het oog op 2030 en verder, wordt het vooruitzicht voor defect engineering gedefinieerd door de convergentie van datagestuurde procescontrole, in-situ monitoring en voorspellende analyses. De integratie van digitale tweelingen en real-time feedbackloops zal naar verwachting defectiviteit verder verlagen en sneller opschalen naar opbrengst voor next-generation apparaten mogelijk maken. Terwijl de industrie de grenzen van de wet van Moore en innovaties ‘More-than-Moore’ verlegt, zal defect engineering een hoeksteen blijven van de concurrentiekracht en betrouwbaarheid van de halfgeleiderfabricage.

Bronnen & Referenties

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