Marktbericht zu Lithographieanlagen für Halbleiter, einschließlich Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Tiefviolett-Lithographie (DUV), Extremviolett-Lithographie (EUV)), Anwendungen (Advanced Packaging, MEMS-Bauelemente, LED-Bauelemente) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika), Prognosen für 2025–2033

Wachstumsfaktoren des Marktes für Halbleiterlithographieanlagen

Steigende Nachfrage nach Miniaturisierung und zusätzlicher Funktionalität bei fortschrittlichen Mobilgeräten und Elektrofahrzeugen

Die Automobilindustrie verwendet sicherheitskritische elektronische Bauteile, die hohen Spannungen und rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind und rund 80 % der aktuellen Innovationen im Automobilbereich vorantreiben. Die Entwicklung neuer Halbleiterlinien für Automobilanwendungen ist daher für Hersteller unerlässlich. Anwendungen in den Bereichen Intelligenz, Vernetzung, Sensorik und Steuerung entwickeln sich rasant, um mit der Komplexität der Entwicklung sichererer, umweltfreundlicherer und intelligenterer Fahrzeuge Schritt zu halten. Jede neue Anwendung erfordert die Weiterentwicklung der Strukturierungsprozesse in der Halbleiterchip-Fertigung, was den Gesamteinsatz von Halbleitern in modernen Hightech-Fahrzeugen erhöht.

Zunehmende Innovation bei führenden Halbleiterlieferanten und -anbietern

Faktoren wie die zunehmende Innovationskraft spezialisierter Ausrüstungsanbieter (z. B. Veeco, SUSS MicroTec, EV Group (EVG) und SMEE), die brandneue Lithografiesysteme, insbesondere für die „More than Moore“-Industrie (MtM), anbieten, werden das Marktwachstum im Prognosezeitraum voraussichtlich ankurbeln. Dazu gehört die steigende Nachfrage nach Miniaturisierung und zusätzlichen Funktionen bei Elektrofahrzeugen und fortschrittlichen Mobilgeräten.

Führende Halbleiteranlagenhersteller wie ASML, Nikon und Canon fördern zudem aktiv die Entwicklung neuer Lithografieanlagen. Canon USA Inc. kündigte im Dezember 2020 an, dass die Muttergesellschaft Canon Inc. die FPA-3030i5a voraussichtlich ab März 2021 anbieten wird. Die i-line1-Produktpalette der Halbleiterlithografiesysteme, die die Herstellung von Bauelementen, darunter auch Verbindungshalbleitern, unterstützen, umfasst nun die FPA-3030i5a. Darüber hinaus trägt die FPA-3030i5a zur Senkung der Gesamtbetriebskosten (Cost of Ownership, CoO) bei, einem Maß für die gesamten Kosten der Halbleiterfertigung. Solche schnellen Anpassungen der Hersteller dürften das Interesse der Kunden wecken und das Marktwachstum im Prognosezeitraum beschleunigen.

Marktbeschränkung

Komplexität in Fertigungsprozessmustern

Das Mooresche Gesetz definiert die Dichte als die Anzahl der Halbleiterchips auf einem bestimmten zweidimensionalen Raum. Die Chipfläche muss berücksichtigt werden, da sie den Preis eines Chips direkt beeinflusst. Einige Experten gehen davon aus, dass Halbleiter nicht weiter verkleinert werden können. Obwohl eine so rasante Miniaturisierung schnellere Verarbeitung und eine kostengünstigere Energieeffizienz ermöglicht, erhöht sie auch die Designkomplexität und stellt die Fertigung vor diverse Herausforderungen.

Zahlreiche Faktoren schränken die Lithografie von Halbleitern in diesem kleinen Maßstab ein. Die Bewältigung komplexer Strukturen auf atomarer Ebene stellt eine der größten Herausforderungen dar. Im Lithografieprozess wird die Waferoberfläche entweder geätzt (Material wird abgetragen) oder mit Schichten beschichtet, bevor das Muster vom Fotolack auf den Wafer übertragen wird. Anschließend werden die Dotierstoffe abschnittsweise in das Muster eingebracht. Ab diesem Zeitpunkt ist es äußerst schwierig, die entstandenen Muster zu entfernen, ohne den darunterliegenden Wafer zu beschädigen.

Marktchance

Wachsende Nachfrage in verschiedenen Endverbraucherbranchen

Das exponentielle Wachstum von Halbleitern in vielen Endverbraucherbranchen dürfte den Markt für Halbleiterlithografieanlagen in den kommenden Jahren deutlich ankurbeln. Der Markt für integrierte Halbleiterchips (ICs) wächst und erweitert damit den globalen Markt. Die zunehmende Verbreitung der EUV-Technologie treibt zudem die Nachfrage nach DUV-Lithografie an. ASMLs Absatz von EUV-Systemen, die die Massenproduktion von Speicher- und Logikbausteinen unterstützen, stieg 2020 um 60 %. Der Umsatz mit DUV-Systemen lag 2020 fast eine Milliarde US-Dollar über dem Umsatz mit EUV-Maschinen. Der globale Markt expandiert in Richtung Miniaturisierung von Schaltungsstrukturen, was erhebliche Investitionen erfordert.

Einige Anbieter entwickeln Halbleiterfertigungsanlagen der nächsten Generation, um Schaltungsstrukturen zu miniaturisieren und die Fertigungskosten zu senken. Fortschrittliche Packaging-Technologien wie FO/FI WLP, Flip-Chip, 3D-Stapelung, Interposer und Embedded Die gewinnen im Halbleitermarkt zunehmend an Bedeutung, um die Nachfrage nach höherer Leistung, geringerem Stromverbrauch und kleineren Baugrößen in Mobil- und Automobilanwendungen zu decken. Diese Faktoren werden den globalen Markt für Halbleiterlithografieanlagen im Prognosezeitraum ankurbeln.

Regionale Einblicke

Nach Regionen ist der globale Markt für Halbleiterlithographieanlagen in Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und den Rest der Welt unterteilt.

Der asiatisch-pazifische Raum ist der bedeutendste Anteilseigner am globalen Markt für Halbleiterlithografieanlagen und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 10,13 % wachsen. Chinesische Halbleiterhersteller setzen angesichts der Handelsspannungen zwischen den USA und China verstärkt auf ältere Chipfertigungsanlagen, um die heimische Produktion zu steigern. Dies treibt die Preise für gebrauchte Anlagen auf dem japanischen Gebrauchtmarkt in die Höhe. Japanische Händler für gebrauchte Anlagen berichten von einem Preisanstieg von 20 % gegenüber dem Vorjahr. Die US-Sanktionen gegen China gelten nicht für ältere Anlagen, sodass chinesische Anbieter uneingeschränkten Zugang haben. Ein weiterer Faktor ist die durch die Coronavirus-Pandemie bedingte Zunahme von Homeoffice und Quarantäne. Selbst ältere Anlagen verkaufen sich schnell, da die weltweite Nachfrage nach Chips steigt. Infolgedessen könnte der Mangel an Halbleitern für die Automobilindustrie anhalten.

Im August 2020 eröffnete ASML Holding NV, einer der führenden Halbleiterhersteller Taiwans, ein hochmodernes Schulungszentrum in Tainan (TSMC). Ingenieure des Chipherstellers werden dort von Mitarbeitern des niederländischen Herstellers den Umgang mit EUV-Lithografieanlagen erlernen. Aufgrund der steigenden Nachfrage aus verschiedenen Branchen verzeichnet die Region zunehmende Investitionen in Halbleiterfertigungsanlagen, um die Produktion zu steigern.

Markttrends in Nordamerika

Nordamerika wird voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 9,22 % wachsen und im Prognosezeitraum einen Umsatz von 9,77 Milliarden US-Dollar generieren. Alle Halbleitersegmente profitieren von der starken US-amerikanischen Kompetenz und der führenden Rolle der USA in Forschung und Entwicklung. Allerdings mangelt es in einigen wichtigen Teilbereichen an Unternehmen, insbesondere bei Fotolithografieanlagen (der teuersten und komplexesten Form von Halbleitertechnik). Daher sind die USA führend in der Halbleiterfertigung, im Design und in der Forschung. Als Vorreiter bei Innovationen im Bereich der Halbleitergehäuse verfügen die USA zudem über 80 Waferfertigungsanlagen in 19 Bundesstaaten. Die Nachfrage nach kleinen integrierten Schaltungen wird durch technologische Entwicklungen in der Unterhaltungselektronik, darunter Smartphones, Tablets, Smart-Home-Geräte und Wearables, angetrieben. Dies führt zu einer erhöhten Nachfrage nach Lithografieanlagen.

Die Nachfrage nach Siliziumwafern in Europa dürfte aufgrund der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, sauberer Energie, wachsenden Rechenzentren, 5G und automatisierter Fertigung – allesamt Bereiche, die elektronische Bauteile benötigen – voraussichtlich steigen. Darüber hinaus hat in den letzten Jahren die Nachfrage nach hochmodernen Chips für neue Elektronikgeräte, Automobile, Medizintechnik und Smartphones zugenommen. Die Produktion von Elektrofahrzeugen in der Europäischen Union (EU) wird sich laut Prognosen der Umweltorganisation Transport & Environment zwischen 2019 und 2025 versechsfachen.

Laut T&E wird die EU-Region im Jahr 2025 vier Millionen Elektroautos und -transporter produzieren, was etwa einem Fünftel aller dort hergestellten Automobile entspricht. Unternehmen aus verschiedenen Regionen kaufen bei europäischen Zulieferern ein, um ihre Marktpositionen zu sichern und auszubauen sowie die Lieferkette zu kontrollieren. Darüber hinaus bilden viele Akteure strategische Allianzen, um technologisch fortschrittlichste Ausrüstung bereitzustellen und so die steigende Nachfrage der Endverbraucherbranchen zu decken und im zunehmenden Wettbewerb bestehen zu können.

Alle Entwicklungsländer Lateinamerikas, des Nahen Ostens und Afrikas zählen zum Rest der Welt. Internationale Unternehmen beherrschen einen Großteil des regionalen Marktes. Hauptanwendungsgebiet für Siliziumwafer in integrierten Schaltkreisen sind Smartphones. Da rund 75 % der Mexikaner ein Smartphone besitzen, ist der Smartphone-Markt in Mexiko hart umkämpft. In der Vergangenheit haben Unternehmen diverse neue, energieintensive Sensoren integriert. Hersteller entwickeln zudem Ladegeräte, die Smartphones in kürzester Zeit aufladen können. Mexikos wachsende Zahl an Automobilwerken ist auf seinen Industriesektor zurückzuführen. Im Zentrum Mexikos wurden neue Werke von Nissan, Honda und Mazda eröffnet. Diese Unternehmen werden voraussichtlich Elektrofahrzeuge produzieren und so den Markt erweitern.

Typen-Einblicke

Der globale Markt ist in Tief-Ultraviolett-Lithographie (DUV) und Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) unterteilt.

Das Segment der Tief-Ultraviolett-Lithografie (DUV) trägt am meisten zum Marktwachstum bei und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 8,84 % wachsen. Das Wachstum der Halbleiterindustrie in vielen Endverbraucherbranchen wird den Markt für Halbleiterlithografieanlagen in den kommenden Jahren ankurbeln. Mit dem Wachstum des Marktes für integrierte Halbleiterchips (ICs) wird auch dieses Marktsegment wachsen. ASMLs EUV-Umsatz stieg 2020 um 60 % und unterstützte damit die Massenproduktion von Speichern und Logikbausteinen. Im Jahr 2020 erwirtschafteten DUV-Systeme fast 1 Milliarde US-Dollar mehr als EUV-Anlagen. Das Marktsegment wächst aufgrund der Notwendigkeit, die Strukturgröße von Schaltungen zu reduzieren, was erhebliche Investitionen erfordert.

Einige Anbieter entwickeln Halbleiterfertigungsanlagen der nächsten Generation, um Schaltungsstrukturen zu miniaturisieren und Kosten zu senken. Fortschrittliche Packaging-Technologien wie FO/FI WLP, Flip-Chip, 3D-Stapelung, Interposer und Embedded Die gewinnen im Halbleitermarkt zunehmend an Bedeutung, um die Nachfrage nach höherer Leistung, geringerem Stromverbrauch und kleineren Baugrößen in Mobil- und Automobilanwendungen zu decken.

Im Laufe der Jahre wurden Fortschritte bei der Halbleiterlithografie erzielt, unter anderem durch den Einsatz großer Linsen mit hoher numerischer Apertur (NA) oder kurzwelligen Lichts als Lichtquelle. Die Strukturierungskapazität aktueller ArF-Lithografieanlagen mit Flüssigimmersion stößt jedoch an ihre Grenzen, sobald die Gate-Länge unter 30 nm sinkt. Die extreme Ultraviolett-Lithografie (EUV) in der Halbleiterindustrie verspricht einen signifikanten Fortschritt in der Fotolithografie, einem der wichtigsten Schritte bei der Halbleiterherstellung. Dank der Fortschritte in der EUV-Technologie kann die Fotolithografie nun mit einem EUV-System und einer Lichtquelle im extrem ultravioletten Bereich durchgeführt werden. Die Realisierung von mehr OK-Schaltungen ist für die Chipfertigung essenziell, da sie die Integration einer größeren Anzahl von Komponenten auf einem Chip ermöglicht und somit die Herstellung schnellerer und energieeffizienterer Chips erlaubt.

Anwendungseinblicke

Der globale Markt ist in die Bereiche Advanced Packaging, MEMS-Bauelemente und LED-Bauelemente unterteilt.

Das Segment der MEMS-Bauelemente hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 9,03 % wachsen. Zu diesem Segment gehören CMOS-Bildsensoren, Leistungs- und HF-Bauelemente sowie MEMS. Die Mikrofertigung kombiniert mikromechanische Teile, elektrische Schaltungen, Sensoren und Aktoren auf einem einzigen Substrat, um MEMS – hochwertige Bauelemente – herzustellen. Die MEMS-Technik basiert auf Ätzen, Fotolithografie und Filmbeschichtung. Beispiele hierfür sind die Druck-, Gyroskop- und Beschleunigungssensorkomponenten eines MEMS-Bauelements für die Automobilindustrie. Diese Bauelemente werden in Fabriken mit verschiedenen Technologien in Serie gefertigt. MEMS und fortschrittliche Gehäusetechnologien stellen spezielle Anforderungen an die Lithografie. Gehäuse-, MEMS- und Sensorbauelemente unterliegen höheren Kundenanforderungen hinsichtlich Überlagerung, Auflösung, Seitenwandwinkel, Schärfentiefe (DOF), Waferhandhabung bei Waferverformung und Rückseitenausrichtung.

Für viele Halbleiterunternehmen hat die fortschrittliche Gehäusetechnologie in den letzten zehn Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese Unternehmen konzentrieren ihre Bemühungen auf die Verbesserung modernster Gehäuseverfahren. Moderne Gehäusetechnologien wurden entwickelt, um Kosten zu senken und den Gesamtdurchsatz sowie die Leistung integrierter Schaltungen (ICs) zu steigern. Für fortschrittliche Strukturierungsgehäuse, die innovative ICs aufnehmen, wie Flip-Chip-, 2,5D/3D-Gehäuse, Fan-Out-Wafer-Level-Packaging (FO-WLP) und Fan-In-Wafer-Level-Chip-Scale-Packaging (WLCSP), werden Lithographieanlagen eingesetzt.

Die Nachfrage aus der Automobil-, Mobilfunk- und Hochleistungsrechnerindustrie treibt die Entwicklung fortschrittlicher Gehäusetechnologien wie System-in-Package (SiP) und Fan-Out-Gehäuse (FOWLP und FOPLP) voran. Dank signifikanter Toleranzen innerhalb des Feldes können die neuen JetStep-Systeme kritische Kundenanforderungen wie ultrafeine SiP-Verbindungen und große 50-mm-Gehäuse mit einer Submikron-Linsenoption erfüllen. Mit der praxiserprobten, rezeptgesteuerten variablen numerischen Apertur dieser Linse können Kunden Feldgröße und Auflösung für ein breiteres Anwendungsspektrum optimal aufeinander abstimmen.