La segunda ola: la competencia

Después de la producción en masa de chips de proceso de 16 nm y 14 nm, tanto DUV como EUV, las máquinas de litografía de alta gama de ASML siempre han sido muy buscadas en el mercado. TSMC, Samsung Electronics, Intel y varias de las principales fábricas de obleas de China continental compiten por el número limitado de máquinas de litografía cada año.

En los últimos años, con la producción en masa de procesos de 7 nm, 5 nm y 3 nm, la competencia entre TSMC, Samsung Electronics e Intel por los equipos EUV se ha vuelto cada vez más feroz.

Según se informa, TSMC posee alrededor de 60 máquinas de litografía EUV, lo que representa más del 50 % del total de dispositivos EUV comercializados. Con el desarrollo de la investigación y la construcción de fábricas de 2 nm, TSMC ha aumentado la demanda de equipos EUV de alta apertura numérica (NA), realizando pedidos anticipados para asegurar una posición de liderazgo en ASML.

Samsung también está comprando equipos EUV de alto NA y ha solicitado a ASML que entregue el equipo directamente a su fábrica para realizar pruebas, sentando un precedente para que ASML envíe y pruebe equipos directamente en las instalaciones del cliente. Actualmente, Samsung tiene solo alrededor del 60% del número de máquinas de litografía EUV en comparación con TSMC, e incluso menos. En 2022, Samsung compró aproximadamente 18 dispositivos EUV.

En 2021, Intel anunció su regreso al mercado de fundición y presentó un plan maestro para tecnología de procesos avanzada. Planean lanzar cinco nuevas generaciones de tecnología de procesamiento de chips en los próximos cuatro años. Para lograr este objetivo, Intel también compite por las máquinas de litografía EUV más avanzadas de ASML. En la segunda mitad de 2021, Intel anunció que había realizado un pedido, por delante de TSMC y Samsung, del TWINSCAN EXE:5200 de ASML, un dispositivo EUV con una NA de 0.55 que ASML está desarrollando actualmente. El precio unitario de este equipo alcanza los 300 millones de dólares estadounidenses y, según se informa, tiene un rendimiento de más de 220 obleas por hora. Según el plan de ASML, se espera que el TWINSCAN EXE:5200 entre en funcionamiento a finales de 2024 para validación y que la producción de chips comience en 2025.

Para hacer frente a los procesos avanzados en evolución, ASML está desarrollando máquinas de litografía EUV más avanzadas, centrándose principalmente en alta NA.

Los equipos EUV de alta NA ofrecen una resolución más alta, lo que permite aumentar varias veces la densidad del chip y al mismo tiempo reducir los defectos, los costos y los ciclos de fabricación del chip. El nuevo equipo EUV aumentará su valor NA de 0.33 a 0.55 para lograr patrones de mayor resolución. En comparación con una máquina de litografía de 0.33 NA, la resolución de 0.55 NA mejora de 13 nm a 8 nm, lo que permite una exposición mejor y más rápida de patrones de circuitos integrados más complejos y supera los límites de los patrones únicos con un paso de 32 nm a 30 nm.

Aunque el mercado de semiconductores se encuentra estancado en 2023, los gigantes mundiales de la industria de los chips, como TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix y Micron, siguen invirtiendo activamente en equipos de litografía ultravioleta extrema (EUV). TSMC y Samsung ampliarán su capacidad de producción de 3 nm en 2024, mientras que Intel comenzará la producción en masa de su primer chip con proceso Intel 4, que utiliza tecnología EUV, a finales de este año.

ASML declaró que para la corriente principal de 0.33 NA, en 2021, las fábricas de obleas que utilizaban tecnologías de proceso de 5 nm promediaban alrededor de 10 capas por máscara de oblea. Sin embargo, con la producción en masa de 3 nm en 2023, las capas promedio de una máscara de oblea alcanzarán las 20 capas.

En cuanto a DRAM, actualmente la producción de máscaras de 5 capas se puede lograr con tecnología EUV, pero en 2024 aumentará a 8 capas. Algunos procesos adoptarán múltiples patrones y cada oblea tendrá hasta 10 capas de máscaras.

Según las estadísticas de ASML, a medida que las fábricas de obleas y los fabricantes de DRAM aumentan sus gastos de capital EUV, hasta el primer trimestre de 2023, la compañía ha enviado 136 máquinas de litografía EUV.

Esta semana, el director ejecutivo de ASML, Peter Wennink, afirmó que se espera que lancen el primer dispositivo EUV de la industria con una apertura numérica de 0.55, el TWINSCAN EXE:5000. Sin embargo, este dispositivo se utilizará principalmente para investigación y desarrollo para familiarizar a los clientes de la empresa con la nueva tecnología y sus funciones. Como se mencionó anteriormente, cada uno de estos dispositivos cuesta más de 300 millones de dólares estadounidenses.

Este año, ASML enviará su equipo TWINSCAN EXE:5000 a un cliente no revelado, que probablemente sea Intel. Intel anunció anteriormente planes para comenzar la producción en masa (HVM) utilizando equipos TWINSCAN EXE de alta NA a partir de 2025, con su tecnología de proceso 18A (~1.8 nm). Por lo tanto, Intel ha estado explorando activamente equipos de litografía con alto NA desde 2018 y había realizado pedidos tanto para TWINSCAN EXE:5000 como para la versión comercial de TWINSCAN EXE:5200.

En comparación con Intel, TSMC y Samsung adoptarán equipos EUV con una NA de 0.55 un poco más tarde, pero no más tarde de 2030.

Para el año 2023, Mehdi Hosseini, analista sénior de Susquehanna International Group, considera que el proceso de 3 nm de TSMC no podrá alcanzar una producción de alto volumen sin utilizar equipos EUV para la creación de múltiples patrones, debido a consideraciones de costos. Actualmente, TSMC utiliza el NXE:3600D, que tiene un rendimiento de 160 obleas por hora (wph).

ASML presentará el nuevo NXE:3800E de alta NA a finales de este año. Con un costo general reducido para los patrones múltiples EUV, el NXE:3800E puede producir 195 obleas por hora inicialmente y puede optimizarse para lograr un rendimiento de 220 obleas por hora con el tiempo, lo que representa una mejora del 30 % en comparación con el NXE:3600D.

La tercera ola: ascenso

Después de que Estados Unidos implementara regulaciones que prohibían la venta de equipos DUV y EUV de gama media a alta a China continental, la batalla por la tercera ola de litografía comenzó silenciosamente. Esto incluye restricciones, contramedidas, así como una nueva ola de desarrollo de tecnología de litografía y autosuficiencia.

Actualmente, las fábricas de obleas en China continental no pueden comprar máquinas de litografía dedicadas a producir chips avanzados por debajo de 14 nm. Si se utilizan versiones anteriores de equipos DUV para producir chips de 14 nm y 7 nm, se requieren exposiciones múltiples, lo que genera costos significativamente más altos y dificultades para mejorar el rendimiento.

A partir del 1 de septiembre, las últimas medidas de control de exportaciones de equipos semiconductores de los Países Bajos restringen aún más la exportación de equipos DUV para procesos maduros a China continental, incluidos aquellos que involucran procesos de 38 nm a 45 nm.

Esta semana, ASML anunció que había presentado una solicitud de licencia de exportación al gobierno holandés para TWINSCAN NXT:2000i y futuras máquinas de litografía por inmersión. El gobierno holandés ha emitido la licencia necesaria para los envíos a clientes chinos del TWINSCAN NXT:2000i y futuros dispositivos hasta finales de este año. Sin embargo, la empresa estima que ya no podrán obtener las licencias de exportación pertinentes después de enero de 2024.

El 4 de septiembre, Peter Wennink, director ejecutivo de ASML, expresó su opinión sobre los controles de exportación y el proteccionismo que enfrenta la empresa durante un programa de televisión. Enfatizó que aislar completamente a China continental mediante controles de exportación no es una estrategia viable. El avance en los chips utilizados en el Xiaomi Mate 60 Pro ilustra indirectamente este punto. Estas restricciones están impulsando a China continental a redoblar sus esfuerzos en innovación. Afirmó que si Europa y Estados Unidos no están dispuestos a compartir tecnología, China continental realizará su propia investigación, explorando soluciones que las empresas occidentales no han considerado. Las políticas restrictivas de los gobiernos occidentales están estimulando la innovación y la creatividad en China continental.

Peter Wennink advirtió que China continental diseñará nuevas tecnologías y productos, lo que podría desencadenar una competencia global. El Wall Street Journal informó anteriormente que cuando Estados Unidos aumentó sus restricciones a la venta de chips en octubre de 2022, las empresas de China continental importaron solo 2.4 millones de dólares en equipos semiconductores, la cifra más baja desde que se implementó la prohibición hace más de dos años. Esto indica que la industria de equipos semiconductores de China se está esforzando por reducir la dependencia de las importaciones y que el proceso para lograr la autosuficiencia se está acelerando.