موج دوم: رقابت

پس از تولید انبوه تراشه های فرآیندی 16 نانومتری و 14 نانومتری، هر دو DUV و EUV، دستگاه های لیتوگرافی پیشرفته ASML همیشه در بازار مورد توجه بوده اند. TSMC، Samsung Electronics، Intel، و چندین کارخانه بزرگ ویفر در سرزمین اصلی چین هر سال برای تعداد محدودی از ماشین‌های لیتوگرافی با یکدیگر رقابت می‌کنند.

در سال های اخیر، با تولید انبوه فرآیندهای 7 نانومتری، 5 نانومتری و 3 نانومتری، رقابت بین TSMC، Samsung Electronics و Intel برای تجهیزات EUV به طور فزاینده ای شدید شده است.

گزارش شده است که TSMC حدود ۶۰ دستگاه لیتوگرافی EUV در اختیار دارد که بیش از ۵۰٪ از کل دستگاه‌های EUV عرضه شده به بازار را تشکیل می‌دهد. با توسعه تحقیقات و ساخت کارخانه‌های ۲ نانومتری، TSMC تقاضای بیشتری برای تجهیزات EUV با دیافراگم عددی بالا (high-NA) دارد و سفارش‌های اولیه را برای تضمین موقعیت پیشرو در ASML ثبت کرده است.

سامسونگ همچنین در حال خرید تجهیزات EUV با NA بالا است و از ASML درخواست کرده است که تجهیزات را مستقیماً برای آزمایش به کارخانه خود تحویل دهد، و سابقه ای را برای ASML ایجاد کرده است تا مستقیماً تجهیزات را در مراکز مشتری ارسال و آزمایش کند. در حال حاضر، سامسونگ تنها حدود 60 درصد از تعداد دستگاه‌های لیتوگرافی EUV را در مقایسه با TSMC دارد و حتی کمتر. در سال 2022، سامسونگ تقریباً 18 دستگاه EUV خریداری کرد.

در سال ۲۰۲۱، اینتل بازگشت خود به بازار ریخته‌گری را اعلام کرد و از طرح اولیه فناوری پیشرفته فرآیند رونمایی کرد. آنها قصد دارند طی چهار سال آینده پنج نسل جدید از فناوری فرآیند تراشه را عرضه کنند. برای دستیابی به این هدف، اینتل همچنین برای پیشرفته‌ترین دستگاه‌های لیتوگرافی EUV شرکت ASML رقابت می‌کند. در نیمه دوم سال ۲۰۲۱، اینتل اعلام کرد که سفارش TWINSCAN EXE:5200 شرکت ASML، یک دستگاه EUV با NA برابر با ۰.۵۵ که ASML در حال حاضر در حال توسعه آن است، را زودتر از TSMC و سامسونگ ثبت کرده است. قیمت واحد این تجهیزات به ۳۰۰ میلیون دلار آمریکا می‌رسد و طبق گزارش‌ها، توان عملیاتی آن بیش از ۲۲۰ ویفر در ساعت است. طبق برنامه ASML، انتظار می‌رود TWINSCAN EXE:5200 تا پایان سال ۲۰۲۴ برای اعتبارسنجی و تولید تراشه از سال ۲۰۲۵ مورد استفاده قرار گیرد.

برای پاسخگویی به فرآیندهای پیشرفته در حال تکامل، ASML در حال توسعه ماشین‌های لیتوگرافی EUV پیشرفته‌تر است که عمدتاً بر روی NA بالا متمرکز هستند.

تجهیزات High-NA EUV وضوح بالاتری را ارائه می‌دهند که امکان افزایش چند برابری چگالی تراشه را فراهم می‌کند و در عین حال نقص‌ها، هزینه‌ها و چرخه‌های تولید تراشه را کاهش می‌دهد. تجهیزات EUV جدید مقدار NA خود را از 0.33 به 0.55 افزایش می دهد تا به الگوی با وضوح بالاتر دست یابد. در مقایسه با یک دستگاه لیتوگرافی 0.33 NA، وضوح 0.55 NA از 13 نانومتر به 8 نانومتر بهبود می‌یابد، که نوردهی سریع‌تر و بهتری از الگوهای مدار مجتمع پیچیده‌تر را امکان‌پذیر می‌کند و از محدودیت‌های الگوبرداری منفرد با گام 32 تا 30 نانومتر فراتر می‌رود.

اگرچه بازار نیمه‌هادی‌ها در سال ۲۰۲۳ کساد است، غول‌های جهانی تراشه از جمله TSMC، اینتل، سامسونگ، SK Hynix و میکرون هنوز هم به طور فعال در تجهیزات EUV سرمایه‌گذاری می‌کنند. TSMC و سامسونگ ظرفیت ۳ نانومتری خود را در سال ۲۰۲۴ گسترش خواهند داد، در حالی که اینتل تولید انبوه اولین تراشه پردازشی Intel 4 خود را با استفاده از فناوری EUV در پایان امسال آغاز خواهد کرد.

ASML بیان کرد که برای جریان اصلی 0.33 NA، در سال 2021، ویفرهای ویفر با استفاده از فناوری‌های فرآیند 5 نانومتری به طور متوسط ​​حدود 10 لایه در هر ماسک ویفر داشتند. با این حال، با تولید انبوه 3 نانومتر در سال 2023، میانگین لایه‌های ماسک ویفر به 20 لایه خواهد رسید.

در مورد DRAM، در حال حاضر تولید ماسک 5 لایه با فناوری EUV قابل دستیابی است، اما در سال 2024 به 8 لایه افزایش خواهد یافت. برخی از فرآیندها دارای الگوهای چندگانه هستند و هر ویفر حداکثر 10 لایه ماسک خواهد داشت.

طبق آمار ASML، از آنجایی که تولیدکنندگان ویفر و DRAM هزینه های سرمایه ای EUV خود را افزایش می دهند، از سه ماهه اول سال 2023، این شرکت 136 دستگاه لیتوگرافی EUV را ارسال کرده است.

این هفته، مدیر عامل ASML، Peter Wennink، اظهار داشت که انتظار می‌رود اولین دستگاه EUV صنعت با دیافراگم عددی 0.55، TWINSCAN EXE:5000 را عرضه کنند. اما این دستگاه عمدتاً برای تحقیق و توسعه برای آشنایی مشتریان شرکت با فناوری جدید و کارکردهای آن مورد استفاده قرار خواهد گرفت. همانطور که قبلا ذکر شد، هر یک از این دستگاه ها بیش از 300 میلیون دلار آمریکا قیمت دارند.

امسال، ASML تجهیزات TWINSCAN EXE:5000 خود را برای یک مشتری نامشخص، که احتمالاً اینتل است، ارسال خواهد کرد. اینتل قبلاً اعلام کرده بود که قصد دارد تولید انبوه (HVM) را با استفاده از تجهیزات NA TWINSCAN EXE از سال 2025 با فناوری فرآیند 18A (~1.8nm) آغاز کند. بنابراین، اینتل از سال 2018 به طور فعال در حال کاوش تجهیزات لیتوگرافی با NA بالا بوده است و سفارشاتی برای TWINSCAN EXE:5000 و نسخه تجاری TWINSCAN EXE:5200 داده است.

در مقایسه با اینتل، TSMC و سامسونگ تجهیزات EUV با NA برابر با 0.55 را کمی دیرتر، اما نه دیرتر از سال 2030، به کار خواهند گرفت.

مهدی حسینی، تحلیلگر ارشد گروه بین‌المللی ساسکوهانا، معتقد است که برای سال ۲۰۲۳، فرآیند ۳ نانومتری TSMC به دلیل ملاحظات هزینه، بدون استفاده از تجهیزات EUV برای الگوسازی چندگانه، نمی‌تواند به تولید انبوه دست یابد. TSMC در حال حاضر از NXE:3600D استفاده می‌کند که توان عملیاتی ۱۶۰ ویفر در ساعت (wph) را دارد.

ASML تا پایان سال جاری NXE:3800E جدید high-NA را معرفی خواهد کرد. با کاهش هزینه کلی برای الگودهی چندگانه EUV، NXE:3800E می‌تواند در ابتدا ۱۹۵ ویفر در ساعت تولید کند و می‌تواند برای دستیابی به توان خروجی ۲۲۰ ویفر در ساعت در طول زمان بهینه‌سازی شود، که نشان دهنده بهبود ۳۰ درصدی در مقایسه با NXE:195D است.

موج سوم: ظهور

پس از اجرای مقررات ایالات متحده برای ممنوعیت فروش تجهیزات DUV و EUV رده متوسط ​​به بالا به سرزمین اصلی چین، نبرد برای موج سوم لیتوگرافی بی سر و صدا آغاز شد. این شامل محدودیت‌ها، اقدامات متقابل و همچنین موج جدیدی از توسعه فناوری لیتوگرافی و خوداتکایی است.

در حال حاضر، کارخانه های ویفر در سرزمین اصلی چین قادر به خرید دستگاه های لیتوگرافی اختصاصی برای تولید تراشه های پیشرفته زیر 14 نانومتر نیستند. اگر از نسخه‌های قدیمی‌تر تجهیزات DUV برای تولید تراشه‌های 14 و 7 نانومتری استفاده شود، نوردهی‌های متعدد مورد نیاز است که منجر به هزینه‌ها و مشکلات به‌طور قابل‌توجهی در بهبود بازده می‌شود.

از اول سپتامبر، آخرین اقدامات کنترل صادرات تجهیزات نیمه هادی از هلند، صادرات تجهیزات DUV را برای فرآیندهای بالغ به سرزمین اصلی چین، از جمله مواردی که شامل فرآیندهای 1 نانومتر تا 38 نانومتر می شود، محدودتر می کند.

این هفته، ASML اعلام کرد که درخواست مجوز صادرات را برای TWINSCAN NXT:2000i و ماشین‌های لیتوگرافی غوطه‌وری آینده به دولت هلند ارسال کرده است. دولت هلند مجوز لازم را برای ارسال به مشتریان چینی TWINSCAN NXT:2000i و دستگاه های آینده تا پایان سال جاری صادر کرده است. با این حال، این شرکت تخمین می زند که پس از ژانویه 2024 دیگر نمی توانند مجوزهای صادراتی مربوطه را دریافت کنند.

در چهارم سپتامبر، پیتر ونینک، مدیرعامل ASML، در یک برنامه تلویزیونی، نظرات خود را در مورد کنترل‌های صادراتی و حمایت‌گرایی که این شرکت با آن مواجه است، بیان کرد. او تأکید کرد که منزوی کردن کامل سرزمین اصلی چین از طریق کنترل‌های صادراتی، رویکرد مناسبی نیست. پیشرفت در تراشه‌های مورد استفاده در شیائومی میت ۶۰ پرو به طور غیرمستقیم این نکته را نشان می‌دهد. این محدودیت‌ها در واقع چین را به دو برابر کردن تلاش‌های خود در نوآوری سوق می‌دهد. او اظهار داشت که اگر اروپا و ایالات متحده تمایلی به اشتراک‌گذاری فناوری نداشته باشند، چین تحقیقات خود را انجام خواهد داد و راه‌حل‌هایی را بررسی خواهد کرد که شرکت‌های غربی در نظر نگرفته‌اند. سیاست‌های محدودکننده دولت‌های غربی، نوآوری و خلاقیت را در سرزمین اصلی چین تحریک می‌کند.

پیتر ونینک هشدار داد که سرزمین اصلی چین فناوری‌ها و محصولات جدیدی را طراحی خواهد کرد که می‌تواند باعث رقابت جهانی شود. وال استریت ژورنال قبلا گزارش داده بود که زمانی که ایالات متحده محدودیت های فروش تراشه خود را در اکتبر 2022 ارتقا داد، شرکت های چینی تنها 2.4 میلیارد دلار تجهیزات نیمه هادی وارد کردند که کمترین رقم از زمان اجرای ممنوعیت بیش از دو سال پیش است. این نشان می دهد که صنعت تجهیزات نیمه هادی چین در تلاش برای کاهش وابستگی به واردات است و روند دستیابی به خوداتکایی در حال تسریع است.