La deuxième vague : la concurrence

Après la production en série de puces de procédé 16 nm et 14 nm, DUV et EUV, les machines de lithographie haut de gamme d'ASML ont toujours été très recherchées sur le marché. TSMC, Samsung Electronics, Intel et plusieurs grandes usines de fabrication de plaquettes de Chine continentale se disputent chaque année le nombre limité de machines de lithographie.

Ces dernières années, avec la production en série de processus 7 nm, 5 nm et 3 nm, la concurrence entre TSMC, Samsung Electronics et Intel pour les équipements EUV est devenue de plus en plus féroce.

Il est rapporté que TSMC possède environ 60 machines de lithographie EUV, ce qui représente plus de 50 % du total des appareils EUV expédiés sur le marché. Avec le développement de la recherche et de la construction d'usines en 2 nm, TSMC a imposé des exigences plus élevées en matière d'équipement EUV à haute NA (ouverture numérique), en passant des commandes précoces pour assurer une position de leader chez ASML.

Samsung achète également des équipements EUV à haute NA et a demandé à ASML de livrer l'équipement directement à son usine pour les tests, créant ainsi un précédent pour qu'ASML expédie et teste directement les équipements dans les installations des clients. Actuellement, Samsung ne possède qu'environ 60 % du nombre de machines de lithographie EUV par rapport à TSMC, et encore moins. En 2022, Samsung a acheté environ 18 appareils EUV.

En 2021, Intel a annoncé son retour sur le marché des fonderies et a dévoilé un modèle de technologie de processus avancée. Ils prévoient de lancer cinq nouvelles générations de technologie de traitement des puces au cours des quatre prochaines années. Pour atteindre cet objectif, Intel est également en compétition pour les machines de lithographie EUV les plus avancées d'ASML. Au second semestre 2021, Intel a annoncé avoir passé une commande devant TSMC et Samsung pour le TWINSCAN EXE:5200 d'ASML, un appareil EUV avec un NA de 0.55 qu'ASML développe actuellement. Le prix unitaire de cet équipement atteint 300 millions de dollars américains et son débit serait supérieur à 220 plaquettes par heure. Selon le plan d'ASML, le TWINSCAN EXE:5200 devrait être mis en service d'ici fin 2024 pour la validation et la production de puces à partir de 2025.

Pour répondre à l'évolution des processus avancés, ASML développe des machines de lithographie EUV plus avancées, se concentrant principalement sur les NA élevées.

L'équipement EUV à haute NA offre une résolution plus élevée, permettant d'augmenter plusieurs fois la densité des puces tout en réduisant les défauts, les coûts et les cycles de fabrication des puces. Le nouvel équipement EUV augmentera sa valeur NA de 0.33 à 0.55 pour obtenir une modélisation de résolution plus élevée. Par rapport à une machine de lithographie de 0.33 NA, la résolution de 0.55 NA s'améliore de 13 nm à 8 nm, permettant une exposition plus rapide et meilleure de motifs de circuits intégrés plus complexes et dépassant les limites de la configuration unique avec un pas de 32 nm à 30 nm.

Bien que le marché des semi-conducteurs soit atone en 2023, les géants mondiaux des puces, notamment TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix et Micron, investissent toujours activement dans les équipements EUV. TSMC et Samsung augmenteront leur capacité 3 nm en 2024, tandis qu'Intel lancera la production en série de sa première puce de processus Intel 4 utilisant la technologie EUV à la fin de cette année.

ASML a déclaré que pour le grand public 0.33 NA, en 2021, les usines de fabrication de plaquettes utilisant des technologies de traitement de 5 nm comportaient en moyenne environ 10 couches par masque de plaquette. Cependant, avec la production de masse de 3 nm en 2023, le nombre moyen de couches de masques de plaquettes atteindra 20 couches.

Quant à la DRAM, actuellement, la production de masques à 5 couches est réalisable avec la technologie EUV, mais en 2024, elle passera à 8 couches. Certains processus adopteront plusieurs motifs et chaque plaquette comportera jusqu'à 10 couches de masques.

Selon les statistiques d'ASML, alors que les usines de fabrication de plaquettes et les fabricants de DRAM augmentent leurs dépenses en capital EUV, au premier trimestre 2023, la société a expédié 136 machines de lithographie EUV.

Cette semaine, le PDG d'ASML, Peter Wennink, a déclaré qu'il était prévu de lancer le premier appareil EUV du secteur avec une ouverture numérique de 0.55, le TWINSCAN EXE:5000. Cependant, cet appareil sera principalement utilisé à des fins de recherche et de développement afin de familiariser les clients de l'entreprise avec la nouvelle technologie et ses fonctions. Comme mentionné précédemment, chacun de ces appareils coûte plus de 300 millions de dollars américains.

Cette année, ASML enverra son équipement TWINSCAN EXE:5000 à un client non divulgué, probablement Intel. Intel avait précédemment annoncé son intention de démarrer la production de masse (HVM) à l'aide d'équipements TWINSCAN EXE à haute NA à partir de 2025, avec sa technologie de processus 18A (~ 1.8 nm). Par conséquent, Intel explore activement les équipements de lithographie à haute NA depuis 2018 et a passé des commandes pour le TWINSCAN EXE:5000 et la version commerciale de TWINSCAN EXE:5200.

Par rapport à Intel, TSMC et Samsung adopteront les équipements EUV avec un NA de 0.55 un peu plus tard, mais au plus tard en 2030.

Pour l'année 2023, Mehdi Hosseini, analyste principal chez Susquehanna International Group, estime que le processus 3 nm de TSMC ne peut pas permettre une production en grand volume sans utiliser un équipement EUV pour la création de motifs multiples, pour des raisons de coûts. TSMC utilise actuellement le NXE:3600D, qui a un débit de 160 tranches par heure (wph).

ASML présentera le nouveau NXE:3800E à haute NA d'ici la fin de cette année. Avec un coût global réduit pour la configuration multiple EUV, le NXE:3800E peut produire initialement 195 tranches par heure et peut être optimisé pour atteindre un débit de 220 tranches par heure au fil du temps, ce qui représente une amélioration de 30 % par rapport au NXE:3600D.

La troisième vague : la montée

Après que les États-Unis aient mis en œuvre des réglementations interdisant la vente d’équipements DUV et EUV de milieu à haut de gamme à la Chine continentale, la bataille pour la troisième vague de lithographie a tranquillement commencé. Cela inclut des restrictions, des contre-mesures, ainsi qu’une nouvelle vague de développement de technologies de lithographie et d’autonomie.

Actuellement, les usines de fabrication de plaquettes en Chine continentale ne sont pas en mesure d'acheter des machines de lithographie dédiées à la production de puces avancées de moins de 14 nm. Si des versions plus anciennes d'équipements DUV sont utilisées pour produire des puces de 14 nm et de 7 nm, plusieurs expositions sont nécessaires, ce qui entraîne des coûts nettement plus élevés et des difficultés d'amélioration du rendement.

Depuis le 1er septembre, les dernières mesures de contrôle des exportations d'équipements semi-conducteurs des Pays-Bas restreignent davantage l'exportation d'équipements DUV destinés aux processus matures vers la Chine continentale, y compris ceux impliquant les processus 38 nm-45 nm.

Cette semaine, ASML a annoncé avoir soumis une demande de licence d'exportation au gouvernement néerlandais pour TWINSCAN NXT:2000i et les futures machines de lithographie par immersion. Le gouvernement néerlandais a délivré la licence nécessaire pour les expéditions aux clients chinois du TWINSCAN NXT:2000i et des futurs appareils jusqu'à la fin de cette année. Cependant, l’entreprise estime qu’elle ne pourra plus obtenir les licences d’exportation nécessaires après janvier 2024.

Le 4 septembre, Peter Wennink, PDG d'ASML, a exprimé son point de vue sur les contrôles à l'exportation et le protectionnisme auxquels l'entreprise est confrontée lors d'une émission télévisée. Il a souligné qu'isoler complètement la Chine continentale par le biais de contrôles à l'exportation n'était pas une approche viable. La percée technologique des puces utilisées dans le Xiaomi Mate 60 Pro illustre indirectement ce point. Ces restrictions incitent en réalité la Chine continentale à redoubler d'efforts en matière d'innovation. Il a déclaré que si l'Europe et les États-Unis refusaient de partager leurs technologies, la Chine continentale mènerait ses propres recherches, explorant des solutions que les entreprises occidentales n'ont pas envisagées. Les politiques restrictives des gouvernements occidentaux stimulent l'innovation et la créativité en Chine continentale.

Peter Wennink a prévenu que la Chine continentale allait concevoir de nouvelles technologies et de nouveaux produits, ce qui pourrait déclencher une concurrence mondiale. Le Wall Street Journal avait précédemment rapporté que lorsque les États-Unis ont renforcé leurs restrictions sur les ventes de puces en octobre 2022, les entreprises de Chine continentale n'ont importé que pour 2.4 milliards de dollars d'équipements semi-conducteurs, le chiffre le plus bas depuis la mise en œuvre de l'interdiction il y a plus de deux ans. Cela indique que l'industrie chinoise des équipements à semi-conducteurs s'efforce de réduire sa dépendance à l'égard des importations et que le processus visant à atteindre l'autonomie s'accélère.