दूसरी लहर: प्रतियोगिता

16 एनएम और 14 एनएम प्रोसेस चिप्स, डीयूवी और ईयूवी दोनों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के बाद, एएसएमएल की हाई-एंड लिथोग्राफी मशीनों की बाजार में हमेशा अत्यधिक मांग रही है। टीएसएमसी, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स, इंटेल और मुख्य भूमि चीन में कई प्रमुख वेफर फैब्स हर साल सीमित संख्या में लिथोग्राफी मशीनों के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।

हाल के वर्षों में, 7nm, 5nm और 3nm प्रक्रियाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ, EUV उपकरणों के लिए TSMC, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स और इंटेल के बीच प्रतिस्पर्धा तेजी से भयंकर हो गई है।

बताया गया है कि टीएसएमसी के पास लगभग 60 ईयूवी लिथोग्राफी मशीनें हैं, जो बाजार में भेजे गए कुल ईयूवी उपकरणों का 50% से अधिक है। 2एनएम अनुसंधान और फैब निर्माण के विकास के साथ, टीएसएमसी ने एएसएमएल में अग्रणी स्थान हासिल करने के लिए शुरुआती ऑर्डर देते हुए उच्च-एनए (संख्यात्मक एपर्चर) ईयूवी उपकरणों पर उच्च मांग रखी है।

सैमसंग उच्च-एनए ईयूवी उपकरण भी खरीद रहा है और उसने एएसएमएल से परीक्षण के लिए सीधे अपने कारखाने में उपकरण पहुंचाने का अनुरोध किया है, जिससे एएसएमएल के लिए सीधे ग्राहक सुविधाओं पर उपकरण भेजने और परीक्षण करने की एक मिसाल कायम हुई है। वर्तमान में, सैमसंग के पास टीएसएमसी की तुलना में केवल 60% ईयूवी लिथोग्राफी मशीनें हैं, और उससे भी कम। 2022 में, सैमसंग ने लगभग 18 ईयूवी डिवाइस खरीदे।

2021 में, इंटेल ने फाउंड्री बाजार में अपनी वापसी की घोषणा की और उन्नत प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के लिए एक खाका का अनावरण किया। वे अगले चार वर्षों में चिप प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की पांच नई पीढ़ियों को लॉन्च करने की योजना बना रहे हैं। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, इंटेल ASML की सबसे उन्नत EUV लिथोग्राफी मशीनों के लिए भी प्रतिस्पर्धा कर रहा है। 2021 की दूसरी छमाही में, इंटेल ने घोषणा की कि उसने ASML के TWINSCAN EXE:5200 के लिए TSMC और सैमसंग से पहले एक ऑर्डर दिया है, जो 0.55 के NA के साथ एक EUV डिवाइस है जिसे ASML वर्तमान में विकसित कर रहा है। इस उपकरण की इकाई कीमत 300 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचती है, और कथित तौर पर इसमें प्रति घंटे 220 वेफर्स से अधिक का थ्रूपुट है। ASML की योजना के अनुसार, TWINSCAN EXE:5200 को 2024 से शुरू होने वाले सत्यापन और चिप उत्पादन के लिए 2025 के अंत तक उपयोग में लाए जाने की उम्मीद है।

विकसित हो रही उन्नत प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए, एएसएमएल अधिक उन्नत ईयूवी लिथोग्राफी मशीनें विकसित कर रहा है, जो मुख्य रूप से उच्च-एनए पर ध्यान केंद्रित कर रही हैं।

उच्च-एनए ईयूवी उपकरण उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं, जिससे दोष, लागत और चिप निर्माण चक्र को कम करते हुए चिप घनत्व में कई गुना वृद्धि होती है। नए ईयूवी उपकरण उच्च रिज़ॉल्यूशन पैटर्निंग प्राप्त करने के लिए अपना एनए मान 0.33 से बढ़ाकर 0.55 कर देंगे। 0.33 एनए लिथोग्राफी मशीन की तुलना में, 0.55 एनए का रिज़ॉल्यूशन 13एनएम से 8एनएम तक सुधरता है, जिससे अधिक जटिल एकीकृत सर्किट पैटर्न का तेज़ और बेहतर एक्सपोज़र सक्षम होता है और 32एनएम से 30एनएम पिच के साथ एकल पैटर्निंग की सीमा को पार किया जा सकता है।

हालांकि 2023 में सेमीकंडक्टर बाजार सुस्त है, टीएसएमसी, इंटेल, सैमसंग, एसके हाइनिक्स और माइक्रोन सहित वैश्विक चिप दिग्गज अभी भी ईयूवी उपकरणों में सक्रिय रूप से निवेश कर रहे हैं। टीएसएमसी और सैमसंग 3 में अपनी 2024 एनएम क्षमता का विस्तार करेंगे, जबकि इंटेल इस साल के अंत में ईयूवी तकनीक का उपयोग करके अपनी पहली इंटेल 4 प्रोसेस चिप का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करेगा।

एएसएमएल ने कहा कि मुख्यधारा 0.33 एनए के लिए, 2021 में, 5 एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों का उपयोग करने वाले वेफर फैब्स का औसत प्रति वेफर मास्क लगभग 10 परतें था। हालाँकि, 3 में 2023nm के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ, औसत वेफर मास्क परतें 20 परतों तक पहुंच जाएंगी।

जहां तक ​​DRAM की बात है, वर्तमान में EUV तकनीक से 5-लेयर मास्क का उत्पादन संभव है, लेकिन 2024 में यह बढ़कर 8 लेयर हो जाएगा। कुछ प्रक्रियाएं मल्टी-पैटर्निंग अपनाएंगी, और प्रत्येक वेफर में मास्क की 10 परतें होंगी।

एएसएमएल के आंकड़ों के अनुसार, जैसे ही वेफर फैब्स और डीआरएएम निर्माता अपने ईयूवी पूंजीगत व्यय में वृद्धि करते हैं, 2023 की पहली तिमाही तक, कंपनी ने 136 ईयूवी लिथोग्राफी मशीनें भेज दी हैं।

इस सप्ताह, एएसएमएल के सीईओ पीटर वेन्निंक ने कहा कि उन्हें 0.55 के संख्यात्मक एपर्चर के साथ उद्योग का पहला ईयूवी डिवाइस, ट्विनस्कैन EXE:5000 लॉन्च करने की उम्मीद है। हालाँकि, इस डिवाइस का उपयोग मुख्य रूप से कंपनी के ग्राहकों को नई तकनीक और उसके कार्यों से परिचित कराने के लिए अनुसंधान और विकास के लिए किया जाएगा। जैसा कि पहले बताया गया है, इनमें से प्रत्येक डिवाइस की कीमत 300 मिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक है।

इस वर्ष, ASML अपने TWINSCAN EXE:5000 उपकरण को एक अज्ञात ग्राहक को भेजेगा, जो संभवतः Intel है। इंटेल ने पहले 2025 से अपनी 18A (~1.8nm) प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के साथ उच्च-NA ट्विनस्कैन EXE उपकरण का उपयोग करके बड़े पैमाने पर उत्पादन (HVM) शुरू करने की योजना की घोषणा की थी। इसलिए, इंटेल 2018 से सक्रिय रूप से उच्च-एनए लिथोग्राफी उपकरण की खोज कर रहा है और उसने TWINSCAN EXE:5000 और TWINSCAN EXE:5200 के व्यावसायिक संस्करण दोनों के लिए ऑर्डर दिए हैं।

इंटेल की तुलना में, टीएसएमसी और सैमसंग थोड़े समय बाद 0.55 एनए के साथ ईयूवी उपकरण अपनाएंगे, लेकिन 2030 से पहले नहीं।

वर्ष 2023 के लिए, सुस्कहन्ना इंटरनेशनल ग्रुप के एक वरिष्ठ विश्लेषक मेहदी होसैनी का मानना ​​है कि टीएसएमसी की 3एनएम प्रक्रिया लागत संबंधी विचारों के कारण कई पैटर्निंग के लिए ईयूवी उपकरण का उपयोग किए बिना उच्च मात्रा में उत्पादन प्राप्त नहीं कर सकती है। TSMC वर्तमान में NXE:3600D का उपयोग करता है, जिसका थ्रूपुट 160 वेफर्स प्रति घंटा (wph) है।

एएसएमएल इस साल के अंत तक नया हाई-एनए एनएक्सई:3800ई पेश करेगा। EUV मल्टीपल पैटर्निंग के लिए कम समग्र लागत के साथ, NXE:3800E शुरू में प्रति घंटे 195 वेफर्स का उत्पादन कर सकता है और समय के साथ प्रति घंटे 220 वेफर्स का थ्रूपुट प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जो NXE:30D की तुलना में 3600% सुधार का प्रतिनिधित्व करता है।

तीसरी लहर: उदय

अमेरिका द्वारा मुख्य भूमि चीन में मध्य-से-उच्च-अंत डीयूवी और ईयूवी उपकरणों की बिक्री पर प्रतिबंध लगाने वाले नियमों को लागू करने के बाद, लिथोग्राफी की तीसरी लहर के लिए लड़ाई चुपचाप शुरू हो गई। इसमें प्रतिबंध, प्रतिउपाय, साथ ही लिथोग्राफी प्रौद्योगिकी विकास और आत्मनिर्भरता की एक नई लहर शामिल है।

वर्तमान में, मुख्य भूमि चीन में वेफर फैब्स 14nm से नीचे उन्नत चिप्स के उत्पादन के लिए समर्पित लिथोग्राफी मशीनें खरीदने में असमर्थ हैं। यदि DUV उपकरण के पुराने संस्करणों का उपयोग 14nm और 7nm चिप्स का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, तो कई एक्सपोज़र की आवश्यकता होती है, जिससे उपज में सुधार करने में काफी अधिक लागत और कठिनाइयाँ आती हैं।

1 सितंबर तक, नीदरलैंड के नवीनतम सेमीकंडक्टर उपकरण निर्यात नियंत्रण उपायों ने मुख्य भूमि चीन में परिपक्व प्रक्रियाओं के लिए DUV उपकरणों के निर्यात को प्रतिबंधित कर दिया है, जिसमें 38nm-45nm प्रक्रियाएं शामिल हैं।

इस सप्ताह, ASML ने घोषणा की कि उन्होंने TWINSCAN NXT:2000i और भविष्य की विसर्जन लिथोग्राफी मशीनों के लिए डच सरकार को एक निर्यात लाइसेंस आवेदन जमा कर दिया है। डच सरकार ने इस साल के अंत तक TWINSCAN NXT:2000i और भविष्य के उपकरणों के चीनी ग्राहकों को शिपमेंट के लिए आवश्यक लाइसेंस जारी किया है। हालाँकि, कंपनी का अनुमान है कि वे जनवरी 2024 के बाद प्रासंगिक निर्यात लाइसेंस प्राप्त नहीं कर पाएंगे।

4 सितंबर को, ASML के सीईओ पीटर वेनिंक ने एक टेलीविज़न कार्यक्रम के दौरान कंपनी द्वारा सामना किए जाने वाले निर्यात नियंत्रण और संरक्षणवाद पर अपने विचार व्यक्त किए। उन्होंने इस बात पर ज़ोर दिया कि निर्यात नियंत्रण के ज़रिए मुख्य भूमि चीन को पूरी तरह से अलग-थलग करना एक व्यवहार्य दृष्टिकोण नहीं है। Xiaomi Mate 60 Pro में इस्तेमाल किए गए चिप्स में सफलता अप्रत्यक्ष रूप से इस बात को दर्शाती है। ये प्रतिबंध वास्तव में मुख्य भूमि चीन को नवाचार में अपने प्रयासों को दोगुना करने के लिए प्रेरित कर रहे हैं। उन्होंने कहा कि अगर यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका प्रौद्योगिकी साझा करने के लिए तैयार नहीं हैं, तो मुख्य भूमि चीन अपना स्वयं का शोध करेगा, ऐसे समाधानों की खोज करेगा जिन पर पश्चिमी कंपनियों ने विचार नहीं किया है। पश्चिमी सरकारों द्वारा प्रतिबंधात्मक नीतियाँ मुख्य भूमि चीन में नवाचार और रचनात्मकता को प्रोत्साहित कर रही हैं।

पीटर वेनिंक ने चेतावनी दी कि मुख्य भूमि चीन नई प्रौद्योगिकियों और उत्पादों को डिजाइन करेगा, जिससे वैश्विक प्रतिस्पर्धा शुरू हो सकती है। वॉल स्ट्रीट जर्नल ने पहले रिपोर्ट दी थी कि जब अमेरिका ने अक्टूबर 2022 में अपने चिप बिक्री प्रतिबंधों को उन्नत किया, तो मुख्य भूमि की चीनी कंपनियों ने केवल 2.4 बिलियन डॉलर मूल्य के सेमीकंडक्टर उपकरण आयात किए, जो दो साल पहले प्रतिबंध लागू होने के बाद से सबसे कम आंकड़ा है। इससे पता चलता है कि चीन का सेमीकंडक्टर उपकरण उद्योग आयात पर निर्भरता कम करने का प्रयास कर रहा है और आत्मनिर्भरता हासिल करने की प्रक्रिया तेज हो रही है।