Gelombang kedua: Persaingan

Setelah produksi massal chip proses 16nm dan 14nm, baik DUV maupun EUV, mesin litografi kelas atas ASML selalu banyak dicari di pasar. TSMC, Samsung Electronics, Intel, dan beberapa pabrik wafer besar di Tiongkok daratan bersaing untuk mendapatkan mesin litografi dalam jumlah terbatas setiap tahunnya.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan produksi massal proses 7nm, 5nm, dan 3nm, persaingan antara TSMC, Samsung Electronics, dan Intel untuk peralatan EUV menjadi semakin ketat.

Dilaporkan bahwa TSMC memiliki sekitar 60 mesin litografi EUV, yang mencakup lebih dari 50% dari total perangkat EUV yang dikirim ke pasar. Dengan perkembangan penelitian 2nm dan pembangunan pabrik, TSMC telah menetapkan tuntutan yang lebih tinggi pada peralatan EUV dengan NA (apertur numerik) tinggi, melakukan pemesanan lebih awal untuk mengamankan posisi terdepan di ASML.

Samsung juga membeli peralatan EUV NA tinggi dan telah meminta ASML untuk mengirimkan peralatan tersebut langsung ke pabrik mereka untuk pengujian, sehingga menjadi preseden bagi ASML untuk mengirimkan dan menguji peralatan secara langsung di fasilitas pelanggan. Saat ini, Samsung hanya memiliki sekitar 60% jumlah mesin litografi EUV dibandingkan TSMC, dan bahkan lebih sedikit lagi. Pada tahun 2022, Samsung membeli sekitar 18 perangkat EUV.

Pada tahun 2021, Intel mengumumkan kembalinya mereka ke pasar foundry dan mengungkap cetak biru untuk teknologi proses canggih. Mereka berencana untuk meluncurkan lima generasi baru teknologi proses chip selama empat tahun ke depan. Untuk mencapai tujuan ini, Intel juga bersaing untuk mendapatkan mesin litografi EUV tercanggih dari ASML. Pada paruh kedua tahun 2021, Intel mengumumkan bahwa mereka telah memesan TWINSCAN EXE:5200 milik ASML, perangkat EUV dengan NA 0.55 yang saat ini sedang dikembangkan oleh ASML, mendahului TSMC dan Samsung. Harga satuan peralatan ini mencapai 300 juta dolar AS, dan dilaporkan memiliki throughput lebih dari 220 wafer per jam. Menurut rencana ASML, TWINSCAN EXE:5200 diharapkan akan mulai digunakan pada akhir tahun 2024 untuk validasi dan produksi chip dimulai dari tahun 2025.

Untuk memenuhi proses canggih yang terus berkembang, ASML mengembangkan mesin litografi EUV yang lebih canggih, terutama berfokus pada NA tinggi.

Peralatan EUV NA tinggi menawarkan resolusi lebih tinggi, memungkinkan peningkatan kepadatan chip beberapa kali lipat sekaligus mengurangi cacat, biaya, dan siklus produksi chip. Peralatan EUV baru akan meningkatkan nilai NA-nya dari 0.33 menjadi 0.55 untuk mencapai pola resolusi yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan mesin litografi 0.33 NA, resolusi 0.55 NA meningkat dari 13nm menjadi 8nm, memungkinkan pemaparan pola sirkuit terpadu yang lebih kompleks lebih cepat dan lebih baik serta melampaui batas pola tunggal dengan pitch 32nm hingga 30nm.

Meskipun pasar semikonduktor lesu pada tahun 2023, raksasa chip global termasuk TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix, dan Micron masih aktif berinvestasi dalam peralatan EUV. TSMC dan Samsung akan memperluas kapasitas 3nm mereka pada tahun 2024, sementara Intel akan memulai produksi massal chip Intel 4 process pertamanya menggunakan teknologi EUV pada akhir tahun ini.

ASML menyatakan bahwa untuk mainstream 0.33 NA, pada tahun 2021, pabrik wafer yang menggunakan teknologi proses 5nm rata-rata menghasilkan sekitar 10 lapisan per masker wafer. Namun dengan produksi massal 3nm pada tahun 2023, rata-rata lapisan masker wafer akan mencapai 20 lapisan.

Sedangkan untuk DRAM, saat ini produksi masker 5 lapis sudah bisa dilakukan dengan teknologi EUV, namun pada tahun 2024 akan meningkat menjadi 8 lapis. Beberapa proses akan mengadopsi multi-pola, dan setiap wafer akan memiliki hingga 10 lapisan masker.

Menurut statistik ASML, ketika pabrik wafer dan produsen DRAM meningkatkan belanja modal EUV mereka, pada kuartal pertama tahun 2023, perusahaan telah mengirimkan 136 mesin litografi EUV.

Minggu ini, CEO ASML Peter Wennink menyatakan bahwa mereka diperkirakan akan meluncurkan perangkat EUV pertama di industri dengan aperture numerik 0.55, TWINSCAN EXE:5000. Namun, perangkat ini terutama akan digunakan untuk penelitian dan pengembangan guna membiasakan pelanggan perusahaan dengan teknologi baru dan fungsinya. Seperti disebutkan sebelumnya, masing-masing perangkat ini berharga lebih dari 300 juta dolar AS.

Tahun ini, ASML akan mengirimkan peralatan TWINSCAN EXE:5000 ke pelanggan yang dirahasiakan, kemungkinan besar adalah Intel. Intel sebelumnya mengumumkan rencana untuk memulai produksi massal (HVM) menggunakan peralatan NA TWINSCAN EXE tinggi mulai tahun 2025, dengan teknologi proses 18A (~1.8nm). Oleh karena itu, Intel telah secara aktif mengeksplorasi peralatan litografi NA tinggi sejak tahun 2018 dan telah memesan TWINSCAN EXE:5000 dan versi komersial TWINSCAN EXE:5200.

Dibandingkan dengan Intel, TSMC dan Samsung akan mengadopsi peralatan EUV dengan NA 0.55 sedikit lebih lambat, tetapi tidak lebih lambat dari tahun 2030.

Untuk tahun 2023, Mehdi Hosseini, seorang analis senior di Susquehanna International Group, meyakini bahwa proses 3nm TSMC tidak dapat mencapai produksi volume tinggi tanpa memanfaatkan peralatan EUV untuk multiple patterning karena pertimbangan biaya. TSMC saat ini menggunakan NXE:3600D, yang memiliki throughput 160 wafer per jam (wph).

ASML akan memperkenalkan NXE:3800E NA tinggi baru pada akhir tahun ini. Dengan pengurangan biaya keseluruhan untuk beberapa pola EUV, NXE:3800E dapat menghasilkan 195 wafer per jam pada awalnya dan dapat dioptimalkan untuk mencapai keluaran 220 wafer per jam seiring waktu, yang menunjukkan peningkatan 30% dibandingkan dengan NXE:3600D.

Gelombang Ketiga: Bangkit

Setelah AS menerapkan peraturan yang melarang penjualan peralatan DUV dan EUV kelas menengah ke atas ke Tiongkok daratan, pertarungan untuk litografi gelombang ketiga dimulai secara diam-diam. Hal ini mencakup pembatasan, penanggulangan, serta gelombang baru pengembangan dan kemandirian teknologi litografi.

Saat ini, pabrik wafer di Tiongkok daratan tidak dapat membeli mesin litografi khusus untuk memproduksi chip canggih di bawah 14nm. Jika peralatan DUV versi lama digunakan untuk memproduksi chip 14nm dan 7nm, diperlukan beberapa eksposur, sehingga menyebabkan biaya yang jauh lebih tinggi dan kesulitan dalam meningkatkan hasil.

Mulai tanggal 1 September, tindakan pengendalian ekspor peralatan semikonduktor terbaru dari Belanda semakin membatasi ekspor peralatan DUV untuk proses yang sudah matang ke Tiongkok daratan, termasuk yang melibatkan proses 38nm-45nm.

Minggu ini, ASML mengumumkan bahwa mereka telah mengajukan permohonan izin ekspor ke pemerintah Belanda untuk TWINSCAN NXT:2000i dan mesin litografi imersi masa depan. Pemerintah Belanda telah mengeluarkan izin yang diperlukan untuk pengiriman TWINSCAN NXT:2000i dan perangkat masa depan ke pelanggan Tiongkok hingga akhir tahun ini. Namun, perusahaan memperkirakan mereka tidak lagi bisa mendapatkan izin ekspor terkait setelah Januari 2024.

Pada tanggal 4 September, CEO ASML Peter Wennink menyampaikan pandangannya tentang kontrol ekspor dan proteksionisme yang dihadapi oleh perusahaan tersebut selama sebuah program televisi. Ia menekankan bahwa mengisolasi sepenuhnya daratan Tiongkok melalui kontrol ekspor bukanlah pendekatan yang layak. Terobosan dalam chip yang digunakan dalam Xiaomi Mate 60 Pro secara tidak langsung menggambarkan hal ini. Pembatasan ini sebenarnya mendorong daratan Tiongkok untuk melipatgandakan upayanya dalam inovasi. Ia menyatakan bahwa jika Eropa dan Amerika Serikat tidak mau berbagi teknologi, daratan Tiongkok akan melakukan penelitiannya sendiri, mengeksplorasi solusi yang belum dipertimbangkan oleh perusahaan-perusahaan Barat. Kebijakan pembatasan oleh pemerintah Barat merangsang inovasi dan kreativitas di daratan Tiongkok.

Peter Wennink memperingatkan bahwa Tiongkok daratan akan merancang teknologi dan produk baru, yang dapat memicu persaingan global. The Wall Street Journal sebelumnya melaporkan bahwa ketika AS meningkatkan pembatasan penjualan chipnya pada bulan Oktober 2022, perusahaan-perusahaan Tiongkok daratan hanya mengimpor peralatan semikonduktor senilai $2.4 miliar, angka terendah sejak larangan tersebut diterapkan lebih dari dua tahun lalu. Hal ini menunjukkan bahwa industri peralatan semikonduktor Tiongkok berupaya mengurangi ketergantungan pada impor, dan proses mencapai kemandirian semakin cepat.