第二の波: 競争

DUV と EUV の両方の 16nm および 14nm プロセス チップの量産後、ASML のハイエンド リソグラフィー マシンは常に市場で高い人気を誇っています。 TSMC、サムスン電子、インテル、および中国本土のいくつかの大手ウェーハ工場は、限られた数のリソグラフィー装置を毎年争っています。

近年、7nm、5nm、3nmプロセスの量産化に伴い、TSMC、サムスン電子、インテルによるEUV装置の競争はますます激化している。

TSMCは約60台のEUVリソグラフィー装置を所有しており、これは市場に出荷された総EUVデバイスの50%以上を占めると報告されている。 2nm 研究とファブ建設の発展に伴い、TSMC は高 NA (開口数) EUV 装置に対する要求を高め、ASML で主導的地位を確保するために早期に発注しました。

サムスンはまた、高NAのEUV装置を購入しており、ASMLにテストのために装置を自社の工場に直接配送するよう要求しており、ASMLが装置を直接出荷して顧客の施設でテストする前例となった。現在、Samsung が保有している EUV リソグラフィー装置の数は TSMC と比較して約 60% に過ぎず、さらに少ないです。 2022 年に、サムスンは約 18 台の EUV デバイスを購入しました。

2021 年、インテルはファウンドリ市場への復帰を発表し、高度なプロセス技術の青写真を発表しました。彼らは、今後 2021 年間で 5200 つの新世代のチップ プロセス テクノロジを発売する予定です。この目標を達成するために、インテルは ASML の最先端 EUV リソグラフィー マシンの開発にも取り組んでいます。 0.55年下半期、Intelは、ASMLが現在開発中のNA300のEUVデバイスであるASMLのTWINSCAN EXE:220をTSMCやSamsungに先駆けて発注したと発表した。この装置の単価は 5200 億ドルに達し、2024 時間あたり 2025 枚を超えるウェハのスループットがあると報告されています。 ASMLの計画によると、TWINSCAN EXE:XNUMXはXNUMX年末までに検証とXNUMX年から始まるチップ生産に使用される予定だ。

進化する高度なプロセスに対応するために、ASML は主に高 NA に焦点を当てて、より高度な EUV リソグラフィー装置の開発を行っています。

高 NA EUV 装置はより高い解像度を提供し、欠陥、コスト、チップ製造サイクルを削減しながらチップ密度を数倍高めることができます。新しいEUV装置はNA値を0.33から0.55に高め、より高解像度のパターニングを実現します。 0.33 NAのリソグラフィ装置と比較して、0.55 NAの解像度は13nmから8nmに向上し、より複雑な集積回路パターンのより高速かつ良好な露光が可能になり、32nmから30nmピッチの単一パターニングの限界を超えます。

2023年の半導体市場は低迷するものの、TSMC、インテル、サムスン、SKハイニックス、マイクロンなどの世界的なチップ大手は依然としてEUV装置への投資を積極的に行っている。 TSMCとサムスンは3年に2024nmの容量を拡大する予定で、インテルは今年末にEUV技術を使用した初のインテル4プロセスチップの量産を開始する予定だ。

ASMLは、0.33年の主流の2021 NAでは、5nmプロセス技術を使用するウェーハファブはウェーハマスク当たり平均約10層になると述べた。しかし、3年に2023nmが量産されると、平均ウェハマスク層は20層に達すると予想されます。

DRAMについては、EUV技術では現在5層マスクの生産が可能だが、2024年には8層に増える。一部のプロセスではマルチパターニングが採用され、各ウェーハには最大 10 層のマスクが配置されます。

ASMLの統計によると、ウェーハファブやDRAMメーカーがEUV設備投資を増やす中、2023年第136四半期の時点で同社はXNUMX台のEUVリソグラフィー装置を出荷している。

今週、ASML CEO のピーター・ウェニンク氏は、業界初の開口数 0.55 の EUV デバイス、TWINSCAN EXE:5000 を発売する予定であると述べました。ただし、このデバイスは主に、同社の顧客に新しいテクノロジーとその機能を理解してもらうための研究開発に使用されます。前述したように、これらのデバイスの価格はそれぞれ 300 億米ドル以上です。

今年、ASML は TWINSCAN EXE:5000 機器を非公開の顧客 (おそらくインテル) に送付する予定です。 Intelは以前、2025A（約18nm）プロセス技術を備えた高NA TWINSCAN EXE装置を使用した量産（HVM）を1.8年から開始する計画を発表した。そのため、インテルは 2018 年から高 NA リソグラフィー装置を積極的に検討しており、TWINSCAN EXE:5000 と商用バージョンの TWINSCAN EXE:5200 の両方を発注していました。

Intelと比較すると、TSMCとSamsungはNAが0.55のEUV装置を若干遅く、遅くとも2030年には採用する予定です。

サスケハナ・インターナショナル・グループの上級アナリスト、メフディ・ホセイニ氏は、2023年に向けて、TSMCの3nmプロセスは、コストを考慮してマルチパターニングにEUV装置を利用しない限り大量生産は達成できないと考えている。 TSMC は現在、3600 時間あたり 160 枚のウェーハ (wph) のスループットを持つ NXE:XNUMXD を使用しています。

ASML は、今年末までに新しい高 NA NXE:3800E を導入する予定です。 EUVマルチパターニングの全体コストが削減されたNXE:3800Eは、最初は195時間あたり220枚のウェーハを生産でき、長期的には30時間あたり3600枚のウェーハのスループットを達成するように最適化でき、NXE:XNUMXDと比較してXNUMX%向上します。

第三の波: 上昇

米国が中高級の DUV および EUV 装置の中国本土への販売を禁止する規制を導入した後、リソグラフィーの第 3 波をめぐる戦いが静かに始まりました。これには、制限や対策のほか、リソグラフィー技術の開発や自立の新たな波が含まれます。

現在、中国本土のウェーハ製造工場は、14nm 未満の高度なチップを製造するための専用リソグラフィー装置を購入できません。古いバージョンの DUV 装置を使用して 14nm および 7nm チップを製造すると、複数回の露光が必要となり、コストが大幅に上昇し、歩留まりの向上が困難になります。

1月38日現在、オランダの最新の半導体装置輸出規制措置により、45nm～XNUMXnmプロセスを含む成熟プロセス用のDUV装置の中国本土への輸出がさらに制限されています。

ASMLは今週、TWINSCAN NXT:2000iと将来の液浸リソグラフィー装置の輸出許可申請をオランダ政府に提出したと発表した。オランダ政府は、TWINSCAN NXT:2000i および将来のデバイスの中国顧客への出荷に必要なライセンスを今年末まで発行しました。ただし、同社は、2024 年 XNUMX 月以降、関連する輸出許可を取得できなくなると推定しています。

4月60日、ASMLのCEO、ピーター・ヴェニンク氏はテレビ番組で、同社が直面している輸出規制と保護主義について見解を述べた。ヴェニンク氏は、輸出規制によって中国本土を完全に孤立させることは現実的な解決策ではないと強調した。Xiaomi Mate XNUMX Proに搭載されているチップの飛躍的進歩は、この点を間接的に示している。これらの規制は、中国本土のイノベーションへの取り組みを一層強化する原動力となっている。ヴェニンク氏は、欧米が技術共有に消極的であれば、中国本土は独自の研究を行い、西側諸国が検討していない解決策を模索するだろうと述べた。西側諸国政府による制限的な政策は、中国本土のイノベーションと創造性を刺激している。

ピーター・ウェニンク氏は、中国本土が新たな技術や製品を設計することになり、それが世界的な競争を引き起こす可能性があると警告した。ウォール・ストリート・ジャーナルは以前、米国が2022年2.4月にチップ販売制限を強化した際、中国本土企業が輸入した半導体装置はXNUMX億ドル相当にとどまり、これはXNUMX年以上前に禁止措置が施行されて以来最低の数字であると報じた。これは、中国の半導体装置産業が輸入依存度の低減に努め、自立へのプロセスが加速していることを示している。