두 번째 물결: 경쟁

DUV와 EUV 모두 16nm 및 14nm 공정 칩을 대량 생산한 이후 ASML의 고급 리소그래피 기계는 항상 시장에서 높은 인기를 끌었습니다. TSMC, 삼성전자, 인텔 및 중국 본토의 몇몇 주요 웨이퍼 제조공장은 매년 제한된 수의 리소그래피 기계를 놓고 경쟁합니다.

최근에는 7나노, 5나노, 3나노 공정이 양산되면서 EUV 장비를 두고 TSMC와 삼성전자, 인텔 간 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

TSMC는 약 60대의 EUV 노광기를 보유하고 있는 것으로 알려졌으며, 이는 시장에 출시된 전체 EUV 장치의 50% 이상을 차지합니다. 2nm 연구 및 팹 건설의 발전으로 TSMC는 높은 NA(개구수) EUV 장비에 대한 수요를 높이고 ASML에서 선두 위치를 확보하기 위해 조기 주문을 했습니다.

삼성은 또한 높은 NA EUV 장비를 구매하고 ASML에게 테스트를 위해 장비를 공장에 직접 배송해 줄 것을 요청해 ASML이 고객 시설에서 장비를 직접 배송하고 테스트하는 선례를 세웠습니다. 현재 삼성의 EUV 노광 장비 수는 TSMC에 비해 약 60%, 심지어 그보다 적습니다. 2022년에 삼성은 약 18개의 EUV 장치를 구입했습니다.

2021년 인텔은 파운드리 시장 복귀를 선언하고 첨단 공정 기술에 대한 청사진을 공개했습니다. 그들은 향후 2021년에 걸쳐 5200개의 새로운 세대의 칩 공정 기술을 출시할 계획입니다. 이 목표를 달성하기 위해 인텔은 ASML의 가장 진보된 EUV 리소그래피 기계를 놓고 경쟁하고 있습니다. 0.55년 하반기 인텔은 ASML이 현재 개발 중인 NA 300의 EUV 장치인 ASML의 TWINSCAN EXE:220을 TSMC와 삼성보다 먼저 주문했다고 발표했습니다. 이 장비의 단가는 5200억달러에 달하며, 시간당 웨이퍼 2024장 이상의 처리량을 갖춘 것으로 알려졌다. ASML의 계획에 따르면 TWINSCAN EXE:2025은 XNUMX년부터 검증 및 칩 생산을 위해 XNUMX년 말까지 사용될 것으로 예상됩니다.

진화하는 첨단 공정을 충족하기 위해 ASML은 주로 높은 NA에 초점을 맞춘 더욱 진보된 EUV 리소그래피 기계를 개발하고 있습니다.

High-NA EUV 장비는 더 높은 해상도를 제공하므로 칩 밀도를 여러 배 높이는 동시에 결함, 비용 및 칩 제조 주기를 줄일 수 있습니다. 새로운 EUV 장비는 NA 값을 0.33에서 0.55로 늘려 더 높은 해상도의 패터닝을 구현합니다. 0.33 NA 리소그래피 기계에 비해 0.55 NA의 해상도는 13nm에서 8nm로 향상되어 더 복잡한 집적 회로 패턴을 더 빠르고 효과적으로 노출할 수 있으며 32nm~30nm 피치로 단일 패터닝의 한계를 뛰어넘습니다.

2023년 반도체 시장이 부진한 상황임에도 TSMC, 인텔, 삼성, SK하이닉스, 마이크론 등 글로벌 칩 대기업들은 여전히 ​​EUV 장비 투자에 적극적이다. TSMC와 삼성은 3년에 2024nm 생산 능력을 확장할 예정이며, 인텔은 올해 말 EUV 기술을 사용한 최초의 인텔 4 프로세스 칩 양산을 시작할 예정입니다.

ASML은 주류 0.33 NA의 경우 2021년에 5nm 공정 기술을 사용하는 웨이퍼 팹이 웨이퍼 마스크당 평균 약 10개의 레이어를 차지한다고 밝혔습니다. 하지만 3년 2023나노 양산이 시작되면 웨이퍼 마스크 평균 층은 20개에 달하게 된다.

DRAM의 경우 현재 EUV 기술로 5단 마스크 생산이 가능하지만 2024년에는 8단으로 늘릴 예정이다. 일부 프로세스는 다중 패터닝을 채택하며 각 웨이퍼에는 최대 10개의 마스크 레이어가 있습니다.

ASML의 통계에 따르면 웨이퍼 팹과 DRAM 제조업체가 EUV 자본 지출을 늘리면서 2023년 136분기 현재 이 회사는 XNUMX대의 EUV 리소그래피 장비를 출하했습니다.

이번 주 ASML CEO인 Peter Wennink는 0.55의 개구수를 갖춘 업계 최초의 EUV 장치인 TWINSCAN EXE:5000을 출시할 예정이라고 밝혔습니다. 그러나 이 장치는 주로 회사의 고객에게 새로운 기술과 그 기능을 알리기 위한 연구 개발에 사용될 것입니다. 앞서 언급했듯이 이러한 장치 각각의 가격은 미화 300억 달러가 넘습니다.

올해 ASML은 TWINSCAN EXE:5000 장비를 공개되지 않은 고객(인텔로 추정)에게 보낼 예정입니다. Intel은 앞서 2025A(~18nm) 공정 기술로 1.8년부터 high-NA TWINSCAN EXE 장비를 사용해 양산(HVM)을 시작할 계획을 발표한 바 있습니다. 따라서 Intel은 2018년부터 high-NA 리소그래피 장비를 적극적으로 탐색해 왔으며 TWINSCAN EXE:5000과 TWINSCAN EXE:5200의 상용 버전을 모두 주문했습니다.

인텔과 비교하면 TSMC와 삼성은 조금 늦지만 늦어도 0.55년에는 NA 2030의 EUV 장비를 채택할 예정이다.

Susquehanna International Group의 선임 분석가인 Mehdi Hosseini는 2023년에는 TSMC의 3nm 공정이 비용 고려 사항으로 인해 다중 패터닝에 EUV 장비를 활용하지 않고는 대량 생산을 달성할 수 없다고 믿습니다. TSMC는 현재 시간당 3600개의 웨이퍼(wph)를 처리할 수 있는 NXE:160D를 사용하고 있습니다.

ASML은 올해 말까지 새로운 높은 NA NXE:3800E를 출시할 예정입니다. NXE:3800E는 EUV 다중 패터닝에 대한 전체 비용을 절감하여 처음에는 시간당 195개의 웨이퍼를 생산할 수 있으며 시간이 지남에 따라 시간당 220개의 웨이퍼 처리량을 달성하도록 최적화될 수 있습니다. 이는 NXE:30D에 비해 3600% 향상된 성능을 나타냅니다.

세 번째 물결: 상승

미국이 중국 본토에 대한 중급급 DUV 및 EUV 장비 판매를 금지하는 규정을 시행한 이후 제3의 리소그래피 물결을 위한 전쟁이 조용히 시작되었습니다. 여기에는 제한 사항, 대응책, 새로운 리소그래피 기술 개발 및 자립의 물결이 포함됩니다.

현재 중국 본토의 웨이퍼 팹에서는 14nm 이하의 고급 칩을 생산하기 위한 전용 리소그래피 기계를 구입할 수 없습니다. 이전 버전의 DUV 장비를 사용하여 14nm 및 7nm 칩을 생산하는 경우 다중 노출이 필요하므로 비용이 크게 높아지고 수율 개선이 어려워집니다.

1월 38일부터 네덜란드의 최신 반도체 장비 수출 통제 조치는 45nm~XNUMXnm 공정과 관련된 공정을 포함하여 성숙 공정용 DUV 장비의 중국 본토 수출을 더욱 제한합니다.

이번 주 ASML은 TWINSCAN NXT:2000i 및 향후 침지 리소그래피 기계에 대한 수출 허가 신청서를 네덜란드 정부에 제출했다고 발표했습니다. 네덜란드 정부는 올해 말까지 TWINSCAN NXT:2000i 및 향후 장치를 중국 고객에게 배송하는 데 필요한 라이센스를 발급했습니다. 그러나 회사는 2024년 XNUMX월 이후에는 더 이상 관련 수출 허가를 취득할 수 없을 것으로 추정하고 있다.

4월 60일, ASML CEO 피터 베닝크는 한 TV 프로그램에서 회사가 직면한 수출 통제와 보호무역주의에 대한 견해를 밝혔습니다. 그는 수출 통제를 통해 중국 본토를 완전히 고립시키는 것은 현실적인 접근 방식이 아니라고 강조했습니다. 샤오미 메이트 XNUMX 프로에 사용된 칩의 획기적인 발전은 이 점을 간접적으로 보여줍니다. 이러한 제한은 실제로 중국 본토가 혁신 노력을 배가하도록 이끌고 있습니다. 베닝크 CEO는 유럽과 미국이 기술 공유에 소극적인 태도를 보인다면, 중국 본토는 자체 연구를 통해 서구 기업들이 고려하지 않은 해결책을 모색할 것이라고 말했습니다. 서구 정부의 제한적인 정책은 중국 본토의 혁신과 창의성을 자극하고 있습니다.

Peter Wennink는 중국 본토가 새로운 기술과 제품을 설계하여 글로벌 경쟁을 촉발할 것이라고 경고했습니다. 앞서 월스트리트저널은 미국이 2022년 2.4월 칩 판매 제한을 업그레이드했을 때 중국 본토 기업이 XNUMX억 달러 규모의 반도체 장비를 수입했는데, 이는 XNUMX년 전 금지 조치가 시행된 이후 가장 낮은 수치라고 보도한 바 있다. 이는 중국 반도체 장비 산업이 수입 의존도를 낮추기 위해 노력하고 있으며, 자립을 달성하는 과정이 가속화되고 있음을 의미한다.