Druga fala: Konkurencja

Po masowej produkcji chipów procesowych 16 nm i 14 nm, zarówno DUV, jak i EUV, wysokiej klasy maszyny litograficzne ASML zawsze były bardzo poszukiwane na rynku. TSMC, Samsung Electronics, Intel i kilka głównych fabryk płytek w Chinach kontynentalnych co roku konkurują o ograniczoną liczbę maszyn litograficznych.

W ostatnich latach, wraz z masową produkcją procesów 7 nm, 5 nm i 3 nm, konkurencja między TSMC, Samsung Electronics i Intel w zakresie sprzętu EUV stała się coraz bardziej zacięta.

Według doniesień TSMC posiada około 60 maszyn do litografii EUV, co stanowi ponad 50% wszystkich urządzeń EUV dostarczonych na rynek. Wraz z rozwojem badań 2 nm i konstrukcją fabryk TSMC postawił wyższe wymagania sprzętowi EUV o wysokiej zawartości NA (apertura numeryczna), składając zamówienia już wcześniej, aby zapewnić sobie wiodącą pozycję w ASML.

Samsung kupuje również sprzęt o dużej liczbie NA EUV i zwrócił się do ASML o dostarczenie sprzętu bezpośrednio do jego fabryki w celu przetestowania, co stanowi precedens dla ASML w zakresie bezpośredniej wysyłki i testowania sprzętu w obiektach klienta. Obecnie Samsung ma tylko około 60% liczby maszyn litograficznych EUV w porównaniu do TSMC, a nawet mniej. W 2022 roku Samsung zakupił około 18 urządzeń EUV.

W 2021 roku Intel ogłosił powrót na rynek odlewniczy i zaprezentował projekt zaawansowanej technologii procesowej. W ciągu najbliższych czterech lat planują wprowadzić na rynek pięć nowych generacji technologii przetwarzania chipów. Aby osiągnąć ten cel, Intel konkuruje także o najbardziej zaawansowane maszyny do litografii EUV firmy ASML. W drugiej połowie 2021 roku Intel ogłosił, że złożył zamówienie przed TSMC i Samsungiem na TWINSCAN EXE:5200 firmy ASML, urządzenie EUV o NA 0.55, nad którym obecnie pracuje ASML. Cena jednostkowa tego urządzenia sięga 300 milionów dolarów, a jego wydajność podobno przekracza 220 wafli na godzinę. Zgodnie z planem ASML oczekuje się, że TWINSCAN EXE:5200 zostanie oddany do użytku do końca 2024 r. do celów walidacji i produkcji chipów począwszy od 2025 r.

Aby sprostać zmieniającym się zaawansowanym procesom, ASML opracowuje bardziej zaawansowane maszyny do litografii EUV, koncentrując się głównie na wysokiej zawartości NA.

Sprzęt EUV o wysokiej zawartości NA oferuje wyższą rozdzielczość, umożliwiając kilkukrotne zwiększenie gęstości chipów przy jednoczesnej redukcji defektów, kosztów i cykli produkcyjnych chipów. Nowy sprzęt EUV zwiększy wartość NA z 0.33 do 0.55, aby uzyskać wzorce o wyższej rozdzielczości. W porównaniu z maszyną litograficzną 0.33 NA, rozdzielczość 0.55 NA poprawia się z 13 nm do 8 nm, umożliwiając szybsze i lepsze naświetlanie bardziej złożonych wzorów układów scalonych i przekraczając granice pojedynczego wzoru przy skoku od 32 nm do 30 nm.

Chociaż w 2023 r. rynek półprzewodników będzie słaby, światowi giganci chipów, w tym TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix i Micron, nadal aktywnie inwestują w sprzęt EUV. TSMC i Samsung zwiększą swoje możliwości w procesie technologicznym 3 nm w 2024 r., natomiast Intel rozpocznie masową produkcję swojego pierwszego chipa procesowego Intel 4 z wykorzystaniem technologii EUV pod koniec tego roku.

ASML stwierdziło, że w przypadku głównego nurtu 0.33 NA w 2021 r. w fabrykach płytek wykorzystujących technologie procesowe 5 nm średnio około 10 warstw na maskę waflową. Jednak przy masowej produkcji 3 nm w 2023 r. średnia warstwa maski waflowej osiągnie 20 warstw.

Jeśli chodzi o pamięć DRAM, obecnie możliwa jest produkcja masek 5-warstwowych w technologii EUV, ale w 2024 r. liczba ta wzrośnie do 8 warstw. W niektórych procesach zostanie zastosowanych wiele wzorów, a każdy wafel będzie miał do 10 warstw masek.

Według statystyk ASML, w związku ze zwiększaniem nakładów inwestycyjnych fabryk płytek półprzewodnikowych i producentów pamięci DRAM, od pierwszego kwartału 2023 r. firma dostarczyła 136 maszyn litograficznych EUV.

W tym tygodniu dyrektor generalny ASML, Peter Wennink, oświadczył, że oczekuje się wprowadzenia na rynek pierwszego w branży urządzenia EUV z aperturą numeryczną 0.55, TWINSCAN EXE:5000. Urządzenie to będzie jednak wykorzystywane głównie do celów badawczo-rozwojowych mających na celu zapoznanie klientów firmy z nową technologią i jej funkcjami. Jak wspomnieliśmy wcześniej, każde z tych urządzeń kosztuje ponad 300 milionów dolarów.

W tym roku ASML wyśle ​​swój sprzęt TWINSCAN EXE:5000 do nieujawnionego klienta, którym jest prawdopodobnie firma Intel. Firma Intel ogłosiła wcześniej plany rozpoczęcia masowej produkcji (HVM) przy użyciu sprzętu TWINSCAN EXE o dużej zawartości NA od 2025 roku i wyposażonego w technologię procesową 18 A (~1.8 nm). Dlatego od 2018 roku firma Intel aktywnie bada sprzęt do litografii o wysokiej zawartości NA i złożyła zamówienia zarówno na TWINSCAN EXE:5000, jak i komercyjną wersję TWINSCAN EXE:5200.

W porównaniu do Intela, TSMC i Samsung wprowadzą sprzęt EUV z NA 0.55 nieco później, ale nie później niż w 2030 roku.

Mehdi Hosseini, starszy analityk w Susquehanna International Group, uważa, że ​​w odniesieniu do roku 2023 nie można osiągnąć produkcji na dużą skalę w procesie 3 nm firmy TSMC bez wykorzystania sprzętu EUV do wielokrotnego tworzenia wzorów ze względu na koszty. TSMC korzysta obecnie z NXE:3600D, który ma wydajność 160 płytek na godzinę (wph).

ASML wprowadzi nowy model high-NA NXE:3800E do końca tego roku. Dzięki obniżonym całkowitym kosztom wielokrotnego wzornictwa EUV, NXE:3800E może początkowo wyprodukować 195 płytek na godzinę i można go zoptymalizować, aby z czasem osiągnąć wydajność 220 płytek na godzinę, co stanowi poprawę o 30% w porównaniu z NXE:3600D.

Trzecia fala: Powstanie

Po tym, jak Stany Zjednoczone wdrożyły przepisy zabraniające sprzedaży średniej i wyższej klasy sprzętu DUV i EUV do Chin kontynentalnych, po cichu rozpoczęła się walka o trzecią falę litografii. Obejmuje to ograniczenia, środki zaradcze, a także nową falę rozwoju technologii litograficznej i samodzielności.

Obecnie fabryki płytek w Chinach kontynentalnych nie są w stanie kupić dedykowanych maszyn litograficznych do produkcji zaawansowanych chipów poniżej 14 nm. Jeżeli do produkcji chipów w procesach 14 nm i 7 nm wykorzystuje się starsze wersje sprzętu DUV, wymagane jest wielokrotne naświetlanie, co prowadzi do znacznie wyższych kosztów i trudności w poprawie wydajności.

Od 1 września najnowsze środki kontroli eksportu sprzętu półprzewodnikowego z Holandii dodatkowo ograniczają eksport sprzętu DUV do dojrzałych procesów do Chin kontynentalnych, w tym sprzętu obejmującego procesy 38–45 nm.

W tym tygodniu firma ASML ogłosiła, że ​​złożyła do rządu holenderskiego wniosek o pozwolenie na eksport na TWINSCAN NXT:2000i i przyszłe maszyny do litografii zanurzeniowej. Rząd holenderski wydał niezbędną licencję na wysyłkę do chińskich klientów TWINSCAN NXT:2000i i przyszłych urządzeń do końca tego roku. Spółka szacuje jednak, że po styczniu 2024 r. nie będzie już mogła uzyskać odpowiednich pozwoleń na eksport.

4 września dyrektor generalny ASML Peter Wennink wyraził swoje poglądy na temat kontroli eksportu i protekcjonizmu, z którymi mierzy się firma, podczas programu telewizyjnego. Podkreślił, że całkowite odizolowanie Chin kontynentalnych poprzez kontrolę eksportu nie jest wykonalnym podejściem. Przełom w chipach używanych w Xiaomi Mate 60 Pro pośrednio ilustruje ten punkt. Te ograniczenia faktycznie zmuszają Chiny kontynentalne do podwojenia wysiłków w zakresie innowacji. Stwierdził, że jeśli Europa i Stany Zjednoczone nie będą chciały dzielić się technologią, Chiny kontynentalne przeprowadzą własne badania, badając rozwiązania, których zachodnie firmy nie brały pod uwagę. Ograniczająca polityka zachodnich rządów stymuluje innowacyjność i kreatywność w Chinach kontynentalnych.

Peter Wennink ostrzegł, że Chiny kontynentalne opracują nowe technologie i produkty, co może wywołać globalną konkurencję. Jak poprzednio donosił dziennik „Wall Street Journal”, kiedy w październiku 2022 r. Stany Zjednoczone zaostrzyły ograniczenia dotyczące sprzedaży chipów, firmy z Chin kontynentalnych zaimportowały sprzęt półprzewodnikowy o wartości zaledwie 2.4 miliarda dolarów, co stanowi najniższy wynik od czasu wprowadzenia zakazu ponad dwa lata temu. Oznacza to, że chiński przemysł sprzętu półprzewodnikowego dąży do zmniejszenia zależności od importu, a proces usamodzielniania się przyspiesza.