A segunda onda: competição

Após a produção em massa de chips de processo de 16nm e 14nm, tanto DUV quanto EUV, as máquinas de litografia de ponta da ASML sempre foram muito procuradas no mercado. TSMC, Samsung Electronics, Intel e várias grandes fábricas de wafer na China continental competem anualmente pelo número limitado de máquinas de litografia.

Nos últimos anos, com a produção em massa de processos de 7nm, 5nm e 3nm, a competição entre TSMC, Samsung Electronics e Intel por equipamentos EUV tornou-se cada vez mais acirrada.

Segundo informações, a TSMC possui cerca de 60 máquinas de litografia EUV, representando mais de 50% do total de dispositivos EUV comercializados. Com o desenvolvimento da pesquisa e construção de fábricas de 2 nm, a TSMC aumentou suas exigências em relação aos equipamentos EUV de alta NA (abertura numérica), fazendo encomendas antecipadas para garantir uma posição de liderança na ASML.

A Samsung também está comprando equipamentos EUV de alto NA e solicitou à ASML que entregasse o equipamento diretamente em sua fábrica para teste, estabelecendo um precedente para que a ASML enviasse e testasse equipamentos diretamente nas instalações do cliente. Atualmente, a Samsung possui apenas cerca de 60% do número de máquinas de litografia EUV em comparação com a TSMC, e ainda menos. Em 2022, a Samsung comprou aproximadamente 18 dispositivos EUV.

Em 2021, a Intel anunciou seu retorno ao mercado de fundição e revelou um plano para tecnologia de processo avançada. A empresa planeja lançar cinco novas gerações de tecnologia de processo de chips nos próximos quatro anos. Para atingir esse objetivo, a Intel também está competindo pelas máquinas de litografia EUV mais avançadas da ASML. No segundo semestre de 2021, a Intel anunciou que havia feito um pedido, à frente da TSMC e da Samsung, do TWINSCAN EXE:5200 da ASML, um dispositivo EUV com NA de 0.55 que a ASML está atualmente desenvolvendo. O preço unitário desse equipamento chega a 300 milhões de dólares americanos e, segundo informações, ele tem uma capacidade de produção de mais de 220 wafers por hora. De acordo com o plano da ASML, espera-se que o TWINSCAN EXE:5200 entre em operação até o final de 2024 para validação e a produção de chips comece em 2025.

Para atender à evolução dos processos avançados, a ASML está desenvolvendo máquinas de litografia EUV mais avançadas, concentrando-se principalmente em alto NA.

Equipamentos EUV de alto NA oferecem maior resolução, permitindo um aumento de várias vezes na densidade do chip e, ao mesmo tempo, reduzindo defeitos, custos e ciclos de fabricação de chips. O novo equipamento EUV aumentará seu valor NA de 0.33 para 0.55 para obter padrões de resolução mais altos. Em comparação com uma máquina de litografia de 0.33 NA, a resolução de 0.55 NA melhora de 13nm para 8nm, permitindo uma exposição mais rápida e melhor de padrões de circuitos integrados mais complexos e ultrapassando os limites do padrão único com um pitch de 32nm a 30nm.

Embora o mercado de semicondutores esteja lento em 2023, gigantes globais como TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix e Micron continuam investindo ativamente em equipamentos EUV. A TSMC e a Samsung expandirão sua capacidade de produção de 3nm em 2024, enquanto a Intel iniciará a produção em massa de seu primeiro chip com o processo Intel 4, utilizando a tecnologia EUV, no final deste ano.

ASML afirmou que para o NA principal de 0.33, em 2021, as fábricas de wafer usando tecnologias de processo de 5 nm tinham em média cerca de 10 camadas por máscara de wafer. No entanto, com a produção em massa de 3nm em 2023, a média das camadas da máscara wafer atingirá 20 camadas.

Quanto à DRAM, atualmente, a produção de máscaras de 5 camadas é possível com a tecnologia EUV, mas em 2024 aumentará para 8 camadas. Alguns processos adotarão padrões múltiplos e cada wafer terá até 10 camadas de máscaras.

De acordo com as estatísticas da ASML, à medida que as fábricas de wafer e os fabricantes de DRAM aumentam suas despesas de capital EUV, no primeiro trimestre de 2023, a empresa enviou 136 máquinas de litografia EUV.

Esta semana, o CEO da ASML, Peter Wennink, afirmou que se espera o lançamento do primeiro dispositivo EUV da indústria com uma abertura numérica de 0.55, o TWINSCAN EXE:5000. No entanto, este dispositivo será utilizado principalmente para pesquisa e desenvolvimento para familiarizar os clientes da empresa com a nova tecnologia e suas funções. Conforme mencionado anteriormente, cada um desses dispositivos custa mais de 300 milhões de dólares americanos.

Este ano, a ASML enviará seu equipamento TWINSCAN EXE:5000 para um cliente não divulgado, que provavelmente será a Intel. A Intel anunciou anteriormente planos para iniciar a produção em massa (HVM) usando equipamentos TWINSCAN EXE de alto NA a partir de 2025, com sua tecnologia de processo 18A (~1.8nm). Portanto, a Intel tem explorado ativamente equipamentos de litografia de alto NA desde 2018 e fez pedidos tanto do TWINSCAN EXE:5000 quanto da versão comercial do TWINSCAN EXE:5200.

Em comparação com a Intel, a TSMC e a Samsung adotarão equipamentos EUV com uma NA de 0.55 um pouco mais tarde, mas o mais tardar em 2030.

Para o ano de 2023, Mehdi Hosseini, analista sênior do Susquehanna International Group, acredita que o processo de 3nm da TSMC não conseguirá atingir a produção em larga escala sem a utilização de equipamentos EUV para a litografia múltipla, devido a considerações de custo. Atualmente, a TSMC utiliza o NXE:3600D, que possui uma capacidade de produção de 160 wafers por hora (wph).

A ASML apresentará o novo NXE:3800E de alto NA até o final deste ano. Com custo geral reduzido para padronização múltipla EUV, o NXE:3800E pode produzir inicialmente 195 wafers por hora e pode ser otimizado para atingir um rendimento de 220 wafers por hora ao longo do tempo, representando uma melhoria de 30% em comparação com o NXE:3600D.

A Terceira Onda: Ascensão

Depois que os EUA implementaram regulamentos proibindo a venda de equipamentos DUV e EUV de médio a alto padrão para a China continental, a batalha pela terceira onda de litografia começou silenciosamente. Isto inclui restrições, contramedidas, bem como uma nova onda de desenvolvimento de tecnologia de litografia e autossuficiência.

Atualmente, as fábricas de wafer na China continental não conseguem comprar máquinas de litografia dedicadas para produzir chips avançados abaixo de 14 nm. Se versões mais antigas de equipamentos DUV forem usadas para produzir chips de 14 nm e 7 nm, serão necessárias múltiplas exposições, levando a custos significativamente mais elevados e dificuldades na melhoria do rendimento.

A partir de 1 de Setembro, as mais recentes medidas de controlo de exportação de equipamentos semicondutores dos Países Baixos restringem ainda mais a exportação de equipamentos DUV para processos maduros para a China continental, incluindo aqueles que envolvem os processos de 38nm-45nm.

Esta semana, a ASML anunciou que apresentou ao governo holandês um pedido de licença de exportação para o TWINSCAN NXT:2000i e futuras máquinas de litografia por imersão. O governo holandês emitiu a licença necessária para remessas aos clientes chineses do TWINSCAN NXT:2000i e de futuros dispositivos até o final deste ano. No entanto, a empresa estima que não conseguirá mais obter licenças de exportação relevantes após janeiro de 2024.

Em 4 de setembro, o CEO da ASML, Peter Wennink, expressou sua opinião sobre os controles de exportação e o protecionismo enfrentados pela empresa durante um programa de televisão. Ele enfatizou que isolar completamente a China continental por meio de controles de exportação não é uma abordagem viável. O avanço nos chips usados ​​no Xiaomi Mate 60 Pro ilustra indiretamente esse ponto. Essas restrições estão, na verdade, levando a China continental a redobrar seus esforços em inovação. Ele afirmou que, se a Europa e os Estados Unidos não estiverem dispostos a compartilhar tecnologia, a China continental conduzirá suas próprias pesquisas, explorando soluções que as empresas ocidentais não consideraram. Políticas restritivas de governos ocidentais estão estimulando a inovação e a criatividade na China continental.

Peter Wennink alertou que a China continental irá conceber novas tecnologias e produtos, o que poderá desencadear uma competição global. O Wall Street Journal informou anteriormente que quando os EUA aumentaram as suas restrições às vendas de chips em Outubro de 2022, as empresas da China continental importaram apenas 2.4 mil milhões de dólares em equipamentos semicondutores, o valor mais baixo desde que a proibição foi implementada há mais de dois anos. Isto indica que a indústria de equipamentos de semicondutores da China está a esforçar-se para reduzir a dependência das importações e o processo para alcançar a autossuficiência está a acelerar.