Вторая волна: конкуренция

После массового производства 16-нм и 14-нм чипов, как DUV, так и EUV, высокотехнологичные литографические машины ASML всегда пользовались большим спросом на рынке. TSMC, Samsung Electronics, Intel и несколько крупных производителей пластин в материковом Китае каждый год конкурируют за ограниченное количество литографических машин.

В последние годы, благодаря массовому производству 7-нм, 5-нм и 3-нм процессов, конкуренция между TSMC, Samsung Electronics и Intel за оборудование EUV становится все более жесткой.

Сообщается, что TSMC владеет около 60 машинами для литографии EUV, что составляет более 50% от общего количества устройств EUV, поставляемых на рынок. С развитием 2-нм исследований и производства TSMC предъявляет более высокие требования к оборудованию EUV с высокой числовой апертурой, размещая ранние заказы, чтобы обеспечить лидирующую позицию в ASML.

Samsung также закупает оборудование с высоким уровнем NA EUV и попросила ASML доставить оборудование непосредственно на их завод для тестирования, создавая прецедент для ASML для прямой поставки и тестирования оборудования на объектах клиентов. В настоящее время у Samsung лишь около 60% количества машин EUV-литографии по сравнению с TSMC, а то и меньше. В 2022 году Samsung приобрела около 18 устройств EUV.

В 2021 году Intel объявила о своем возвращении на литейный рынок и представила проект передовых технологических процессов. В течение следующих четырех лет они планируют запустить пять новых поколений чипов. Для достижения этой цели Intel также конкурирует за самые передовые машины EUV-литографии ASML. Во второй половине 2021 года Intel объявила, что перед TSMC и Samsung разместила заказ на ASML TWINSCAN EXE:5200, устройство EUV с числовой апертурой 0.55, которое ASML в настоящее время разрабатывает. Цена за единицу этого оборудования достигает 300 миллионов долларов США, а производительность, как сообщается, составляет более 220 пластин в час. Согласно плану ASML, ожидается, что TWINSCAN EXE:5200 будет введен в эксплуатацию к концу 2024 года для проверки и производства чипов, начиная с 2025 года.

Чтобы соответствовать развивающимся передовым процессам, ASML разрабатывает более совершенные машины для литографии EUV, в основном уделяя особое внимание высокой апертуре.

Оборудование EUV с высокой числовой апертурой обеспечивает более высокое разрешение, что позволяет в несколько раз увеличить плотность чипов, одновременно сокращая дефекты, затраты и циклы производства чипов. Новое оборудование EUV увеличит значение числовой апертуры с 0.33 до 0.55 для достижения более высокого разрешения. По сравнению с литографической машиной с числовой апертурой 0.33, разрешение числовой апертуры 0.55 увеличивается с 13 нм до 8 нм, что позволяет быстрее и лучше экспонировать более сложные структуры интегральных схем и превосходить пределы одиночного рисунка с шагом от 32 до 30 нм.

Хотя рынок полупроводников в 2023 году будет вялым, мировые гиганты микросхем, включая TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix и Micron, по-прежнему активно инвестируют в оборудование EUV. TSMC и Samsung расширят свои 3-нм технологии в 2024 году, а Intel начнет массовое производство своего первого процессора Intel 4 с использованием технологии EUV в конце этого года.

В ASML заявили, что для массового производства с числовой апертурой 0.33 в 2021 году фабрики по производству пластин с использованием 5-нм техпроцесса будут иметь в среднем около 10 слоев на маску пластины. Однако при массовом производстве по 3-нм технологии в 2023 году среднее количество слоев маски пластины достигнет 20 слоев.

Что касается DRAM, то в настоящее время производство 5-слойных масок возможно с помощью технологии EUV, но в 2024 году оно увеличится до 8 слоев. В некоторых процессах будет использоваться несколько шаблонов, и каждая пластина будет иметь до 10 слоев масок.

Согласно статистике ASML, поскольку фабрики пластин и производители DRAM увеличивают свои капитальные затраты EUV, по состоянию на первый квартал 2023 года компания поставила 136 машин EUV-литографии.

На этой неделе генеральный директор ASML Питер Веннинк заявил, что они, как ожидается, выпустят первое в отрасли устройство EUV с числовой апертурой 0.55 — TWINSCAN EXE:5000. Однако это устройство в основном будет использоваться для исследований и разработок с целью ознакомления клиентов компании с новой технологией и ее функциями. Как уже говорилось ранее, каждое из этих устройств стоит более 300 миллионов долларов США.

В этом году ASML отправит свое оборудование TWINSCAN EXE:5000 неизвестному заказчику, которым, скорее всего, будет компания Intel. Ранее Intel объявила о планах начать массовое производство (HVM) с использованием оборудования TWINSCAN EXE с высокой числовой апертурой с 2025 года по техпроцессу 18A (~1.8 нм). Поэтому с 2018 года Intel активно изучает оборудование для литографии с высокой числовой апертурой и разместила заказы как на TWINSCAN EXE:5000, так и на коммерческую версию TWINSCAN EXE:5200.

По сравнению с Intel, TSMC и Samsung примут оборудование EUV с NA 0.55 немного позже, но не позднее 2030 года.

Мехди Хоссейни, старший аналитик Susquehanna International Group, считает, что к 2023 году 3-нм техпроцесс TSMC не сможет обеспечить крупносерийное производство без использования оборудования EUV для нанесения нескольких рисунков из соображений стоимости. В настоящее время TSMC использует NXE:3600D, пропускная способность которого составляет 160 пластин в час (wph).

ASML представит новый NXE:3800E с высокой NA к концу этого года. Благодаря снижению общих затрат на создание нескольких рисунков EUV, NXE:3800E может производить 195 пластин в час на начальном этапе и может быть оптимизирован для достижения производительности 220 пластин в час с течением времени, что представляет собой улучшение на 30% по сравнению с NXE:3600D.

Третья волна: подъем

После того, как США ввели правила, запрещающие продажу оборудования DUV и EUV среднего и высокого класса в материковый Китай, тихо началась битва за третью волну литографии. Это включает в себя ограничения, контрмеры, а также новую волну развития технологий литографии и уверенности в своих силах.

В настоящее время фабрики по производству пластин в материковом Китае не могут приобретать специализированные литографические машины для производства современных чипов по технологии менее 14 нм. Если для производства чипов по 14-нм и 7-нм техпроцессу используются более старые версии оборудования DUV, требуется многократное воздействие, что приводит к значительно более высоким затратам и трудностям в повышении производительности.

С 1 сентября последние меры по контролю за экспортом полупроводникового оборудования, принятые в Нидерландах, еще больше ограничивают экспорт оборудования DUV для зрелых процессов в материковый Китай, в том числе тех, которые связаны с процессами 38-45 нм.

На этой неделе ASML объявила, что подала в правительство Нидерландов заявку на получение лицензии на экспорт TWINSCAN NXT:2000i и будущих машин для иммерсионной литографии. Правительство Нидерландов выдало необходимую лицензию на поставки TWINSCAN NXT:2000i и будущих устройств китайским клиентам до конца этого года. Однако, по оценкам компании, они больше не смогут получать соответствующие экспортные лицензии после января 2024 года.

4 сентября генеральный директор ASML Питер Веннинк выразил свою точку зрения на экспортный контроль и протекционизм, с которыми сталкивается компания, в телевизионной программе. Он подчеркнул, что полная изоляция материкового Китая посредством экспортного контроля не является жизнеспособным подходом. Прорыв в чипах, используемых в Xiaomi Mate 60 Pro, косвенно иллюстрирует этот момент. Эти ограничения фактически побуждают материковый Китай удвоить свои усилия в области инноваций. Он заявил, что если Европа и США не захотят делиться технологиями, материковый Китай проведет собственные исследования, изучая решения, которые западные компании не рассматривали. Ограничительная политика западных правительств стимулирует инновации и креативность в материковом Китае.

Питер Веннинк предупредил, что материковый Китай будет разрабатывать новые технологии и продукты, которые могут спровоцировать глобальную конкуренцию. Ранее газета Wall Street Journal сообщала, что, когда в октябре 2022 года США повысили ограничения на продажу чипов, компании материкового Китая импортировали полупроводниковое оборудование всего на 2.4 миллиарда долларов, что является самым низким показателем с момента введения запрета более двух лет назад. Это указывает на то, что китайская промышленность полупроводникового оборудования стремится снизить зависимость от импорта, и процесс достижения самообеспеченности ускоряется.