คลื่นลูกที่สอง: การแข่งขัน

หลังจากการผลิตชิปกระบวนการ 16 นาโนเมตรและ 14 นาโนเมตรจำนวนมาก ทั้ง DUV และ EUV เครื่องพิมพ์หินระดับไฮเอนด์ของ ASML ก็เป็นที่ต้องการอย่างมากในตลาดมาโดยตลอด TSMC, Samsung Electronics, Intel และโรงงานเวเฟอร์รายใหญ่หลายแห่งในจีนแผ่นดินใหญ่แข่งขันกันเพื่อผลิตเครื่องพิมพ์หินในจำนวนจำกัดในแต่ละปี

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการผลิตจำนวนมากของกระบวนการ 7nm, 5nm และ 3nm การแข่งขันระหว่าง TSMC, Samsung Electronics และ Intel สำหรับอุปกรณ์ EUV จึงรุนแรงมากขึ้น

มีรายงานว่า TSMC เป็นเจ้าของเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟี EUV ประมาณ 60 เครื่อง คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของอุปกรณ์ EUV ทั้งหมดที่จัดส่งในตลาด ด้วยการพัฒนาด้านการวิจัยและการสร้างโรงงานผลิตชิปขนาด 2 นาโนเมตร TSMC จึงมีความต้องการอุปกรณ์ EUV ที่มีค่า NA (numerical aperture) สูงขึ้น และได้สั่งซื้อล่วงหน้าเพื่อรักษาตำแหน่งผู้นำในตลาด ASML

นอกจากนี้ Samsung ยังซื้ออุปกรณ์ NA EUV ระดับสูง และได้ขอให้ ASML จัดส่งอุปกรณ์โดยตรงไปยังโรงงานเพื่อทำการทดสอบ ซึ่งถือเป็นแบบอย่างสำหรับ ASML ในการจัดส่งและทดสอบอุปกรณ์โดยตรงที่โรงงานของลูกค้า ปัจจุบัน Samsung มีจำนวนเครื่องพิมพ์หิน EUV เพียงประมาณ 60% เมื่อเทียบกับ TSMC และน้อยกว่านั้นด้วยซ้ำ ในปี 2022 Samsung ซื้ออุปกรณ์ EUV ประมาณ 18 เครื่อง

ในปี 2021 อินเทลประกาศการกลับเข้าสู่ตลาดการผลิตชิป และเปิดเผยแผนงานสำหรับเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง โดยวางแผนที่จะเปิดตัวเทคโนโลยีการผลิตชิปรุ่นใหม่ 5 รุ่นในอีก 4 ปีข้างหน้า เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ อินเทลจึงแข่งขันเพื่อแย่งชิงเครื่องจักรพิมพ์หินด้วยแสง EUV ที่ทันสมัยที่สุดของ ASML ในช่วงครึ่งหลังของปี 2021 อินเทลประกาศว่าได้สั่งซื้อเครื่อง TWINSCAN EXE:5200 ของ ASML ก่อนหน้า TSMC และ Samsung ซึ่งเป็นอุปกรณ์ EUV ที่มีค่า NA 0.55 ที่ ASML กำลังพัฒนาอยู่ ราคาต่อหน่วยของอุปกรณ์นี้สูงถึง 300 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และมีรายงานว่ามีกำลังการผลิตมากกว่า 220 แผ่นเวเฟอร์ต่อชั่วโมง ตามแผนของ ASML คาดว่าจะนำ TWINSCAN EXE:5200 มาใช้ภายในสิ้นปี 2024 สำหรับการตรวจสอบความถูกต้องและการผลิตชิปเริ่มต้นในปี 2025

เพื่อให้เป็นไปตามกระบวนการขั้นสูงที่กำลังพัฒนา ASML กำลังพัฒนาเครื่องพิมพ์หิน EUV ขั้นสูงเพิ่มเติม โดยเน้นที่ NA สูงเป็นหลัก

อุปกรณ์ EUV ที่มี NA สูงให้ความละเอียดสูงกว่า ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของชิปได้หลายเท่า ในขณะเดียวกันก็ลดข้อบกพร่อง ต้นทุน และวงจรการผลิตชิปด้วย อุปกรณ์ EUV ใหม่จะเพิ่มค่า NA จาก 0.33 เป็น 0.55 เพื่อให้ได้รูปแบบที่มีความละเอียดสูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องพิมพ์หิน 0.33 NA ความละเอียด 0.55 NA ปรับปรุงจาก 13 นาโนเมตรเป็น 8 นาโนเมตร ช่วยให้สามารถสัมผัสรูปแบบวงจรรวมที่ซับซ้อนได้เร็วขึ้นและดีขึ้น และเกินขีดจำกัดของการสร้างลวดลายเดี่ยวด้วยระยะพิทช์ 32 นาโนเมตรถึง 30 นาโนเมตร

แม้ว่าตลาดเซมิคอนดักเตอร์จะซบเซาในปี 2023 แต่บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านชิปของโลก เช่น TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix และ Micron ยังคงลงทุนอย่างแข็งขันในอุปกรณ์ EUV TSMC และ Samsung จะขยายกำลังการผลิตชิป 3 นาโนเมตรในปี 2024 ในขณะที่ Intel จะเริ่มการผลิตชิป Intel 4 รุ่นแรกโดยใช้เทคโนโลยี EUV ในปริมาณมากในช่วงปลายปีนี้

ASML ระบุว่าสำหรับกระแสหลัก 0.33 NA ในปี 2021 โรงงานเวเฟอร์ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิต 5 นาโนเมตรมีค่าเฉลี่ยประมาณ 10 ชั้นต่อหน้ากากเวเฟอร์ อย่างไรก็ตาม ด้วยการผลิตจำนวนมากที่ 3 นาโนเมตรในปี 2023 ชั้นมาส์กเวเฟอร์โดยเฉลี่ยจะสูงถึง 20 ชั้น

สำหรับ DRAM ปัจจุบันการผลิตหน้ากาก 5 ชั้นสามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยี EUV แต่ในปี 2024 จะเพิ่มเป็น 8 ชั้น กระบวนการบางอย่างจะใช้หลายรูปแบบ และแต่ละเวเฟอร์จะมีมาสก์มากถึง 10 ชั้น

ตามสถิติของ ASML เนื่องจากผู้ผลิตแผ่นเวเฟอร์และ DRAM เพิ่มรายจ่ายฝ่ายทุน EUV ณ ไตรมาสแรกของปี 2023 บริษัทได้จัดส่งเครื่องพิมพ์หิน EUV จำนวน 136 เครื่อง

สัปดาห์นี้ Peter Wennink ซีอีโอของ ASML กล่าวว่าพวกเขาคาดว่าจะเปิดตัวอุปกรณ์ EUV เครื่องแรกของอุตสาหกรรมที่มีรูรับแสงตัวเลข 0.55 หรือ TWINSCAN EXE:5000 อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์นี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวิจัยและพัฒนาเพื่อให้ลูกค้าของบริษัทคุ้นเคยกับเทคโนโลยีใหม่และฟังก์ชั่นต่างๆ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อุปกรณ์แต่ละชิ้นมีราคามากกว่า 300 ล้านดอลลาร์สหรัฐ

ในปีนี้ ASML จะส่งอุปกรณ์ TWINSCAN EXE:5000 ให้กับลูกค้าที่ไม่เปิดเผย ซึ่งน่าจะเป็น Intel ก่อนหน้านี้ Intel ได้ประกาศแผนการที่จะเริ่มการผลิตจำนวนมาก (HVM) โดยใช้อุปกรณ์ NA TWINSCAN EXE สูงตั้งแต่ปี 2025 พร้อมเทคโนโลยีการผลิต 18A (~1.8nm) ดังนั้น Intel จึงได้สำรวจอุปกรณ์การพิมพ์หิน NA สูงอย่างจริงจังมาตั้งแต่ปี 2018 และได้สั่งซื้อทั้ง TWINSCAN EXE:5000 และ TWINSCAN EXE:5200 เวอร์ชันเชิงพาณิชย์

เมื่อเปรียบเทียบกับ Intel แล้ว TSMC และ Samsung จะนำอุปกรณ์ EUV ที่มีค่า NA 0.55 มาใช้ช้ากว่าเล็กน้อย แต่ไม่เกินปี 2030

สำหรับปี 2023 เมห์ดี ฮอสเซนี นักวิเคราะห์อาวุโสจาก Susquehanna International Group เชื่อว่ากระบวนการผลิต 3 นาโนเมตรของ TSMC ไม่สามารถผลิตได้ในปริมาณมากหากไม่ใช้เครื่อง EUV สำหรับการสร้างลวดลายหลายชั้น เนื่องจากข้อจำกัดด้านต้นทุน ปัจจุบัน TSMC ใช้เครื่อง NXE:3600D ซึ่งมีกำลังการผลิต 160 แผ่นเวเฟอร์ต่อชั่วโมง (wph)

ASML จะเปิดตัว NA NXE:3800E สูงใหม่ภายในสิ้นปีนี้ ด้วยต้นทุนโดยรวมที่ลดลงสำหรับ EUV หลายรูปแบบ ทำให้ NXE:3800E สามารถผลิตเวเฟอร์ได้ 195 ชิ้นต่อชั่วโมงในขั้นต้น และสามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ปริมาณงาน 220 เวเฟอร์ต่อชั่วโมงเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งคิดเป็นการปรับปรุง 30% เมื่อเทียบกับ NXE:3600D

คลื่นลูกที่สาม: ลุกขึ้น

หลังจากที่สหรัฐฯ บังคับใช้กฎระเบียบที่ห้ามการขายอุปกรณ์ DUV และ EUV ระดับกลางถึงระดับสูงให้กับจีนแผ่นดินใหญ่ การต่อสู้เพื่อการพิมพ์หินระลอกที่สามก็เริ่มต้นขึ้นอย่างเงียบๆ ซึ่งรวมถึงข้อจำกัด มาตรการรับมือ ตลอดจนคลื่นลูกใหม่ของการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์หินและการพึ่งพาตนเอง

ปัจจุบัน โรงงานเวเฟอร์ในจีนแผ่นดินใหญ่ไม่สามารถซื้อเครื่องพิมพ์หินเฉพาะสำหรับผลิตชิปขั้นสูงที่มีขนาดต่ำกว่า 14 นาโนเมตรได้ หากใช้อุปกรณ์ DUV เวอร์ชันเก่าเพื่อผลิตชิป 14 นาโนเมตรและ 7 นาโนเมตร จำเป็นต้องมีการสัมผัสหลายครั้ง ส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้นอย่างมากและความยากลำบากในการปรับปรุงผลผลิต

ณ วันที่ 1 กันยายน มาตรการควบคุมการส่งออกอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ล่าสุดจากเนเธอร์แลนด์ ได้จำกัดการส่งออกอุปกรณ์ DUV สำหรับกระบวนการที่เติบโตเต็มที่ไปยังจีนแผ่นดินใหญ่ ซึ่งรวมถึงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ 38 นาโนเมตร-45 นาโนเมตรด้วย

ในสัปดาห์นี้ ASML ได้ประกาศว่าพวกเขาได้ยื่นคำขอใบอนุญาตส่งออกไปยังรัฐบาลเนเธอร์แลนด์สำหรับ TWINSCAN NXT:2000i และเครื่องพิมพ์หินแช่ในอนาคต รัฐบาลเนเธอร์แลนด์ได้ออกใบอนุญาตที่จำเป็นสำหรับการจัดส่ง TWINSCAN NXT:2000i และอุปกรณ์ในอนาคตให้กับลูกค้าชาวจีนจนถึงสิ้นปีนี้ อย่างไรก็ตาม บริษัทคาดการณ์ว่าจะไม่สามารถขอรับใบอนุญาตส่งออกที่เกี่ยวข้องได้อีกต่อไปหลังจากเดือนมกราคม 2024

เมื่อวันที่ 4 กันยายน ปีเตอร์ เวนนิงก์ ซีอีโอของ ASML ได้แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับการควบคุมการส่งออกและนโยบายกีดกันทางการค้าที่บริษัทต้องเผชิญระหว่างออกรายการโทรทัศน์ เขาย้ำว่าการแยกจีนแผ่นดินใหญ่โดยสมบูรณ์ผ่านการควบคุมการส่งออกไม่ใช่แนวทางที่เหมาะสม ความก้าวหน้าในชิปที่ใช้ใน Xiaomi Mate 60 Pro แสดงให้เห็นประเด็นนี้โดยอ้อม ข้อจำกัดเหล่านี้กำลังผลักดันให้จีนแผ่นดินใหญ่ทุ่มเทความพยายามด้านนวัตกรรมมากขึ้น เขากล่าวว่าหากยุโรปและสหรัฐอเมริกาไม่เต็มใจที่จะแบ่งปันเทคโนโลยี จีนแผ่นดินใหญ่จะดำเนินการวิจัยของตนเองเพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่บริษัทในตะวันตกไม่เคยพิจารณา นโยบายจำกัดของรัฐบาลตะวันตกกำลังกระตุ้นให้เกิดนวัตกรรมและความคิดสร้างสรรค์ในจีนแผ่นดินใหญ่

Peter Wennink เตือนว่าจีนแผ่นดินใหญ่จะออกแบบเทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์ใหม่ ซึ่งอาจก่อให้เกิดการแข่งขันระดับโลก ก่อนหน้านี้ The Wall Street Journal รายงานว่าเมื่อสหรัฐฯ ยกระดับข้อจำกัดการขายชิปในเดือนตุลาคม 2022 บริษัทจีนแผ่นดินใหญ่นำเข้าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มูลค่าเพียง 2.4 พันล้านดอลลาร์ ซึ่งเป็นตัวเลขที่ต่ำที่สุดนับตั้งแต่มีการบังคับใช้คำสั่งห้ามเมื่อสองปีที่แล้ว สิ่งนี้บ่งชี้ว่าอุตสาหกรรมอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ของจีนมุ่งมั่นที่จะลดการพึ่งพาการนำเข้า และกระบวนการบรรลุการพึ่งพาตนเองก็กำลังเร่งตัวขึ้น