Intel testuje od dawna, a TSMC dopiero kupuje. Lepszy krzem dzięki High NA EUV od ASML

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation (TSMC), największy producent półprzewodników na świecie, planuje zakup najnowszej maszyny ASML do produkcji chipów.

Zgodnie z informacjami przekazanymi przez Nikkei Asia, maszyna litograficzna o wysokiej aperturze numerycznej w ekstremalnym ultrafiolecie (High NA EUV), która ma kosztować ponad 350 milionów dolarów, umożliwi producentom chipów wytwarzanie jeszcze mniejszych i bardziej skomplikowanych elementów. TSMC rozważa wykorzystanie tych zaawansowanych maszyn do produkcji procesorów w technologii angstrom 10 (A10), co oznacza, że jest to około dwie generacje przed wprowadzeniem do produkcji procesu 2 nm, testowo planowanego na koniec przyszłego roku. Niemniej jednak, eksperci przewidują, że masowa produkcja z użyciem tych maszyn nie rozpocznie się przed 2030 rokiem.

TSMC jest ostatnim producentem z wielkiej trójki (obok Intela i Samsunga), który inwestuje w maszynę High NA EUV od ASML.

TSMC i konkurencja

Choć TSMC jest liderem w branży półprzewodników, nie jest pierwszą firmą, która wdraża najnowsze technologie ASML. Wcześniej to Intel zainstalował maszyny High NA EUV w swoim zakładzie w Oregonie, otrzymując pierwszą maszynę w pierwszym kwartale 2024 roku, a kolejną w drugim kwartale tego samego roku. To wskazuje na silne dążenie Intela do odzyskania przewagi technologicznej, zwłaszcza w produkcji układów dedykowanych sztucznej inteligencji. Z kolei Samsung również planuje zainstalować swoją maszynę High NA EUV przed pierwszym kwartałem 2025 roku.

Mimo zapowiedzi wprowadzenia zaawansowanych maszyn, ich instalacja nie oznacza, że w najbliższym czasie zostaną wprowadzone procesy sub-nanometrowe. Firmy obecnie inwestują setki milionów dolarów w rozwój technologii, które pozwolą na efektywne wykorzystanie zdolności High NA EUV do pakowania tranzystorów w rekordowo gęstych konfiguracjach. Dzieje się tak, ponieważ nowa maszyna charakteryzuje się mniejszym polem obrazowania w porównaniu do dotychczasowych modeli, co wymusza na producentach półprzewodników dostosowanie swoich projektów. Dodatkowo, ze względu na większe rozmiary maszyn High NA EUV, zakłady muszą reorganizować swoje linie produkcyjne lub nawet budować nowe fabryki, aby pomieścić te zaawansowane urządzenia.

Maszyna Twinscan EXE:5000, stworzona przez ASML, produkuje wzorce w jednym naświetleniu, co znacznie przyspiesza proces i zwiększa wydajność produkcji chipów. Imec potwierdził, że urządzenie potrafi drukować skomplikowane struktury 2D przy 22 nm, DRAM przy 32 nm oraz przelotki przy 30 nm – wszystko to w jednym naświetleniu, co jest znaczącą przewagą nad dotychczasowymi technologiami.  ASML twierdzi, że jego maszyna High-NA może produkować 185 wafli na godzinę, w porównaniu do 125 do 170 wafli na poprzednich maszynach NXE. Firma twierdzi, że planuje zwiększyć ten poziom wydajności do ponad 220 wafli na godzinę do 2025 roku.

Pojedyncza maszyna waży 165 ton i jest wysyłana w 250 skrzyniach. Następnie 250 inżynierów musi nadać jej ostateczny kształt, czyli jeden inżynier na skrzynię. Proces instalacji trwa około sześciu miesięcy, co czyni go pełnoetatową pracą dla ogromnej ekipy wyspecjalizowanych inżynierów. Ze względu na wykorzystywaną optykę, nie można nic zastąpić starszymi maszynami, więc fabryki muszą zmienić układ swoich obiektów, aby to wszystko pomieścić. To sprawia, że decyzja o modernizacji jest trudna zarówno ze względu na cenę, jak i względy związane z układem istniejących obiektów.

Nowoczesna technologia tylko dla Zachodu

W chwili obecnej Intel, Samsung i TSMC to jedyne znane firmy, które pracują nad nowymi układami zdolnymi do skorzystania z możliwości litografii High NA EUV. Chińskie przedsiębiorstwa zostały pozbawione dostępu do technologii ASML z powodu amerykańskich sankcji i zakazów, co dodatkowo podkreśla monopol ASML w tej dziedzinie. Firma zgłasza, że otrzymała od 10 do 20 zamówień na te zaawansowane i niesamowicie drogie maszyny.