Laskenta

Maskiton litografia: Pelinvaihtaja sirujen valmistajille

mm
Julkaistu
Päivitetty
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Ilmoitus: Securities.io voi saada korvauksen, kun käytät arvioimiemme tuotteiden linkkejä. Tämä ei vaikuta toimituksellisiin arvioihimme. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja; tämä ei ole sijoitusneuvontaa. Lue kumppanuusilmoituksemme.

Litografia, puolijohdeteollisuuden ydin

Producing semiconductors has become one of the most profitable and strategic industrial activities in the 21st century, with companies like Nvidia (NVDA ), Intel (INTC ), or TSMC (TSM ) (seuraa linkkejä saadaksesi omistautuneen raportin kustakin näistä yrityksistä) reaching market capitalization in billions if not several trillions of dollars.

Lähes kaikki käyttävät prosessia, jota kutsutaan fotolitografiaksi. Kuten nimi kertoo, se käyttää erittäin voimakkaita valonsäteitä piikiekkojen kaivamiseen ja niiden muuttamiseen tietokonepiireiksi sekä muiksi puolijohdekomponenteiksi.

Tämä vaatii erittäin erikoistuneita koneita, joissa on runsaasti ultra-tarkkoja linssejä, moottoreita ja järjestelmä, jota kutsutaan “fotomaskiksi”.

Lähde: CopperPod IP

Fotomaskit valmistetaan kvartsista tai lasista, jonka päälle on päällystetty läpinäkymätön kalvo, jolle valmistettavan laitteen kuvio kaiverretaan. Tämä kalvo toimii pohjana siruille, jotka kaiverretaan piikiekkoon, vaikka se miniaturisoidaan paljon pienempään mittakaavaan kaiverrusprosessin aikana.

Useimmat sirut valmistetaan DUV (Deep Ultra-Violet) litografiakoneilla, jotka käyttävät voimakkaita UV-säteitä piin kaivamiseen. Edistyneemmät sirut käyttävät EUV (Extreme Ultra-Violet) -tekniikkaa, joka hyödyntää vielä voimakkaampaa UV-valoa. Tällä hetkellä puolijohdevalmistaja ASML (ASML ) hallitsee EUV-teknologiaa monopolina.

Sekä DUV- että EUV-koneet ovat suuria, kalliita ja energiankulutukseltaan suuria.

Toinen vaihtoehto nousee esiin maskittoman litografian avulla. Tämä teknologia on saattanut tehdä valtavan harppauksen eteenpäin kiitos maailman ensimmäisten syvä-UV-mikroLED-näyttösirujen, jotka kiinalaiset tutkijat ovat keksineet.

Työskennellessään Hongkongin tiedeteknologian yliopistossa ja Shenzhenin Southern University of Science and Technologyssa, he julkaisivat tuloksensa Nature Photonics -lehdessä otsikolla “High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography“.

Maskiton litografia

Fotomaskien käytön päätarkoitus litografiassa on, että se mahdollistaa DUV-koneen käyttää paljon valoa ja sitten kohdistaa osan siitä kaiverrusprosessiin. Tämä kuitenkin johti alhaiseen valotehokkuuteen, riittämättömään optiseen tehopitoisuuteen ja lopulta alhaiseen tehokkuuteen sekä korkeaan energiankulutukseen.

Vaihtoehtona voitaisiin käyttää tarkempaa UV-valonlähdettä, kuten alumiini-gallium-nitridiä (AlGaN) syvä-UV (UVC) mikrovalodiodia (mikro-LED). Kuitenkin UVC-LEDien riittävän tehon kehittäminen on ollut tähän asti haaste.

Tämä tarkoittaa, että maskiton litografiaa on käytetty vain matalan resoluution alustoilla, kuten piirilevyillä, eikä sirunluokan piikiekkojen kanssa.

Maskiton fotolitografia vähentäisi puolijohdeteollisuuden kustannuksia dramaattisesti ja tarjoaisi enemmän räätälöintimahdollisuuksia. Kaiken kaikkiaan tämä teknologia tekisi kaikesta elektroniikasta halvempaa ja helpommin valmistettavaa.

Paremmat UVC-LEDit

Keskeinen tekijä UVC-mikro-LEDien heikossa suorituskyvyssä on, että merkittävät kohdistusaukot LED-alayksiköiden valmistusprosessissa aiheuttavat ongelmia suurten UVC-mikro-LED-näyttöjen rakentamisessa. Ei ainoastaan yksittäinen LED-valo välttämättä ole sisäisesti tasainen, vaan samanaikaisesti valmistetut eri LEDit voivat osoittaa erilaisia ominaisuuksia.

Tutkijat paransivat valmistusmenetelmää rakentaakseen onnistuneesti tasaisen 160 × 90 UVC-mikro-LED -taulukon. Tämä taulukko sisältää pikselikoon 6 μm ja välistyksen 10 μm.

UVC-LEDien hyödyllisyys

Parannettuja LEDeitä integroidtiin sen jälkeen piirilevyihin digitaalisten UV-kuvioiden tuottamiseksi ja projisoimiseksi.

Tuloksena syntyneet järjestelmät pystyvät näyttämään mitä tahansa monimutkaisia kuvioita ja piirroksia voimakkaassa UVC-valossa.

LEDien pienen koon vuoksi monimutkaisia demagnifikaatio-linssejä, joita käytetään fotomaskien avulla tapahtuvassa fotolitografiassa, ei tarvita.

Viiden sekunnin valaisun jälkeen peilikirjoitettu rakenne kehittyy kiekon pinnalle. Tämä voi kaivertaa kuvioita, joiden koko vaihtelee 3 μm:stä 100 μm:iin (mikrometriä).

Tämä syvä-UV-mikroLED-näyttösiru yhdistää ultraviolettivalonlähteen maskin kuvioon. Se tarjoaa riittävän säteilyannoksen fotohartsin valottamiseen lyhyessä ajassa, luoden uuden polun puolijohdeteollisuudelle.

Prof. KWOK Hoi-Sing – Perustajapuheenjohtaja State Key Laboratory of Advanced Displays and Optoelectronics Technologies – HKUST:ssa

Lisäedistys

Entistä paremmat UVC-LEDit

Tätä saavutusta vastaava tutkimusryhmä uskoo voivansa viedä mikro-LEDien suorituskykyä vielä pidemmälle 320 × 140 -prototyypistä.

He näkevät polun kehittää 1k, 2k tai jopa 8k korkean resoluution syväultraviolettimikroLED-näyttöruutuja, jotka kaivertaisivat kuvioita piissä entistä tarkemmin.

“Verrattuna muihin edustaviin töihin, innovaatiomme sisältää pienemmän laitteen koon, alhaisemman ohjausjännitteen, korkeamman ulkoisen kvanttitehokkuuden, korkeamman optisen tehopitoisuuden, suuremman taulukon koon ja korkeamman näyttöresoluution.

Tohtori FENG Feng – Postdoc-tutkijatoveri HKUST:ssa

Lisätukijärjestelmät

Vaikka UVC-mikroLEDit eivät vaadi samaa linssijärjestelmää kuin perinteinen fotomaskia käyttävä litografia, tutkijoiden resoluutio ei vielä riitä.

Siksi siihen liittyvät linssi- ja tarkennusjärjestelmät, jotka eivät kuulu näiden tutkijoiden LED-valmistuksen asiantuntemukseen, voisivat merkittävästi parantaa maskitonta fotolitografiaa. Tämä ei kuitenkaan pitäisi olla merkittävä tekninen haaste puolijohdeteollisuudelle, sillä nämä teknologiat ovat tunnettuja ja yleisesti käytettyjä.

Näin ollen yritykset, jotka jo valmistavat DUV-koneita, voisivat helposti luoda uuden suunnittelun käyttäen maskitonta UVC-mikroLEDiä ja tarkennuslinssejä perinteisen, kalliita fotomaskia vaativan suunnittelun sijaan.

Sijoittaminen puolijohde-litografiaan

Kun maskiton litografia tulee yhä yleisemmäksi puolijohdeteollisuudessa, tämä teknologinen muutos todennäköisesti tuottaa sekä voittajia että häviäjiä.

Fotomaskien tuotannossa erikoistuneet yritykset, kuten Photronics, Inc. (PLAB ) todennäköisesti kärsivät.

Toisaalta DUV-litografiakoneita valmistavat yritykset hyötyisivät uudesta maskittomasta suunnittelusta. Kalliin kulutustarvikkeen poistaminen tekisi koko litografiaprosessista edullisemman. Halvemmat puolijohteet lisäisivät myyntimäärää, kasvattaen DUV-koneiden kysyntää.

Voit sijoittaa puolijohteisiin liittyviin yrityksiin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä, securities.io:sta, suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa sekä monissa muissa maissa.

Tai, jos pidät monipuolisemmasta lähestymistavasta, voit sijoittaa puolijohteisiin liittyviin ETF:iin, kuten iShares Semiconductor ETF (SOXX), VanEck Semiconductor ETF (SMH) tai Global X Semiconductor ETF (SEMI).

Lisätietoja puolijohteiden valmistuslaitteiden toimitusketjusta ja keskeisistä yrityksistä löydät artikkelista “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”.

Puolijohde-litografiayritys

ASML Hintakaavio

ASML Yleiskatsaus

Maailman suurin puolijohdelaitteiden toimittaja markkina-arvoltaan, hollantilainen ASML on myös alan johtaja, jolla on lähes monopoli keskeiseen teknologiaan, jota kutsutaan EUV-litografiaksi (Extreme UltraViolet).

EUV mahdollistaa äärimmäisen pienet solmut, jopa 7nm, tai jopa 5nm ja 3nm. Näitä edistyneitä solmutasoja pidetään usein välttämättöminä sovelluksissa kuten tekoäly, koneoppiminen, 5G, AR/VR ja kehittyvät pilvipalvelut.

EUV on tällä hetkellä Kiinan ja Yhdysvaltojen jännitteiden ja kauppasotien keskipisteessä. Kesällä 2022 Yhdysvallat kielsi EUV-koneiden viennin Kiinaan. Tätä seurasi Huawei:n pyrkimykset kehittää omia EUV-ratkaisujaan, patentti jätetty joulukuussa 2022.

Omistaen de facto monopolin EUV:stä Kiinan ulkopuolella, ASML on erittäin merkittävä sirulaitteiden valmistaja, asema, jonka Yhdysvallat ovat korostaneet rajoittamalla teknologian vientiä sen pääkilpailijalle. Tämän seurauksena ASML on keskeinen toimittaja kaikille sirujen valmistajille, jotka pyrkivät rakentamaan edistyksellisimmät sirut.

EUV on edellisen teknologian, jonka ASML myös myy, DUV-litografian (Deep UltraViolet) seuraaja.

Lähde: ASML

EUV-järjestelmät muodostavat vain murto-osan myydyistä koneista, mutta paljon korkeammalla hinnalla, joten suuri osa tuloista ja voitoista. Silti DUV-järjestelmät (ArFi, ArF, & KrF) edustavat suurinta osaa yrityksen myynnistä (61%).

Lähde: ASML

ASML ei ole ainoa DUV-koneiden valmistaja, sillä kilpailijoita kuten Canon tai Nikon on myös aktiivisia, mutta se on selvästi “keskitynein” yritys, kun taas sen japanilaiset kilpailijat ovat konglomeraatteja, joilla on useita muita toimintoja.

DUV-koneet & Kiina

Kiinalainen kilpailu kasvaa DUV:ssä Kiinan hallituksen pyrkimyksen vuoksi edistää kotimaisia puolijohdelaitteiden toimittajia.

Kun otetaan huomioon, että parannetut UVC-mikroLEDit, viimeisin innovaatio maskittoman DUV:n realistisemmaksi tekemisessä, tulivat Hongkongin ja Shenzhenin tutkijoilta, sijoittajien tulisi huomioida tämä erityisesti, koska Kiina edustaa 47 % ASML:n liikevaihdosta.

Duv-koneiden vienti Kiinaan on myös ollut Yhdysvaltain pakotteiden alaisena, mutta nämä kohtasivat merkittävää vastustusta Alankomaiden, Korean ja jopa Taiwanin hallitukselta.

Amsterdam on määrännyt, että tästä eteenpäin ASML hankkii tarvittavan lisenssin DUV-koneidensa viemiseksi Yhdysvaltain Bureau of Industry Standardsin Entity List -listalla oleville jäsenille Alankomaiden hallitukselta Yhdysvaltain hallituksen sijaan.

Tämä käytännössä tarkoittaa, että Yhdysvaltain määräämät vientirajoitukset kuuluvat Alankomaiden hallituksen lupaviranomaisten valvontaan Yhdysvaltojen sijaan.

Johtopäätös ASML:stä

Silti, mahdollisista Kiinaan liittyvistä riskeistä huolimatta, ASML on (lähes) kiistaton litografiateollisuuden johtaja ja on jo siirtymässä EUV-teknologian seuraavalle tasolle: high-NA EUV -järjestelmät (korkea numeerinen aukko).

High-NA EUV -koneita otetaan nyt käyttöön: Intelille joulukuussa 2023, TSMC:lle vuosi myöhemmin ja Samsungille vuoteen 2025 mennessä.

ASML esitteli myös kesällä 2024 suunnitelmansa tulevasta: “Hyper-NA” EUV -teknologia”. Tämä käsite, joka on vielä varhaisessa tutkimusvaiheessa, ei tule käyttöön ennen vuotta 2030.

Lähde: Tech PowerUp

Kaiken kaikkiaan ASML:n edistys EUV:ssä ja DUV-osaaminen tekevät siitä todennäköisen voittajan kaikissa teknologiasodissa, jotka liittyvät sen osaamiseen, kuten maskiton DUV.

Se saattaa kuitenkin kohdata epävakautta ja uudistunutta kilpailua kiinalaisten valmistajien kanssa, jotka todennäköisesti ottavat markkinaosuuksia maan puolijohdeteollisuudesta, erityisesti jos Kiinan hallitus tukee tai Yhdysvaltain määräämät pakotteet ASML:n Kiinaan suuntautuvia myyntejä koskien.

Tutkimusviite:

1. Zhang, H., Li, D., Wang, Y., et al. (2024). Korkeatehoinen AlGaN syvä-UV mikrovalodiodinäyttö maskittomaan fotolitografiaan. Nature Photonics. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01551-7

mm

Jonathan on entinen biokemian tutkija, joka on työskennellyt geneettisen analyysin ja kliinisten kokeiden parissa. Hän on nyt osakeanalyytikko ja rahoituskirjoittaja, jonka keskittyminen on innovaatioihin, markkisykleihin ja geopoliittisiin asioihin julkaisussaan 'The Eurasian Century'.