Komputasi
Litografi Tanpa Masker: Pengubah Permainan bagi Produsen Chip
Litografi, Inti dari Manufaktur Semikonduktor
Produksi semikonduktor telah menjadi salah satu aktivitas industri paling menguntungkan dan strategis pada abad ke-21st, dengan perusahaan seperti Nvidia (NVDA ), Intel (INTC ), atau TSMC (TSM ) (ikuti tautan untuk laporan khusus tentang masing‑masing perusahaan ini) mencapai kapitalisasi pasar dalam milyaran bahkan beberapa triliun dolar.
Hampir semua menggunakan proses yang disebut fotolitografi. Seperti namanya, proses ini menggunakan sinar cahaya yang sangat kuat untuk mengukir wafer silikon dan mengubahnya menjadi chip komputer serta komponen semikonduktor lainnya.
Hal ini memerlukan mesin yang sangat khusus dengan banyak lensa ultra‑presisi, motor, dan sistem yang disebut “fotomask”.
Sumber: CopperPod IP
Fotomask terbuat dari substrat kuarsa atau kaca yang dilapisi film tidak tembus cahaya di mana pola perangkat yang diproduksi diukir. Film ini pada dasarnya menjadi templat untuk chip yang akan diukir pada wafer silikon, meskipun diperkecil ke skala yang jauh lebih kecil selama proses pengukiran.
Sebagian besar chip diproduksi menggunakan mesin litografi DUV (Deep Ultra-Violet), yang menggunakan sinar UV kuat untuk mengukir silikon. Chip yang lebih canggih menggunakan EUV (Extreme Ultra-Violet), yang menggunakan cahaya UV yang lebih kuat lagi. Untuk saat ini, produsen semikonduktor ASML (ASML ) memiliki monopoli pada EUV.
Baik mesin DUV maupun EUV berukuran besar, mahal, dan mengonsumsi banyak daya.
Opsi lain yang muncul adalah litografi tanpa masker. Teknologi ini mungkin telah melompat jauh berkat chip tampilan mikroLED deep‑UV pertama di dunia yang diciptakan oleh peneliti China.
Bekerja di Hong Kong University of Science and Technology dan Southern University of Science and Technology di Shenzhen, mereka menerbitkan hasilnya di Nature Photonics dengan judul “High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography1”.
Litografi Tanpa Masker
Inti penggunaan fotomask dalam litografi adalah memungkinkan mesin DUV menggunakan banyak cahaya, lalu memfokuskan sebagian untuk proses pengukiran. Namun hal ini menyebabkan efisiensi cahaya yang rendah, kepadatan daya optik yang tidak memadai, dan pada akhirnya efisiensi yang rendah serta konsumsi energi yang tinggi.
Alternatifnya dapat menggunakan sumber cahaya UV yang lebih presisi, seperti dioda pemancar cahaya mikro (micro‑LED) deep‑ultraviolet (UVC) berbahan aluminium galium nitride. Namun, mengembangkan LED UVC dengan output daya yang cukup masih menjadi masalah hingga kini.
Ini berarti litografi tanpa masker hanya digunakan untuk substrat beresolusi rendah, seperti papan sirkuit cetak, bukan wafer silikon kelas chip.
Litografi fotolitografi tanpa masker akan secara drastis mengurangi biaya manufaktur semikonduktor dan menawarkan lebih banyak opsi kustomisasi. Secara keseluruhan, teknologi ini akan membuat segala sesuatu yang elektronik menjadi lebih murah dan lebih mudah diproduksi.
LED UVC yang Lebih Baik
Faktor kunci dalam kinerja rendah micro‑LED UVC adalah adanya celah penyelarasan yang signifikan selama proses fabrikasi sub‑unit LED yang menyebabkan masalah saat mencoba membangun tampilan micro‑LED UVC berformat besar. Tidak hanya satu LED tertentu mungkin tidak seragam secara internal, tetapi LED yang diproduksi bersamaan akan menunjukkan karakteristik yang berbeda.
Sumber: Nature Photonics
Para peneliti meningkatkan metode fabrikasi untuk berhasil membangun array micro‑LED UVC berukuran seragam 160 × 90. Array ini memiliki ukuran piksel 6 μm dan jarak antar piksel (pitch) 10 μm.
Sumber: Nature Photonics
Membuat LED UVC Berguna
LED yang ditingkatkan kemudian diintegrasikan dengan papan sirkuit untuk menghasilkan dan memproyeksikan pola UV digital.
Sistem yang dihasilkan dapat menampilkan pola dan gambar kompleks apa pun dalam cahaya UVC yang intens.
Sumber: Nature Photonics
Karena ukuran LED yang kecil, tidak diperlukan lensa demagnifikasi kompleks yang digunakan dalam fotolitografi dengan fotomask.
Setelah paparan selama 5 detik, struktur yang ditulis dengan cermin terbentuk pada permukaan wafer. Ini dapat mengukir pola dengan ukuran antara 3 μm hingga 100 μm.
Sumber: Nature Photonics
“Chip tampilan microLED deep‑UV ini mengintegrasikan sumber cahaya ultraviolet dengan pola pada masker. Ia menyediakan dosis iradiasi yang cukup untuk eksposur fotoresist dalam waktu singkat, menciptakan jalur baru untuk manufaktur semikonduktor.”
Pr. KWOK Hoi-Sing – Founding Director of the State Key Laboratory of Advanced Displays and Optoelectronics Technologies at HKUST
Perkembangan Lebih Lanjut
LED UVC yang Lebih Baik Lagi
Tim riset yang bertanggung jawab atas pencapaian ini berpikir mereka dapat meningkatkan kinerja micro‑LED mereka lebih jauh lagi dari prototipe 320 × 140.
Mereka melihat jalur untuk mengembangkan layar tampilan microLED deep‑ultraviolet beresolusi tinggi 1k, 2k, atau bahkan 8k, yang akan mengukir pola pada silikon dengan presisi yang lebih tinggi.
“Dibandingkan dengan karya representatif lainnya, inovasi kami memiliki ukuran perangkat yang lebih kecil, tegangan penggerak yang lebih rendah, efisiensi kuantum eksternal yang lebih tinggi, kepadatan daya optik yang lebih tinggi, ukuran array yang lebih besar, dan resolusi tampilan yang lebih tinggi.”
Dr. FENG Feng – Postdoctoral research fellow at HKUST
Sistem Pendukung Tambahan
Meskipun microLED UVC tidak memerlukan rangkaian lensa yang sama seperti litografi klasik dengan fotomask, resolusi yang dicapai peneliti belum cukup.
Jadi, lensa terkait dan sistem pemfokusan, di luar keahlian para peneliti dalam pembuatan LED, dapat secara signifikan meningkatkan litografi tanpa masker. Namun, hal ini tidak seharusnya menjadi kesulitan teknis utama bagi industri semikonduktor, karena teknologi ini sudah dikenal dan umum digunakan.
Dengan demikian, perusahaan yang sudah memproduksi mesin DUV dapat dengan mudah menciptakan desain baru menggunakan microLED UVC tanpa masker dan lensa pemfokusan, alih-alih desain tradisional yang memerlukan fotomask mahal.
Berinvestasi dalam Litografi Semikonduktor
Seiring litografi tanpa masker menjadi bagian yang semakin umum dalam industri semikonduktor, pergeseran teknologi ini kemungkinan akan menghasilkan beberapa pemenang dan beberapa yang kalah.
Perusahaan yang berspesialisasi dalam produksi fotomask seperti Photronics, Inc. (PLAB ) kemungkinan akan mengalami kerugian.
Di sisi lain, perusahaan yang memproduksi mesin litografi DUV akan mendapat manfaat dari desain tanpa masker baru. Dengan menghilangkan bahan habis pakai yang mahal, seluruh operasi litografi menjadi lebih murah. Semikonduktor yang lebih murah akan meningkatkan volume penjualan, meningkatkan permintaan akan mesin DUV.
Anda dapat berinvestasi dalam perusahaan terkait semikonduktor melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, di securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.
Atau, jika Anda lebih menyukai pendekatan yang lebih terdiversifikasi, Anda dapat berinvestasi dalam ETF terkait semikonduktor seperti iShares Semiconductor ETF (SOXX), VanEck Semiconductor ETF (SMH), atau Global X Semiconductor ETF (SEMI).
Anda juga dapat mempelajari lebih lanjut tentang rantai pasokan peralatan manufaktur semikonduktor dan perusahaan kunci dalam “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”.
Perusahaan Litografi Semikonduktor
ASML Holding N.V.
(ASML )
Gambaran Umum ASML
Pemasok peralatan semikonduktor terbesar di dunia berdasarkan kapitalisasi pasar, ASML Belanda juga merupakan pemimpin di bidang ini, dengan quasi‑monopoli pada teknologi kunci yang disebut litografi EUV (Extreme UltraViolet).
EUV memungkinkan node yang sangat kecil, hingga 7nm, bahkan 5nm dan 3nm. Tingkat node canggih ini sering dianggap diperlukan untuk aplikasi seperti AI, pembelajaran mesin, 5G, AR/VR, dan layanan cloud lanjutan.
EUV saat ini berada di pusat ketegangan dan perang dagang China‑AS. Pada musim panas 2022, AS melarang ekspor mesin EUV ke China. Hal ini diikuti oleh upaya Huawei mengembangkan solusi EUV mereka sendiri, dengan paten yang diajukan pada Desember 2022.
Dengan memiliki monopoli de facto pada EUV di luar China, ASML menjadi produsen peralatan chip yang sangat menonjol, status yang semakin tinggi karena tekanan AS untuk membatasi ekspor teknologi tersebut ke pesaing utamanya. Akibatnya, ASML menjadi pemasok penting bagi semua produsen chip yang ingin membuat chip paling canggih.
EUV adalah penerus teknologi sebelumnya, yang juga dijual oleh ASML, yaitu litografi DUV (Deep UltraViolet).
Sumber: ASML
Sistem EUV hanya merupakan sebagian kecil dari mesin yang terjual, tetapi dengan harga jauh lebih tinggi, sehingga menyumbang sebagian besar pendapatan dan keuntungan. Namun, sistem DUV (ArFi, ArF, & KrF) mewakili mayoritas penjualan perusahaan (61%).
Sumber: ASML
ASML bukan satu‑satunya produsen mesin DUV, dengan pesaing seperti Canon atau Nikon yang juga aktif, tetapi ASML jauh lebih “fokus” sebagai perusahaan, sementara pesaing Jepangnya adalah konglomerat dengan banyak aktivitas lain.
Mesin DUV & China
Persaingan China dalam DUV semakin berkembang, karena dorongan pemerintah China untuk pemasok domestik peralatan semikonduktor.
Mengingat bahwa microLED UVC yang ditingkatkan, inovasi terbaru dalam membuat DUV tanpa masker lebih realistis, berasal dari peneliti Hong Kong dan Shenzhen, hal ini harus dipertimbangkan investor terutama karena China menyumbang 47% pendapatan ASML.
Ekspor mesin DUV ke China juga telah dikenai sanksi AS, namun hal ini mendapat penolakan signifikan dari pemerintah Belanda, Korea, dan bahkan Taiwan.
Amsterdam telah memutuskan bahwa mulai sekarang ASML akan memperoleh lisensi yang diperlukan untuk mengekspor mesin DUV mereka kepada anggota di bawah Daftar Entitas Biro Standar Industri AS dari pemerintah Belanda, bukan pemerintah AS.
Ini pada dasarnya berarti bahwa kontrol ekspor yang diwajibkan AS akan berada di bawah pengawasan lisensi administrator di Belanda, bukan di Amerika Serikat.
Kesimpulan tentang ASML
Meskipun ada potensi risiko terkait China, ASML tetap menjadi pemimpin (hampir) tak tertandingi dalam industri litografi dan sudah bergerak ke tingkat berikutnya dari teknologi EUV: sistem EUV high‑NA (High Numerical Aperture).
Mesin EUV high‑NA kini sedang diterapkan: ke Intel pada Desember 2023, ke TSMC setahun kemudian, dan ke Samsung pada 2025.
ASML juga mengumumkan pada musim panas 2024 rencananya untuk langkah selanjutnya: teknologi EUV “Hyper‑NA”. Konsep ini, yang masih dalam tahap penelitian awal, tidak akan diterapkan hingga setelah 2030.
Sumber: Tech PowerUp
Secara keseluruhan, kemajuan ASML dalam EUV dan keahlian dalam DUV menjadikannya calon pemenang dalam setiap perang teknologi di bidang yang terkait dengan keahliannya, seperti DUV tanpa masker.
Namun, perusahaan ini mungkin akan mengalami periode ketidakstabilan dan kompetisi yang diperbarui dengan produsen China yang kemungkinan akan mengambil pangsa pasar produksi semikonduktor negara tersebut, terutama jika dibantu oleh pemerintah China atau karena sanksi yang dikeluarkan AS terkait penjualan ASML ke China.
Referensi Studi:
1. Zhang, H., Li, D., Wang, Y., et al. (2024). Tampilan Dioda Pemancar Cahaya Mikro Deep‑Ultraviolet AlGaN Daya Tinggi. Nature Photonics. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01551-7
