Samsung Foundry hat in den letzten Jahren seine Chip-Fertigungsausrüstung kontinuierlich weiterentwickelt, doch gibt es einen konkreten technologischen Sprung, den das südkoreanische Unternehmen noch nicht wagen möchte. Obwohl es bereits über die aktuelle Generation der EUV-Lithographie verfügt, hat sich Samsung nicht dazu verpflichtet, ASML High-NA EUV-Werkzeuge in naher Zukunft zu integrieren, und alles deutet darauf hin, dass dieser Wandel erst gegen Ende des nächsten Jahrzehnts erfolgen wird.
Wie die südkoreanische Zeitung ZDNet Korea berichtet, dürfte sich diese Situation mit der Entwicklung des 1-Nanometer-Knotens von Samsung ändern, dessen Einführung für das Jahr 2030 vorgesehen ist. Das würde das Unternehmen zu einem der letzten großen Vorreiter der fortschrittlichen Halbleiterfertigung machen, der High-NA-Ausrüstung in seinen Produktionsprozess integriert – deutlich hinter den Fristen, die seine beiden großen Rivalen im Markt der Auftragsfertigung von Chips planen.
Intel und TSMC legen das Tempo der Einführung fest
Während Samsung sich Zeit lässt, Intel schreitet bereits schrittweise mit dem 14A-Knoten in Richtung Risikoproduktion unter Einsatz von High-NA-EUV-Werkzeugen, ein Schritt, den das US-Unternehmen schon seit geraumer Zeit als Teil seiner Strategie vorbereitet, um Boden gegenüber den Konkurrenten in der fortschrittlichen Fertigung gutzumachen. TSMC plant zudem, dieselbe Technologie im Jahr 2029 einzuführen, was sie ebenfalls zeitlich vor Samsung im Fahrplan für die Einführung dieser Maschinen positioniert.
Dass Samsung zu den Letzten gehört, die auf diesen Zug aufspringen, bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Unternehmen eilig die Richtungsänderung vorantreiben will. Vielmehr deutet alles darauf hin, dass Samsung Foundry in einer komfortablen Position dank der Leistung der bereits im Einsatz befindlichen Low-NA-EUV-Werkzeuge ist, die es ihm ermöglicht, nicht von einer Investition abhängig zu sein, die derzeit noch enorm teuer bleibt.
Warum die Kosten der High-NA-Maschinen wichtig sind
Um die Entscheidung von Samsung zu verstehen, lohnt es sich, einen Blick auf den Preis der Ausrüstung zu werfen. Die fortschrittlichste High-NA-EUV-Lithografiemaschine, die ASML herstellt, hat einen ungefähren Preis von 400 Millionen US-Dollar pro Einheit, eine Summe, die diese Art von Ausrüstung zu einer der teuersten Investitionen der gesamten Halbleiterindustrie macht – selbst für Größen wie Samsung, TSMC oder Intel.
Die Low-NA-Werkzeuge kosten vergleichsweise etwa die Hälfte, was erklärt, warum TSMC bisher beschlossen hat, weiterhin Knoten zu skalieren und Generationenverbesserungen einzubauen, ohne auf High-NA umzusteigen, basierend darauf, dass sie mit der Technologie, die sie bereits beherrscht, ähnliche Wettbewerbsvorteile erzielen können. Samsung scheint laut den verfügbaren Informationen eine ähnliche Logik wie der taiwanesische Rivale zu verfolgen.
Multipatterning: Die Technik, die Zeit gewinnt
Der Schlüssel, der Hersteller wie Samsung oder TSMC ermöglicht, ihre Low-NA-EUV-Maschinen weiterhin effektiv zu nutzen, ohne zu viel Boden gegenüber der Konkurrenz zu verlieren, ist eine Technik, die als Multipatterning bekannt ist. Bei diesem Verfahren führt die Lithografiemaschine mehrere Durchgänge durch, um ein Muster auf dieselbe Schicht des Chips zu übertragen, anstatt diese Gravur in einer einzigen Belichtung zu vervollständigen – wie es bei High-NA-Maschinen der Fall wäre.
Durch zwei Belichtungsdurchgänge mit Low-NA-Technologie können Hersteller Präzisionsvorteile erzielen, die ähnlichen Vorteilen entsprechen, die eine einzige Belichtung mit High-NA bringen würde, was den kurzfristigen Bedarf, neue Werkzeuge anzuschaffen, erheblich senkt. Allerdings hat diese Technik auch ihre Grenzen.
Einen Fahrplan, der zu Samsungs Plänen passt
Genau diese technische Einschränkung erklärt, warum der Einsatz der High-NA-EUV-Maschinen von Samsung mit dem 1-Nanometer-Knoten verbunden ist, der für 2030 vorgesehen ist. Den verfügbaren Informationen zufolge ist dieser Ansatz konsistent mit der eigenen Roadmap von Samsung Foundry und wurde in den letzten Monaten kommuniziert in Bezug auf die kommenden Fertigungsknoten, bei denen das Unternehmen zunächst die Reife von Knoten wie 2 Nanometer und 1,4 Nanometer priorisiert hat, bevor der technologische Sprung erfolgt, der die Einführung der High-NA-Lithographie in die Massenproduktion bedeutet.
Zu unterscheiden ist hierbei zwischen bestätigten Plänen und bislang noch einer Prognose, die sich auf Branchenquellen aus Südkorea stützt. Samsung hat bislang keine offizielle Ankündigung veröffentlicht, die Datum oder exakte Bedingungen für die Ankunft seiner High-NA-EUV-Maschinen festlegt, daher sollten diese Zeitpläne als vernünftige Schätzung auf Basis der bekannten Roadmap des Unternehmens verstanden werden und nicht als endgültige Bestätigung durch den Hersteller.
Was das für die Zukunft fortschrittlicher Chips bedeutet
Für den Endkunden mögen Entscheidungen dieser Art zur Fertigungsmaschinenabteilung erst einmal fern dem täglichen Leben erscheinen, aber sie beeinflussen direkt die Effizienz, Leistung und die Kosten der Prozessoren und Speicherchips, die in Computern, Smartphones und anderen elektronischen Geräten zum Einsatz kommen. Je länger ein Hersteller braucht, um die Technologie der neuesten Generation zu integrieren, desto stärker wird er darauf angewiesen sein, seine bestehenden Prozesse optimal zu nutzen, um der Konkurrenz nicht hinterherzuhinken.
Dass Samsung, Intel und TSMC so unterschiedliche Zeitpläne für die Einführung der High-NA-EUV-Lithographie verfolgen, verdeutlicht zudem, welche unterschiedlichen Strategien jeder Hersteller einschlagen kann, um dasselbe technologische Ziel zu erreichen. In den kommenden Jahren wird dies maßgeblich darüber entscheiden, welche Unternehmen in der Lage sind, das Tempo der Miniaturisierung aufrechtzuerhalten, das die Halbleiterindustrie seit Jahrzehnten verfolgt.
