Strax innan nyår stod det klart att USA genom främst Intel blir storkonsument av nästa generations EUV-scanners från ASML – High-NA. Inte mindre än sex av tio tillgängliga maskiner som kommer levereras år 2024 väntas gå till Intel – men på spel står USA:s roll som ledare inom halvledarvärlden, inte bara Intels vilja att återta en tillverkningsteknisk ledning som bolaget länge hade som en IDM (integrated device manufacturer, bolag som utvecklar och tillverkar sina egna kretsar).
Att USA storsatsar, på hemmaplan såväl som genom handelsembargon riktade mot Kina, och vilka bolags initiativ som stimulerats av Chips Act har Semi14 nyligen avhandlat – men en nagel i ögat har varit kinesiska SMIC:s produktion på 7 och möjligen även 5 nanometer. Tanken var att tillverkning på 5 nanometer skulle vara opraktiskt för Kina utan tillgång till EUV-utrustning, även om det med hjälp av dubbelexponeringar, double patterning, är möjligt. Där TSMC och Samsung tillverkat kretsar på 7 nanometer och mindre med hjälp av EUV verkar nu Kina tillverka kretsar i samma härad med traditionell DUV-teknik.
I och med andra generationens EUV-teknik, med en numerisk apertur 0,55 mot tidigare 0,33, viskas det återigen om att det här är vad som kommer skilja väst från Kina gällande kretstillverkning. Där den ursprungliga numeriska aperturen om 0,33 medgav en upplösning om 13 nanometer ger klivet upp till en NA om 0,55 en upplösning om 8 nanometer, vilket med dagens teknik är omöjligt att uppnå med traditionell DUV-teknik, där maximal upplösning är 38 nanometer.
För att se till att EUV-litografin kommer hela landet till nytta, snarare än endast Intel investerar delstaten New York i samarbete med halvledarbranschen hela 10 miljarder dollar för ett forskningscenter med halvledarfokus. Tanken är att en av ASML:s High NA-maskiner ska köpas in, till en prislapp om uppemot 400 miljoner dollar. Om projektet visar sig bära frukt kan det däremot få utdelning – Digitimes noterar att hela 110 miljarder dollar kan frigöras genom amerikanska Chips Act.
Andra avancerade projekt som väntas få stöd genom amerikanska Chips Act är de två bolag som i nuläget kan sägas ligger före Intel – TSMC och Samsung. TSMC:s satsning i Arizona har dock aldrig varit tänkt att producera bolagets allra mest avancerade kretsar, utan kommer år 2025 producera kretsar på 3 nanometer – vilka sannolikt även kommer paketeras i Taiwan. Samsungs expansion i Texas handlar istället om att producera kretsar i 5-nanometersklassen.
Intel är med andra ord i praktiken fanbärare för det amerikanska halvledarhoppet och ensamt om att ha riktigt avancerad tillverkning i landet. Redan under 2024 planerar bolaget att börja tillverka kretsar på 2 nanometer, något som dröjer till 2025 hos TSMC. Ytterligare satsningar på oberoende forskning likt det vi i Europa har genom Imec och CEA/Leti kommer däremot gagna även andra aktörer i USA som hyser ambitioner om avancerad halvledartillverkning.
Europas och Sveriges roll i halvledarsfären
Än bättre är att hela västvärlden och i synnerhet Europa står att tjäna från potentiella amerikanska framgångar. Med styckpris i häraden 300–400 miljoner dollar per High NA-maskin från ASML och en produktionstakt om 10 maskiner år 2025, skapas förutsättningar för investeringar i nya halvledarrelaterade forskningscentrum likt tidigare nämnda Imec och Leti, men även tyska Fraunhofer såväl som forskningscenter i Taiwan och Sydkorea under ASML-flagg.
Att skriva om halvledarforskning i Sverige på svenska är dock något bittert. Under 2023 kom det, ur vetenskaplig synpunkt, objektivt oönskade beskedet att KTH:s elektronikutbildningar flyttas från Kista och att pilotlinjerna som huseras i Electrumlabbet står inför en potentiell nedläggning. Medan resten av den industrialiserade världen satsar på halvledare, EU inkluderat, förpassar Sverige sig självt till rollen av teknisk bananrepublik. Till och med Spanien har visat mer ambition, även om inte mycket har hörts sedan landet år 2022 uttryckte en vilja att investera 11 miljarder euro i halvledarproduktion.
Oavsett om Sverige är med på tåget eller inte lär unionen däremot inte bli lidande. Dess halvledarbolag, Infineon, STMicroelectronics och NXP lider ingen brist på jobb eller intäkter under EU:s gröna omställning. Intel är i full färd med att äntra Magdeburg med två avancerade fabriker, samtidigt som ett supportnätverk av nya eller expanderade satellitfaciliteter strösslas ut i Italien, Frankrike och Polen – även om Intel är långt ifrån ensamt att satsa.
Ett globalt samarbete – minus Kina
Det kommande året ser med andra ord ut att kunna bli en repris på allt västvärldens halvledarrelaterade handelsembargon mot Kina försökt vara. Under 2024 kommer Intel, om allting går enligt plan, sjösätta sin 2-nanometersprocess, en klass av tillverkningsteknik som i praktiken är omöjlig att nå med traditionell DUV-litografi. Vi må mer än en gång ha hört att denna gräns ligger vid 5 nanometer, men faktum är att statligt stödda bolag utan behov att göra vinst kan tillverka så små transistorer, om bara bedrövlig yield accepteras och budgeten tillåts svälla.
Vi har också japanska framsteg att se fram emot – Rapidus satte under 2023 spaden i marken i Hokkaido, där tanken är att kretsar om 2 nanometer ska tillverkas år 2027. Även Leti är med på ett hörn, där forskningscentret uppges samarbeta med det japanska bolaget om att så småningom avancera till tillverkning på 1 nanometer.
Förutom kinesiska bolag är praktiskt taget hela halvledarvärlden med på tåget och bundna av någon form halvledarpakt – sydkoreanska bolag undantaget. Sydkorea har vägrat gå med på att Samsung och SK Hynix ska begränsa sin tillverkningskapacitet på sin största marknad och fick på obestämd tid ett undantag från de amerikanska embargoreglerna. Samtidigt är just de sydkoreanska minnestillverkarna sannolikt källan till en av de sista pusselbitarna för kinesiskt tillverkningstekniskt självförsörjande – DRAM.
På ena sidan av halvledarkartan kan vi alltså konstatera att vi har USA, Europa, Taiwan och rentav Indien. I mitten står Sydkorea med ett ben i båda lägren, medan Kina i praktiken är utträngt. Det bäddar för ett minst sagt intressant 2024 inom halvledare där Kina till viss del kan väntas uppnå sitt mål om självförsörjning inom halvledare – dock enbart sett till bredden produkter landet kan framställa på egen hand. Vad gäller kapacitet behöver Kina fortsatt stöd från kanske framförallt de sydkoreanska minnestillverkarna i några år till.
Men den största skillnaden år 2024 kan ändå bli EUV-litografin. Västvärlden och Taiwan har den, och USA kommer genom Intel under året inleda massproduktion av kretsar på 2 nanometer. High-NA EUV kan mycket väl bli den hårda gräns USA väntat sig EUV-tekniken ska dra mellan de som har den och kan tillverka avancerade kretsar och dem utan – som får fortsätta med stora gamla kretsar.
