آیا انحصار شرکت ASML شکسته خواهد شد؟

هر غول فناوری در صنعت نیمه‌هادی که تراشه‌های سیلیکونی خود را می‌سازد، فرآیندی را دنبال می‌کند که در آن از صفحات سیلیکونی به نام ویفر[۱] استفاده می‌کند. برای ساخت ریزتراشه‌ها، روی این ویفرها نقوشی در ابعاد نانومتری حکّاکی شده و لایه‌های نازکی به ضخامت چند نانومتر روی این صفحات لایه نشانی یا زدایش می‌شود تا میلیاردها ترانزیستور شکل گرفته و با شبکه‌ای پیچیده از سیم‌کشی‌ها به یکدیگر متّصل شوند؛ سپس ویفر به قطعات کوچک‌تر برش داده شده و پس از انجام این کار، بسته‌بندی بر اساس کاربرد مورد استفاده انجام می‌شود. در نهایت، تراشه ساخه شده در صنایع و محصولات مختلف به کار گرفته خواهند شد.

فناوری که تولیدکنندگان تراشه‌ها برای حکّاکی روی ویفر‌ها استفاده می‌کنند، لیتوگرافی فرابنفش[۲]  نامیده می‌شود. در ساخت تراشه‌های نیمه‌هادی، پارامتر عملکردی بسیار مهمی وجود دارد که مربوط به اندازه ترانزیستورهای روی ریزتراشه است. هر چه این اندازه کوچک‌تر شود، سه مزیت مهم نمایان می شود که عبارت‌اند از فرکانس کاری و سرعت بالاتر، تراکم و کارآئی بیشتر ریزتراشه، و مصرف توان کمتر. از این رو، سازندگان تراشه‌ها به دنبال یافتن راه‌هایی برای کاهش ابعاد تراشه‌ای هستند که از ۳۰۰ میکرومتر در سال ۱۹۷۵ به ۳ نانومتر در سال ۲۰۲۲ کاهش یافته است. بخش اصلی ایجاد این تغییر، دستگاه‌های لیتوگرافی هستند.

حال سوالی که مطرح می‌شود این است که شرکت ASML»[۳]» در کجای فرآیند ساخت یک تراشه قرار دارد؟
«ASML» یک شرکت هلندی چندملیتی است که در ساخت تجهیزات پیشرفته لیتوگرافی مورد استفاده در تولید نیمه‌هادی‌ها تخصص دارد. این شرکت بازیگری بسیار کلیدی در صنعت نیمه‌هادی جهانی است که ماشین‌های لیتوگرافی پیشرفته‌ای را ارائه می‌کند و امکان تولید تراشه‌های نیمه‌هادی کوچک‌تر و قدرتمند‌تر را فراهم می‌سازد. وقتی از انحصار در صنعت نیمه‌هادی صحبت می‌کنیم، احتمالا شرکت مذکور نخستین کلمه‌ای باشد که به ذهن متبادر می‌شود. در طول سالیان اخیر «ASML» جایگاه خود را به عنوان تنها تامین‌کننده تجهیزات لیتوگرافی لازم برای تولید پیشرفته‌ترین ریزتراشه‌ها تثبیت کرده است. پیشرفته‌ترین فناوری موجود برای حکّاکی ویفرهای سیلیکونی، «لیتوگرافی فرابنفش فوق‌العاده عمیق»^[۴] نامیده می شود و «ASML» تنها شرکتی است که دارای فناوری ساخت ماشین آلات تولید ریزتراشه با این فناوری است. سهامداران اصلی این شرکت عبارتند از:

• Vanguard Group (آمریکا)
• Blackrock (آمریکا)
• Norges banck (بانک مرکزی نروژ)
• Capital Research & Management Co. (آمریکا)
• Intel (آمریکا)
• TSMC (شرکتی با مالکیت آمریکائی که در تایوان مستقر است)

تصویر ۱: تجهیزات شرکت ASML

بازار تجهیزات لیتوگرافی تا حدود ۳۰ سال پیش در انحصار دو غول ژاپنی کانن^[۵] و نیکون^[۶] بود که این دو شرکت با ظهور «ASML» در سال ۱۹۸۴ نتوانستند انحصار خود را حفظ نمایند. شرکت یاد شده حدود ۶۲ درصد از سهم بازار را در سال ۲۰۱۸ اختیار داشته که امروزه این سهم به بیش از ۹۰ درصد رسیده است. این شرکت در حال حاضر بر روی نسل جدیدی از دستگاه‌های لیتوگرافی به نام «high-NA-EUV» کار می‌کند که ساخت آن، این امکان را برای سازندگان تراشه‌ها فراهم می‌کند تا پردازنده‌های ۲ نانومتری بسازند و به عقیده کارشناسان، نقطه عطفی در تولید تراشه‌های نیمه‌هادی خواهد بود.

تصویر ۲: آمار رشد فروش ASML در قیاس با رقبا

قیمت یک دستگاه پیشرفته ساخت شرکت «ASML» حدود ۲۰۰ میلیون دلار بوده و اندازه آن تقریبا با یک اتوبوس دو طبقه برابر بوده و برای حمل آن سه هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ و چند ده تریلی لازم است. همچنین نصب آن نیز حدود دو ماه زمان می‌برد. این موضوع فشار مالی زیادی را بر شرکت‌های تولید کننده‌ ریزتراشه تحمیل می‌کند. چنان‌که در ریزتراشه‌های پیشرفته، لیتوگرافی حدود نیمی از قیمت تمام شده ساخت محصول را به خود اختصاص می‌دهد.

بر اساس برآوردهای صورت گرفته، هزینه تجهیزات لیتوگرافی به سرعت رو به رشد است. لیکن، امید‌هایی وجود دارد که روش‌های ارزانتر و کارآمدتری جایگزین روش فعلی لیتوگرافی برای تولید تراشه‌های بسیار پیشرفته ‌شوند. اخیراً اخباری منتشر شده است که به نظر در آینده نزدیک ممکن است جایگاه و انحصار شرکت «ASML»، به چالش کشیده شود.

تصویر ۳: تجهیزات حمل دستگاه‌های ASML

در ماه مارس سال ۲۰۲۳ شرکت «Applied Materials»، اینتل^[۷] را مجهز به تجهیزاتی کرد که قادر هستند فرآیند «لیتوگرافی فرابنفش شدید» را برای تولید تراشه‌ها علاوه بر آسیب‌رسانی کم‌تر به محیط زیست، ساده‌تر نیز نمایند. این تجهیزات توانسته‌اند فرآیند حکاکی^[۸] را از دو بار به یک بار کاهش دهند که این  مسئله سبب شده است علاوه بر کاهش زمان فرآیند لیتوگرافی و میزان برق مورد نیاز، مصرف آب به مقدار ۱۵ لیتر به ازای هر ویفر و انتشار گاز کربن دی‌اکسید به میزان ۳۵ گرم به ازای هر ویفر کاهش یابد. تجهیزات جدید این امکان را فراهم می‌سازند که در صورت تولید صد هزار ویفر در یک ماه، مبلغ ۲۵۰ میلیون دلار در هزینه‌های تولید صرفه‌جویی شود.

شرکت کانن نیز که از حدود ده سال گذشته بر روی فناوری جدیدی با عنوان «نانوایمپرینت^[۹]» برای لیتوگرافی متمرکز بود، در اکتبر سال ۲۰۲۳ در جریان نمایشگاهی در یوکوهاما از سیستم لیتوگرافی خود با استفاده از فناوری جدید، رونمایی کرد؛ کارشناسان معتقدند که از این فناوری می‌توان برای تولید محصولاتی در نسل ۵ نانومتر استفاده نمود. تجهیزات لیتوگرافی مذکور، علاوه برمزیت ارزان‌تر بودن حدود ۴۰ درصدی نسبت به تجهیزات شرکت‌های دیگر، این امکان را فراهم ساخته‌اند که توان مصرفی لازم در حین فرآیند لیتوگرافی نیز تا ۹۰ درصد کاهش یابد. در حال حاضر، فناوری نانوایمپرینت در تولید انبوه تراشه‌های ۱۵ نانومتری استفاده شده و به سمت تولید انبوه تراشه‌های با فناوری ۵ نانومتر در حال حرکت است. مقامات شرکت کانن اظهار امیدواری کرده‌اند که این فناوری را در آینده‌ای نزدیک برای تولید محصولاتی از نسل ۲ نانومتر استفاده نمایند.

این در حالی است که به زعم کارشناسان صنعت نیمه‌هادی، حتی اگرشرکت‌ها بتوانند بر موانع فنی فرآیند لیتوگرافی لازم برای تولید تراشه‌های نسل زیر ۵ نانومتر غلبه کنند، سازندگان تراشه‌ها ممکن است تمایل چندانی نداشته باشند که دستگاه‌های «لیتوگرافی فرابنفش فوق‌العاده عمیق» شرکت «ASML» را با دستگاه‌های سایر شرکت‌ها جایگزین کنند. کارخانه‌های ساخت تراشه با هدف به حداقل رساندن درصد تراشه‌های تولیدی معیوب، معیارهای کیفی زیاد و کنترل کیفیت دقیقی را رعایت می‌کنند. از آنجایی که شرکت «ASML» مدت‌ها است که بازیگر اصلی تولید تراشه‌های بسیار پیشرفته در مقیاس انبوه است، برای کنترل کیفیت در اطراف دستگاه‌های این شرکت، تجهیزاتی دیگری نیز مستقر شده‌اند که برای تولید تراشه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نتیجه، جایگزینی دستگاه‌های جدید مستلزم هزینه‌‌های بسیار زیاد برای باز طرّاحی و ساخت ابزار کنترل کیفیت خواهد بود.

همچنین کارشناسان تصور می‌کنند، در صورت اثبات عملکرد قابل قبول دستگاه‌های شرکت‌هایی به غیر از «ASML»، بازه‌ای حداقل ۵ ساله برای توسعۀ فناوری‌ها و دستگاه‌های جدید مورد نیاز خواهد بود. از این رو به نظر می‌رسد که جایگاه این شرکت هلندی در کوتاه مدت دچار تغییر خاصی نشود و همچنان یکه‌تاز عرصه‌ی تولید دستگاه‌های فرآیند لیتوگرافی برای تولید تراشه‌های نسل جدید باشد.

[۱] Wafer

[۲] Ultraviolet Lithography

[۳] Advanced Semiconductor Materials Lithography(ASML)

[۴] Extremely Deep Ultraviolet Lithography (EUV)

[۵] Canon

[۶] Nikon

[۷] Intel

[۸] Etching

[۹] Nanoimprint