Kiina etenee DUV-litografiassa, mutta EUV-kuilu on yhä noin 15 vuotta

Kiina on ottanut konkreettisia askelia kohti omavaraisempaa sirutuotannon toimitusketjua. Kotimaisia immersio-DUV-litografialaitteita ollaan tuomassa pieneen sarjatuotantoon, ja muistivalmistaja CXMT on aloittanut HBM3E-muistin pienimuotoisen valmistuksen kiinalaisten AI-sirujen kehittäjille.

Edistys on merkittävää, mutta sitä ei pidä sekoittaa EUV-litografian kiinni kuromiseen. Immersio-DUV voi tukea yhä vaativampaa sirutuotantoa kompromissein, kun taas EUV on maailman kehittyneimpien logiikkasirujen tuotannon ydinmenetelmä.

EUV on yhä vuosien päässä

Zeissin puolijohdeliiketoiminnan johtajan Frank Rohmundin mukaan on ”järkevä oletus”, että Kiina tarvitsee oman EUV-litografialaitteistonsa kehittämiseen noin 15 vuotta. Hän samalla korosti, että maan etenemisvauhtia on vaikea mitata täsmällisesti. UBS päätyi samansuuntaiseen, varovaiseen arvioon: pankin mukaan Kiinan litografiaosaaminen vastaa suunnilleen ASML:n vuoden 2004 tasoa, eikä kotimainen EUV-korvaaja vaikuta todennäköiseltä seuraavan vuosikymmenen aikana.

Arvio ei tarkoita, ettei Kiina etenisi tuona aikana. Se kuvaa sitä, kuinka vaikeaa on muuttaa toimiva tekninen ratkaisu luotettavaksi, toistettavaksi ja suurivolyymiseksi tuotantoalustaksi. Tarvitaan optiikkaa, valonlähde, kiekonkäsittelyä, ohjelmistoja, mittaustekniikkaa, huoltoverkosto, riittävät saannot ja tuotantokapasiteettia – ja kaiken on toimittava yhdessä sirutehtaassa.

ASML ja Zeiss muodostavat poikkeuksellisen vaikean kokonaisuuden kopioida

Hollantilainen ASML on ainoa kaupallinen EUV-litografiajärjestelmien valmistaja. Saksalainen Zeiss on ASML:n EUV-järjestelmien optisten komponenttien yksinoikeustoimittaja.

EUV:tä tarvitaan kaikkein kehittyneimpien sirujen valmistukseen, myös Nvidian AI-kiihdyttimissä käytettävien prosessorien tuotannossa. Zeiss kuvailee EUV-optiikkaansa erittäin tarkaksi peili- ja mekatroniikkakokonaisuudeksi, joka on EUV-laitteen keskeinen osa.

Siksi kyse ei ole vain yhden valotuslaitteen suunnittelusta. Kilpailukykyinen EUV-alusta vaatii laajan, erikoistuneen teollisen ekosysteemin, joka pystyy valmistamaan äärimmäisen tarkkoja komponentteja, kokoamaan ne ja pitämään järjestelmät toimintavarmoina suuren volyymin sirutuotannossa.

DUV on arvokas, mutta se ei poista EUV:n etua

Immersio-DUV on strategisesti tärkeä tekniikka. Siinä linssin ja piikiekon väliin lisätään puhdistettu vesikerros, joka parantaa erotuskykyä. Moninkertaisella kuvioinnilla samaa tekniikkaa voidaan venyttää yksittäistä valotusta pienempiin rakenteisiin. 14

Reitti vaatii kuitenkin enemmän valmistusvaiheita kuin EUV:n käyttö samoilla kriittisillä kerroksilla. Olennaista ei siis ole vain se, voidaanko edistynyt siru osoittaa mahdolliseksi DUV-menetelmillä. Ratkaisevaa on, voidaanko sitä valmistaa kilpailukykyisellä kustannuksella, saannolla, nopeudella ja mittakaavalla. Tässä EUV:n etu näkyy erityisesti huipputason logiikkasiruissa ja energiatehokkaissa AI-laitteissa.

Kiinan immersio-DUV-tuotanto on vasta alkuvaiheen rampissa

Reutersin mukaan Shanghaissa toimiva valtion tukema ohjelma on aloittanut kotimaisten immersio-DUV-laitteiden valmistuksen. Tavoitteena on noin viisi järjestelmää vuonna 2026 ja noin 20 vuonna 2027. Ensimmäisiin asiakkaisiin lukeutuvat raporttien mukaan SMIC, Hua Hong ja CXMT. 14

Luvut kertovat sekä saavutuksen merkityksestä että sen rajoista:

• Merkitys: Kiina rakentaa kotimaista vaihtoehtoa laiteluokkaan, joka on keskeinen edistyneessä sirutuotannossa ja ollut pitkään ulkomaisten toimittajien hallussa.
• Rajoitus: Viisi laitetta vuodessa on pilottivaiheen tuotantotahti. Ensimmäiset järjestelmät on tarkoitettu tuotantolinjojen validointiin, ja ne tarvitsevat edelleen testausta. Kyse ei siis vielä ole kypsästä, suuren volyymin tehdaskäytöstä. 10

Myös toimijoiden roolit on syytä erottaa toisistaan. Uusi immersio-DUV-hanke on yhdistetty Shanghaissa toimivaan valtion tukemaan valmistajaan, ja Yuliangshengin laitteita on raportoitu testattavan SMIC:llä. SMEE:n taas kerrotaan valmistavan 90 nm:n luokan DUV-järjestelmiä ja kehittävän 28 nm:n immersiomallia. Julkinen raportointi ei vielä osoita laajaa, riippumattomasti varmennettua SMEE:n 28 nm:n immersioalustan suurivolyymistä käyttöönottoa. 1411

Kun puhutaan ”massatuotannosta”, ilmaus kannattaa tässä yhteydessä lukea rajoitetun valmistuksen alkuna – ei ASML:n järjestelmiä vastaavana läpimenona, käyttövarmuutena, kohdistustarkkuutena, asennettuna laitekantana tai toimittajaekosysteeminä.

Vientirajoitukset kiristävät saatavuutta – ja kannustavat paikallistamiseen

Yhdysvaltain johdolla asetetut vientirajoitukset ovat estäneet Kiinan pääsyn ASML:n EUV-järjestelmiin. Samalla ne ovat lisänneet kotimaisten laiteohjelmien strategista merkitystä.

Rohmundin mukaan rajoitusten laajentaminen vanhempiin DUV-laitteisiin voisi olla vastavaikutteista. Hänen näkemyksensä on, että lisärajoitukset kiihdyttäisivät Kiinan omaa innovaatiota sen sijaan, että ne poistaisivat kannusteen tai mahdollisuuden kehittää vaihtoehtoja.

Tämä on ennen kaikkea arvio kannustimista, ei väite siitä, etteivät rajoitukset vaikuttaisi. Rajoitukset voivat vaikeuttaa pääsyä tämänhetkisiin parhaisiin laitteisiin. Vastanäkemys on, että myös kypsemmän teknologian sulkeminen vauhdittaisi investointeja kotimaisiin korvaajiin etenkin laajoilla DUV-markkinoilla.

CXMT:n HBM3E on erillinen mutta AI-ketjulle tärkeä askel

Kiinan AI-sirut tarvitsevat logiikkapiirien lisäksi suurikaistaista HBM-muistia. CXMT:n kerrotaan aloittaneen HBM3E:n pienimuotoisen tuotannon. Kiinalaiset AI-sirukehittäjät, kuten Alibaban T-Head ja Cambricon, testaavat muistia, ja CXMT tavoittelee suurempaa tuotannon kasvattamista vuonna 2027. 1920

Kyse on merkittävästä kehitysaskeleesta, koska se voi luoda kotimaisen lähteen edistyneelle AI-kiihdyttimissä tarvittavalle muistille. Raportoitu vaihe on silti pienimuotoinen tuotanto ja asiakaskelpuutus. Lähteiden mukaan CXMT on noin yhden tuotesukupolven jäljessä johtavien muistivalmistajien jo massatuotannossa olevista tuotteista, eikä sen kykyä toimittaa suuria määriä ole vielä osoitettu. 20

Yhteenveto

Kiina ei enää tavoittele litografiaomavaraisuutta vain laboratorioissa ja tiekartoissa. Raportoitu immersio-DUV-laitteiden pienivolyymituotanto ja CXMT:n HBM3E-kokeilut viittaavat siihen, että osa kotimaisesta edistyneiden sirujen toimitusketjusta on siirtymässä kohti käyttöönottoa.

EUV-kuilu on kuitenkin paljon syvempi. ASML:n ainutlaatuinen asema laitevalmistajana ja Zeissin yksinoikeus EUV-optiikkaan havainnollistavat, miksi kotimainen EUV-järjestelmä vaatii paljon enemmän kuin yhden teknisen läpimurron. Rohmundin ja UBS:n arvioiden perusteella Kiinan matka kilpailukykyiseen, massatuotantoon soveltuvaan EUV-alustaan mitataan yhä vuosissa – mahdollisesti yli vuosikymmenessä – eikä nykyisessä DUV-tuotantosyklissä.