過去6ヶ月間、半導体ファウンドリ業界はピークシーズンを迎え、多くの半導体注文の待ち時間が6ヶ月を超えています。半導体ファウンドリは大量の注文に対応できず、生産能力が市場需要に追いつかない状況に陥っています。多くの企業は、自社で半導体製造装置を購入せざるを得なくなっています。
トムシャー・ハサウェイによると、TSMCは、自社の極端紫外線（EUV）リソグラフィ装置が世界の設置済み・稼働済み装置総数の約50%を占めており、業界で最も多くのEUV装置を使用していると述べています。TSMCは、業界をリードする地位を維持するため、ASML Twinscan NXE EUVリソグラフィ装置を少なくとも13台発注しており、2021年中に納入予定ですが、具体的な納入・設置スケジュールは未だ不明です。一方、TSMCの来年の実際の需要は、16～17台に達する可能性があります。
TSMCはEUVリソグラフィ装置の争奪戦で早期に優位に立ったものの、これらの装置に関連する課題にも直面しています。 TSMCが5nmプロセスの製造能力不足を主な理由として、M1チップの一部をSamsungに外注することを検討していたという報道さえありました。しかし、この「製造能力不足」は相対的な概念であり、市場の需要が低ければ、供給不足は発生しないはずです。
この高度なプロセス技術を必要としているのは、AppleやQualcommのような巨大テクノロジー企業だけではありません。5nmプロセスだけでなく、EUVリソグラフィ装置を必要とする7nmプロセスにも適用されます。しかし、EUVリソグラフィ装置の台数は依然として限られています。TSMCは55台のリソグラフィ装置に多額の投資を行ったと報じられていますが、果たしてそれで市場の需要を満たすことができるのでしょうか？
TSMCは、ASMLのTwinscan NXE EUVリソグラフィ装置を使用して、N7+およびN5ノードのチップを製造しています。今後数四半期で、同社はN6（実際には2020年第4四半期または2021年第1四半期にHVM導入予定）と、同じくEUV層を備えたN5Pプロセスを追加する予定です。 TSMCのEUVツール需要は、技術の複雑化に伴い、EUVリソグラフィを用いた処理領域の増加が求められているため、増加しています。TSMCのN7+は、高度に複雑な回路の製造において、EUVを用いて最大4層の処理が可能で、マルチパターニング技術の使用を削減します。
ASMLの公式データによると、2018年から2019年にかけての月間処理能力は約45,000枚/分（WSPM）で、EUV層1層の処理にはTwinscan NXEリソグラフィ装置1台が必要でした。ツール効率の向上に伴い、WSPMの数も増加しています。月間処理能力10万枚/分を超えるギガファブにN3以上の先端ノード製造プロセスを導入するには、TSMCは少なくとも40台のEUVリソグラフィ装置を導入する必要があります。
ASMLが新たに発売したTwinscan NXE:3400BおよびNXE:3400Cリソグラフィシステムは非常に高価です。ASMLは10月に、EUVシステム4台の受注額が5億9,500万ユーロ（約7億300万米ドル）に達すると発表しており、1台あたりのコストは1億4,875万ユーロ（約1億7,575万米ドル）に達する可能性があります。つまり、TSMCはEUV装置13台を導入した場合、最大22億8,400万米ドルのコストがかかることになります。
しかし、EUVツールに関しては、コストだけが考慮されるわけではありません。ASMLはEUVリソグラフィ装置の製造と設置を行う唯一の企業であり、その生産能力と設置能力は比較的限られています。ASMLは製造プロセスを調整することで、装置1台のサイクルタイムを20週間に短縮し、年間生産能力を45～50台に増強できると考えています。
ASMLは今年第1四半期から第3四半期にかけて23台のEUVリソグラフィ装置を出荷しましたが、2020年の通期販売台数は当初計画していた35台をわずかに下回る見込みです。ASMLはこれまでに合計83台の商用EUVリソグラフィ装置を出荷しています（2015年第1四半期から2020年第3四半期に販売されたNXE:3350B、NXE:3400B、NXE:3400Cを含む）。TSMCが、世界で設置・稼働中のTwinscan NXEリソグラフィ装置の約50%を所有しているという公式発表が正しければ、同社は現在30台から40台のEUVリソグラフィ装置を保有していることになります。
TSMCは、EUVリソグラフィ装置を大量に購入している唯一の半導体メーカーではありません。サムスンは現在、7LPPおよび5LPE SoCと一部のDRAMの製造にのみEUV技術を使用しています。しかし、サムスンのファウンドリーがEUVL技術の適用を拡大するにつれ、サムスンセミコンダクターもEUV技術をベースとしたDRAM生産を拡大しており、必然的にTwinscan NXEリソグラフィー装置の導入増加につながっています。インテルも、2022年に7nmノードのチップ生産を開始すると同時にEUVL装置の導入を開始すると予想されており、今後数年間でEUVL装置の主要導入企業の一つとなる可能性が高いでしょう。
EUVリソグラフィー装置の世界的な需要は今後数年間で増加すると予想されますが、現状を見ると、TSMCが当面の間、これらのリソグラフィー装置の主要導入企業であり、サムスンとインテルがそれに続くでしょう。TSMCは今や製造技術の世界的リーダーとしての地位を確固たるものにしていますが、依然としてリソグラフィー装置への依存度が高い状態です。短期的に必要な生産効率を達成できない場合、リソグラフィー装置の台数を増やしても問題は解決しません。
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