Wie ein Unternehmen aus Eindhoven zum Monopolisten auf dem Markt für moderne Geräte zur Herstellung von Mikroschaltungen wurde

Stepper ASML: Eine wichtige Verbindung in der Chipherstellung. Es beleuchtet den Fotolack durch die Maske, wie im Fotovergrößerer. Die Kosten für das Gerät belaufen sich auf rund 170 Millionen US-Dollar

. Jeder hat gehört, dass Intel, Samsung und TSMC die drei größten Chiphersteller der Welt haben (letzterer erfüllt Aufträge für Apple und AMD).

Allerdings haben nur wenige von ASML gehört  , einem bescheidenen Unternehmen in den Vororten von Eindhoven, der fünftgrößten Stadt der Niederlande. Aber wenn Sie schauen, spielt dieses Unternehmen eine Schlüsselrolle in der mikroelektronischen Industrie. Es ist der weltweit einzige Hersteller von Steppern für die extreme Ultraviolettlithographie (EUV), schreibt die Ausgabe von The the Economist .

ASML ist nicht der einzige Hersteller von Fotolithografiemaschinen, die Licht verwenden, um integrierte Schaltkreise auf Siliziumwafern zu ätzen. Hier konkurriert das Unternehmen mit der japanischen Canon und Nikon. Seit 2005 hat sich der Marktanteil des niederländischen Unternehmens auf 62% fast verdoppelt. Nur sie verfügt über die Ausrüstung für die Fotolithografie im tiefen Ultraviolett mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern.

Zum Beispiel kündigte Samsung 2019 die Veröffentlichung von Exynos 9825 SoC (7 nm) für Geräte der EUV-Reihe an. Es war eines der ersten Mikroschaltungen der Welt, das nach einer neuen Prozesstechnologie hergestellt wurde. Samsung Fabrik hat auch ASML-Stepper.

Kürzere Wellenlängen ermöglichen das Ätzen kleinerer Komponenten - dies ist wichtig für Chiphersteller, die die Anzahl der Transistoren auf einem Chip gemäß dem Moore'schen Gesetz erhöhen möchten. Er behauptet, dass sich die Anzahl der Komponenten in einem bestimmten Bereich ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt.

Interessanterweise haben Experten wiederholt den "Tod" von Moores Gesetz aufgrund physikalischer Einschränkungen der Größe von Transistoren vorhergesagt. Zum Beispiel, hier ist ein Artikel von 1999 von der New York Times , dass die Gespräche über ernste Hindernisse für die 100 nm Marke überwinden (als Referenz, TSMC und AMD haben bereits die 7 nm - Prozesstechnologie gemeistert). Der Artikel bezieht sich auf die Worte des Intel-Forschers Paul Packan, der seine Meinung auf den Seiten der Fachzeitschrift Science zum Ausdruck brachte: Die



Fotolithografie im tiefen Ultraviolett ist eine fortschrittliche Technologie, die die Lebensdauer von Moores Gesetz verlängert hat. Die ersten experimentellen Ausrichtungs- und Belichtungseinheiten (Stepper) für EUVL wurden im Jahr 2000 im Livermore National Laboratory erstellt. Die Entwicklung kommerziell erhältlicher Geräte dauerte jedoch fast 20 Jahre, da die Ingenieure eine Reihe schwieriger technischer Probleme im Zusammenhang mit der hohen Energiedichte des EUV-Strahlungsstrahls lösen mussten , das zehnmal höher ist als das eines 193-nm-Laserstrahls (Photolithographie der vorherigen Generation).

Vertreter von Samsung sagten , dass es aus diesem Grund äußerst schwierig sei, die dünnsten Spuren nach der Verarbeitung der Platte effektiv zu ätzen. Bei dieser Größe von Elementen treten Schwierigkeiten bei der Abscheidung von Additiven in extrem engkettigen Rillen in Kristallen auf.

Ingenieure von ASML, das seinen Kunden verschiedene Modelle von EUV-Steppern und -Scannern anbietet, lösen diese Probleme.


Installation für extreme Ultraviolettlithographie ASML Twinscan NXE: 3400B unterstützt Ätzgrößenelemente 7 und 5 nm im industriellen Maßstab (125 oder mehr Wafer pro Stunde)

Stepper- Die Hauptausrüstung für die Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen. Während des Betriebs des Schrittschalters wird das Muster von der Maske wiederholt in das Muster auf verschiedenen Teilen des Halbleiterwafers übersetzt. Der Stepper erhielt seinen Namen aufgrund der Tatsache, dass jede Belichtung in kleinen rechteckigen Abschnitten (in der Größenordnung von mehreren Quadratzentimetern) erfolgt; Um die gesamte Platte freizulegen, wird sie in Schritten bewegt, die ein Vielfaches der Größe des belichteten Bereichs betragen (Step-and-Repeat-Vorgang). Nach jeder Bewegung wird eine zusätzliche Überprüfung der korrekten Positionierung durchgeführt.

Moderne lithografische Installationen können nicht einen Schritt, sondern einen Scan-Betriebsmodus verwenden. Sie werden als "Scanner" (Step-and-Scan) bezeichnet. Bei Belichtung bewegen sich sowohl die Platte als auch die Maske in entgegengesetzte Richtungen. BEIMBei der vorherigen Generation von Scannern betrug die Abtastgeschwindigkeit der Maske bis zu 2000 mm / s, bei Platten bis zu 500 mm / s.

Step-and-Scan-Konzept

Drei der weltweit führenden Chiphersteller - Intel, Samsung und TSMC - sind ebenso abhängig von ASML-Produkten wie der Rest der Technologiebranche von ihren eigenen Produkten, schreibt The Economist .

Die Ergebnisse von ASML spiegeln diese erhöhte Abhängigkeit wider. Der Umsatz stieg 2019 trotz eines vorübergehenden Rückgangs der Halbleiterindustrie um 8% auf 11,8 Mrd. €. Die Auslieferung von Geräten für die Fotolithografie im tiefen Ultraviolett belief sich auf 26 der 229 im Jahr 2019 verkauften Autos, brachte jedoch ein Drittel des Erlöses ein. Das Unternehmen geht davon aus, dass diese Zahl bis 2025 auf 75% steigen wird, da andere Chiphersteller ihre Fabriken modernisieren und auch Geräte für die EUV-Fotolithografie installieren.

Da die Wettbewerber Canon und Nikon noch nicht über EUV-Technologie verfügen, sind Investoren zu dem Schluss gekommen, dass ASML noch einige Zeit von seinem Monopol profitieren kann. Seit 2010 hat sich die Marktkapitalisierung verzehnfacht und liegt bei rund 114 Milliarden Euro. Allein im letzten Jahr hat sie sich fast verdoppelt. Heute kostet ASML mehr als Airbus, Siemens oder Volkswagen.

Kapitalisierung einiger europäischer Unternehmen. Quelle: Refinitiv, The Economist-Daten. Der

Aktienkurs wurde aufgrund von COVID-19 zusammen mit allen anderen angepasst, aber die Anleger schätzen die langfristigen Aussichten: Aktien werden mit einem beeindruckenden 32-fachen des Kurs-Gewinn-Verhältnisses (P / E) gehandelt, das zwei oder mehr beträgt mal höher als die größten Kunden.

Die Zeiten waren nicht immer so gut. Das Unternehmen wurde 1984 als Joint Venture von Philips, dem niederländischen Elektronikgiganten, und ASM International, einem Hersteller von Halbleitergeräten, gegründet. Zunächst besetzte sie mehrere Holzgebäude auf dem Campus von Philips Eindhoven. Der technische Direktor von ASML, Jos Benschop, spricht offen über frühe Probleme. Die ersten Produkte wurden auf einer veralteten Plattform veröffentlicht, und das Unternehmen hatte Schwierigkeiten, Kunden zu finden. Sie blieb nur dank der Hilfe von Philips über Wasser, die selbst mit finanziellen Schwierigkeiten konfrontiert war, Subventionen der niederländischen Regierung und der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (dem Vorgänger der Europäischen Union).

1995 platzierte das Unternehmen Anteile an New York und Amsterdam. Bald darauf setzte das Unternehmen auf die Tiefen-Ultraviolett-Fotolithografie, in der sie die Zukunft der Chipherstellung sah. Großen Herstellern wurde die Lieferung der ersten EUV-Stepper um 2007 versprochen. Aber sie waren enttäuscht - und das mehr als einmal. Das Unternehmen stellte fest, dass es sehr schwierig ist, mit tiefem ultraviolettem Licht zu arbeiten. Die Lösung der Probleme dauerte viel länger als erwartet. Die ersten Prototypen des Unternehmens wurden 2006 an das belgische Forschungsinstitut IMEC geliefert. Gewerbliche Kunden nutzten die Technologie erst 2018.

Die Stepper für die Fotolithografie der vorherigen Generation verwendeten direkt Laser. Mit abnehmender Wellenlänge werden die Dinge jedoch komplizierter.


Abbildung: ASML

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Maschinen mit einem Gewicht von 180 Tonnen und der Größe eines Doppeldeckerbusses sind selbst ein Beweis für eine ausgefeilte Logistik in der Elektronikindustrie. Die Komponenten für diese Maschinen werden von rund 5.000 Lieferanten hergestellt . Das deutsche Optikunternehmen Carl Zeiss produziert Linsen. Der niederländische VDL produziert Roboterarme, die Platten in die Maschine einführen. Lichtquellen werden von Cymer hergestellt, einem amerikanischen Unternehmen, das 2013 von ASML übernommen wurde. ASML wiederum ist eines der Hunderte von Unternehmen, die Geräte für Chiphersteller wie Intel, Samsung und TSMC liefern.

Das Erkennen der beherrschenden Stellung von ASML ist nicht auf Kunden oder Investoren beschränkt. Auch die Politik ist sich der Situation bewusst. Die Fotolithografie im tiefen Ultraviolett ist in enthaltenWassenaar-Liste von Technologien mit doppeltem Verwendungszweck , die sowohl militärische als auch zivile Anwendungen haben.

Auszug aus der Wassenaar-Liste der Dual-Purpose-Technologien, Version Dezember 2019 ( pdf )

Zum Beispiel versucht China, seine eigenen führenden Chiphersteller zu entwickeln, und die USA versuchen dies zu verhindern. Im Jahr 2018 erhielt ASML einen Auftrag für den EUV-Scanner von Huawei, dessen Fabriken derzeit zwei Generationen hinter dem modernen Niveau liegen. Unter dem Druck der USA hat die niederländische Regierung ASML noch keine Exportlizenz erteilt.

ASML möchte den Zugang zum chinesischen Markt nicht verweigern, da dies auf lange Sicht die Dominanz des Unternehmens in seiner Branche gefährden könnte. Aber China braucht ASML noch mehr als es braucht. Von allen Geräten, die für die fortschrittliche Mikroelektronikfabrik benötigt werden, die die Behörden bauen möchten, ist „die ASML-Technologie am schwierigsten zu reproduzieren“, sagte Pierre Ferragu, Technologieanalyst bei New Street Research. Future Horizons, ein weiterer Analyst bei Malcolm Penn, sagte, es würde ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis ein chinesischer Konkurrent die Fotolithografie in tiefem ultraviolettem Licht reproduziert, und bis dahin würde sich die technologische Grenze wieder weiterentwickeln.

Die Niederländer arbeiten bereits an einer neuen Generation von EUV-MaschinenSerie 5000 mit besserer Optik, die mehr Siliziumwafer pro Stunde verarbeiten kann. Sie sollten im Jahr 2023 veröffentlicht werden. Die neuen Maschinen verwenden leistungsstärkere Laser, und die Tropfenfrequenz von Zinntropfen wird von 50.000 auf 80.000 Hz erhöht.

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