Cómo una empresa de Eindhoven se convirtió en monopolista en el mercado de equipos modernos para la producción de microcircuitos

ASML paso a paso: un enlace clave en la fabricación de chips. Ilumina la fotoprotección a través de la máscara, como en la foto ampliada. El costo del dispositivo es de aproximadamente $ 170 millones

. Todos han escuchado que Intel, Samsung y TSMC tienen los tres fabricantes de chips más grandes del mundo (este último cumple con los pedidos de Apple y AMD).

Sin embargo, pocos han oído hablar de ASML  , una empresa modesta en los suburbios de Eindhoven, la quinta ciudad más grande de los Países Bajos. Pero si nos fijamos, esta empresa juega un papel clave en la industria microelectrónica. Es el único productor mundial de steppers para litografía ultravioleta extrema (EUV), escribe la edición de The the Economist .

ASML no es el único fabricante de máquinas fotolitográficas que utilizan luz para grabar circuitos integrados en obleas de silicio. Aquí, la compañía compite con los japoneses Canon y Nikon. Pero desde 2005, la participación de mercado de la compañía holandesa casi se ha duplicado, al 62%. Solo ella tiene el equipo para fotolitografía en ultravioleta profundo con una longitud de onda de 13.5 nanómetros.

Por ejemplo, en 2019, Samsung anunció el lanzamiento de Exynos 9825 SoC (7 nm) en equipos de rango EUV. Fue uno de los primeros microcircuitos del mundo, que se produjo de acuerdo con una nueva tecnología de proceso. La fábrica de Samsung también tiene steppers ASML.

Las longitudes de onda más cortas permiten grabar componentes más pequeños; esto es vital para los fabricantes de chips que desean aumentar el número de transistores en un chip de acuerdo con la ley de Moore. Afirma que el número de componentes en un área particular se duplica aproximadamente cada dos años.

Curiosamente, los expertos han pronosticado repetidamente la "muerte" de la ley de Moore debido a restricciones físicas en el tamaño de los transistores. Por ejemplo, aquí hay un artículo de 1999 de The New York Times que habla sobre los serios obstáculos para superar la marca de 100 nm (para referencia, TSMC y AMD ya han dominado la tecnología de proceso de 7 nm). El artículo hace referencia a las palabras del investigador de Intel Paul Packan, quien expresó su opinión en las páginas de la revista científica Science.:



La fotolitografía en ultravioleta profundo es una tecnología avanzada que ha extendido la vida de la ley de Moore. Las primeras unidades experimentales de alineación y exposición (steppers) para EUVL se crearon en 2000 en el Laboratorio Nacional de Livermore, pero la creación de equipos disponibles comercialmente llevó casi 20 años, porque los ingenieros tuvieron que resolver una serie de problemas técnicos difíciles asociados con la alta densidad de energía del haz de radiación EUV , que es diez veces mayor que la de un rayo láser de 193 nm (fotolitografía de la generación anterior).

Los representantes de Samsung dijeron que debido a esto, es extremadamente difícil grabar eficazmente las pistas más delgadas después de procesar la placa. A este tamaño de elementos, surgen dificultades con la deposición de aditivos en ranuras de cadena extremadamente estrechas en cristales.

Los ingenieros de ASML, que ofrece a sus clientes varios modelos de escáneres y steppers EUV, resuelven estos problemas.


Instalación para la litografía ultravioleta extrema ASML Twinscan NXE: 3400B soportes de grabado de elementos de tamaño 7 y 5 nm en una escala industrial (125 o más obleas por hora)

paso a paso- El principal equipo utilizado en la fabricación de circuitos integrados de semiconductores. Durante la operación del paso a paso, el patrón de la máscara se traduce repetidamente en el patrón en varias partes de la oblea de semiconductores. El stepper obtuvo su nombre debido al hecho de que cada exposición se realiza en pequeñas secciones rectangulares (del orden de varios centímetros cuadrados); Para exponer toda la placa, se mueve en pasos que son múltiplos del tamaño del área expuesta (proceso de paso y repetición). Después de cada movimiento, se realiza una verificación adicional del posicionamiento correcto.

Las instalaciones litográficas modernas pueden usar no un paso, sino un modo de operación de escaneo; se llaman "escáneres" (paso y escaneo). Cuando se exponen, tanto la placa como la máscara se mueven en direcciones opuestas. AEn la generación anterior de escáneres, la velocidad de escaneo de la máscara era de hasta 2000 mm / s, las placas de hasta 500 mm / s.

Concepto de paso y escaneo

Tres de los principales fabricantes de chips del mundo, Intel, Samsung y TSMC, se han vuelto tan dependientes de los productos ASML como el resto de la industria de la tecnología depende de sus propios productos, escribe The Economist .

Los resultados de ASML reflejan esta mayor dependencia. Sus ingresos en 2019 crecieron un 8%, a € 11.8 mil millones, a pesar de una disminución temporal en la industria de semiconductores. Las entregas de equipos para fotolitografía en ultravioleta profundo ascendieron a 26 de los 229 automóviles vendidos en 2019, pero aportaron un tercio de los ingresos. La compañía espera que esta cifra aumente al 75% para 2025, ya que otros fabricantes de chips están modernizando sus fábricas y también están instalando equipos para fotolitografía EUV.

Dado que los competidores Canon y Nikon aún no tienen tecnología EUV, los inversores han llegado a la conclusión de que ASML podrá beneficiarse de su monopolio durante algún tiempo. Desde 2010, su capitalización de mercado se ha multiplicado por diez, llegando a unos 114 000 millones de euros. Solo en el último año, casi se ha duplicado. Hoy, ASML cuesta más que Airbus, Siemens o Volkswagen.

Capitalización de algunas empresas europeas. Fuente: Refinitiv, datos de The Economist. El

precio de las acciones se ajustó junto con todo el mundo debido a COVID-19, pero los inversores aprecian sus perspectivas a largo plazo: las acciones se cotizan a un impresionante 32 veces la relación precio-ganancias (P / E), que es dos o más veces mayor que los clientes más grandes.

Los tiempos no siempre han sido tan buenos. La compañía comenzó a operar en 1984 como una empresa conjunta de Philips, el gigante holandés de la electrónica, y ASM International, un fabricante de equipos de semiconductores. Al principio, ocupó varios edificios de madera en el campus de Philips Eindhoven. El director técnico de ASML, Jos Benschop, habla con franqueza sobre los primeros problemas. Los primeros productos se lanzaron en una plataforma obsoleta, y la compañía tuvo problemas para encontrar clientes. Se mantuvo a flote solo gracias a la ayuda de Philips, que se enfrentó a dificultades financieras, subsidios del gobierno holandés y de la Comunidad Económica Europea (la predecesora de la Unión Europea).

En 1995, la compañía colocó acciones en Nueva York y Amsterdam. Poco después, la compañía confió en la fotolitografía ultravioleta profunda, en la que vio el futuro de la fabricación de chips. A los grandes fabricantes se les prometió la entrega de los primeros steppers EUV alrededor de 2007. Pero estaban decepcionados, y más de una vez. La compañía descubrió que es muy difícil trabajar con la luz ultravioleta profunda. Resolver los problemas tomó mucho más tiempo de lo esperado. Los primeros prototipos de la firma fueron enviados a IMEC, un instituto de investigación en Bélgica, en 2006. Los clientes comerciales comenzaron a usar la tecnología solo en 2018.

Los steppers para fotolitografía de la generación anterior usaban láser directamente. Pero a medida que disminuye la longitud de onda, las cosas se vuelven más complicadas.


Ilustración: ASML

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Las máquinas que pesan 180 toneladas y el tamaño de un autobús de dos pisos son evidencia de una logística sofisticada en la industria electrónica. Los componentes de estas máquinas están fabricados por unos 5.000 proveedores . La compañía óptica alemana Carl Zeiss produce lentes. El VDL holandés produce brazos robóticos que alimentan placas en la máquina. Las fuentes de luz son fabricadas por Cymer, una compañía estadounidense adquirida por ASML en 2013. A su vez, ASML es una de las cientos de empresas que suministran equipos para fabricantes de chips como Intel, Samsung y TSMC.

Reconocer la posición dominante de ASML no se limita a clientes o inversores. Los políticos también son conscientes de la situación. La fotolitografía en ultravioleta profundo está incluida enLista de Wassenaar de tecnologías de doble uso que tienen aplicaciones militares y civiles.

Extracto de la lista de tecnologías de doble propósito de Wassenaar, versión de diciembre de 2019 ( pdf )

Por ejemplo, China busca desarrollar sus propias compañías líderes de fabricación de chips, y Estados Unidos está tratando de evitar esto. En 2018, ASML recibió un pedido del escáner EUV de Huawei, cuyas fábricas están actualmente dos generaciones por detrás del nivel moderno. Bajo presión estadounidense, el gobierno holandés aún no ha otorgado una licencia de exportación a ASML.

ASML no querría negar el acceso al mercado chino, porque a la larga esto podría poner en peligro el dominio de la compañía en su sector. Pero China necesita ASML incluso más de lo que necesita. De todos los equipos necesarios para la fábrica de microelectrónica avanzada que las autoridades quieren construir, "la tecnología ASML es la más difícil de reproducir", dijo Pierre Ferragu, analista de tecnología de New Street Research. Future Horizons, otro analista de Malcolm Penn, dijo que le tomaría a un competidor chino una década o más reproducir la fotolitografía en luz ultravioleta profunda, y para entonces la frontera tecnológica avanzaría nuevamente.

Los holandeses ya están trabajando en una nueva generación de máquinas EUVSerie 5000 con una mejor óptica que puede procesar más obleas de silicio por hora. Deberían ser lanzados en 2023. Las nuevas máquinas usan láseres más potentes, y la frecuencia de caída de las gotas de estaño aumenta de 50,000 a 80,000 Hz.

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