Comment une entreprise d'Eindhoven est devenue monopoliste sur le marché des équipements modernes pour la production de microcircuits

Stepper ASML: un maillon clé de la fabrication de puces. Il illumine la résine photosensible à travers le masque, comme dans l'agrandisseur de photos. Le coût de l'appareil est d'environ 170 millions de dollars

. Tout le monde a entendu dire qu'Intel, Samsung et TSMC ont les trois plus grands fabricants de puces au monde (ce dernier répond aux commandes d'Apple et d'AMD).

Cependant, peu ont entendu parler d' ASML  , une entreprise modeste de la banlieue d'Eindhoven, la cinquième plus grande ville des Pays-Bas. Mais si vous regardez, cette entreprise joue un rôle clé dans l'industrie microélectronique. Il est le seul producteur au monde de steppers pour la lithographie ultraviolette extrême (EUV), écrit l' édition de The The Economist .

ASML n'est pas le seul fabricant de machines photolithographiques qui utilisent la lumière pour graver des circuits intégrés sur des tranches de silicium. Ici, l'entreprise rivalise avec les japonais Canon et Nikon. Mais depuis 2005, la part de marché de la société néerlandaise a presque doublé, atteignant 62%. Elle seule possède l'équipement pour la photolithographie en ultraviolet profond avec une longueur d'onde de 13,5 nanomètres.

Par exemple, en 2019, Samsung a annoncé la sortie du SoC Exynos 9825 (7 nm) sur les équipements de la gamme EUV. C'était l'un des premiers microcircuits au monde, qui a été produit selon une nouvelle technologie de processus. L'usine de Samsung a également des steppers ASML.

Des longueurs d'onde plus courtes permettent de graver des composants plus petits - ceci est vital pour les fabricants de puces qui souhaitent augmenter le nombre de transistors sur une puce conformément à la loi de Moore. Il affirme que le nombre de composants dans une zone particulière double environ tous les deux ans.

Fait intéressant, les experts ont prédit à plusieurs reprises la "mort" de la loi de Moore en raison de restrictions physiques sur la taille des transistors. Par exemple, voici un article de 1999 du New York Times qui parle de sérieux obstacles au franchissement de la barre des 100 nm (pour référence, TSMC et AMD maîtrisent déjà la technologie de traitement à 7 nm). L'article fait référence aux propos du chercheur d'Intel Paul Packan, qui a exprimé son opinion sur les pages de la revue scientifique Science:



La photolithographie dans l'ultraviolet profond est une technologie avancée qui a prolongé la durée de vie de la loi de Moore. Les premiers systèmes expérimentaux d'alignement et d'exposition (steppers) pour EUVL ont été créés en 2000 au Livermore National Laboratory, mais la création d'équipements disponibles dans le commerce a pris près de 20 ans, car les ingénieurs ont dû résoudre un certain nombre de problèmes techniques difficiles liés à la haute densité énergétique du faisceau de rayonnement EUV , qui est dix fois supérieur à celui d'un faisceau laser à 193 nm (photolithographie de la génération précédente).

Les représentants de Samsung ont déclaré qu'à cause de cela, il est extrêmement difficile de graver efficacement les pistes les plus fines après le traitement de la plaque. A cette taille d'éléments, des difficultés surviennent avec le dépôt d'additifs dans des rainures de chaîne extrêmement étroites dans des cristaux.

Les ingénieurs d'ASML, qui propose à ses clients plusieurs modèles de steppers et de scanners EUV, résolvent ces problèmes.


Installation pour la lithographie ultraviolette extrême ASML Twinscan NXE: 3400B prend en charge la gravure d'éléments de taille 7 et 5 nm à l'échelle industrielle (125 plaquettes ou plus par heure)

Stepper- Les principaux équipements utilisés dans la fabrication des circuits intégrés semi-conducteurs. Pendant le fonctionnement du moteur pas à pas, le motif du masque est traduit à plusieurs reprises en motif sur diverses parties de la tranche semi-conductrice. Le stepper tire son nom du fait que chaque exposition se fait en petites sections rectangulaires (de l'ordre de plusieurs centimètres carrés); pour exposer la plaque entière, elle est déplacée par étapes qui sont des multiples de la taille de la zone exposée (processus étape par étape). Après chaque mouvement, un contrôle supplémentaire du bon positionnement est effectué.

Les installations lithographiques modernes peuvent utiliser non pas une étape, mais un mode de fonctionnement de balayage; ils sont appelés «scanners» (step-and-scan). Lorsqu'ils sont exposés, la plaque et le masque se déplacent dans des directions opposées. Àla génération précédente de scanners, la vitesse de balayage du masque était jusqu'à 2000 mm / s, les plaques - jusqu'à 500 mm / s.

Concept étape par étape

Trois des plus grands fabricants de puces du monde - Intel, Samsung et TSMC - sont devenus aussi dépendants des produits ASML que le reste de l'industrie technologique dépend de leurs propres produits, écrit The Economist .

Les résultats d'ASML reflètent cette dépendance accrue. Son chiffre d'affaires en 2019 a augmenté de 8%, à 11,8 milliards d'euros, malgré une baisse temporaire de l'industrie des semi-conducteurs. Les livraisons d'équipements pour la photolithographie dans les ultraviolets profonds ont représenté 26 des 229 voitures vendues en 2019, mais ont rapporté un tiers du produit. La société prévoit que ce chiffre atteindra 75% d'ici 2025, alors que d'autres fabricants de puces modernisent leurs usines et installent également des équipements pour la photolithographie EUV.

Étant donné que les concurrents Canon et Nikon ne disposent pas encore de la technologie EUV, les investisseurs sont parvenus à la conclusion qu'ASML pourra profiter de son monopole pendant un certain temps. Depuis 2010, sa capitalisation boursière a été multipliée par dix, atteignant environ 114 milliards d'euros. Au cours de la dernière année seulement, elle a presque doublé. Aujourd'hui, ASML coûte plus cher qu'Airbus, Siemens ou Volkswagen.

Capitalisation de certaines sociétés européennes. Source: Refinitiv, données The Economist. Le

cours de l'action a été ajusté avec tout le monde en raison de COVID-19, mais les investisseurs apprécient ses perspectives à long terme: les actions se négocient à un taux de 32 fois le rapport cours / bénéfice (P / E) impressionnant, qui est de deux ou plus. fois plus élevé que les plus gros clients.

Les temps n'ont pas toujours été aussi bons. La société a commencé ses activités en 1984 en tant que coentreprise de Philips, le géant néerlandais de l'électronique, et d'ASM International, un fabricant d'équipements semi-conducteurs. Au début, elle a occupé plusieurs bâtiments en bois sur le campus de Philips Eindhoven. Le directeur technique d'ASML, Jos Benschop, parle franchement des premiers problèmes. Les premiers produits ont été lancés sur une plateforme obsolète et la société a eu du mal à trouver des clients. Elle n'est restée à flot que grâce à l'aide de Philips, qui a elle-même rencontré des difficultés financières, des subventions du gouvernement néerlandais et de la Communauté économique européenne (prédécesseur de l'Union européenne).

En 1995, la société a placé des actions à New York et Amsterdam. Peu de temps après, l'entreprise s'est appuyée sur la photolithographie ultraviolette profonde, dans laquelle elle a vu l'avenir de la fabrication de puces. Les grands fabricants se sont vu promettre la livraison des premiers steppers EUV vers 2007. Mais ils ont été déçus - et plus d'une fois. L'entreprise a constaté qu'il était très difficile de travailler avec la lumière ultraviolette profonde. La résolution des problèmes a pris beaucoup plus de temps que prévu. Les premiers prototypes de l'entreprise ont été expédiés à IMEC, un institut de recherche en Belgique, en 2006. Les clients commerciaux n'ont commencé à utiliser la technologie qu'en 2018.

Les moteurs pas à pas pour la photolithographie de la génération précédente utilisaient directement des lasers. Mais à mesure que la longueur d'onde diminue, les choses se compliquent.


Illustration: ASML

EUV- 50 000 . , , , , . , , 3 , , 13,5 , .


, , .

, , , , , . , , .


,


( ) , () — ( ) ( )

Les machines pesant 180 tonnes et la taille d'un bus à impériale sont elles-mêmes la preuve d'une logistique sophistiquée dans l'industrie électronique. Les composants de ces machines sont fabriqués par environ 5 000 fournisseurs . La société d'optique allemande Carl Zeiss produit des lentilles. Le VDL néerlandais produit des bras robotiques qui alimentent les plaques dans la machine. Les sources lumineuses sont fabriquées par Cymer, une société américaine acquise par ASML en 2013. À son tour, ASML est l'une des centaines d'entreprises qui fournissent des équipements aux fabricants de puces tels qu'Intel, Samsung et TSMC.

La reconnaissance de la position dominante d'ASML ne se limite pas aux clients ou aux investisseurs. Les politiciens sont également conscients de la situation. La photolithographie en ultraviolet profond est incluse dansListe de Wassenaar de technologies à double usage qui ont des applications militaires et civiles.

Extrait de la Liste Wassenaar des technologies à double usage, version de décembre 2019 ( pdf )

Par exemple, la Chine cherche à développer ses propres principales entreprises de fabrication de puces, et les États-Unis tentent de l'empêcher. En 2018, ASML a reçu une commande pour le scanner EUV de Huawei, dont les usines ont actuellement deux générations de retard sur le niveau moderne. Sous la pression américaine, le gouvernement néerlandais n'a pas encore accordé de licence d'exportation à ASML.

ASML ne voudrait pas refuser l'accès au marché chinois, car à long terme cela pourrait compromettre la domination de l'entreprise dans son secteur. Mais la Chine a encore plus besoin d'ASML qu'elle n'en a besoin. De tous les équipements nécessaires à l'usine de microélectronique avancée que les autorités veulent construire, «la technologie ASML est la plus difficile à reproduire», a déclaré Pierre Ferragu, analyste technologique chez New Street Research. Future Horizons, un autre analyste de Malcolm Penn, a déclaré qu'il faudrait à un concurrent chinois une décennie ou plus pour reproduire la photolithographie en lumière ultraviolette profonde, et d'ici là, la frontière technologique avancerait à nouveau.

Les Néerlandais travaillent déjà sur une nouvelle génération de machines EUVSérie 5000 avec une meilleure optique qui peut traiter plus de tranches de silicium par heure. Ils devraient être libérés en 2023. Les nouvelles machines utilisent des lasers plus puissants et la fréquence de chute des gouttes d'étain passe de 50 000 à 80 000 Hz.

---