Bagaimana sebuah perusahaan dari Eindhoven menjadi perusahaan monopoli di pasar peralatan modern untuk produksi sirkuit mikro

Stepper ASML: Tautan Kunci dalam Pembuatan Chip. Ini menerangi fotoresis melalui topeng, seperti pada pembesar foto. Biaya perangkat adalah sekitar $ 170 juta

. Semua orang telah mendengar bahwa Intel, Samsung dan TSMC memiliki tiga produsen chip terbesar di dunia (yang terakhir memenuhi pesanan untuk Apple dan AMD).

Namun, sedikit yang pernah mendengar tentang ASML  , perusahaan sederhana di pinggiran Eindhoven, kota terbesar kelima di Belanda. Tetapi jika Anda perhatikan, perusahaan ini memainkan peran kunci dalam industri mikroelektronika. Ini adalah satu-satunya produsen steppers di dunia untuk ultraviolet lithography (EUV) ekstrim, tulis edisi The The Economist .

ASML bukan satu-satunya produsen mesin photolithographic yang menggunakan sirkuit terintegrasi ringan pada wafer silikon. Di sini, perusahaan bersaing dengan Canon dan Nikon Jepang. Namun sejak 2005, pangsa pasar perusahaan Belanda hampir dua kali lipat, menjadi 62%. Hanya dia yang memiliki peralatan untuk fotolitografi dalam ultraviolet dalam dengan panjang gelombang 13,5 nanometer.

Misalnya, pada tahun 2019, Samsung mengumumkan rilis Exynos 9825 SoC (7 nm) pada peralatan rentang EUV. Itu adalah salah satu dari sirkuit mikro pertama di dunia, yang diproduksi sesuai dengan teknologi proses baru. Pabrik Samsung juga memiliki stepper ASML.

Panjang gelombang yang lebih pendek memungkinkan etsa komponen yang lebih kecil - ini sangat penting bagi produsen chip yang ingin meningkatkan jumlah transistor pada sebuah chip sesuai dengan hukum Moore. Dia mengklaim bahwa jumlah komponen di area tertentu berlipat ganda kira-kira setiap dua tahun.

Menariknya, para ahli telah berulang kali meramalkan "kematian" hukum Moore karena pembatasan fisik pada ukuran transistor. Sebagai contoh, di sini adalah artikel 1999 dari The New York Times yang berbicara tentang hambatan serius untuk mengatasi tanda 100 nm (untuk referensi, TSMC dan AMD telah menguasai teknologi proses 7 nm). Artikel tersebut merujuk pada kata-kata peneliti Intel Paul Packan, yang menyatakan pendapatnya di halaman jurnal ilmiah Science:



Photolithography dalam ultraviolet adalah teknologi canggih yang telah memperpanjang umur hukum Moore. Unit penyelarasan dan eksposur eksperimental pertama (stepper) untuk EUVL dibuat pada tahun 2000 di Livermore National Laboratory, tetapi pembuatan peralatan yang tersedia secara komersial membutuhkan waktu hampir 20 tahun, karena para insinyur harus menyelesaikan sejumlah masalah teknis yang sulit terkait dengan kepadatan energi tinggi dari berkas radiasi EUV. , Yang sepuluh kali lebih tinggi dari sinar laser 193-nm (photolithography dari generasi sebelumnya).

Perwakilan Samsung mengatakan bahwa karena ini, sangat sulit untuk secara efektif mengetsa trek tertipis setelah memproses pelat. Pada ukuran elemen ini, kesulitan muncul dengan pengendapan aditif ke dalam alur rantai yang sangat sempit pada kristal.

Insinyur di ASML, yang menawarkan kepada pelanggannya beberapa model stepper dan scanner EUV, menyelesaikan masalah ini.


Instalasi untuk litografi ultraviolet ekstrim ASML Twinscan NXE: 3400B mendukung elemen ukuran etsa 7 dan 5 nm dalam skala industri (125 wafer atau lebih per jam)

Stepper- Peralatan utama yang digunakan dalam pembuatan sirkuit terpadu semikonduktor. Selama operasi stepper, pola dari topeng berulang kali diterjemahkan ke dalam pola di berbagai bagian wafer semikonduktor. Stepper mendapatkan namanya karena fakta bahwa setiap paparan dibuat dalam bagian persegi panjang kecil (dari urutan beberapa sentimeter persegi); untuk mengekspos seluruh pelat, itu dipindahkan dalam langkah-langkah yang merupakan kelipatan dari ukuran area yang terbuka (proses langkah-dan-ulangi). Setelah setiap gerakan, pemeriksaan tambahan untuk penentuan posisi yang benar dilakukan.

Instalasi litografi modern dapat menggunakan bukan langkah, tetapi mode operasi pemindaian; mereka disebut "scanner" (step-and-scan). Saat terbuka, baik pelat dan topeng bergerak ke arah yang berlawanan. DIgenerasi pemindai sebelumnya, kecepatan pemindaian topeng mencapai 2000 mm / s, pelat - hingga 500 mm / s.

Konsep langkah-dan-pindai

Tiga pembuat chip terkemuka di dunia - Intel, Samsung, dan TSMC - telah menjadi sangat tergantung pada produk ASML seperti halnya industri teknologi lainnya bergantung pada produk mereka sendiri, tulis The Economist .

Hasil ASML mencerminkan peningkatan ketergantungan ini. Pendapatan pada 2019 tumbuh sebesar 8%, menjadi € 11,8 miliar, meskipun ada penurunan sementara dalam industri semikonduktor. Pengiriman peralatan untuk fotolitografi dalam ultraviolet dalam berjumlah 26 dari 229 mobil yang dijual pada tahun 2019, tetapi membawa sepertiga dari hasilnya. Perusahaan mengharapkan angka ini naik menjadi 75% pada tahun 2025, karena produsen chip lain memodernisasi pabrik mereka dan juga memasang peralatan untuk fotolitografi EUV.

Karena pesaing Canon dan Nikon belum memiliki teknologi EUV, investor sampai pada kesimpulan bahwa ASML akan dapat mengambil untung dari monopolinya selama beberapa waktu. Sejak 2010, kapitalisasi pasarnya telah tumbuh sepuluh kali lipat, mencapai sekitar € 114 miliar. Pada tahun lalu saja, hampir dua kali lipat. Hari ini, ASML harganya lebih mahal dari Airbus, Siemens, atau Volkswagen.

Kapitalisasi beberapa perusahaan Eropa. Sumber: Refinitiv, The Economist data.

Harga saham disesuaikan dengan semua orang karena COVID-19, tetapi investor sangat menghargai prospek jangka panjangnya: saham diperdagangkan pada 32 kali rasio harga-pendapatan (P / E) yang mengesankan, yaitu dua atau lebih kali lebih tinggi dari pelanggan terbesar.

Waktu tidak selalu begitu baik. Perusahaan mulai beroperasi pada 1984 sebagai perusahaan patungan Philips, raksasa elektronik Belanda, dan ASM International, produsen peralatan semikonduktor. Pada awalnya, dia menempati beberapa bangunan kayu di kampus Philips Eindhoven. Direktur Teknis ASML Jos Benschop berbicara terus terang tentang masalah awal. Produk pertama dirilis pada platform yang sudah ketinggalan zaman, dan perusahaan berjuang untuk menemukan pelanggan. Dia tetap bertahan hanya berkat bantuan dari Philips, yang dengan sendirinya menghadapi kesulitan keuangan, subsidi dari pemerintah Belanda dan Masyarakat Ekonomi Eropa (pendahulu Uni Eropa).

Pada tahun 1995, perusahaan menempatkan saham di New York dan Amsterdam. Segera setelah itu, perusahaan mengandalkan photolithography ultraviolet yang mendalam, di mana ia melihat masa depan pembuatan chip. Pabrikan besar dijanjikan pengiriman stepper EUV pertama sekitar 2007. Tetapi mereka kecewa - dan lebih dari sekali. Perusahaan menemukan bahwa cahaya ultraviolet yang dalam sangat sulit untuk digunakan. Memecahkan masalah butuh waktu lebih lama dari yang diharapkan. Prototipe pertama perusahaan dikirim ke IMEC, sebuah lembaga penelitian di Belgia, pada tahun 2006. Pelanggan komersial mulai menggunakan teknologi ini hanya pada tahun 2018.

Steppers untuk fotolitografi generasi sebelumnya menggunakan laser secara langsung. Tetapi ketika panjang gelombang berkurang, segalanya menjadi lebih rumit.


Ilustrasi: ASML

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


, , .

, , , , , . , , .


,


( ) , () — ( ) ( )

Mesin berbobot 180 ton dan ukuran bis bertingkat merupakan bukti logistik canggih di industri elektronik. Komponen untuk mesin ini dibuat oleh sekitar 5.000 pemasok . Perusahaan optik Jerman Carl Zeiss memproduksi lensa. VDL Belanda memproduksi lengan robot yang memberi makan pelat ke dalam mesin. Sumber cahaya diproduksi oleh Cymer, sebuah perusahaan Amerika yang diakuisisi oleh ASML pada tahun 2013. Pada gilirannya, ASML adalah salah satu dari ratusan perusahaan yang memasok peralatan untuk produsen chip seperti Intel, Samsung dan TSMC.

Mengenali posisi dominan ASML tidak terbatas pada klien atau investor. Politisi juga sadar akan situasinya. Photolithography dalam ultraviolet termasuk dalamWassenaar daftar teknologi penggunaan ganda yang memiliki aplikasi militer dan sipil.

Kutipan dari Daftar Teknologi Dual-Purpose Wassenaar, versi Desember 2019 ( pdf )

Sebagai contoh, Cina berupaya mengembangkan perusahaan manufaktur chip terkemuka sendiri, dan Amerika Serikat berusaha mencegahnya. Pada 2018, ASML menerima pesanan untuk pemindai EUV dari Huawei, yang pabriknya saat ini dua generasi di belakang tingkat modern. Di bawah tekanan AS, pemerintah Belanda belum memberikan lisensi ekspor ke ASML.

ASML tidak ingin menolak akses ke pasar Cina, karena dalam jangka panjang hal ini dapat membahayakan dominasi perusahaan di sektornya. Tetapi Cina membutuhkan ASML lebih dari yang dibutuhkannya. Dari semua peralatan yang diperlukan untuk pabrik mikroelektronika canggih yang ingin dibangun oleh pihak berwenang, "teknologi ASML adalah yang paling sulit untuk direproduksi," kata Pierre Ferragu, analis teknologi di New Street Research. Future Horizons, analis Malcolm Penn lainnya, mengatakan akan membutuhkan pesaing China satu dekade atau lebih untuk mereproduksi photolithography dalam cahaya ultraviolet yang dalam, dan pada saat itu perbatasan teknologi akan bergerak maju lagi.

Belanda sudah mengerjakan mesin EUV generasi baruSeri 5000 dengan optik yang lebih baik yang dapat memproses lebih banyak silikon wafer per jam. Mereka harus dirilis pada 2023. Mesin-mesin baru menggunakan laser yang lebih kuat, dan frekuensi penurunan tetes timah meningkat dari 50.000 menjadi 80.000 Hz.

---