Como uma empresa de Eindhoven se tornou monopolista no mercado de equipamentos modernos para a produção de microcircuitos

Stepper ASML: um elo fundamental na fabricação de chips. Ilumina o fotorresistente através da máscara, como no ampliador de fotos. O custo do dispositivo é de cerca de US $ 170 milhões.Todos

já ouviram falar que Intel, Samsung e TSMC têm os três maiores fabricantes de chips do mundo (este último atende aos pedidos da Apple e da AMD).

No entanto, poucos ouviram falar da ASML  , uma empresa modesta nos subúrbios de Eindhoven, a quinta maior cidade da Holanda. Mas se você olhar, esta empresa desempenha um papel fundamental na indústria microeletrônica. É o único produtor mundial de steppers para litografia ultravioleta extrema (EUV), escreve a edição de The the Economist .

A ASML não é o único fabricante de máquinas fotolitográficas que usam circuitos integrados de gravação de luz em pastilhas de silício. Aqui, a empresa concorre com a japonesa Canon e Nikon. Mas desde 2005, a participação de mercado da empresa holandesa quase dobrou, para 62%. Só ela possui o equipamento para fotolitografia em ultravioleta profundo com comprimento de onda de 13,5 nanômetros.

Por exemplo, em 2019, a Samsung anunciou o lançamento do Exynos 9825 SoC (7 nm) em equipamentos da faixa EUV. Foi um dos primeiros microcircuitos do mundo, produzido de acordo com uma nova tecnologia de processo. A fábrica da Samsung também possui steppers ASML.

Comprimentos de onda mais curtos permitem a gravação de componentes menores - isso é vital para os fabricantes de chips que desejam aumentar o número de transistores em um chip, de acordo com a lei de Moore. Ele afirma que o número de componentes em uma área específica dobra aproximadamente a cada dois anos.

Curiosamente, os especialistas previram repetidamente a "morte" da lei de Moore devido a restrições físicas no tamanho dos transistores. Por exemplo, aqui está um artigo de 1999 do The New York Times que fala sobre sérios obstáculos para superar a marca de 100 nm (para referência, TSMC e AMD já dominam a tecnologia de processo de 7 nm). O artigo se refere às palavras do pesquisador da Intel Paul Packan, que expressou sua opinião nas páginas da revista científica Science: A



fotolitografia no ultravioleta profundo é uma tecnologia avançada que prolongou a vida da lei de Moore. As primeiras unidades experimentais de alinhamento e exposição (steppers) para EUVL foram criadas em 2000 no Laboratório Nacional Livermore, mas a criação de equipamentos disponíveis comercialmente levou quase 20 anos, porque os engenheiros tiveram que resolver vários problemas técnicos difíceis associados à alta densidade energética do feixe de radiação EUV , que é dez vezes maior que o de um feixe de laser de 193 nm (fotolitografia da geração anterior).

Os representantes da Samsung disseram que, por causa disso, é extremamente difícil gravar efetivamente as faixas mais finas após o processamento da placa. Neste tamanho de elementos, surgem dificuldades com a deposição de aditivos em sulcos de corrente extremamente estreitos em cristais.

Os engenheiros da ASML, que oferecem aos seus clientes vários modelos de steppers e scanners EUV, resolvem esses problemas.


Instalação para litografia ultravioleta extrema ASML Twinscan NXE: 3400B suporta elementos de gravura 7 e 5 nm em escala industrial (125 ou mais bolachas por hora)

Stepper- Os principais equipamentos utilizados na fabricação de circuitos integrados semicondutores. Durante a operação do stepper, o padrão da máscara é repetidamente convertido no padrão em várias partes da pastilha semicondutora. O stepper recebeu esse nome devido ao fato de que cada exposição é feita em pequenas seções retangulares (da ordem de vários centímetros quadrados); para expor a placa inteira, ela é movida em etapas que são múltiplos do tamanho da área exposta (processo de etapa e repetição). Após cada movimento, é realizada uma verificação adicional do posicionamento correto.

As instalações litográficas modernas podem usar não uma etapa, mas um modo de operação de digitalização; eles são chamados de "scanners" (passo a passo). Quando expostas, a placa e a máscara se movem em direções opostas. ATna geração anterior de scanners, a velocidade de digitalização da máscara era de até 2000 mm / s, placas - de até 500 mm / s.

Conceito passo a passo

Três dos principais fabricantes de chips do mundo - Intel, Samsung e TSMC - tornaram-se tão dependentes de produtos ASML quanto o restante da indústria de tecnologia depende de seus próprios produtos, escreve The Economist .

Os resultados da ASML refletem esse aumento da dependência. Sua receita em 2019 cresceu 8%, para € 11,8 bilhões, apesar de um declínio temporário na indústria de semicondutores. As entregas de equipamentos para fotolitografia em ultravioleta profundo totalizaram 26 dos 229 carros vendidos em 2019, mas geraram um terço da receita. A empresa espera que esse número aumente para 75% até 2025, já que outros fabricantes de chips estão modernizando suas fábricas e também estão instalando equipamentos para fotolitografia EUV.

Como os concorrentes Canon e Nikon ainda não possuem a tecnologia EUV, os investidores chegaram à conclusão de que a ASML poderá lucrar com seu monopólio por algum tempo. Desde 2010, sua capitalização de mercado cresceu dez vezes, atingindo cerca de € 114 bilhões, e somente no último ano quase dobrou. Hoje, o ASML custa mais do que Airbus, Siemens ou Volkswagen.

Capitalização de algumas empresas europeias. Fonte: Refinitiv, dados do The Economist. O

preço das ações foi ajustado junto a todos por causa do COVID-19, mas os investidores apreciam suas perspectivas de longo prazo: as ações estão sendo negociadas a impressionantes 32 vezes a relação preço / lucro (P / E), que é duas ou mais vezes maior que os maiores clientes.

Os tempos nem sempre foram tão bons. A empresa iniciou suas operações em 1984 como uma joint venture da Philips, gigante holandesa da eletrônica, e da ASM International, fabricante de equipamentos de semicondutores. No início, ela ocupou vários edifícios de madeira no campus da Philips Eindhoven. O diretor técnico da ASML, Jos Benschop, fala francamente sobre os primeiros problemas. Os primeiros produtos foram lançados em uma plataforma desatualizada e a empresa lutou para encontrar clientes. Só se manteve à tona graças à ajuda da Philips, que enfrentou dificuldades financeiras, subsídios do governo holandês e da Comunidade Econômica Européia (a antecessora da União Européia).

Em 1995, a empresa colocou ações em Nova York e Amsterdã. Logo depois, a empresa contou com a fotolitografia ultravioleta profunda, na qual viu o futuro da fabricação de chips. Foi prometido aos grandes fabricantes a entrega dos primeiros steppers EUV por volta de 2007. Mas eles ficaram decepcionados - e mais de uma vez. A empresa descobriu que a luz ultravioleta profunda é muito difícil de trabalhar. A solução dos problemas demorou muito mais que o esperado. Os primeiros protótipos da empresa foram enviados para o IMEC, um instituto de pesquisa na Bélgica, em 2006. Os clientes comerciais começaram a usar a tecnologia apenas em 2018.

Os steppers para fotolitografia da geração anterior usavam lasers diretamente. Mas à medida que o comprimento de onda diminui, as coisas ficam mais complicadas.


Ilustração: ASML

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Máquinas pesando 180 toneladas e o tamanho de um ônibus de dois andares são evidências de uma logística sofisticada na indústria eletrônica. Os componentes para essas máquinas são fabricados por cerca de 5.000 fornecedores . A empresa óptica alemã Carl Zeiss produz lentes. A VDL holandesa produz braços robóticos que alimentam as placas na máquina. As fontes de luz são fabricadas pela Cymer, uma empresa americana adquirida pela ASML em 2013. Por sua vez, a ASML é uma das centenas de empresas que fornecem equipamentos para fabricantes de chips como Intel, Samsung e TSMC.

O reconhecimento da posição dominante da ASML não se limita a clientes ou investidores. Os políticos também estão cientes da situação. A fotolitografia no ultravioleta profundo está incluída naWassenaar lista de tecnologias de uso duplo que têm aplicações militares e civis.

Trecho da lista Wassenaar de tecnologias de dupla finalidade, versão de dezembro de 2019 ( pdf )

Por exemplo, a China procura desenvolver suas próprias empresas líderes na fabricação de chips, e os Estados Unidos estão tentando evitar isso. Em 2018, a ASML recebeu um pedido do scanner EUV da Huawei, cujas fábricas estão atualmente duas gerações atrás do nível moderno. Sob pressão dos EUA, o governo holandês ainda não concedeu uma licença de exportação para a ASML.

A ASML não gostaria de recusar o acesso ao mercado chinês, porque, a longo prazo, isso poderia comprometer o domínio da empresa em seu setor. Mas a China precisa da ASML ainda mais do que precisa. De todo o equipamento necessário para a fábrica avançada de microeletrônica que as autoridades desejam construir, "a tecnologia ASML é a mais difícil de reproduzir", disse Pierre Ferragu, analista de tecnologia da New Street Research. A Future Horizons, outro analista da Malcolm Penn, disse que levaria um concorrente chinês por uma década ou mais para reproduzir a fotolitografia sob luz ultravioleta profunda e, a essa altura, a fronteira tecnológica avançaria novamente.

Os holandeses já estão trabalhando em uma nova geração de máquinas EUVSérie 5000 com melhores ópticas que podem processar mais pastilhas de silício por hora. Eles devem ser lançados em 2023. As novas máquinas usam lasers mais potentes e a frequência de queda das gotas de estanho aumenta de 50.000 para 80.000 Hz.

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