Войти

Как фирма из Эйндховена стала монополистом на рынке современного оборудования для производства микросхем

2919
7
+4
Степпер ASML: ключевое звено в производстве микросхем. На нём производится засветка фоторезиста через маску, как в фотоувеличителе. Стоимость прибора около $170 млн.
Источник: ASML

У всех на слуху компании Intel, Samsung и TSMC — три крупнейших в мире производителя микросхем (последняя выполняет заказы для Apple и AMD).

Однако мало кто слышал об ASML — скромной компании в пригороде Эйндховена, пятого по величине города Нидерландов. Но если посмотреть, эта фирма играет ключевую роль в микроэлектронной промышленности. Это единственный в мире производитель степперов для фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV), пишет издание The Economist.

ASML — не единственный производитель фотолитографических машин, которые используют свет для травления интегральных схем на кремниевых пластинах. Здесь компания конкурирует с японскими Canon и Nikon. Но с 2005 года доля голландской фирмы на рынке выросла почти вдвое, до 62%. Только у неё есть оборудование для фотолитографии в глубоком ультрафиолете с длиной волны 13,5 нанометров.

Например, в 2019 году компания Samsung объявила о выпуске Exynos 9825 SoC (7 нм) на оборудовании EUV-диапазона. Это была одна из первых микросхем в мире, которая производилась по новому техпроцессу. На фабрике Samsung тоже работают степперы ASML.

Более короткие длины волн позволяют травить более мелкие компоненты — это жизненно важно для производителей микросхем, которые стремятся увеличивать количество транзисторов на чипе в соответствии с законом Мура. Он утверждает, что количество компонентов на конкретной площади удваивается примерно каждые два года.

Интересно, что эксперты неоднократно предсказывали «смерть» закона Мура из-за физических ограничений на размер транзисторов. Например, вот статья 1999 года из The New York Times, где говорится о серьёзных препятствиях для преодоления рубежа в 100 нм (для справки, TSMC и AMD уже освоили техпроцесс 7 нм). Статья ссылается на слова исследователя Intel Пола Пэкана (Paul Packan), который высказал своё мнение на страницах научного журнала Science:



Фотолитография в глубоком ультрафиолете — передовая технология, которая продлила жизнь закону Мура. Первые экспериментальные установки совмещения и экспонирования (степперы) для EUVL были созданы в 2000 году в Ливерморской национальной лаборатории, но создание коммерчески доступного оборудования заняло почти 20 лет, потому что инженерам пришлось решать ряд трудных технических задач, связанных с высокой плотностью энергии пучка EUV-излучения, которая в десять раз выше, чем у луча 193-нм лазера (фотолитография предыдущего поколения).

Представители Samsung рассказывали, что из-за этого чрезвычайно трудно эффективно протравить тончайшие дорожки после обработки пластины. На таком размере элементов возникают сложности с депонированием добавок в предельно узкие канавки цепей в кристаллах.

Эти проблемы решают инженеры компании ASML, которая предлагает своим клиентам несколько моделей EUV-степперов и сканеров.


Установка для фотолитографии в глубоком ультрафиолете ASML Twinscan NXE:3400B поддерживает травление элементов размером 7 и 5 нм в промышленном масштабе (125 и более пластин в час)


Степпер — основное оборудование, которое используется при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. В процессе работы степпера рисунок с маски многократно переводится в рисунок на различных частях полупроводниковой пластины. Своё название степпер получил из-за того, что каждое экспонирование производится небольшими прямоугольными участками (порядка нескольких квадратных сантиметров); для экспонирования всей пластины её передвигают шагами, кратными размеру экспонируемой области (процесс step-and-repeat). После каждого передвижения проводится дополнительная проверка правильности позиционирования.

Современные литографические установки могут использовать не шаговый, а сканирующий режим работы; они называются «сканеры» (step-and-scan). При экспонировании передвигаются в противоположных направлениях и пластина и маска. В предыдущем поколении сканеров скорость сканирования масок составляла до 2000 мм/с, пластины — до 500 мм/с.


Концепция step-and-scan.
Источник: habrastorage.org

Три ведущих мировых производителя чипов — Intel, Samsung и TSMC — стали зависимы от продукции ASML настолько же, насколько остальная технологическая индустрия зависит от их собственной продукции, пишет The Economist.

Результаты деятельности ASML отражают эту возросшую зависимость. Её выручка в 2019 году выросла на 8%, до €11,8 млрд, несмотря на временный спад в полупроводниковой индустрии. Поставки оборудования для фотолитографии в глубоком ультрафиолете составили 26 из 229 машин, проданных в 2019 году, но принесли треть выручки. Фирма ожидает, что к 2025 году этот показатель вырастет до 75%, поскольку другие производители чипов модернизируют свои фабрики и тоже устанавливают оборудование для EUV-фотолитографии.

Поскольку у конкурентов Canon и Nikon пока отсутствуют технологии EUV, инвесторы пришли к выводу, что ASML какое-то время сможет извлекать прибыль от своей монополии. С 2010 года её рыночная капитализация выросла в десять раз, достигнув около €114 млрд. Только за последний год она увеличилась почти вдвое. Сегодня ASML стоит больше, чем Airbus, Siemens или Volkswagen.


Капитализация некоторых европейских компаний.
Источник: данные Refinitiv, The Economist

Стоимость акций скорректировалась вместе со всеми из-за COVID-19, но инвесторы высоко оценивают её долгосрочные перспективы: акции торгуются с впечатляющим 32-кратным отношением цены к прибыли (P/E), что в два или более раза превышает показатели крупнейших клиентов.

Времена не всегда были такими хорошими. Фирма начала свою деятельность в 1984 году как совместное предприятие Philips, голландского гиганта электроники, и ASM International, производителя полупроводникового оборудования. Поначалу она занимала несколько деревянных строений в эйндховенском кампусе Philips. Технический директор ASML Джос Беншоп (Jos Benschop) откровенно рассказывает о ранних проблемах. Первые продукты были выпущены на устаревшей платформе, и фирма изо всех сил пыталась найти клиентов. Она держалась на плаву только благодаря помощи со стороны Philips, которая и сама столкнулась с финансовыми трудностями, субсидиям от голландского правительства и Европейского экономического сообщества (предшественник Евросоюза).

В 1995 году компания разместила акции в Нью-Йорке и Амстердаме. Вскоре после этого фирма сделала ставку на фотолитографию в глубоком ультрафиолете, в которой она увидела будущее производства микросхем. Крупным производителям пообещали поставку первых степперов EUV примерно к 2007 году. Но их ждало разочарование — и не раз. Компания обнаружила, что с глубоким ультрафиолетом очень трудно работать. Решение проблем заняло гораздо больше времени, чем ожидалось. Первые опытные образцы машин фирмы были отправлены в IMEC, научно-исследовательский институт в Бельгии, в 2006 году. Коммерческие клиенты начали использовать технологию только в 2018 году.

Степперы для фотолитографии предыдущего поколения напрямую использовали лазеры. Но с уменьшением длины волны всё становится сложнее.


Иллюстрация: ASML
Источник: Иллюстрация: ASML

Внутри самой современной EUV-машины каждую секунду 50 000 капель расплавленного олова падают через камеру в её основании. Пара высокоэнергетических лазеров на углекислом газе ударяет по каждой капле, создавая плазму, которая, в свою очередь, испускает свет нужной длины волны. Первый импульс преобразует каплю олова в туманную форму блина, так что второй импульс, который является более мощным и следует за ним всего через 3 микросекунды, взрывает олово в плазму, которая светится на длине волны 13,5 нанометров, как показано на видео.



Затем свет собирается, фокусируется и отражается от узорчатой маски, чтобы проецировать узор на кремниевую пластину.

Свет направляют зеркала, сделанные из слоёв кремния и молибдена, которые отшлифованы настолько точно, что, если их масштабировать до размера Германии, то на поверхности не будет выпуклостей больше миллиметра. Поскольку глубокий ультрафиолет поглощается почти любым веществом, включая воздух, процесс происходит в вакууме.


Вакуумная камера, в которой происходит засветка фоторезиста.


Весь маршрут световых импульсов от источника (справа внизу) к прибору подсветки, затем к маске с топологией кристалла (вверху) — и через проекционную оптику (слева посередине) на кремниевую пластину (внизу посередине)



Машины весом 180 тонн и размером с двухэтажный автобус сами по себе являются свидетельством сложной логистики в электронной промышленности. Компоненты для этих машин производят около 5000 поставщиков. Немецкая оптическая фирма Carl Zeiss производит линзы. Голландская VDL производит роботизированные манипуляторы, которые подают пластины в машину. Источники света изготовляет Cymer, американская компания, купленная ASML в 2013 году. В свою очередь, ASML является одной из сотен фирм, которые поставляют оборудование для производителей микросхем, таких как Intel, Samsung и TSMC.

Признание доминирующего положения ASML не ограничивается только клиентами или инвесторами. Политики тоже осведомлены о ситуации. Фотолитография в глубоком ультрафиолете входит в Вассенаарский список технологий двойного назначения, имеющих как военное, так и гражданское применение.


Выдержка из Вассенаарского списка технологий двойного назначения, версия за декабрь 2019 года.
Источник: https://www.wassenaar.org/ru/

Например, Китай стремится развивать собственные передовые фирмы по производству чипов, а США пытаются этому помешать. В 2018 году ASML получила заказ на поставку сканера EUV от компании Huawei, чьи заводы в настоящее время отстают от современного уровня на пару поколений. Под давлением США голландское правительство до сих пор не предоставило ASML экспортную лицензию.

ASML не хотелось бы отказываться от доступа к китайскому рынку, потому что в долгосрочной перспективе это может поставить под угрозу доминирование компании в своём секторе. Но Китай нуждается в ASML ещё больше, чем она в нём. Из всего оборудования, необходимого для передовой фабрики по производству микроэлектроники, которую хотят построить власти, «технология ASML является самой трудной для воспроизведения», говорит Пьер Феррагу (Pierre Ferragu), технологический аналитик New Street Research. Другой аналитик Малкольм Пенн (Malcolm Penn) из Future Horizons считает, что китайскому конкуренту потребуется десятилетие или больше, чтобы воспроизвести фотолитографию в глубоком ультрафиолете, а к тому времени технологический фронтир снова двинется вперёд.

Голландцы уже работают над новым поколением машин EUV серии 5000 с лучшей оптикой, которые смогут обрабатывать больше кремниевых пластин в час. Их должны выпустить в 2023 году. В новых машинах используются более мощные лазеры, а частота падения капель олова увеличена с 50 000 до 80 000 Гц.

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Похожие новости
24.11.2014
Конверсия по-китайски
19.06.2013
Шесть лет на прорыв
05.05.2010
Тактическое ядерное оружие - проблемы и решения
02.11.2009
Завершила свою работу выставка «Интерполитех-2009»
13.08.2009
Более 400 организаций из России примут участие в "МАКС-2009"
7 комментариев
№1
22.06.2020 09:54
Тем кому интересно, могут там-же (habr.com) почитать статью 4х летней давности:


"Ведущие производители чипов присматриваются к фотолитографии в глубоком ультрафиолете", 2016.11.08

Автор: Rachel Courtland
Перевод: SLY_G


Цитата
Даже после того, как вы натянули защитный костюм и проникли в цех Fab 8, его масштаб сложно оценить. Многие ряды высоких машин-«инструментов», занимают большую часть места на фабрике GlobalFoundries стоимостью $12 млрд, построенной в лесу г. Олбани штата Нью-Йорк. Тележки с кремниевыми подложками снуют под потолком по рельсам, проложенным наверху, будто небольшие тележки на американских горках. Если повезёт, то в то время, как вы стоите рядом с инструментом, одна из этих тележек опустится к нему и продвинет подложку к следующему шагу в технологическом процессе, занимающем три месяца.  ...
+3
Сообщить
№2
22.06.2020 10:09
раз в 10 лет курчатовский институт вбрасывает инфо что у него готова то 40 нм, то 10 нм технология. с последнего вброса 8 лет прошло, продолжат традицию ?
0
Сообщить
№3
22.06.2020 13:29
Цитата, Telnet сообщ. №2
курчатовский институт
Станция глубокой рентгеновской литографии (ЛИГА) работает в Курчатовском с 2012 г. Сторонние организации могут пользоваться ею по заказу.
Вроде бы нормальная организация дела. А почему производство чипов Эльбрус и Байкал заказывают не в Курчатовском, а в Юго-восточной Азии - вопрос.
+2
Сообщить
№4
23.06.2020 19:18
Цитата, q
Компоненты для этих машин производят около 5000 поставщиков. В свою очередь, ASML является одной из сотен фирм, которые поставляют оборудование для производителей микросхем
Звучит красиво. Пожалуй если отбросить поставщиков общепромышленных и сопутствующих товаров и услуг - осётра можно урезать раз этак в сто.

Но все равно конечно технологический уровень - высочайший. Можно ли назвать его безнадежно недосягаемым для России?
0
Сообщить
№5
24.06.2020 05:27
По приведённой ссылке на "ЛИГА" нет никакой полезной информации. О чём реально речь? Какие параметры?
На сайте говорится об экспериментальных станциях, одной из которых является ЛИГА
Цитата, q
В настоящее время на синхротроне функционирует 14 экспериментальных станций в рентгеновской области спектра: РКФМ, БЕЛОК, МЕДИАНА, РСА, ФАЗА, РТ-МТ, СТМ, БИОМУР, ЛЕНГМЮР, ПРО, ЛИГА, НАНОФЭС, EXAFS-D, РЕФРА.
Станции оснащены всем необходимым экспериментальным и вспомогательным оборудованием, что позволяет реализовать широкий спектр типовых и уникальных методик в области рентгеновской структурной нанодиагностики и материаловедения на современном мировом уровне. В разделе "Экспериментальные станции и методы" приведены используемые исследовательские методы, а также описание и возможности синхротронных станций.
Говорить о каком то промышленном производстве не приходится.
Цитата, q

ЛИГА
В настоящее время используется для получения трехмерных изображений объектов размером от 1 до 10 см с помощью метода рентгеновской компьютерной томографии. Станция ориентирована на исследования в области биологии, материаловедения, палеонтологии и т.д.
0
Сообщить
№6
24.06.2020 07:10
Цитата, BorSch сообщ. №4
Но все равно конечно технологический уровень - высочайший. Можно ли назвать его безнадежно недосягаемым для России?
Есть одна нидерландская компания  - Mapper Lithography, которая разрабатывает установки безмасочной  многолучевой электронной литографии для производства микросхем.
Нашлась такая информация на википедии
Цитата, q
23 августа 2012 года Роснано объявило об инвестировании 40 миллионов евро в Mapper Lithograpy[6][7]. Используя еще 40 миллионов евро, привлеченные тогда же из других источников, компания Mapper сможет построить новый завод по сборке литографов в Делфте. Его производительность составит до 20 установок в год.

Также планировалось открыть в России (в Санкт-Петербурге[8]) производство одной из ключевых частей литографов — электронно-оптической системы на базе технологии MEMS.

В июле 2014 года в Москве на территории технополиса «Москва» был открыт завод по производству одного из наиболее наукоемких и центральных компонентов безмасочных литографов — элементов электронной оптики на основе МЭМС (микроэлектромеханических систем)[9]. В 2014 году начато производство спейсеров, в октябре 2014 были выпущены первые кремниевые электронные линзы, в 2015 году расширен ассортимент выпускаемых кремниевых линз и начата отладка технологического процесса по производству элементов с управляющими электродами.
Есть интересная статья на эту тему Вероятное будущее производства микроэлектроники: безмасочная многолучевая электронная литография от Mapper Lithography
+1
Сообщить
№7
25.06.2020 18:17
Цитата, q
интересная статья
С точки зрения технического описания статья понятная, интересная. Но в ней же сказано:
"Однако есть и ложка дегтя: сразу после получения денег от Роснано в конце 2012 года на сайте компании больше не было ни одной новости. Я им 2 раза писал на эту тему — молчат как рыба об лед.".
8 лет прошло. Наши чипы по-прежнему делаются в ЮВА.
0
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 29.07 19:09
  • 26
Тяга к лучшему: истребители Су-30СМ получат сверхмощный апгрейд
  • 29.07 19:04
  • 57
Разработчик: модернизированный "Спрут" для ВДВ получил цифровую систему управления огнем
  • 29.07 18:41
  • 981
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 29.07 18:37
  • 166
Как Россия проиграла во второй карабахской войне
  • 29.07 18:31
  • 1
В ЕКА рассказали о проблемах при полете модуля «Наука» к МКС
  • 29.07 18:01
  • 13
АПЛ спецназначения "Белгород" завершила первый этап испытаний
  • 29.07 16:35
  • 12
Ракету "Протон-М" с модулем "Наука" установили на стартовый стол Байконура
  • 29.07 16:26
  • 29
Первый полет нового легкого истребителя состоится в 2023 году
  • 29.07 16:15
  • 7
Джефф Безос предложил покрыть расходы NASA в обмен на контракт в лунной программе
  • 29.07 16:07
  • 1
Истребитель Checkmate будут собирать на авиазаводе в Комсомольске-на-Амуре
  • 29.07 15:36
  • 300
Стоящая на вооружении российской армии бронетехника отлично себя проявляет, нужды в переходе на новое поколение нет - Борисов
  • 29.07 11:24
  • 4
Пусковую установку МБР впервые переправили через реку на пароме
  • 29.07 08:57
  • 354
Су-34 меняет профессию: экипажи бомбардировщиков научат сбивать самолёты
  • 29.07 08:19
  • 1
В РФ создали систему для проверки контента на запрещенную информацию
  • 29.07 08:16
  • 1
В Федерации космонавтики заявили, что у «Науки» есть лишь одна попытка стыковки с МКС