Можете да изберете дали да четете сайта в светла или тъмна тема

ASML – кой създава машините за производство на чипове и кой контролира този бизнес?

ASML - кой създава машините за производство на чипове?

Чиповете са малък, но съществен компонент, без който нашите смартфони няма да могат да функционират. Чипове се влагат в множество електроуреди и разнообразен вид техника, които използваме всеки ден – телевизори, компютри, автомобили и др.

През 2019 г. са произведени над 634 милиарда чипа за индустрии на стойност 412 милиарда евро. Този, който контролира производството на чиповече, има стратегическа власт в световен мащаб!

Общественият интерес към чиповете се събуди покрай две по-значими събития от изминалите години. Едното е – дефицитът на чипове, който се формира в условията на пандемията CoViD – 19 и забави производството на множество продукти в световен мащаб.

И на втото място е ограничението от страна на САЩ спрямо китайския технологичен гигант Huawei, който беше поставен в т.нар. “черен списък”. В резултат на това компанията загуби достъп до високотехнологични чипове. Huawei не може да възлага на леярни да произвеждат чиповете, които проектира дъщерната компания HiSilicon, както и не може да купува чипове от други компании.

Възможен изход от създалата се ситуация бе – Huawei или друга китайска компания да закупят машини за производство на чипове и да стартират леярския процес в Китай. Но тази опция е трудна за реализация, тъй като производството на тези машини се доминира от една компания. А поръчките са направени за години напред във времето. Коя е тази компания и какво знаем за нея?

Съдържание
  1. Кой произвежда машините за леене на чипове?
    1. История и развитие на ASML
      1. Как e създадена ASML?
      2. Пробив на азиатския пазар
      3. Класическите литографски системи
      4. Стратегията за „холистична литография“
      5. Extreme Ultraviolet (EUV) – нова ера в литографията
    2. Къде са локациите на ASML
    3. Организационнта структура на ASML
  2. Какво не знаете за производството на чипове?
    1. Какво е чип?
    2. Защо чиповете се произвежат от силиций – дигиталното злато
    3. Какво означава нано скалата (nm – нанометри) при производството на чипове?
    4. Видове чипове – логически и за памет
    5. Изчислителна мощност на чиповете
    6. Основните 11 стъпки при производство на чипове
    7. Колко чисто трябва да бъде в производствените помещения?
    8. Интересни факти за производството на чипове
  3. Кои компании произвеждат чипове?
    1. Integrated device manufacturers (IDMs) – дизайнери и леярни едновременно
    2. Леярни на чипове
    3. Дизайнери на чипове
  4. Интересни факти за ASML

Кой произвежда машините за леене на чипове?

ASML – Advanced Semiconductor Materials Lithography или ASM Lithography е холандска компания, които в изминалите 30 години се утвърждава, като световен лидер в създаването на машини за прозиводство на чипове.

История и развитие на ASML

Ето какъв път изминава компанията AMSL от 80-те години на 20 век, когато две холански компании създават общ бизнес в “задния двор” на Philips – до 2021 г., когато компанията е значим фактор в световния бизнес и важен геополитически фактор.

Как e създадена ASML?

ASML е създадена през 1984 година от електронният гигант Philips и производителя на машини за чипове Advanced Semiconductor Materials International (ASMI). Новата компания за разработване на литографски системи е базирана в Айндховен – буквално в задния двор на Philips в Strijp T.

В тези бараки стартира дейността на ASML

Първата система на новата компания – степърът PAS 2000, е базирана на научноизследователска и развойна дейност от началото на 70-те години на миналия век.

Само година по-късно – през 1985 г., двете компании увеличават инвестициите си в новосъздадената ASML и заедно със 100-те си служители се местят в нова база край Велдховен на няколко километра от изследователските лаборатории на Philips.

През 1986 г. реализират степера PAS 2500 с нова технология за подравняване, на която са базирани много от бъдещите иновации на компанията. През 1986 г. стартира и партньорството с производителя на лещи Carl Zeiss, което продължава и до днес по отношение на оптиката на машините.

Пробив на азиатския пазар

През 1988 г. ASML прави важен пробив на азиатския пазар, чрез съвместно предприятие на Philips и производител на чипове в Тайван. Установяват се и в САЩ с 84 служителя в пет офиса.

Последните години на 80-те на 20 век са критични за компанията, тъй като развойната дейност изисква големи инвестиции, а възвращаемостта в условията на ожесточена конкурекция е ниска.

В резултат на това Philips стартират програма за намаляване на разходите и бъдещето на ASML виси на косъм.

Класическите литографски системи

Големият обрат настъпва през 90-те години на 20 век с новата платформа PAS 5500 – класически литографски системи, които са актуални и се използват и до днес в производствените центрове на клиентите на ASML.

ASML – PAS 5500

С новата платформа – PAS 5500, ASML привлича ключови клиенти, за да реализира така необходимата печалба. През 1995 г. ASML става напълно независима публична компания, котирана на Амстердамската и Нюйоркската фондова борса. 

Philips продват половината от акциите си при IPO, а останалите разпродават през следващите години. Първоначалното публично предлагане осигурява необходимия растеж. Компанията разширява центровете си за развойна и научноизследователска дейнот, както и производствените мощности в De Run във Велдховен, където на по-късен етап е изградена и новата централа.

Първото десетилетие на 21 век е период на бурно развитие. Машините стартират двуфазов цикъл (TWINSCAN) – докато едната пластина се експонира, следваща се измерва и подравнява. Това значително повишва производителността на машините на ASML.

Първата машина, която работи във вода (immersive machine – потапя се във вода) дебютира през 2003 г. (TWINSCAN AT: 1150i ), а 3 години по-късно през 2006 г. и първата за масово производство (TWINSCAN XT: 1700i).  През 2007 г. стартира първата система с дължина 193 nm (TWINSCAN XT: 1900i). Тя дава възможност светлината да се проектира (експонира) през слой вода между обектива и пластината и да бъдат произвеждани чипове с още по-малки детайли.

Стратегията за „холистична литография

През 2007 г. компанията придобива BRION – водещ доставчик на решения за проектиране на полупроводници и оптимизация на производството. Това придобиване е изключително важно. С него се поставят основите на стратегията за „холистична литография“.  Познанието за литографските системи се награжда с уменията да се оптимизира процеса на производство на чипове преди, по време и след литографията. 

Друг ключов продукт в ранната фаза на холистична литографска стратегия е YieldStar – метрологична система, която осигурява измервания и корекции в реално време по време на производството на чипове. Първият YieldStar (250D) е подаден през 2008 г.

Extreme Ultraviolet (EUV)нова ера в литографията

Фотография на Брайън Дербала за The New York Times

През 2010г. първият прототип на литографския инструмент Extreme Ultraviolet (EUV) (NXE: 3100) е доставен в изследователския център на азиатски производител на чипове. Това поставя началото на нова ера в литографията. EUV литографията използва светлина с по-къса дължина на вълната, за да се произвеждат чипове с по-малки детайли, които са по-бързи и по-мощни.

За да се ускори развитието на EUV технологията, през 2013 г. компанията придобива базирания в Сан Диего производител на литографски източници на светлина – Cymer. През 2016 г. ASML придобива и водещия доставчик на инструменти за метрология с електронни лъчи – Hermes Microvision (HMI).

През 2018 г. е обявена ликвидация на високотехнологичната компания Mapper със седалище в Делфт, Холандия. ASML придобива активите на компанията за интелектуална собственост, както и предлага подходящи позиции на висококвалифицираните служители в научноизследователската и развойна дейност.

През 2020 г. команията отбелязва продажбата на 100-ната EUV машина и продължава да развива и усъвършенства процесите на производство на чипове.

Къде са локациите на ASML

Към момента (септември 2021 г.), за ASML работят над 28 000 души от 120 националноти, в 60 локации в 16 държави.

Седалището на ASML е в най-големия европейски технологичен център, регион Brainport Eindhoven в Холандия, а дейността е на 3 контитента – в Европа, Азия и САЩ.

Организационнта структура на ASML

Какво не знаете за производството на чипове?

Процесът на производство на микрочипове включва стотици стъпки и може да отнеме до четири месеца от проектирането до масовото производство. В чистите помещения на фабриките за производство на чипове качеството и температурата на въздуха се поддържат строго контролирани, а роботи транспортират пластините от машина на машина.

Устройствата, които транспортират пластините през литографските машини.
Фотография на Брайън Дербала за The New York Times

Какво е чип?

Чип, микрочип, компютърен чип или интегрална схема е набор от електронни схеми върху малко плоско парче силиций. Транзисторите на чипа действат като миниатюрни електрически превключватели – те включват или изключват електричество.

Малките превключватели са създадени върху силициевата пластина чрез “добавяне и премахване” на материали, за да образува многослойна решетъчна мрежа с взаимосвързани форми.

Защо чиповете се произвежат от силиций – дигиталното злато

За производство на чипове се изплзва силиций. За разлика от металите, които обикновено се използват за провеждане на електрически токове, силицийът е „полупроводник“, което означава, че неговите проводими свойства могат да бъдат увеличени чрез смесването му с други материали като фосфор или бор. Това дава възможност за “включване или изключване” на електрически ток.

Силицията е шиорко разпространен и достъпен – той е навсякъде! Пясъкът е силиций. Той е вторият най-разпространен елемент на земята след кислорода. Силициевите пластини са направени от вид пясък, наречен силициев пясък (силициев диоксид). Пясъкът се топи и отлива под формата на голям цилиндър, наречен „слитък“. След това този слитък се нарязва на тънки пластини, наричани често и “вафли”.

Какво означава нано скалата (nm – нанометри) при производството на чипове?

Микрочип с размера на нокът съдържа милиарди транзистори. Характеристиките на чипа се измерват в нанометри. Нанометър е една милиардна част от метър или милионна част от милиметъра.

За сравнение, човешките червени кръвни клетки са с диаметър 7000 нанометра, а средният вирус е с размер 14 нанометра. Колкото по-малки детайли им чипа, толкова повече транзистори могатт да се поберат на единица площ, а чипът ще бъде по-мощен и енергийно ефективен.

Към момента Samsung и TSMC произвеждат чипове по най-усъвършенстваната 5 nm технология.

Видове чипове – логически и за памет

Има два основни типа микрочипове: логически чипове и чипове памет.

Логическите чипове са “мозъкът” на електронните устройства – те обработват информация, за да изпълнят конкретна задача. Сред логическите чипове, процесорите (CPU) – са „оригиналните“ чипове, проектирани за първи път през 60 -те години. 

Но има и процесори със специфична функционалност, като например графични процесори (GPU), които са оптимизирани за обработка на визаизации и NPU (невронни процесорни блокове), предназначени за приложения за дълбоко и машинно обучение.

Чиповете за памет съхраняват информация. Има два вида чипове памет: DRAM (динамична памет с произволен достъп) – чиповете „работеща памет“, които запазват данни само при включено захранване на устройството, и NAND Flash, които запазват данни дори след изключване на устройството. 

Например DRAM помага за стартиране на програми на вашето устройство, докато NAND съхранява вашите снимки. DRAM е бърз, NAND бавно чете и записва данни.

Изчислителна мощност на чиповете

Подобренията в чиповете се състоят в увеличаване на изчислителната мощност и функцията на паметта. От 1956 до 2015 г. благодарение на усъвършенстване на чиповеет, изчислителната мощ се е увеличила един трилион пъти.

Например: компютърът, който навигира мисиите на Аполо до Луната, е бил около два пъти по-мощен от конзолата на Nintendo. Той е разполагал с 32.768 бита памет с произволен достъп (RAM) и 589.824 бита памет само за четене (ROM). Съвременният смартфон има около 100 000 пъти по-голяма процесорна мощност, с около милион пъти повече RAM и седем милиона пъти повече ROM.

Чиповете дават възможност да се реализиратприложения за виртуална реалност и изкуствен интелект (AI) директно на телефона, пренос на данни при 5G свързаност, и др. зад които стоят алгоритми, използвани в дълбокото машинно самобучение.

Всички тези изчисления произвеждат много данни. До 2025 г. светът ще произвежда 175 zettabytes (ZB) данни годишно, или приблизително еквивалент на един милиард терабайта (TB). За да си го представите – според компанията за пазарни разузнавания „Data Age 2025“, ако трябва да съхранявате 175 zettabytes на DVD дискове, ще натрупате купчина, която има височина, за да обиколи Земята 222 пъти.

Основните 11 стъпки при производство на чипове

  • Стъпка 1: депозиране – върху силициевата пластна се нанася тънък слой – най-често проводници, изолатори или поупроводници.
  • Стъпка 2: литография – литографията или фотолитографията е от критичните етапи при производството на чипове. Върху пластината се нанася фоточувствителен слой, след което се излага на светлина в ASML литографската машина.
  • Стъпка 3: нанасяне на фоторезист – за да се отпечата слой на чип – на пластината се нанася фоточувствителен слой, наречен “фоторезист”. След това пластината влиза в литографската машина.
  • Стъпка 4: експозиция – пластината се излага на светлина през шаблон, за да се отпечата целевата схема. Оптиката се свива и фокусира шаблона върху фоторесиста. Шаблонът е 4 пъти по-голям от площта за печат. Съприкосновението на светлината с фоточувствителния слой поражда химическа реакция, за да се отпечата желания шаблон.
  • Стъпка 5: изчислителна литография – за да се компенсират физическите и химическите дефекти в процеса на литографията, се налага шаблонът да бъде “деформиран”. За целта се извършват множество тестове, а данните от тях се комбинират с прилагане на алгоритми.
  • Стъпка 6: изпичане – след като приключи литографията, пластината се изпича, за да се фиксира принта, а част от фоторезиста се отмива, за да се формира модел с отворени пространства.
  • Стъпка 7: ецване – с газове се ецва материала от отворените пространства, за да се формира 3D модел.
  • Стъпка 8: измерване и контрол – извършват се измервания за точност и проверка за грешки. Данните се използват за оптимизиране и стабилизиране на оборудването.
  • Стъпка 9: тунинг с йони – пластината се обработва с положителни или отраицателни йони, за фина настройка (тунинг) на полупроводниковите свойства на части от шаблона, преди да бъде отмит останаия фоторезист.
  • Стъпка 10: повторение – целият този процес от стъпка 1 до стъпка 9 се повтаря докато пластината се покрие с шаблони и се образува 1 слой чипове. За да се произведе 1 чип – този процес може да бъде повторен до 100 пъти, като се нанасят шаблон, върху шаблон и се произведе интегрална схема.
  • Стъпка 10: произведена (обработена) пластина – това е последният етап – плстината се “нарязва” на чипове, всеки от които е “капсулован” в защитна опаковка. Така, чиповете са готови за монтиране в телевизор, смартфон или друго устройство.

Съвремените чипове се оприличават на малки небостъргачи, тъй като са изградени от до 100 слоя. Всички те трябва да бъдат подравнени един върху друг с нанометрова прецизност (наречена „наслагване“). Размерът на детайлите, отпечатани на чипа, варира в зависимост от слоя, който се създва.

За целта – за различните слоеве се използват различни видове литографски системи. Последното поколение EUV (екстремни ултравиолетови) машини се използват за слоевете с най-малки характеристики, а DUV (дълбоки ултравиолетови) машините за слоевете с по-големи детайли.

Колко чисто трябва да бъде в производствените помещения?

Ако в процеса на производство на чипове – върху пластината попадне прашинка, целият производствен процес може да се компрометира. Сътоветно, производителите на чипове се грижат за чистотата в производствените помещения.

Но все пак колко чисто трябва да бъде? В производствените помещения въздухът трябва да бъде около 10 000 пъти по-чист от този навън. Повечето производители на чипове имат „ISO клас 1“ чисти помещения -т.е. „без прах“. Това означава не повече от 10 частици с размер между 100 и 200 nm на кубичен метър въздух и нито една с размер по-голям от 200 nm. За сравнение, в чиста съвременна болница има около 10 000 прахови частици на кубичен метър. 

Въздухът в чистите помещения се филтрира и рециркулира непрекъснато, а служителите носят специално облекло (понякога наричано „костюми на зайчета“).

Източник: ASML

Машините ASML също се произвеждат в чисти помещения в заводите за EUV и DUV системи във Велдховен, Холандия.

Интересни факти за производството на чипове

  • над 500 машини произвеждат чипове;
  • около 50 000 пластини се произвеждат месечно;
  • изграждането на фабрика за производство на чипове струва 15 млрд. евро;
  • стъпките в процеса на производство на чипове са над 1000.

Кои компании произвеждат чипове?

Производството на чипове, погледнато по-глобално, включва 2 стъпки – първо проектирането на чипове, като дизайн, и втора стъпка – фзическото производство в т.нар. фабика а производство на чипове, наричана още ляерна за чипове.

Integrated device manufacturers (IDMs) – дизайнери и леярни едновременно

Samsung и Intel са компании, които изпълняват и двата процеса, т.е. могат напълно самостоятелно да проектират и произведат чип. Те се наричат Integrated device manufacturers (IDMs).

Леярни на чипове

Има и компании, които не проектират чипове, но са усъвъшенствали процеса на производство (описан в стъпките от 1 до 11). Такива компании са TSMC, GLOBALFOUNDRIES и UMC. Те работят по договор и произвеждат чипове на възложители, които са т.нар. “чип дизайнери”

Дизайнери на чипове

Голяма част от компаниите, познати, като “производители на чипове”, физически не ги произвеждат, а само ги проектират. Такива са Qualcomm, HiSilicon, Apple, Nvidia и AMD. Те проектират своите чипове, но възлагат производството им на леярни, като TSMC, GLOBALFOUNDRIES и UMC или Samsung.

Интересни факти за ASML

  • Стойността на ASML е 300 млрд. долара.
  • Една машина за производство на чипове струва 150 млн. долара.
  • Ключовият продукт на ASML са EUV литографските машини. Годишно се произвеждат 50 EUV машини.

  • Най-значимите клиенти на ASML са Samsung, Intel и TSMC.
  • Продажбите на ASML през 2020 г. са на стойност над 16 млрд. долара.
  • Най-големите конкуренти на ASML в годините назад са били Nikon и Canon. С технологичния пробив през 1990 г. с класическата литографска машина, ASML взимат преднина и заемат лидерска позиция.
  • С поставянето на Huawei в черния списък на САЩ и ограничаването на достъпа до чипове, компанията желае да закупи литографски машини от ASML. Но получава отказ поради намесата на САЩ. Huawei успяват да закупят макар и много старо поколение литографски машни от Япония.
  • Разработването на EUV технологията стартира в края на 80-те години под контрола на Министерството на енергетиката на САЩ и компаниите в индустрията (AMD, IBM, Intel).
  • ASML лицензират EUV технология през 1999 г. Canon се отказват от разработване на технологията поради финансови проблеми, а Nikon продължават с по-старите техноогии.
  • Как функционира EUV технологията – малка капчица се пуска във вакуум. Прилага се лазерен импулс с висока мощност. От йонизираните атоми се създава плазма. Огледало улавя EUV излъчването от плазмата и го насочва към пластината.
  • Потенциалът на EUV е бил толкова голям, че Intel, Samsung и TMSC придобиват 23% от ASML. Intel предлагат най-висока стойност: € 2.5B за 15% дял (днес вече са продали по-голямата част от своите дялове).
  • Защо ASML могат да произведат само 50 машини годишно?
    • Снабдяването с компоненти е от хиляди доставчици и кординирането им е сложен процес.
    • Всяка машина е персонализирана – с параметри конкретно договорени с контргента. Необходимо е индивидуално да се настроят над 30 променливи.
    • Производственият процес е дълъг, особено за специфичните компоненти. За производството на леща Zeiss са необходими 40 седмици.
  • Процесът на доставка и инсталиране на EUV литографска машина също е много продължителен:
    • Една EUV литографска машина тежи 180 тона.
    • Една EUV машина в разглобено състояние заема 40 транспортни контейнера.
    • Една EUV машина се доставя до Азия с 20 камиона и 3 самолета Boeing 747.
    • Монтирането, инстлацията и настройването за работа на EUV машина се извършва от екипи на ASML.
    • Минималните разходи за инсталиране и настройка на на EUV машина са 1 млрд. долара
  • Делът на ASML в бизнеса с литографски EUV и Deep UV машини е 90%, а значимостта на компанията ще расте:
    • CAPEX-ът за 2021 г. е над $ 120 млрд. и ще се увеличава през следващите години.
    • Производствто на чипове е индустрия, което ще се развива във времето.
    • Преходът към 5nm процес ще изисква повече EUV литографски машини.
  • Поддръжката на вече инсталираните машини достига до 50% от първоначалната цена. Животът на една машина е окло 20 години.

Ако сте стигнали до тук, дори и да не сте били запознати с производството на чипове – вероятно осъзнавате колко стратегически значим бизнес има ASML и колко важно е кой го контролира. Този контрол дава стратегическо предиство в глобален план.

Total
144
Shares
Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.

Total
144
Share