Senza gli impianti di litografia ultravioletta estrema (EUV) prodotti dall’olandese ASML, le fabbriche asiatiche di chip avanzati non potrebbero funzionare.
La carenza di semiconduttori che ha caratterizzato l’anno che sta per finire ha messo in luce uno squilibrio nella produzione di questi importanti dispositivi, con un’attività manifatturiera troppo sbilanciata verso l’area asiatica ed in particolare verso paesi come Taiwan, al centro di pericolose dispute geopolitiche.
Attualmente il 75% della capacità produttiva globale di semiconduttori è concentrata in Asia, percentuale che passa al 100% nel caso dei semiconduttori più avanzati (sotto i 10 nanometri), con Taiwan che garantisce il 92% della produzione mondiale e la Corea del Sud che produce il restante 8%. Questi chip sono essenziali per l’economia, la sicurezza nazionale e le infrastrutture critiche. Questa situazione ha suscitato non poche preoccupazioni negli Stati Uniti e in Europa dove sono allo studio piani per incrementare la produzione locale di semiconduttori.
È opinione comune che dover dipendere al 100% per la fornitura di semiconduttori avanzati da due paesi asiatici che si trovano in un’area di forte instabilità politica – le due Coree sono formalmente ancora in guerra e il possesso di Taiwan viene rivendicato con forza dalla Cina – rappresenti un elemento di grande debolezza strategica per l’Occidente.
Questa considerazione è sicuramente vera, così come è vera la considerazione opposta, cioè che anche gli insediamenti produttivi di TSMC a Taiwan e quelli di Samsung in Corea dipendono in buona parte dalle forniture di materiali e impianti che provengono dal Giappone, dagli Stati Uniti e dall’Europa.
Addirittura, nel caso degli impianti per la litografia ultravioletta estrema (EUV), la dipendenza dall’unico produttore mondiale di questi sistemi è totale. E il produttore in questione è l’olandese ASML, con sede e stabilimenti nel vecchio continente.
Una eventuale sospensione da parte di ASML della fornitura dei sistemi litografici EUV provocherebbe il blocco delle attività manifatturiere più avanzate di TSMC e Samsung. Certo, la produzione potrebbe continuare con gli impianti già installati; tuttavia, nel giro di qualche mese, venendo meno i pezzi di ricambi e la manutenzione specializzata garantita dall’azienda olandese, gli impianti sarebbero destinati ad un fermo definitivo.
L’importanza strategica delle macchine per litografia ultravioletta estrema (EUV) prodotte da ASML è dimostrata dal repentino stop che ha subito lo sviluppo della tecnologia cinese dei semiconduttori dopo il blocco imposto dalle autorità americane alle esportazioni verso la Cina di questi impianti.
Due anni fa la cinese SMIC, la più importante fonderia di quel paese, si stava preparando alla produzione di chip avanzati a 7 e 10 nm con impianti EUV di ASML che, però, non sono mai stati consegnati a causa delle sanzioni americane. Ciò ha bloccato le ambizioni della foundry cinese che da allora si è dovuta concentrare sui nodi di processo dai 14 nm in su.
Attualmente ASML è l’unica azienda al mondo a produrre questi impianti, macchine che nei prossimi anni vedranno un ulteriore miglioramento delle prestazioni con la versione NA-EUV (litografia ultravioletta estrema High NA) che consentirà di produrre chip a 2 nm o ancora più piccoli.
Si tratta di una tecnologia che non ha rivali al mondo, frutto di decine di anni di ricerca e di ingenti investimenti. Attualmente, nonostante gli sforzi di importanti multinazionali come Nikon, Canon, Tokyo Electron, Lam Technology, KLA Corporation e altre ancora, ASML mantiene una posizione di monopolio ed un vantaggio tecnologico di almeno 5 anni. Anche le aziende cinesi che operano nel settore e che hanno avuto importanti finanziamenti dal governo centrale, non sono andate oltre la tecnologia DUV (tecnologia a ultravioletti profondi) che consente una produzione in volumi di chip dai 14 nm in su; proprio in questi giorni Shanghai Microelectronics Institute ha presentato il suo prodotto di punta, una macchina per litografia DUV in grado di supportare la produzione in volumi di chip con nodo di processo a 14/28 nm e realizzare produzioni limitate di chip a 7 nm attraverso complesse esposizioni multiple.
Le macchine per litografia ultravioletta estrema (EUV) prodotte da ASML sono molto complesse, ingombranti e costose; per il loro trasporto sono necessari circa 70 container mentre il prezzo unitario varia dai 150 ai 200 milioni di dollari.
Quest’anno ne sono state consegnate 41 mentre le previsioni produttive per il 2022 e il 2023 sono rispettivamente di 50 e 55 unità, come indicato nella seguente tabella:
Generalmente le macchine EUV vengono utilizzate per la produzione di processori avanzati e, da poco, anche di alcuni chip di memoria DRAM.
Come si vede in tabella, TSMC e Samsung rappresentano i principali clienti per ASML.
Oltre al monopolio della tecnologia EUV, ASML ha anche una importante quota nel mercato globale di macchine DUV utilizzate per la produzione di semiconduttori con nodo di processo a 14÷28 nm o superiore.
TSMC e Samsung hanno recentemente dichiarato che, oltre agli impianti EUV, una parte significativa dei loro ingenti investimenti futuri sarà destinata all’acquisto di sistemi litografici DUV al fine di aumentare la produzioni di chip più maturi, che sono quelli che di cui c’è carenza in questo momento.
Le macchine DUV vengono utilizzate anche – insieme a quelle EUV – nella produzione di chip avanzati (< 7 nm) per l’incisione dei layout più semplici.
Nella seguente tabella, sono riportate le applicazioni delle macchine DUV e EUV nelle roadmap di TSMC, Samsung e Intel:
Le sanzioni americane nei confronti della Cina non hanno penalizzato in alcun modo il business degli impianti EUV di ASML, grazie alla forte richiesta da parte degli altri clienti asiatici e della difficoltà di ASML di incrementare la produzione di queste complesse macchine. Nessun problema nemmeno per gli impianti DUV (salvo una maggiore complessità delle pratiche di esportazione) il cui mercato è in forte crescita, in Cina e altrove nel mondo, a causa della fortissima richiesta di semiconduttori di fascia intermedia.
Leggi l’articolo tecnico di approfondimento sulla tecnologia EUV.
