ASML (ASML): La pietra angolare dei semiconduttori moderni

Gli Strumenti della Fabbricazione dei Chip

Semiconduttori, e in particolare i chip per computer, sono rapidamente diventati una delle tecnologie e merci più importanti al mondo. Dalle prime giornate dell’era PC fino all’ascesa di smartphone e cloud computing, e IA, l’importanza dei chip e la domanda per essi è solo cresciuta.

Fonte: Applied Materials

Questa è un’industria interessante, dove nessun attore è integrato verticalmente; invece, è formata da una costellazione di aziende ultra-specializzate, ognuna delle quali esegue uno dei numerosi passaggi critici per trasformare la sabbia ordinaria (silicio) in macchine pensanti.

Le più grandi aziende del settore sono o designer di chip come Nvidia (NVDA ), o “fonditure” che effettuano la reale produzione dei chip come TSMC (TSM ) (segui il link per rapporti di investimento dedicati su queste aziende).

Queste aziende dipendono fortemente da fornitori specializzati per le macchine necessarie a produrre i chip.

Fonte: ASML

E nessuna è più importante dell’azienda con un monopolio sulla litografia EUV (Extreme UltraViolet), la olandese ASML.

Il Ruolo di ASML nella Produzione di Semiconduttori

Come la Litografia Alimenta la Miniaturizzazione dei Chip

ASML è uno specialista nelle macchine per litografia. La litografia (letteralmente “incisione della roccia”) è il modo in cui il “nodo” di un processore viene inciso su una wafer di silicio, trasformandolo in un chip per computer.

Fonte: Nature

Più avanzato è il chip, più piccolo è il nodo e più complesso è il processo di litografia. La miniaturizzazione continua dei nodi e il miglioramento della litografia hanno permesso ai computer di diventare più potenti anno dopo anno, seguendo la Legge di Moore.

Fonte: Steven Jurvetson

La litografia è un passaggio dell’intero processo che trasforma una wafer di silicio in chip per computer, con solitamente 40‑80 cicli per realizzare un chip completo.

Fonte: ASML

Un limite fisico chiave della litografia è che il nodo inciso non può essere più grande della lunghezza d’onda della luce potente usata per farlo.

Fonte: ASML

Quindi, man mano che i transistor diventavano più piccoli, era necessaria una frequenza di luce sempre più alta; oggi si avanza sempre più verso l’estremità superiore dello spettro ultravioletta.

Il primo passo fuori dallo spettro della luce visibile è stato con la I-line, seguito presto dalla litografia DUV (Deep Ultraviolet).

Fonte: Icometrue

Questi metodi hanno sostenuto l’industria durante l’era di smartphone sempre più performanti e data center. Ma per gli strumenti più avanzati era necessaria una nuova tecnologia: la litografia EUV (Extreme Ultraviolet).

Cos’è la Litografia EUV e Come Funziona?

EUV consente nodi ultra‑piccoli, fino a 7 nm, o anche 5 nm, 3 nm e oltre. Questi livelli di nodo avanzati sono spesso considerati necessari per applicazioni come IA, machine learning, 5G, AR/VR e servizi cloud avanzati.

Mentre ASML è leader nella tecnologia DUV, EUV è ancora più importante, poiché l’azienda è l’unico produttore di macchine per la fabbricazione di chip EUV, sebbene alcune aziende cinesi stiano cercando di entrare nel settore il prima possibile (vedi sotto per ulteriori dettagli).

EUV è una tecnologia estremamente difficile da padroneggiare, a causa di una serie di limitazioni tecniche:

• Il processo avviene in un ambiente di vuoto perché quasi tutto assorbe la luce EUV.
• Richiede una fonte di energia molto potente, sotto forma di laser potente, con un laser fino a 40 kW in uso. Questo tipo di amplificatore laser richiede 7,3 km di cavo, pesa 17 tonnellate e contiene oltre 450 000 componenti.
• Il laser eccita minuscole gocce di stagno di 25 micron di diametro, con 50 000 gocce che cadono al secondo.
  • Lo stagno viene poi vaporizzato in un plasma dal laser, emettendo luce EUV.

Fonte: Semi Engineering

Ognuno di questi passaggi richiede misurazioni, strumenti, controlli e sensori estremamente avanzati, tutti ingegnerizzati con una precisione misurata in micrometri e nanosecondi.

Grazie a una profonda esperienza costruita in decenni di produzione di macchine per litografia, ASML è (finora?) il maestro incontestato della tecnologia EUV. Ha anche costruito una rete densa di fornitori chiave, con, ad esempio, specchi fino a 1 metro di diametro, con una levigatezza di superficie fino a picometri (un trilionesimo di metro).

Oltre a macchine molto precise, EUV richiede software specializzato e proprietario per calibrazione, diagnostica, valutazione e automazione.

Sebbene EUV sia certamente il futuro dell’azienda e una grande parte dei suoi ricavi, i chip prodotti con DUV meno avanzati rappresentano ancora la maggior parte della produzione mondiale di semiconduttori.

Fonte: ASML

ASML

Panoramica Aziendale di ASML & Metriche Chiave

L’azienda è stata fondata nel 1984 come joint venture tra le aziende olandesi ASM e Philips. Attualmente impiega oltre 44 000 persone in 60 sedi. L’azienda collabora con TSMC fin dall’inizio, e forniva già litografia per nodi da 90 nm nel 2004.

Entro il 2011, aveva fornito macchine di litografia per nodi da 32 nm, con un costo medio della macchina di litografia di €27 milioni all’epoca.

Entro il 2022, aveva venduto 140 macchine EUV, ciascuna dal costo superiore a $200 M, richiedendo tre Boeing 747 per trasportare una delle macchine da 180 tonnellate.

Metriche di ASML

Nel 2024, ASML ha realizzato €28,3 Mrd di ricavi dalla vendita di 583 macchine di litografia. L’azienda gode di margini lordi notevoli del 51,3 %, consentendole di reinvestire facilmente €4,3 Mrd in R&D, quasi il doppio rispetto ai livelli del 2020.

Fonte: ASML

L’azienda prevede che i ricavi crescano a €44 Mrd‑€60 Mrd entro il 2030, con margine lordo al 56‑60 %.

Il successo di ASML, leader nell’industria della litografia, è stato premiato con ritorni massicci per gli azionisti. €3 Mrd sono stati restituiti agli azionisti nel 2024, e i dividendi sono triplicati dal 2018.

Fonte: ASML

L’azienda ha sovraperformato massicciamente il Nasdaq complessivo negli ultimi 15 anni, anche in un decennio molto favorevole alle azioni tecnologiche in generale, e in linea con gli indici complessivi dei semiconduttori.

Fonte: ASML

L’azienda prevede che la base installata di macchine di litografia continui a crescere fino al 2030, spingendo fortemente l’aumento dei ricavi da manutenzione e aggiornamenti di servizio.

Fonte: ASML

Le EUV non sono le macchine più vendute per unità, ma rappresentano la metà dei ricavi dell’azienda a causa del prezzo più elevato.

La maggior parte delle vendite alla fine del 2024 e all’inizio del 2025 è andata a Taiwan, Corea del Sud, USA e Cina. In generale, le vendite a Taiwan possono essere considerate per lo più dirette a TSMC, in Corea del Sud a Samsung, e negli USA a TSMC (apertura di una nuova fonditura in Nevada) e a Intel (INTC ).

Fonte: ASML

Le vendite in Cina erano molto più elevate, ma le sanzioni degli USA contro la Cina e i produttori di chip cinesi che cercano di passare a fornitori locali hanno ridotto le vendite di ASML nel paese a sole tecnologie di litografia più vecchie.

Rischi di mercato di ASML in Cina e impatto delle sanzioni

Guerre delle Sanzioni

Poiché la Cina, insieme a Taiwan, è uno dei maggiori produttori mondiali di semiconduttori, ASML godeva di molte vendite in questo mercato.

Tuttavia, molti anni di tensioni crescenti e sanzioni sempre più punitive contro l’industria dei semiconduttori cinesi da parte di successive amministrazioni statunitensi hanno drasticamente cambiato questo mercato per ASML.

Nel summer del 2022, gli USA hanno vietato l’esportazione di macchine EUV verso la Cina. Ciò è stato possibile perché, sebbene ASML sia un’azienda olandese, dipende da proprietà intellettuale americana chiave per la produzione delle sue macchine di litografia.

Successivamente, anche le esportazioni di macchine DUV come la TWINSCAN NXT:1980Di di ASML sono state limitate, concedendo alla Cina solo l’accesso a tecnologie DUV meno avanzate. Questo round di sanzioni è stato in parte dovuto al recente successo di Huawei nella produzione di chip avanzati senza macchine EUV nel settembre 2023.

Soluzioni Cinesi

Huawei mira a sviluppare proprie soluzioni EUV, con un brevetto già depositato a dicembre 2022.

Un’altra azienda cinese, SMIC, è riuscita a utilizzare macchine DUV più vecchie per produrre chip da 5 nm senza EUV.

“Questo ha comportato l’impilamento di più passaggi di litografia e incisione, usando specificamente SAQP, per imitare la precisione dell’EUV. Il metodo è più lento, più soggetto a errori e costoso, ma funziona.”

Sia SMIC che Huawei stanno valutando la creazione di chip da 3 nm, usando la litografia SAQP (self‑aligned quadruple patterning). Huawei sta anche lavorando a un design di chip da 3 nm che sostituisce il silicio con nanotubi di carbonio.

Infine, le macchine EUV prodotte in Cina potrebbero arrivare presto sul mercato, inizialmente per uso domestico. Un’alternativa potrebbe essere generare la luce EUV non con plasma di stagno, ma con un acceleratore di particelle, un’idea già discussa nel 2023, basata su una pubblicazione scientifica del 2022.

Un Rischio per ASML?

Nel complesso, è probabile che il mercato cinese venga perso per ASML a lungo termine, poiché il paese non potrà più fare affidamento sulla tecnologia occidentale e dovrà ricostruire da zero un’intera catena di fornitura di semiconduttori parallela.

Questo, per ora, è principalmente una questione di rivalità strategica tra USA e Cina, più che una minaccia commerciale per ASML.

Ciò è dovuto a qualche motivo:

• Le vendite di DUV verso la Cina rappresentano solo una frazione dei ricavi totali di ASML.
• I metodi che aggirano l’EUV con DUV più vecchio sono tecnicamente fattibili, ma meno affidabili e quindi producono chip più costosi.
  • Ciò li rende praticabili per Huawei e altre aziende elettroniche cinesi escluse dai chip avanzati, ma non competitivi economicamente nei mercati internazionali.
• Le macchine EUV prodotte da Huawei necessiteranno di molte migliorie e messa a punto, e saranno prodotte in numero limitato, capaci di soddisfare la domanda domestica cinese per molti anni.
• Una generazione di EUV basata su ciclotrone è ancora molto teorica e richiederà anni o addirittura decenni per diventare un’alternativa praticabile alla tecnologia EUV attualmente utilizzata.

Vendite Non-EUV

Non collegato alla questione dei tentativi cinesi di sviluppare macchine EUV, le vendite DUV probabilmente rimarranno stabili. Questo perché, sebbene l’EUV sia diventata lo standard per la maggior parte degli strati critici di LOGIC e DRAM, tutti gli altri strati sono modellati usando la tecnologia DUV.

Quindi la forte posizione di ASML nel DUV garantisce ricavi stabili, inclusi servizi e manutenzione dei parchi esistenti, con ogni macchina operativa per più di 20 anni.

Ciò rende lo sviluppo e l’adozione dell’EUV importanti, ma non vitali per le prospettive a breve termine dell’azienda.

Lo stesso vale per i sistemi accessori alle macchine di litografia, come sensori e metrologia (misurazioni) del prodotto finito per il controllo di qualità.

Fonte: ASML

Futuro della Litografia

ASML continua a innovare ed è anche attivamente impegnata in acquisizioni di nuove tecnologie chiave, come il produttore di vetro ottico Berliner Glas Group nel 2020, permettendole di spingere verso la prossima generazione di macchine per la produzione di chip.

Fonte: ASML

I concorrenti cinesi potrebbero introdurre soluzioni EUV su scala commerciale nei prossimi anni. Ma ASML sta già lavorando al passo successivo, chiamato litografia high‑NA. Il “NA” si riferisce all’apertura numerica, una misura di quanta luce un sistema ottico può raccogliere e focalizzare.

ASML sta progredendo rapidamente su questa tecnologia: la sua ultima innovazione ottica pone le basi per la roadmap EUV verso una stabilità picometrica (1/200 di atomo di Si) su specchi asferici.

Le ottiche High‑NA EUV dovrebbero aiutare a creare una piattaforma EUV più produttiva. Così facendo, potrebbero spingere i miglioramenti delle prestazioni e della produttività EUV ben oltre il prossimo decennio (>2030).

Fonte: ASML

La tecnologia High‑NA non solo dovrebbe essere più precisa e veloce, ma anche più efficiente dal punto di vista energetico, una preoccupazione crescente poiché le macchine di litografia sempre più potenti comportano costi energetici significativi.

Molto probabilmente, la High‑NA EUV sarà il metodo utilizzato per la produzione di massa di chip a nodo da 2 nm e più piccoli.

Fonte: ASML

Intel è stato un primo adottante della High‑Na EUV nella sua fonditura in Oregon. Questo è ancora in fase di implementazione nelle fonditure, e altre tecnologie come l’incisione potrebbero anche giocare un ruolo nel futuro miglioramento delle prestazioni.

“Con l’aggiunta della High NA EUV, Intel avrà la cassetta degli attrezzi di litografia più completa del settore, consentendo all’azienda di guidare le future capacità di processo oltre Intel 18A nella seconda metà di questo decennio.”

Mark Phillips – Intel’s Director of Lithography, Hardware and Solutions for Intel Foundry Logic Technology Development.

“Perché abbiamo dato priorità alla comunià e modularità in tutti i nostri sistemi di litografia EUV? Perché così tutti i nostri sistemi beneficiano delle lezioni apprese in 20 anni di sviluppo EUV.

Usare tecnologia collaudata riduce il rischio di problemi. E i moduli semplificano l’installazione e l’integrazione del sistema nella fabbrica del cliente.”

Conclusione

Grazie a una dedizione alla massima precisione possibile nelle sue macchine e all’eccellenza ingegneristica, ASML è diventata LA società di litografia, dominando il suo mercato di nicchia.

È un monopolio de facto sull’EUV, la tecnologia più importante per la produzione di tutti i chip più avanzati richiesti per lo sviluppo di tecnologie IA, data center di alto livello e le ultime generazioni di smartphone.

Se non fosse per le sanzioni statunitensi sulla Cina che vietano le esportazioni di EUV verso il paese, ASML probabilmente sarebbe rimasta comodamente l’unico fornitore chiave di questa tecnologia per un decennio o due.

A causa delle sanzioni e dei decine di miliardi versati in quella che è diventata una vulnerabilità strategica, i produttori cinesi potrebbero un giorno diventare seri concorrenti di ASML. Tuttavia sono ancora indietro, costretti a utilizzare macchine DUV, con resa più bassa e costi più alti.

E sperano che la loro macchina EUV prodotta in Cina fornisca presto una migliore alternativa. È probabile che, quando Huawei e SMIC avranno raggiunto la tecnologia EUV del 2025, ASML avrà già distribuito la High‑NA EUV.

Quindi, sebbene possa essere pericoloso sottovalutare la capacità della Cina di recuperare e costruire una catena di fornitura domestica, non dovrebbe essere nemmeno sopravvalutata. Al momento, ASML è pronta a rimanere leader della litografia per la produzione di chip avanzati per almeno i prossimi 10 anni, e a rimanere competitiva molto più a lungo.

ASML ha anche una posizione molto forte nel DUV e nella metrologia, generando ricavi aggiuntivi che aiutano a finanziare il suo budget R&D.

Oltre alla qualità dell’azienda, l’ultima domanda che gli investitori dovranno porsi è quella della valutazione. A causa della sua posizione monopolistica e della crescita complessiva del settore, il titolo di ASML è valutato con molte prospettive di crescita future.

Questo sembra ragionevole, ma implica anche che la valutazione è tutt’altro che economica: il rapporto prezzo‑utili di ASML è variato da un “basso” 20 fino a 54.

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