ASML (ASML): de hoeksteen van moderne halfgeleiders

De gereedschappen voor het maken van chips

Halfgeleiders, en met name computerchips, zijn snel uitgegroeid tot een van 's werelds belangrijkste technologieën en grondstoffen. Vanaf de begindagen van het pc-tijdperk tot de opkomst van smartphones, cloud computing en AI is het belang van chips en de vraag ernaar alleen maar toegenomen.

Bron: Toegepaste Materialen

Dit is een interessante sector, waarin geen enkele speler verticaal geïntegreerd is. In plaats daarvan bestaat de sector uit een netwerk van zeer gespecialiseerde bedrijven, die elk een van de vele cruciale stappen uitvoeren om gewoon zand (silicium) om te zetten in denkende machines.

De grootste bedrijven in de sectoren zijn chipontwerpers zoals Nvidia (NVDA + 0.93%), of ‘gieterijen’ die de daadwerkelijke productie van chips uitvoeren, zoals TSMC (TSM -0.72%) (volg de link voor specifieke beleggingsrapporten over deze bedrijven).

Deze bedrijven zijn sterk afhankelijk van gespecialiseerde leveranciers voor de machines die nodig zijn om de chips te produceren.

Bron: ASML

En geen enkel bedrijf is belangrijker dan het bedrijf met een monopolie op EUV (Extreme UltraViolet) lithografie: het Nederlandse ASML.

De rol van ASML in de halfgeleiderproductie

Hoe lithografie de miniaturisatie van chips mogelijk maakt

ASML is een specialist in lithografiemachines. Lithografie (letterlijk 'rotsgraveren') is de techniek waarmee de 'node' van een processor op een siliciumwafer wordt gegraveerd, waardoor er een computerchip ontstaat.

Bron: NATUUR

Hoe geavanceerder de chip, hoe kleiner de node en hoe complexer het lithografieproces. De voortdurende miniaturisatie van nodes en de verbetering van de lithografie hebben ervoor gezorgd dat computers jaar na jaar krachtiger zijn geworden, volgens de Wet van Moore.

Bron: Steven Jurvetson

Lithografie is één stap in het hele proces waarbij een siliciumwafer wordt omgezet in een computerchip. Meestal zijn er 40-80 cycli nodig om een volledige chip te maken.

Bron: ASML

Een belangrijke fysieke beperking van lithografie is dat het gegraveerde knooppunt niet groter mag zijn dan de golflengte van het krachtige licht dat daarvoor wordt gebruikt.

Bron: ASML

Omdat transistoren kleiner werden, waren er steeds hogere lichtfrequenties nodig. Tegenwoordig ligt de frequentie steeds hoger in het ultraviolette spectrum.

De eerste stap bij het verlaten van het zichtbare lichtspectrum was met I-lijn, al snel gevolgd door DUV (Deep Ultraviolet) lithografie.

Bron: Icometrue

Deze methoden waren de drijvende kracht achter de industrie in het tijdperk van steeds krachtigere smartphones en datacenters. Maar voor de meest geavanceerde tools was een nieuwe technologie nodig: EUV (Extreme Ultraviolet) lithografie.

Wat is EUV-lithografie en hoe werkt het?

EUV maakt ultrakleine knooppunten mogelijk, tot 7 nm, of zelfs 5 nm, 3 nm en groter. Deze geavanceerde knooppuntniveaus worden vaak als noodzakelijk beschouwd voor toepassingen zoals AI, machine learning, 5G, AR/VR en geavanceerde cloudservices.

ASML is weliswaar toonaangevend op het gebied van DUV-technologie, maar EUV is nog belangrijker, omdat het bedrijf de enige fabrikant is van machines voor de productie van EUV-chips. Toch willen sommige Chinese bedrijven zo snel mogelijk de sector betreden (zie hieronder voor meer informatie over dit onderwerp).

EUV-technologie is extreem moeilijk onder de knie te krijgen vanwege een reeks technische beperkingen:

• Het proces vindt plaats in een vacuümomgeving omdat vrijwel alles EUV-licht absorbeert.
• Er is een zeer sterke energiebron nodig, in de vorm van een krachtige laser, waarbij lasers tot 40 kW worden gebruiktVoor dit soort laserversterker is 7.3 kilometer kabel nodig, het weegt 17 ton en bestaat uit meer dan 450,000 onderdelen.
• De laser activeert minuscule druppeltjes tin met een diameter van 25 micron. Per seconde vallen er 50,000 druppeltjes.
  • Het tin wordt vervolgens door de laser verdampt tot een plasma, waarbij EUV-licht wordt uitgezonden.

Bron: Semi-engineering

Voor elk van deze stappen zijn uiterst geavanceerde meetmethoden, gereedschappen, controlemechanismen en sensoren nodig, die allemaal met een precisie van micrometers en nanoseconden worden uitgevoerd.

Dankzij de diepgaande expertise die ASML gedurende decennia heeft opgebouwd in de bouw van lithografiemachines, is het de (tot nu toe?) onbetwiste meester in EUV-technologie. Het bedrijf heeft ook een dicht netwerk van belangrijke leveranciers opgebouwd, met bijvoorbeeld spiegels tot 1 meter breed en een oppervlaktegladheid tot op picometers (een biljoenste van een meter).

Naast zeer precieze machines vereist EUV ook gespecialiseerde en bedrijfseigen software voor kalibratie, diagnostiek, evaluatie en automatisering.

Hoewel EUV zeker de toekomst van het bedrijf is en een groot deel van de inkomsten vertegenwoordigt, vertegenwoordigen minder geavanceerde DUV-chips nog steeds het grootste deel van de wereldwijde halfgeleiderproductie.

Bron: ASML

ASML

ASML Bedrijfsoverzicht & Belangrijkste statistieken

Het bedrijf werd in 1984 opgericht als een joint venture tussen de Nederlandse bedrijven ASM en Philips. Momenteel werken er meer dan 44,000 mensen op 60 locaties. Het bedrijf werkt al vanaf het begin samen met TSMC en leverde al in 90 lithografie voor 2004nm-nodes.

In 2011 leverde het bedrijf lithografiemachines voor 32nm-knooppunten, terwijl een gemiddelde lithografiemachine destijds € 27 miljoen kostte.

In 2022 waren er al 140 EUV-machines verkocht, elk met een prijskaartje van meer dan 200 miljoen dollar. Voor het vervoer van één van de 747-tons machines waren drie Boeing 180's nodig.

ASML-statistieken

In 2024 genereerde ASML € 28.3 miljard aan inkomsten uit de verkoop van 583 lithografiemachines. Het bedrijf boekt een opmerkelijke brutomarge van 51.3%, waardoor het gemakkelijk € 4.3 miljard kan herinvesteren in R&D, bijna een verdubbeling ten opzichte van 2020.

Bron: ASML

Het bedrijf verwacht dat de omzet tegen 44 zal groeien tot € 60-2030 miljard, met een brutomarge van 56-60%.

ASML's toonaangevende succes in lithografie is beloond met enorme rendementen voor aandeelhouders. In 3 werd € 2024 miljard aan aandeelhouders uitgekeerd en het dividend is sinds 2018 verdrievoudigd.

Bron: ASML

Het bedrijf heeft de afgelopen 15 jaar de Nasdaq als geheel flink overtroffen, zelfs in een decennium dat zeer gunstig was voor technologieaandelen in het algemeen en in lijn lag met de algemene halfgeleiderindexen.

Bron: ASML

Het bedrijf verwacht dat het aantal geïnstalleerde lithografiemachines tot 2030 zal blijven groeien, waardoor de inkomsten uit onderhoud en service-upgrades sterk zullen toenemen.

Bron: ASML

EUV's zijn niet de meest verkochte apparaten per eenheid, maar vertegenwoordigen vanwege het hogere prijskaartje wel de helft van de omzet van het bedrijf.

Het grootste deel van de verkoop eind 2024 en begin 2025 ging naar Taiwan, Zuid-Korea, de VS en China. Over het algemeen kan worden aangenomen dat de verkoop in Taiwan vooral gericht is op TSMC, in Zuid-Korea op Samsung en in de VS op TSMC (waar een nieuwe gieterij in Nevada wordt geopend) en op Intel (INTC + 4.89%).

Bron: ASML

De verkoop aan China was voorheen veel groter, maar sancties tegen China door de Verenigde Staten en Chinese chipfabrikanten die wilden overstappen op lokale leveranciers, hebben ervoor gezorgd dat ASML alleen nog oudere lithografietechnologieën aan het land verkoopt.

Risico's en sancties voor ASML in China

Sanctieoorlogen

Omdat China, samen met Taiwan, een van de grootste halfgeleiderproducenten ter wereld is, had ASML vroeger veel omzet in deze markt.

Jarenlange toenemende spanningen en steeds strengere sancties tegen de Chinese halfgeleiderindustrie door opeenvolgende Amerikaanse regeringen hebben deze markt voor ASML echter drastisch veranderd.

In de zomer van 2022 verbood de VS de export van EUV-machines naar China. Dit was mogelijk omdat ASML, hoewel een Nederlands bedrijf, voor de productie van zijn lithografiemachines afhankelijk is van belangrijke Amerikaanse intellectuele eigendom.

Later werd zelfs de export van DUV-machines zoals die van ASML voortgezet. TWINSCAN NXT:1980Di waren beperkt, waardoor China alleen toegang kreeg tot minder geavanceerde DUV-technologie. Deze sanctieronde was deels te wijten aan het recente succes van Huawei bij het produceren van geavanceerde chips zonder EUV-machines in september 2023.

Chinese oplossingen

Huawei streeft ernaar zijn eigen EUV-oplossingen te ontwikkelen, met een patent al gestort in december 2022.

Een ander Chinees bedrijf, SMIC, is erin geslaagd om met behulp van oudere DUV-machines 5nm-chips te produceren zonder EUV.

"Dit omvatte het stapelen van meerdere lithografie- en etsstappen, met name met behulp van SAQP, om de precisie van EUV na te bootsen. De methode is langzamer, foutgevoeliger en duurder, maar het werkt."

Zowel SMIC als Huawei richten zich ook op de ontwikkeling van 3nm-chips, met behulp van self-aligned quadruple patterning (SAQP)-lithografie. Huawei werkt ook aan een 3nm-chipontwerp dat silicium vervangt door koolstofnanobuisjes.

Tenslotte In China gemaakte EUV-machines zou binnenkort ook op de markt kunnen komen, in eerste instantie voor huishoudelijk gebruik. Een ander alternatief zou kunnen zijn om het EUV-licht niet met tinplasma te genereren, maar met een deeltjesversneller, een idee dat al in 2023 werd besproken, gebaseerd op een wetenschappelijke publicatie uit 2022.

Een risico voor ASML?

Al met al is het waarschijnlijk dat ASML op de lange termijn de Chinese markt zal verliezen, omdat het land niet meer kan vertrouwen op westerse technologie en een volledige parallelle halfgeleidertoeleveringsketen vanaf nul moet opbouwen.

Voorlopig is het vooral een kwestie van strategische rivaliteit tussen de VS en China, meer dan een bedreiging voor ASML.

Dit komt door een aantal redenen:

• De verkoop van DUV aan China vormt slechts een fractie van de totale omzet van ASML.
• Methoden waarbij EUV wordt omzeild met oudere DUV zijn technisch haalbaar, maar minder betrouwbaar en resulteren daarom in duurdere chips.
  • Hierdoor zijn ze weliswaar rendabel voor Huawei en andere Chinese elektronicabedrijven die geen toegang hebben tot geavanceerde chips, maar zijn ze op de internationale markt economisch niet concurrerend.
• EUV-machines die door Huawei worden geproduceerd, moeten nog flink worden verbeterd en verfijnd. Ze worden in een beperkt aantal geproduceerd en zullen alleen de komende jaren aan de binnenlandse vraag in China kunnen voldoen.
• Een cyclotrongebaseerde EUV-generatie is nog erg theoretisch en het zal jaren of zelfs decennia duren voordat deze een levensvatbaar alternatief wordt voor de momenteel gebruikte EUV-technologie.

Niet-EUV-verkopen

Los van de Chinese pogingen om EUV-machines te ontwikkelen, zal de verkoop van DUV-technologie waarschijnlijk stabiel blijven. Dit komt doordat EUV de standaard is geworden voor de meeste LOGIC- en DRAM-kritische lagen, terwijl alle andere lagen met behulp van DUV-technologie worden gepatroneerd.

De sterke positie van ASML in DUV garandeert stabiele inkomsten, inclusief onderhoud en service van de bestaande parken, waarbij elke machine meer dan 20 jaar in bedrijf blijft.

Daarom is de ontwikkeling en invoering van EUV weliswaar belangrijk, maar niet doorslaggevend voor de kortetermijnperspectieven van het bedrijf.

Hetzelfde geldt voor systemen die aan lithografiemachines gekoppeld zijn, zoals sensoren en metrologie (metingen) van het eindproduct voor kwaliteitscontrole.

Bron: ASML

Toekomst van lithografie

ASML blijft innoveren en is ook actief bezig met de overname van nieuwe sleuteltechnologieën, zoals de fabrikant van optisch glas Berliner Glasgroep in 2020, waardoor het kan aandringen op de volgende generatie machines voor het maken van chips.

Bron: ASML

Chinese concurrenten zouden in de komende jaren met commerciële EUV-oplossingen kunnen komen. Maar ASML werkt al aan de volgende stap, genaamd hoge-NA lithografieDe “NA” verwijst naar numerieke apertuur, een maat voor hoeveel licht een optisch systeem kan verzamelen en focussen.

ASML boekt snelle vooruitgang op dit gebied: de nieuwste optische innovatie vormt de basis voor zijn EUV-routekaart naar picometerstabiliteit (1/200 Si-atoom) op asferische spiegels.

EUV-optica met hoge NA zou moeten bijdragen aan een productiever EUV-platform. Dit zou de verbeteringen in EUV-prestaties en -productiviteit tot ver in het volgende decennium (>2030) kunnen voortzetten.

Bron: ASML

High-NA-technologie moet niet alleen nauwkeuriger en sneller zijn, maar ook energiezuiniger. Dit is een groeiende zorg, aangezien de steeds krachtigere lithografiemachines tegenwoordig gepaard gaan met aanzienlijke energierekeningen voor het gebruik ervan.

Waarschijnlijk zal EUV met hoge NA de methode worden die gebruikt zal worden voor de massaproductie van 2nm nodechips en kleiner.

Bron: ASML

Intel is een vroege gebruiker van High-Na EUV in de gieterij in Oregon. Dit wordt nog steeds veel toegepast in gieterijen, en andere technologieën zoals etsen kunnen ook een rol spelen bij de toekomstige verbetering van de prestaties.

"Met de toevoeging van High NA EUV beschikt Intel over de meest veelzijdige lithografietoolbox in de branche, waardoor het bedrijf toekomstige procesmogelijkheden voorbij Intel 18A kan uitbreiden tot in de tweede helft van dit decennium."

Mark Phillips - Intel's DDirecteur van lithografie, hardware en oplossingen voor Intel Foundry Logic Technology Development.

Het prijskaartje van $400 miljoen per machine moedigt sommige chipfabrikanten ook aan om de invoering van de nieuwe technologie uit te stellen tot ten minste één generatie.

Toch zou een EUV met hoge NA een relatief gemakkelijke stap voorwaarts moeten zijn voor ASML, omdat het veel van de technologie en ervaring hergebruikt die in de afgelopen 20 jaar is ontwikkeld om 'normale' EUV mogelijk te maken.

Waarom hebben we prioriteit gegeven aan gemeenschappelijkheid en modulariteit in al onze EUV-lithografiesystemen? Omdat al onze systemen zo profiteren van de lessen die we in 20 jaar EUV-ontwikkeling hebben geleerd.

Door gebruik te maken van beproefde technologie wordt het risico op fouten verkleind. Bovendien stroomlijnen de modules de installatie en integratie van het systeem in de fab van een klant.

Conclusie

Dankzij de toewijding aan de hoogst mogelijke precisie in zijn machine- en technische uitmuntendheid is ASML hét lithografiebedrijf geworden dat zijn nichemarkt domineert.

Het is een feitelijk monopolie op EUV, de belangrijkste technologie voor de productie van alle meest geavanceerde chips die nodig zijn voor de ontwikkeling van AI-technologieën, geavanceerde datacenters en de nieuwste generaties smartphones.

Als de VS geen sancties tegen China had ingesteld en daarmee de export van EUV naar dat land had verboden, zou ASML waarschijnlijk nog wel een decennium of twintig de enige belangrijke leverancier van deze technologie zijn gebleven.

Door de sancties en de tientallen miljarden die geïnvesteerd zijn in wat een strategische kwetsbaarheid is geworden, zouden Chinese fabrikanten op een dag een serieuze concurrent van ASML kunnen worden. Ze lopen echter nog steeds achter en moeten het doen met DUV-machines, een lagere opbrengst en hogere kosten.

En hopelijk zal hun eigen, in China geproduceerde EUV-machine binnenkort een beter alternatief bieden. Het is waarschijnlijk dat tegen de tijd dat Huawei en SMIC de EUV-technologie van 2025 onder de knie hebben, ASML al High-NA EUV zal implementeren.

Hoewel het gevaarlijk kan zijn om het vermogen van China om de achterstand in te halen en een binnenlandse toeleveringsketen op te bouwen te onderschatten, moet het ook niet worden overschat. Zoals het er nu voor staat, is ASML klaar om minstens de komende tien jaar marktleider te blijven in lithografie voor geavanceerde chipproductie, en veel langer concurrerend te blijven.

ASML heeft bovendien een zeer sterke positie op het gebied van DUV en metrologie, wat extra inkomsten genereert die helpen bij het financieren van het R&D-budget.

Naast de kwaliteit van het bedrijf is de laatste vraag die beleggers zich moeten stellen die van de waardering. Door de monopoliepositie en de algehele groei van de sector is er in het aandeel ASML veel toekomstige groei ingeprijsd.

Dat lijkt redelijk, maar het betekent ook dat de waardering verre van goedkoop is: de koers-winstverhouding van ASML varieert van een ‘lage’ 20 tot maar liefst 54.

Laatste ASML (ASML) aandelennieuws en ontwikkelingen