ASML (ASML): Nøkkelen til moderne halvledere

Verktøyene for chipproduksjon

Semiconductors, and especially computer chips, have quickly become one of the world’s most important technologies and commodities on Earth. From the early days of the PC era to the rise of smartphone & cloud computing, and AI, the importance of chips and demand for them has only grown.

Kilde: Applied Materials

Dette er en interessant industri, hvor ingen aktør er vertikalt integrert; i stedet er den sammensatt av en konstellasjon av ultra‑spesialiserte selskaper, som hver utfører ett av de mange kritiske trinnene i å omdanne vanlig sand (silisium) til tenkende maskiner.

De største selskapene i sektoren er enten chipdesignere som Nvidia (NVDA ), eller «foundries» som faktisk produserer chipene som TSMC (TSM ) (følg lenken for dedikerte investeringsrapporter om disse selskapene).

Disse selskapene er sterkt avhengige av spesialiserte leverandører for maskinene som kreves for å produsere chipene.

Kilde: ASML

Og ingen er viktigere enn selskapet med monopol på EUV (Extreme UltraViolet) litografi, det nederlandske ASML.

ASMLs rolle i produksjon av halvledere

Hvordan litografi driver chipminiaturisering

ASML is a specialist in lithography machines. Lithography (literally meaning “rock engraving) is how the “node” of a processor gets engraved on a silicon wafer, turning it into a computer chip.

Kilde: Nature

Jo mer avansert chipen er, jo mindre blir noden og jo mer kompleks blir litografiprosessen. Den kontinuerlige miniaturiseringen av noder og forbedringen av litografi er det som har gjort det mulig for datamaskiner å bli kraftigere år etter år, i tråd med Moores lov.

Kilde: Steven Jurvetson

Litografi er ett steg i hele prosessen som gjør en silisiumskive om til databrikker, med vanligvis 40–80‑foldige sykluser for å lage en full chip.

Kilde: ASML

En viktig fysisk begrensning for litografi er at den gravert noden ikke kan være større enn bølgelengden til det kraftige lyset som brukes til graveringen.

Kilde: ASML

Så etter hvert som transistorene ble mindre, kreves høyere og høyere frekvens av lys, i dag beveger det seg stadig mer mot den øvre delen av ultrafiolett spekteret.

Det første steget for å forlate det synlige lysspekteret var med I‑linje, etterfulgt kort tid etter av DUV (Deep Ultraviolet) litografi.

Kilde: Icometrue

Disse metodene var de som bar industrien gjennom æraen med stadig mer kraftige smarttelefoner og datasentre. Men for de mest avanserte verktøyene var en ny teknologi nødvendig: EUV (Extreme Ultraviolet) litografi.

Hva er EUV-litografi og hvordan fungerer den?

EUV gjør det mulig med ultra‑små noder, ned til 7 nm, eller til og med 5 nm, 3 nm og mindre. Disse avanserte nodenivåene anses ofte som nødvendige for applikasjoner som AI, maskinlæring, 5G, AR/VR og avanserte skytjenester.

Mens ASML er en leder innen DUV‑teknologi, er EUV enda viktigere, ettersom selskapet er den eneste produsenten av EUV‑maskiner for chipproduksjon, selv om noen kinesiske selskaper ser etter å komme inn i sektoren så snart som mulig (se nedenfor for mer om dette temaet).

• Prosessen foregår i et vakuummiljø fordi nesten alt absorberer EUV‑lys.
• Den krever en svært sterk energikilde, i form av en kraftig laser, med opptil 40 kW laser som brukes. Denne typen laserforsterker krever 7,3 kilometer kabel, veier 17 tonn og inneholder over 450 000 deler.
• Laseret eksiterer små dråper av tinn på 25 mikron i diameter, med 50 000 dråper som faller per sekund.
  • Tinnet blir deretter forvandlet til plasma av laseret, og sender ut EUV‑lys.

Kilde: Semi Engineering

Hvert av disse trinnene krever ekstremt avanserte målinger, verktøy, kontrollsystemer og sensorer, alt med presisjon målt i mikrometer og nanosekunder.

Gjennom dyp ekspertise bygget opp gjennom tiår med bygging av litografimaskiner, er ASML (så langt?) den ubestridte mesteren av EUV‑teknologi. De har også bygget et tett nettverk av nøkkelleverandører, med for eksempel speil på opptil 1 meter i diameter, med overflateglatthet ned til pikometer (en billiondel av en meter).

I tillegg til svært presise maskiner, krever EUV også spesialisert og proprietær programvare for kalibrering, diagnostikk, evaluering og automatisering.

Mens EUV utvilsomt er fremtiden for selskapet, og en stor del av inntektene, representerer mindre avanserte DUV‑produserte chipper fortsatt majoriteten av verdens halvlederproduksjon.

Kilde: ASML

ASML

ASML selskapsgjennomgang og nøkkelindikatorer

The company was founded in 1984 as a joint venture between the Dutch companies ASM and Philips. It currently employs 44,000+ people in 60 locations. The company has been collaborating with TSMC from inception, and was already supplying lithography for 90nm nodes in 2004.

By 2011, it had provided lithography machines for 32nm nodes, with an average lithography machine costing €27 million at the time.

By 2022, it had sold 140 EUV machines, each costing $200M+, requiring three Boeing 747s to transport one of the 180-ton machines.

ASML‑indikatorer

In 2024, ASML made €28.3B in revenues from selling 583 lithography machines. The company enjoys remarkable 51.3% gross margins, allowing it to easily reinvest €4.3B in R&D, almost double compared to 2020 levels.

Kilde: ASML

The company expects revenues to grow to €44B-€60B by 2030, with gross margin at 56-60%.

ASML’s industry-leading success in lithography has been rewarded with massive returns for its shareholders. €3B were returned to shareholders in 2024, and dividends have tripled since 2018.

Kilde: ASML

The company massively outperformed the overall Nasdaq in the past 15 years, even in a decade very favorable to tech stocks in general, and in line with the overall semiconductor indexes.

Kilde: ASML

The company expects the installed base of lithography machines to keep growing into 2030, strongly driving increasing revenues from maintenance and service upgrades.

Kilde: ASML

EUV‑maskinene er ikke de mest solgte per enhet, men utgjør halvparten av selskapets inntekter på grunn av den høyere prislappen.

De fleste salgene mot slutten av 2024 og tidlig i 2025 gikk til Taiwan, Sør‑Korea, USA og Kina. Generelt kan salg i Taiwan antas å hovedsakelig gå til TSMC, i Sør‑Korea til Samsung, og i USA til TSMC (åpning av en ny fabrikk i Nevada) og til Intel (INTC ).

Kilde: ASML

Sales to China used to be a lot larger, but sanctions against China by the USA and Chinese chip makers trying to switch to local suppliers have reduced ASML sales to the country to only older lithography technologies.

ASMLs risikoer i det kinesiske markedet og sanksjonsvirkning

Sanksjonskriger

As China is, together with Taiwan, one of the world’s largest semiconductor producers in the world, ASML used to enjoy a lot of sales in this market.

However, many years of escalating tensions and increasingly punitive sanctions against the Chinese semiconductor industry by successive US administrations have drastically changed this market for ASML.

In the summer of 2022, the USA banned the export of EUV machines to China. This was possible because while ASML is a Dutch company, it relies on key American IP for the production of its lithography machines.

Later on, even exports of DUV machines like ASML’s TWINSCAN NXT:1980Di were restricted, giving China only access to less advanced DUV technology. This sanction round was in part due to the recent success of Huawei in producing advanced chips without EUV machines in september 2023.

Kinesiske løsninger

Huawei is aiming to develop its own EUV solutions, with a patent already deposited in desember 2022.

Another Chinese company, SMIC, has managed to use older DUV machines to produce 5nm chips without EUV.

“This involved stacking multiple lithography and etching steps, specifically using SAQP, to mimic the precision of EUV. The method is slower, more error-prone, and expensive, but it works.”

Both SMIC and Huawei are looking at creating 3nm chips as well, using self-aligned quadruple patterning (SAQP) lithography. Huawei is also working on a 3nm chip design that replaces silicon with carbon nanotubes.

Lastly, China-made EUV machines could also come to the market soon, at first for domestic use. Another alternative could be to generate the EUV light not with tin plasma, but a particle accelerator, an idea already discussed in 2023, based on a scientific publication from 2022.

En risiko for ASML?

Overall, it is likely that the Chinese market will be lost for ASML in the long run, with the country unable to rely on Western technology and having to rebuild from scratch an entire parallel semiconductor supply chain.

This is, for now, mostly a question of strategic rivalry between the USA and China, more than a business threat to ASML.

This is because of a few reasons:

• The sales of DUV to China are just a fraction of ASML’s total revenues.
• The methods bypassing EUV with older DUV are technically feasible, but less reliable and therefore result in more expensive chips.
  • This makes them viable for Huawei and other Chinese electronics companies locked out of advanced chips, but not economically competitive in international markets.
• Huawei-made EUV machines will need a lot of improvement and fine-tuning, and will be produced in a limited number, only able to satisfy Chinese domestic demand for many years.
• A cyclotron-based EUV generation is still very theoretical and will take years or even decades to become a viable alternative to the currently used EUV technology.

Salg uten EUV

Unconnected to the question of Chinese attempts at developing EUV machines, DUV sales are likely to stay stable. This is because while EUV has become the standard for most LOGIC and DRAM critical layers, all other layers are patterned using DUV technology.

So the strong position of ASML in DUV guarantees stable revenues, including servicing and maintenance of the existing parks, with each machine operating for 20+ years.

This makes the development and adoption of EUV important, but not vital to the company’s short-term perspectives.

The same can be said for annex systems to lithography machines, like sensors and metrology (measurements) of the finished product for quality control.

Kilde: ASML

Fremtiden for litografi

ASML keeps innovating and is also actively doing acquisitions of new key technologies, like the optical glass maker Berliner Glas Group in 2020, allowing it to push for the next generation of chip-making machines.

Kilde: ASML

Chinese competitors might come with commercial-scale EUV solutions in the coming years. But ASML is already working on the next step, called high-NA lithography. The “NA” refers to numerical aperture, a measure of how much light an optical system can gather and focus.

ASML is progressing quickly on this technology: its latest optics innovation sets the base for its EUV roadmap toward picometer stability (1/200 Si atom) on aspheric mirrors.

High-NA EUV optics should help create a higher productivity EUV platform. By doing so, it could push the improvements of EUV performance and productivity far into the next decade (>2030).

Kilde: ASML

High-NA technology should not only be more precise and quick, it should also be more energy efficient, a growing concern as increasingly powerful lithography machines now come with significant energy bills to operate.

Most likely, high-NA EUV will be the method used for mass production of 2nm node chips and smaller.

Kilde: ASML

Intel har vært en tidlig adopter av High‑Na EUV i sin fabrikk i Oregon. This is still very much getting implemented in foundries, and andre teknologier som etsning kan også spille en rolle i fremtidige forbedringer av ytelse.

“Med tillegget av High NA EUV vil Intel ha den mest allsidige litografiverktøykassen i industrien, noe som gjør det mulig for selskapet å drive fremtidige prosesskapasiteter utover Intel 18A inn i andre halvdel av dette tiåret.”

“Prislappen på $400 M per maskin oppmuntrer også noen fabrikker til å utsette adopsjon i minst én generasjon av chipper.”

Like er high‑NA EUV fortsatt et relativt enkelt steg fremover for ASML, da den gjenbruker mye av teknologien og erfaringen utviklet de siste 20 årene for å gjøre «normal» EUV mulig.

“Hvorfor prioriterte vi felleskap og modularitet gjennom våre EUV‑litografisystemer? Fordi på den måten drar alle våre systemer nytte av lærdom fra 20 år med EUV‑utvikling.

Bruk av velprøvd teknologi reduserer risikoen for feil. Og modulene forenkler systemets installasjon og integrasjon i en kundes fabrikk.”

Konklusjon

Gjennom en dedikasjon til den høyest mulige presisjonen i sine maskiner og ingeniørmessig dyktighet, har ASML blitt DEN litografiselskapet som dominerer sitt nisjemarked.

Det er i praksis et monopol på EUV, den viktigste teknologien for produksjon av alle de mest avanserte chipene som kreves for utvikling av AI‑teknologier, toppmoderne datasentre og de nyeste generasjonene av smarttelefoner.

Uten de amerikanske sanksjonene mot Kina som forbyr eksport av EUV til landet, ville ASML sannsynligvis ha forblitt den eneste viktige leverandøren av denne teknologien i et tiår eller to.

På grunn av sanksjonene og titalls milliarder investert i det som ble en strategisk sårbarhet, kan kinesiske produsenter en dag bli en seriøs konkurrent til ASML. De henger imidlertid fortsatt etter, og er tvunget til å klare seg med DUV‑maskiner, lavere avkastning og høyere kostnader.

Og håper på at deres egen kinesisk‑produserte EUV‑maskin snart vil gi et bedre alternativ. Det er sannsynlig at når Huawei og SMIC har tatt igjen EUV‑teknologien fra 2025, vil ASML allerede ha tatt i bruk High‑NA EUV.

Så selv om det kan være farlig å undervurdere Kinas evne til å ta igjen og bygge en innenlandsk forsyningskjede, bør det heller ikke overdrives. Som det er nå, er ASML klar til å forbli ledende innen litografi for avansert chipproduksjon i minst de neste 10 årene, og forbli konkurransedyktig mye lenger.

ASML har også en svært sterk posisjon innen DUV og metrologi, noe som gir ekstra inntekter som bidrar til å finansiere FoU‑budsjettet.

Bortsett fra selskapets kvalitet, er det siste spørsmålet investorer må stille seg om verdsettelsen. På grunn av monopolposisjonen og den generelle veksten i sektoren, priser ASML‑aksjen inn mye fremtidig vekst.

Dette virker rimelig, men betyr også at verdsettelsen er langt fra billig: ASMLs pris‑til‑inntjening‑forhold har variert fra en «lav» 20 til opptil 54.

Siste ASML (ASML) aksjenyheter og utviklinger