ASML (ASML): A pedra angular dos semicondutores modernos

As ferramentas de fabricação de chips

Semicondutores, e especialmente chips de computador, tornaram-se rapidamente uma das tecnologias e commodities mais importantes do planeta. Desde os primórdios da era do PC até a ascensão dos smartphones, da computação em nuvem e da IA, a importância dos chips e a demanda por eles só aumentaram.

Fonte: Applied Materials

Esta é uma indústria interessante, onde nenhum ator é integrado verticalmente; em vez disso, ela é formada por uma constelação de empresas ultraespecializadas, cada uma realizando uma das muitas etapas críticas para transformar areia comum (silício) em máquinas pensantes.

As maiores empresas dos setores são projetistas de chips como Nvidia (NVDA ), ou “fundições” que fazem a fabricação real de chips como TSMC (TSM ) (siga o link para relatórios de investimentos dedicados a essas empresas).

Essas empresas dependem fortemente de fornecedores especializados para as máquinas necessárias para produzir os chips.

Fonte: ASML

E nenhuma é mais importante do que a empresa que detém o monopólio da litografia EUV (Ultravioleta Extrema), a holandesa ASML.

O papel da ASML na fabricação de semicondutores

Como a litografia impulsiona a miniaturização de chips

A ASML é especialista em máquinas de litografia. Litografia (que significa literalmente "gravação em rocha") é a forma como o "nó" de um processador é gravado em uma pastilha de silício, transformando-a em um chip de computador.

Fonte: Natureza

Quanto mais avançado o chip, menor o nó e mais complexo o processo de litografia. A miniaturização contínua dos nós e o aprimoramento da litografia têm permitido que os computadores se tornem mais potentes ano após ano, seguindo a Lei de Moore.

Fonte: Steven Jurvetson

A litografia é uma etapa de todo o processo de transformação de uma pastilha de silício em chips de computador, geralmente com ciclos de 40 a 80 vezes para produzir um chip completo.

Fonte: ASML

Uma limitação física fundamental da litografia é que o nó gravado não pode ser maior que o comprimento de onda da luz potente usada para isso.

Fonte: ASML

Então, à medida que os transistores ficaram menores, frequências de luz cada vez mais altas foram necessárias, hoje indo cada vez mais para a extremidade superior do espectro ultravioleta.

O primeiro passo para sair do espectro de luz visível foi com a litografia I-line, seguida logo pela litografia DUV (ultravioleta profundo).

Fonte: Icometrue

Esses métodos impulsionaram a indústria na era dos smartphones e data centers cada vez mais potentes. Mas, para as ferramentas mais avançadas, uma nova tecnologia era necessária: a litografia EUV (Ultravioleta Extrema).

O que é litografia EUV e como ela funciona?

A EUV permite nós ultrapequenos, de até 7 nm, ou mesmo 5 nm, 3 nm e além. Esses níveis avançados de nós são frequentemente considerados necessários para aplicações como IA, aprendizado de máquina, 5G, RA/RV e serviços avançados de nuvem.

Embora a ASML seja líder em tecnologia DUV, a EUV é ainda mais importante, já que a empresa é a única fabricante de máquinas para fabricação de chips EUV, embora algumas empresas chinesas estejam procurando entrar no setor o mais rápido possível (veja abaixo para mais informações sobre o assunto).

A tecnologia EUV é extremamente difícil de dominar, devido a uma série de limitações técnicas:

• O processo ocorre em um ambiente de vácuo porque quase tudo absorve luz EUV.
• Requer uma fonte de energia muito forte, na forma de um laser potente, com laser de até 40 kW sendo usado. Esse tipo de amplificador de laser requer 7.3 quilômetros de cabo, pesa 17 toneladas e contém mais de 450,000 peças.
• O laser excita pequenas gotículas de estanho de 25 mícrons de diâmetro, com 50,000 gotículas caindo por segundo.
  • O estanho é então vaporizado em um plasma pelo laser, emitindo luz EUV.

Fonte: Semi Engenharia

Cada uma dessas etapas exige medições, ferramentas, controles e sensores extremamente avançados, todos projetados com precisão e qualidade medida em micrômetros e nanossegundos.

Graças à sua profunda expertise adquirida ao longo de décadas de construção de máquinas litográficas, a ASML é (até agora?) a mestre incontestável da tecnologia EUV. Ela também construiu uma rede densa de fornecedores importantes, com, por exemplo, espelhos de até 1 metro de diâmetro, com lisura de superfície de até picômetros (um trilionésimo de metro).

Além de máquinas muito precisas, o EUV também requer software especializado e proprietário para calibração, diagnóstico, avaliação e automação.

Embora o EUV seja certamente o futuro da empresa e uma grande parte de suas receitas, os chips menos avançados feitos pela DUV ainda representam a maior parte da produção mundial de semicondutores.

Fonte: ASML

ASML

Visão geral e métricas principais da empresa ASML

A empresa foi fundada em 1984 como uma joint venture entre as empresas holandesas ASM e Philips. Atualmente, emprega mais de 44,000 pessoas em 60 locais. A empresa colabora com a TSMC desde o início e já fornecia litografia para nós de 90 nm em 2004.

Em 2011, a empresa forneceu máquinas de litografia para nós de 32 nm, com uma máquina de litografia média custando € 27 milhões na época.

Até 2022, foram vendidas 140 máquinas EUV, cada uma custando mais de US$ 200 milhões, sendo necessários três Boeing 747 para transportar uma das máquinas de 180 toneladas.

Métricas ASML

Em 2024, a ASML obteve € 28.3 bilhões em receitas com a venda de 583 máquinas litográficas. A empresa desfruta de uma margem bruta impressionante de 51.3%, o que lhe permite reinvestir facilmente € 4.3 bilhões em P&D, quase o dobro dos níveis de 2020.

Fonte: ASML

A empresa espera que as receitas cresçam para € 44 bilhões a € 60 bilhões até 2030, com margem bruta de 56-60%.

O sucesso da ASML como líder do setor em litografia foi recompensado com retornos massivos para seus acionistas. € 3 bilhões foram devolvidos aos acionistas em 2024, e os dividendos triplicaram desde 2018.

Fonte: ASML

A empresa superou enormemente o Nasdaq em geral nos últimos 15 anos, mesmo em uma década muito favorável às ações de tecnologia em geral, e em linha com os índices gerais de semicondutores.

Fonte: ASML

A empresa espera que a base instalada de máquinas de litografia continue crescendo até 2030, impulsionando fortemente o aumento das receitas de manutenção e atualizações de serviços.

Fonte: ASML

Os EUVs não são as máquinas mais vendidas por unidade, mas representam metade da receita da empresa devido ao preço mais alto.

A maior parte das vendas no final de 2024 e início de 2025 foi para Taiwan, Coreia do Sul, EUA e China. Em geral, pode-se presumir que as vendas em Taiwan foram direcionadas principalmente para a TSMC, na Coreia do Sul para a Samsung e nos EUA para a TSMC (com a abertura de uma nova fundição em Nevada) e para Intel (INTC ).

Fonte: ASML

As vendas para a China costumavam ser muito maiores, mas as sanções contra a China impostas pelos EUA e os fabricantes de chips chineses que tentavam migrar para fornecedores locais reduziram as vendas da ASML para o país, limitando-as a tecnologias de litografia mais antigas.

Riscos de mercado da China e impacto das sanções da ASML

Guerras de Sanções

Como a China é, junto com Taiwan, um dos maiores produtores de semicondutores do mundo, a ASML costumava ter muitas vendas nesse mercado.

No entanto, muitos anos de tensões crescentes e sanções cada vez mais punitivas contra a indústria chinesa de semicondutores por sucessivos governos dos EUA mudaram drasticamente esse mercado para a ASML.

No verão de 2022, os EUA proibiram a exportação de máquinas EUV para a China. Isso foi possível porque, embora a ASML seja uma empresa holandesa, ela depende de propriedade intelectual americana importante para a produção de suas máquinas litográficas.

Mais tarde, até mesmo as exportações de máquinas DUV como as da ASML TWINSCAN NXT:1980Di foram restringidas, dando à China acesso apenas à tecnologia DUV menos avançada. Esta rodada de sanções deveu-se em parte a o recente sucesso da Huawei na produção de chips avançados sem máquinas EUV em setembro de 2023.

Soluções Chinesas

A Huawei pretende desenvolver suas próprias soluções EUV, com uma patente já depositado em dezembro de 2022.

Outra empresa chinesa, a SMIC, conseguiu usar máquinas DUV mais antigas para produzir chips de 5 nm sem EUV.

Isso envolveu o empilhamento de várias etapas de litografia e gravação, especificamente usando SAQP, para imitar a precisão do EUV. O método é mais lento, mais sujeito a erros e mais caro, mas funciona.

Tanto a SMIC quanto a Huawei também estão buscando criar chips de 3 nm, usando litografia de padronização quádrupla autoalinhada (SAQP). A Huawei também está trabalhando em um projeto de chip de 3 nm que substitui o silício por nanotubos de carbono.

Por último, Máquinas EUV fabricadas na China também poderá chegar ao mercado em breve, inicialmente para uso doméstico. Outra alternativa poderia ser para gerar a luz EUV não com plasma de estanho, mas com um acelerador de partículas, uma ideia já discutida em 2023, com base em uma publicação científica de 2022.

Um risco para a ASML?

No geral, é provável que o mercado chinês seja perdido para a ASML no longo prazo, com o país incapaz de depender da tecnologia ocidental e tendo que reconstruir do zero toda uma cadeia de fornecimento paralela de semicondutores.

Por enquanto, trata-se principalmente de uma questão de rivalidade estratégica entre os EUA e a China, mais do que de uma ameaça comercial à ASML.

Isso ocorre por alguns motivos:

• As vendas de DUV para a China representam apenas uma fração da receita total da ASML.
• Os métodos que ignoram o EUV com DUV mais antigo são tecnicamente viáveis, mas menos confiáveis e, portanto, resultam em chips mais caros.
  • Isso os torna viáveis para a Huawei e outras empresas chinesas de eletrônicos que não têm acesso a chips avançados, mas não são economicamente competitivos em mercados internacionais.
• As máquinas EUV fabricadas pela Huawei precisarão de muitas melhorias e ajustes, e serão produzidas em número limitado, sendo capazes apenas de satisfazer a demanda interna chinesa por muitos anos.
• Uma geração de EUV baseada em cíclotron ainda é muito teórica e levará anos ou até décadas para se tornar uma alternativa viável à tecnologia EUV usada atualmente.

Vendas não EUV

Sem relação com a questão das tentativas chinesas de desenvolver máquinas EUV, as vendas de DUV provavelmente permanecerão estáveis. Isso porque, embora o EUV tenha se tornado o padrão para a maioria das camadas críticas de LÓGICA e DRAM, todas as outras camadas são padronizadas usando a tecnologia DUV.

Portanto, a forte posição da ASML na DUV garante receitas estáveis, incluindo serviços e manutenção dos parques existentes, com cada máquina operando por mais de 20 anos.

Isso torna o desenvolvimento e a adoção do EUV importantes, mas não vitais para as perspectivas de curto prazo da empresa.

O mesmo pode ser dito dos sistemas anexos às máquinas de litografia, como sensores e metrologia (medições) do produto acabado para controle de qualidade.

Fonte: ASML

Futuro da Litografia

A ASML continua inovando e também está ativamente fazendo aquisições de novas tecnologias-chave, como o fabricante de vidro óptico Grupo Berliner Glas em 2020, permitindo-lhe impulsionar a próxima geração de máquinas de fabricação de chips.

Fonte: ASML

Os concorrentes chineses poderão apresentar soluções EUV em escala comercial nos próximos anos. Mas a ASML já está trabalhando na próxima etapa, chamada litografia de alta NA. O “NA” refere-se à abertura numérica, uma medida de quanta luz um sistema óptico pode coletar e focar.

A ASML está progredindo rapidamente nessa tecnologia: sua mais recente inovação óptica estabelece a base para seu roteiro EUV rumo à estabilidade do picômetro (átomo de Si 1/200) em espelhos asféricos.

A ótica EUV de alta NA deve ajudar a criar uma plataforma EUV de maior produtividade. Ao fazer isso, poderá impulsionar as melhorias de desempenho e produtividade da EUV para a próxima década (>2030).

Fonte: ASML

A tecnologia de alta AN não deve ser apenas mais precisa e rápida, mas também mais eficiente em termos de energia, uma preocupação crescente, já que máquinas litográficas cada vez mais potentes agora envolvem contas de energia significativas para operar.

Provavelmente, o EUV de alta NA será o método usado para produção em massa de chips de nó de 2 nm e menores.

Fonte: ASML

A Intel foi uma das primeiras a adotar o High-Na EUV em sua fundição no Oregon. Isso ainda está sendo implementado em fundições, e outras tecnologias como a gravação também podem desempenhar um papel na melhoria futura do desempenho.

“Com a adição do High NA EUV, a Intel terá o conjunto de ferramentas de litografia mais completo do setor, permitindo que a empresa impulsione futuras capacidades de processo além do Intel 18A na segunda metade desta década.”

Mark Phillips - Intel'SDdiretor de Litografia, Hardware e Soluções para Desenvolvimento de Tecnologia Lógica da Intel Foundry.

O preço de US$ 400 milhões por máquina também está encorajando algumas fundições a adiar a adoção por pelo menos uma geração de chips.

Ainda assim, o EUV de alta NA deve ser um passo relativamente fácil para a ASML, pois reutiliza grande parte da tecnologia e experiência desenvolvidas nos últimos 20 anos para tornar o EUV “normal” possível.

Por que priorizamos a comunalidade e a modularidade em todos os nossos sistemas de litografia EUV? Porque, dessa forma, todos os nossos sistemas se beneficiam das lições aprendidas ao longo de 20 anos de desenvolvimento de EUV.

O uso de tecnologia comprovada reduz o risco de problemas. E os módulos agilizam a instalação e a integração do sistema na fábrica do cliente.

Conclusão

Por meio da dedicação à mais alta precisão possível em suas máquinas e excelência em engenharia, a ASML se tornou A empresa de litografia, dominando seu nicho de mercado.

É um monopólio de fato sobre a EUV, a tecnologia mais importante para a produção de todos os chips mais avançados necessários para o desenvolvimento de tecnologias de IA, data centers de ponta e as últimas gerações de smartphones.

Se não fosse pelas sanções dos EUA à China, que proíbem a exportação de EUV para o país, a ASML provavelmente teria permanecido confortavelmente como o único fornecedor importante dessa tecnologia por uma ou duas décadas.

Devido às sanções e às dezenas de bilhões investidos no que se tornou uma vulnerabilidade estratégica, os fabricantes chineses podem um dia se tornar um concorrente sério da ASML. No entanto, eles ainda estão atrasados, sendo forçados a se contentar com máquinas DUV, menor rendimento e custos mais altos.

E esperam que sua própria máquina EUV fabricada na China ofereça uma alternativa melhor em breve. É provável que, quando a Huawei e a SMIC alcançarem a tecnologia EUV de 2025, a ASML já esteja implementando EUV de alta NA.

Portanto, embora possa ser perigoso subestimar a capacidade da China de se atualizar e construir uma cadeia de suprimentos doméstica, isso também não deve ser exagerado. Atualmente, a ASML está pronta para permanecer líder em litografia para fabricação de chips avançados pelos próximos 10 anos, no mínimo, e permanecer competitiva por muito mais tempo.

A ASML também tem uma posição muito forte em DUV e metrologia, gerando receitas extras que ajudam a financiar seu orçamento de P&D.

Além da qualidade da empresa, a última pergunta que os investidores precisarão fazer é a avaliação. Devido à sua posição de monopólio e ao crescimento geral do setor, as ações da ASML estão precificando um grande crescimento futuro.

Isso parece razoável, mas também significa que a avaliação está longe de ser barata: a relação preço/lucro da ASML tem variado de um "baixo" 20 até 54.

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