ASML (ASML): Hörnstenen i moderna halvledare

Verktygen för chipproduktion

Halvledare, och speciellt datorchip, har snabbt blivit en av världens viktigaste teknologier och råvaror på jorden. Från de tidiga dagarna av PC-eran till uppkomsten av smartphone- och molnberäkning, samt AI, har betydelsen av chip och efterfrågan på dem bara ökat.

Källa: Applied Materials

Detta är en intressant bransch, där ingen aktör är vertikalt integrerad; istället består den av en konstellation av ultra-specialiserade företag, var och en som gör en av de många kritiska stegen i att förvandla vanlig sand (kisel) till tänkande maskiner.

De största företagen i sektorn är antingen chipdesigners som Nvidia (NVDA ), eller “foundries” som tillverkar chip som TSMC (TSM ) (följ länken för dedikerade investeringsrapporter om dessa företag).

Dessa företag är starkt beroende av specialiserade leverantörer för maskinerna som krävs för att producera chippen.

Källa: ASML

Och ingen är viktigare än det holländska företaget ASML, som har monopol på EUV (Extrem Ultraviolett) litografi.

ASML:s roll i halvledartillverkning

Hur litografi driver chipminiatyrisering

ASML är specialiserat på litografimaskiner. Litografi (som bokstavligen betyder “stenristning”) är hur “noden” i en processor ristats in på en kiselskiva, vilket förvandlar den till en datorchip.

Källa: Nature

Ju mer avancerad chippet är, desto mindre är noden och desto mer komplex är litografiprocessen. Den kontinuerliga miniatyriseringen av noder och litografiförbättringen är vad som har möjliggjort att datorer har blivit mer kraftfulla år för år, enligt Moore’s lag.

Källa: Steven Jurvetson

Litografi är ett steg i hela processen att förvandla en kiselskiva till datorchip, med vanligtvis 40-80x cykler för att skapa en fullständig chip.

Källa: ASML

En viktig fysisk begränsning för litografi är att noden som ristats in inte kan vara större än våglängden på det kraftfulla ljus som används för att göra det.

Källa: ASML

Så när transistorerna blev mindre, krävdes allt högre frekvenser av ljus, idag allt mer inom den övre delen av ultraviolett-spektrumet.

Det första steget för att lämna det synliga ljusspektrumet var med I-linje, följt snart av DUV (Deep Ultraviolet) litografi.

Källa: Icometrue

Dessa metoder var de som bar industrin under eran av allt mer avancerade smartphones och datacenter. Men för de mest avancerade verktygen behövdes en ny teknik: EUV (Extrem Ultraviolet) litografi.

Vad är EUV-litografi och hur fungerar det?

EUV möjliggör ultra-små noder, upp till 7nm, eller till och med 5nm, 3nm och bortom. Dessa avancerade nodnivåer anses ofta vara nödvändiga för tillämpningar som AI, maskinlärning, 5G, AR/VR och avancerade molntjänster.

Medan ASML är ledande inom DUV-teknik, är EUV ännu viktigare, eftersom företaget är den enda tillverkaren av EUV-chipmaskiner, även om vissa kinesiska företag försöker att komma in på marknaden så snart som möjligt (se nedan för mer om det).

EUV-teknik är extremt svår att bemästra, på grund av en serie tekniska begränsningar:

* Processen sker i en vakuummiljö eftersom nästan allt absorberar EUV-ljus.
* Den kräver en mycket kraftfull energikälla, i form av en kraftfull laser, med upp till 40kW laser som används. Denna typ av laserförstärkare kräver 7,3 kilometer kabel, väger 17 ton och innehåller 450 000+ delar.

Källa: Semi Engineering

Var och en av dessa steg kräver extremt avancerad mätning, verktyg, kontroll och sensorer, allt med en precision som mäts i mikrometer och nanosekunder.

Genom djup expertis byggd under decennier av att bygga litografimaskiner, är ASML den (hittills?) obestridda mästaren av EUV-teknik. Det har också byggt ett tätt nätverk av nyckelleverantörer, med till exempel speglar upp till 1 meter i diameter, med en yta som är slät ner till picometer (en trilliondel av en meter).

Förutom mycket precisa maskiner kräver EUV också specialiserad och proprietär programvara för kalibrering, diagnostik, utvärdering och automatisering.

Medan EUV utan tvekan är framtiden för företaget, och en stor del av dess intäkter, representerar mindre avancerade DUV-chip fortfarande den största delen av världens halvledarproduktion.

Källa: ASML

ASML

ASML-företagsöversikt och nyckeltal

Företaget grundades 1984 som ett joint venture mellan de holländska företagen ASM och Philips. Det sysselsätter för närvarande 44 000+ personer på 60 platser. Företaget har samarbetat med TSMC sedan starten och levererade redan litografi för 90nm-noder 2004.

År 2011 hade det levererat litografimaskiner för 32nm-noder, med en genomsnittlig kostnad för en litografimaskin på 27 miljoner euro vid den tiden.

År 2022 hade det sålt 140 EUV-maskiner, var och en till en kostnad av 200 miljoner dollar eller mer, och som krävde tre Boeing 747:or för att transportera en av de 180 tons maskinerna.

ASML-mätvärden

År 2024 genererade ASML 28,3 miljarder euro i intäkter från försäljning av 583 litografimaskiner. Företaget har en imponerande bruttomarginal på 51,3%, vilket möjliggör enkelt återinvestering av 4,3 miljarder euro i FoU, nästan dubbelt så mycket som 2020.

Källa: ASML

Företaget förväntar sig att intäkterna kommer att öka till 44-60 miljarder euro till 2030, med en bruttomarginal på 56-60%.

ASML:s branschledande framgång inom litografi har belönats med enorma avkastningar för dess aktieägare. 3 miljarder euro återbetalades till aktieägarna 2024, och utdelningarna har tredubblats sedan 2018.

Källa: ASML

Företaget har överträffat den övergripande Nasdaq under de senaste 15 åren, även under ett decennium som var mycket gynnsamt för teknikaktier i allmänhet, och i linje med den övergripande halvledarindex.

Källa: ASML

Företaget förväntar sig att den installerade basen av litografimaskiner kommer att fortsätta växa till 2030, vilket kommer att driva ökade intäkter från underhåll och serviceuppgraderingar.

Källa: ASML

EUV-maskiner är inte de mest sålda maskinerna per enhet, men representerar hälften av företagets intäkter på grund av den högre prislappen.

De flesta försäljningarna i slutet av 2024 och början av 2025 gick till Taiwan, Sydkorea, USA och Kina. I allmänhet kan försäljning i Taiwan antas vara riktad till TSMC, i Sydkorea till Samsung och i USA till TSMC (som öppnar en ny fabrik i Nevada) och till Intel (INTC ).

Källa: ASML

Försäljning till Kina var tidigare mycket större, men sanktioner mot Kina från USA och kinesiska chip-tillverkare som försöker att byta till lokala leverantörer har minskat ASML:s försäljning till landet till endast äldre litografiteknik.

ASML:s Kina-marknadsrisker och sanktionspåverkan

Sanktioner

Eftersom Kina, tillsammans med Taiwan, är en av världens största halvledarproducenter, har ASML tidigare njutit av stora försäljningssiffror på denna marknad.

Men många år av eskalerande spänningar och alltmer stränga sanktioner mot den kinesiska halvledarindustrin från USA har drastiskt förändrat denna marknad för ASML.

Sommar 2022 förbjöd USA exporten av EUV-maskiner till Kina. Detta var möjligt eftersom ASML, trots att det är ett holländskt företag, är beroende av viktig amerikansk IP för produktionen av sina litografimaskiner.

Senare begränsades även exporten av DUV-maskiner, som ASML:s TWINSCAN NXT:1980Di, till Kina, vilket gav landet endast tillgång till mindre avancerad DUV-teknik. Denna sanktionsrunda var delvis på grund av Huaweis nyliga framgång i att producera avancerade chip utan EUV-maskiner i september 2023.

Kinesiska lösningar

Huawei syftar till att utveckla sina egna EUV-lösningar, med ett patent som redan har deponerats i december 2022.

Ett annat kinesiskt företag, SMIC, har lyckats använda äldre DUV-maskiner för att producera 5nm-chip utan EUV.

“Detta innebar att man staplade flera litografiska och etsningssteg, specifikt med hjälp av SAQP, för att efterlikna precisionen hos EUV. Metoden är långsammare, mer felbenägen och dyrare, men den fungerar.”

Både SMIC och Huawei arbetar med att skapa 3nm-chip med hjälp av självjusterande fyrdubbel mönster (SAQP) litografi. Huawei arbetar också med en 3nm-chipdesign som ersätter kisel med kolnanorör.

Slutligen kan Kina-tillverkade EUV-maskiner också komma ut på marknaden snart, initialt för inhemsnt bruk. En annan möjlig lösning kan vara att generera EUV-ljuset inte med tennplasma, utan med en partikelaccelerator, en idé som redan diskuterades 2023, baserat på en vetenskaplig publikation från 2022.

En risk för ASML?

Sammantaget är det troligt att den kinesiska marknaden kommer att förloras för ASML på lång sikt, med landet oförmöget att förlita sig på västerländsk teknik och tvingat att bygga upp en hel parallell halvledarleverantörskedja från scratch.

Detta är, för närvarande, mer en fråga om strategisk rivalitet mellan USA och Kina, snarare än ett affärs hot mot ASML.

Detta beror på flera skäl:
* Försäljningen av DUV till Kina är bara en bråkdel av ASML:s totala intäkter.
* Metoderna för att kringgå EUV med äldre DUV är tekniskt möjliga, men mindre tillförlitliga och resulterar därför i dyrare chip.

• Dessa metoder är genomförbara för Huawei och andra kinesiska elektronikföretag som är låsta ute från avancerade chip, men de är inte ekonomiskt konkurrenskraftiga på den internationella marknaden.

* Huawei-tillverkade EUV-maskiner kommer att behöva mycket förbättring och finjustering och kommer att produceras i begränsad mängd, endast tillräckligt för att tillfredsställa kinesisk inhemsk efterfrågan under många år.
* En cyclotron-baserad EUV-generering är fortfarande mycket teoretisk och kommer att ta år eller till och med decennier att bli en livskraftig alternativ till den för närvarande använda EUV-tekniken.

Icke-EUV-försäljning

Oberoende av frågan om kinesiska försök att utveckla EUV-maskiner, är DUV-försäljning sannolikt att förbli stabil. Detta beror på att medan EUV har blivit standarden för de flesta LOGIC- och DRAM-kritiska lager, används DUV-teknik för att mönstra alla andra lager.

Så den starka positionen för ASML inom DUV garanterar stabila intäkter, inklusive service och underhåll av den befintliga parken, med varje maskin som fungerar i 20+ år.

Detta gör utvecklingen och antagandet av EUV viktigt, men inte avgörande för företagets kortsiktiga perspektiv.

Detsamma gäller för annexsystem till litografimaskiner, som sensorer och metrologi (mätning) av den färdiga produkten för kvalitetskontroll.

Källa: ASML

Framtiden för litografi

ASML fortsätter att innovativa och gör också aktiva förvärv av nya nyckelteknologier, som den optiska glas-tillverkaren Berliner Glas Group 2020, vilket möjliggör att driva på till nästa generation av chip-tillverkningsmaskiner.

Källa: ASML

Kinesiska konkurrenter kan komma med kommersiella EUV-lösningar inom de närmaste åren. Men ASML arbetar redan med nästa steg, som kallas high-NA-litografi. “NA” refererar till numerisk apertur, ett mått på hur mycket ljus ett optiskt system kan samla in och fokusera.

ASML gör snabb framsteg inom denna teknik: dess senaste optiska innovationer lägger grunden för dess EUV-vägkarta mot picometer-stabilitet (1/200 kiselatom) på asfäriska speglar.

High-NA EUV-optik bör hjälpa till att skapa en mer produktiv EUV-plattform. Genom att göra detta kan det driva förbättringen av EUV-prestanda och produktivitet långt in i nästa decennium (>2030).

Källa: ASML

High-NA-teknik bör inte bara vara mer exakt och snabb, utan också mer energieffektiv, ett växande problem eftersom alltmer kraftfulla litografimaskiner nu kommer med betydande energikostnader för att driva.

Troligen kommer high-NA EUV att vara metoden som används för massproduktion av 2nm-nod-chip och mindre.

Källa: ASML

Intel har varit en tidig antagare av High-NA EUV i sin fabrik i Oregon. Detta är fortfarande under implementering i fabriker, och andra tekniker som etsning kan också spela en roll i den framtida prestandaförbättringen.

“Med tillägget av High NA EUV kommer Intel att ha den mest välavvägda litografiverktygslådan i branschen, vilket möjliggör att driva framtida processförmågor bortom Intel 18A in i den senare delen av detta decennium.”

Mark Phillips – Intels direktör för litografi, maskinvara och lösningar för Intel Foundry Logic Technology Development.

Prislappen på 400 miljoner dollar per maskin har också fått vissa fabriker att skjuta upp antagandet till minst en generation av chip.

Ändå bör high-NA EUV vara ett relativt enkelt steg framåt för ASML, eftersom det återanvänder mycket av den teknik och erfarenhet som utvecklats under de senaste 20 åren för att göra “vanlig” EUV möjlig.

Varför prioriterade vi gemensamhet och moduläritet i våra EUV-litografisystem? För att alla våra system ska dra nytta av lärdomar från 20 års EUV-utveckling.

Att använda beprövad teknik minskar risken för att saker går fel. Och modulerna förenklar installationen och integrationen av systemet i en kunds fabrik.

Slutsats

Genom en dedikation till den högsta möjliga precisionen i sina maskiner och ingenjörsmässig excellens, har ASML blivit DET litografiföretag, som dominerar sin nischmarknad.

Det är ett de facto-monopol på EUV, den viktigaste tekniken för produktionen av alla de mest avancerade chippen som krävs för utvecklingen av AI-tekniker, toppmoderna datacenter och de senaste generationerna av smartphones.

Om inte för de amerikanska sanktionerna mot Kina som förbjuder exporten av EUV till landet, skulle ASML förmodligen ha förblivit det enda viktiga leverantörerna av denna teknik under ett decennium eller två.

På grund av sanktionerna och tiotals miljarder som har pumpats in i vad som blev en strategisk sårbarhet, kan kinesiska tillverkare en dag bli en allvarlig konkurrent till ASML. De är dock fortfarande efter, tvingade att använda DUV-maskiner, lägre avkastning och högre kostnader.

Och hoppas på att deras egen Kina-tillverkade EUV-maskin ska ge en bättre alternativ snart. Det är troligt att när Huawei och SMIC har kommit ikapp 2025 års EUV-teknik, kommer ASML redan att distribuera High-NA EUV.

Så medan det kan vara farligt att underskatta Kinas förmåga att komma ikapp och bygga upp en inhemsk leverantörskedja, bör det inte heller överdrivas. Som det ser ut just nu är ASML redo att förbli ledaren inom litografi för avancerad chip-tillverkning under de kommande 10 åren, och förbli konkurrenskraftig under lång tid.

ASML har också en mycket stark ställning inom DUV och metrologi, vilket ger extra intäkter som hjälper till att finansiera dess FoU-budget.

Förutom företagets kvaliteter är den sista frågan investerare behöver ställa den om värdering. På grund av sin monopolställning och den övergripande tillväxten i sektorn, prissätter ASML-aktien in mycket framtida tillväxt.

Detta verkar rimligt, men betyder också att värderingen är långt ifrån billig: ASML:s P/E-tal har varierat från ett “lågt” 20 till upp till 54.

Senaste ASML (ASML) aktie nyheter och utvecklingar