ASML (ASML): Hörnstenen för moderna halvledare

Verktygen för chiptillverkning

Halvledare, och särskilt datorchips, har snabbt blivit en av världens viktigaste teknologier och råvaror. Från PC-erans tidiga dagar till uppkomsten av smartphones och molntjänster, samt AI, har betydelsen av chips och efterfrågan på dem bara ökat.

Källa: Tillämpade material

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

De största företagen inom sektorerna är antingen chipdesigners som Nvidia (NVDA -2.17%), eller "gjuterier" som utför själva tillverkningen av chips som TSMC (TSM + 0.19%) (följ länken för särskilda investeringsrapporter om dessa företag).

Dessa företag är starkt beroende av specialiserade leverantörer för de maskiner som krävs för att producera chipsen.

Källa: ASML

Och inget är viktigare än företaget med monopol på EUV-litografi (Extreme UltraViolet), det holländska ASML.

ASMLs roll inom halvledartillverkning

Hur litografi driver chipminiaturisering

ASML är specialister på litografimaskiner. Litografi (som bokstavligen betyder "berggravyr") är hur en processors "nod" graveras på en kiselskiva, vilket förvandlar den till ett datorchip.

Källa: Natur

Ju mer avancerat chipet är, desto mindre är noden och desto mer komplex är litografiprocessen. Den kontinuerliga miniatyriseringen av noder och förbättringen av litografin är det som har gjort att datorer har blivit kraftfullare år efter år, enligt Moores lag.

Källa: Steven Jurvetson

Litografi är ett steg i hela processen att omvandla en kiselskiva till datorchips, med vanligtvis 40–80 gångers cykler för att tillverka ett komplett chip.

Källa: ASML

En viktig fysisk begränsning för litografi är att den graverade noden inte får vara större än våglängden för det kraftfulla ljus som används för att göra det.

Källa: ASML

Så allt eftersom transistorerna blev mindre krävs högre och högre ljusfrekvens, och går idag alltmer in i den övre änden av det ultravioletta spektrumet.

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

Källa: Jag blir sann

Dessa metoder var de som bar branschen under en tid av alltmer effektiva smartphones och datacenter. Men för de mest avancerade verktygen behövdes en ny teknik: EUV-litografi (Extreme Ultraviolet).

Vad är EUV-litografi och hur fungerar det?

EUV möjliggör ultrasmå noder, upp till 7 nm, eller till och med 5 nm, 3 nm och mer. Dessa avancerade nodnivåer anses ofta nödvändiga för applikationer som AI, maskininlärning, 5G, AR/VR och avancerade molntjänster.

Medan ASML är ledande inom DUV-teknik är EUV ännu viktigare, eftersom företaget är den enda tillverkaren av maskiner för EUV-chiptillverkning, även om vissa kinesiska företag vill gå in i sektorn så snart som möjligt (se nedan för mer om det ämnet).

EUV-tekniken är extremt svår att bemästra på grund av en rad tekniska begränsningar:

• Processen sker i vakuummiljö eftersom nästan allt absorberar EUV-ljus.
• Det kräver en mycket stark energikälla, i form av en kraftfull laser, med upp till 40 kW laser som användsDen här typen av laserförstärkare kräver 7.3 kilometer kabel, väger 17 ton och innehåller fler än 450,000 XNUMX delar.
• Lasern exciterar små droppar av tenn med en diameter på 25 mikron, med 50,000 XNUMX droppar som faller per sekund.
  • Tennet förångas sedan till ett plasma av lasern, vilket avger EUV-ljus.

Källa: Semi-teknik

Vart och ett av dessa steg kräver extremt avancerade mätningar, verktyg, kontroller och sensorer, all ingenjörskonst med en precisionskvalitet mätt i mikrometer och nanosekunder.

Genom djupgående expertis byggd under årtionden av att bygga litografimaskiner är ASML den (hittills?) obestridda mästaren inom EUV-teknik. De har också byggt upp ett tätt nätverk av viktiga leverantörer, med till exempel speglar upp till 1 meter i diameter, med ytjämnhet ner till pikometer (en biljondels meter).

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

Även om EUV definitivt är företagets framtid, och en stor del av dess intäkter, representerar mindre avancerade DUV-tillverkade chips fortfarande huvuddelen av världens halvledarproduktion.

Källa: ASML

ASML

ASML Företagsöversikt och viktiga mätvärden

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

År 2011 hade den tillhandahållit litografimaskiner för 32nm-noder, med en genomsnittlig litografimaskin som kostade 27 miljoner euro vid den tiden.

År 2022 hade man sålt 140 EUV-maskiner, som var och en kostade över 200 miljoner dollar, vilket krävde tre Boeing 747 för att transportera en av de 180 ton tunga maskinerna.

ASML-mätvärden

År 2024 hade ASML en intäkt på 28.3 miljarder euro från försäljningen av 583 litografimaskiner. Företaget har anmärkningsvärda bruttomarginaler på 51.3 %, vilket gör det möjligt för dem att enkelt återinvestera 4.3 miljarder euro i forskning och utveckling, nästan dubbelt så mycket som 2020 års nivåer.

Källa: ASML

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

ASMLs branschledande framgångar inom litografi har belönats med massiv avkastning för aktieägarna. 3 miljarder euro återbetalades till aktieägarna under 2024, och utdelningen har tredubblats sedan 2018.

Källa: ASML

Företaget har kraftigt överträffat Nasdaq-indexet totalt sett under de senaste 15 åren, även under ett decennium som varit mycket gynnsamt för teknikaktier i allmänhet, och i linje med de övergripande halvledarindexen.

Källa: ASML

Företaget förväntar sig att den installerade basen av litografimaskiner kommer att fortsätta växa fram till 2030, vilket starkt driver ökande intäkter från underhåll och serviceuppgraderingar.

Källa: ASML

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

Merparten av försäljningen i slutet av 2024 och början av 2025 gick till Taiwan, Sydkorea, USA och Kina. Generellt sett kan försäljningen i Taiwan antas vara mestadels riktad till TSMC, i Sydkorea till Samsung, och i USA till TSMC (som öppnar ett nytt gjuteri i Nevada) och till Intel (INTC -2.2%).

Källa: ASML

Försäljningen till Kina brukade vara mycket större, men sanktioner mot Kina från USA och kinesiska chiptillverkare som försöker byta till lokala leverantörer har minskat ASML:s försäljning till landet till endast äldre litografitekniker.

ASMLs marknadsrisker i Kina och sanktionernas inverkan

Sanktionskrig

Eftersom Kina, tillsammans med Taiwan, är en av världens största halvledarproducenter, hade ASML tidigare stor försäljning på denna marknad.

Men många år av eskalerande spänningar och alltmer straffande sanktioner mot den kinesiska halvledarindustrin från successiva amerikanska administrationer har drastiskt förändrat denna marknad för ASML.

Sommaren 2022 förbjöd USA export av EUV-maskiner till Kina. Detta var möjligt eftersom ASML, trots att det är ett nederländskt företag, förlitar sig på viktiga amerikanska immateriella rättigheter för produktionen av sina litografimaskiner.

Senare, även export av DUV-maskiner som ASML:s TWINSCAN NXT: 1980-årsjubileum begränsades, vilket gav Kina endast tillgång till mindre avancerad DUV-teknik. Denna sanktionsrunda berodde delvis på Huaweis senaste framgång med att producera avancerade chips utan EUV-maskiner i september 2023.

Kinesiska lösningar

Huawei siktar på att utveckla sina egna EUV-lösningar, med ett patent redan deponerades i december 2022.

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

"Detta innebar att stapla flera litografi- och etsningssteg, specifikt med hjälp av SAQP, för att efterlikna precisionen hos EUV. Metoden är långsammare, mer felbenägen och dyr, men den fungerar."

Både SMIC och Huawei undersöker möjligheten att skapa 3nm-chips med hjälp av SAQP-litografi (self-aligned quadruple patterning). Huawei arbetar också med en 3nm-chipdesign som ersätter kisel med kolnanorör.

Slutligen, Kinatillverkade EUV-maskiner skulle också kunna komma ut på marknaden snart, till en början för hemmabruk. Ett annat alternativ skulle kunna vara att generera EUV-ljuset inte med tennplasma, utan en partikelaccelerator, en idé som redan diskuterades 2023, baserad på en vetenskaplig publikation från 2022.

En risk för ASML?

Sammantaget är det troligt att ASML kommer att förlora den kinesiska marknaden på lång sikt, då landet inte kan förlita sig på västerländsk teknologi och måste bygga om en hel parallell leveranskedja för halvledare från grunden.

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

Detta beror på några anledningar:

• DUVs försäljning till Kina är bara en bråkdel av ASMLs totala intäkter.
• Metoderna som kringgår EUV med äldre DUV är tekniskt genomförbara, men mindre tillförlitliga och resulterar därför i dyrare chips.
  • Detta gör dem lönsamma för Huawei och andra kinesiska elektronikföretag, utestängda från avancerade chips, men inte ekonomiskt konkurrenskraftiga på internationella marknader.
• Huawei-tillverkade EUV-maskiner kommer att behöva mycket förbättring och finjustering, och kommer att produceras i ett begränsat antal, och bara kunna tillgodose den kinesiska inhemska efterfrågan i många år.
• En cyklotronbaserad EUV-generering är fortfarande mycket teoretisk och kommer att ta år eller till och med decennier för att bli ett gångbart alternativ till den nuvarande EUV-tekniken.

Icke-EUV-försäljning

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

Så ASMLs starka position i DUV garanterar stabila intäkter, inklusive service och underhåll av befintliga parker, där varje maskin är i drift i över 20 år.

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

Detsamma kan sägas om annexsystem till litografimaskiner, som sensorer och metrologi (mätningar) av den färdiga produkten för kvalitetskontroll.

Källa: ASML

Litografins framtid

ASML fortsätter att förnya sig och gör även aktivt förvärv av nya viktiga teknologier, som tillverkaren av optiska glas. Berliner Glas Group 2020, vilket gör att den kan driva på nästa generations spåntillverkningsmaskiner.

Källa: ASML

Kinesiska konkurrenter kan komma med EUV-lösningar i kommersiell skala under de kommande åren. Men ASML arbetar redan med nästa steg, kallat hög-NA litografi”NA” hänvisar till numerisk bländare, ett mått på hur mycket ljus ett optiskt system kan samla in och fokusera.

ASML gör snabba framsteg med denna teknik: deras senaste optiska innovation lägger grunden för deras EUV-färdplan mot pikometerstabilitet (1/200 Si-atom) på asfäriska speglar.

EUV-optik med hög NA bör bidra till att skapa en EUV-plattform med högre produktivitet. Genom att göra det skulle det kunna driva förbättringarna av EUV-prestanda och produktivitet långt in i nästa decennium (>2030).

Källa: ASML

Tekniken med högt NA bör inte bara vara mer exakt och snabb, den bör också vara mer energieffektiv, ett växande problem eftersom allt kraftfullare litografimaskiner nu har betydande energikostnader att använda.

Troligtvis kommer hög-NA EUV att vara den metod som används för massproduktion av 2nm nodchips och mindre.

Källa: ASML

Intel har varit en tidig användare av High-Na EUV i sitt gjuteri i Oregon. Detta implementeras fortfarande flitigt i gjuterier, och andra tekniker som etsning kan också spela en roll i framtida prestandaförbättringar.

”Med tillägget av High NA EUV kommer Intel att ha branschens mest mångsidiga litografiverktygslåda, vilket gör det möjligt för företaget att driva framtida processkapacitet bortom Intel 18A in i andra hälften av detta decennium.”

Mark Phillips - Intels Dchef för litografi, hårdvara och lösningar för Intel Foundry Logic Technology Development.

Prislappen är 400 miljoner dollar per maskin uppmuntrar också vissa gjuterier att skjuta upp införandet av minst en generation av chip.

Ändå borde EUV med hög NA 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 "normal" EUV möjlig.

Varför prioriterade vi gemensamhet och modularitet i våra EUV-litografisystem? För på så sätt drar alla våra system nytta av lärdomar från 20 års EUV-utveckling.

Genom att använda beprövad teknik minskar risken för att saker går fel. Och modulerna effektiviserar systemets installation och integration i kundens fabrik.

Slutsats

Genom ett engagemang för högsta möjliga precision i sina maskiner och tekniska färdigheter har ASML blivit DET LITERARE litografiföretaget som dominerar sin nischmarknad.

Det är de facto ett monopol på EUV, den viktigaste tekniken för produktion av alla de mest avancerade chips som krävs för utveckling av AI-teknik, toppmoderna datacenter och de senaste generationerna av smartphones.

Om det inte vore för de amerikanska sanktionerna mot Kina som förbjöd export av EUV till landet, skulle ASML förmodligen ha förblivit den enda nyckelleverantören av denna teknik i ett decennium eller två.

På grund av sanktionerna och de tiotals miljarder som investerats i vad som blivit en strategisk sårbarhet kan kinesiska tillverkare en dag bli en seriös konkurrent till ASML. De släpar dock fortfarande efter och tvingas nöja sig med DUV-maskiner, lägre avkastning och högre kostnader.

Och hoppas att deras egen Kinatillverkade EUV-maskin snart kan erbjuda ett bättre alternativ. Det är troligt att ASML redan kommer att använda High-NA EUV när Huawei och SMIC har kommit ikapp med 2025 års EUV-teknik.

Så även om det kan vara farligt att underskatta Kinas förmåga att komma ikapp och bygga en inhemsk leveranskedja, bör den inte heller överskattas. Som det ser ut nu är ASML redo att förbli ledande inom litografi för avancerad chiptillverkning under åtminstone de kommande 10 åren, och förbli konkurrenskraftigt mycket längre.

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

Förutom företagets kvalitet är den sista frågan investerare behöver ställa sig värderingen. På grund av sin monopolställning och sektorns övergripande tillväxt prisar ASML:s aktie in mycket framtida tillväxt.

Detta verkar rimligt, men betyder också att värderingen är långt ifrån billig: ASMLs pris/vinst-tal har varierat från "låga" 20 till upp till 54.

Senaste ASML (ASML) aktienyheter och utvecklingar