ASML (ASML): Nyckeln till moderna halvledare

Verktygen för chipstillverkning

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.

Källa: Applied Materials

Detta är en intressant bransch, där ingen aktör är vertikalt integrerad; istället är den bildad av en konstellation av ultra‑specialiserade företag, som var och en utför ett av de många kritiska stegen för att omvandla vanlig sand (kisel) till tänkande maskiner.

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

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

Källa: ASML

Och ingen är viktigare än företaget med monopol på EUV (Extreme UltraViolet) litografi, den nederländska ASML.

ASML:s roll i halvledartillverkning

Hur 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.

Källa: Nature

Ju mer avancerat chipet är, desto mindre blir noden och desto mer komplex blir litografiprocessen. Den kontinuerliga miniaturiseringen av noder och förbättringen av litografi är det som har gjort det möjligt för datorer att bli kraftfullare år efter år, i enlighet med Moores lag.

Källa: Steven Jurvetson

Litografi är ett steg i hela processen som omvandlar en kiselplatta till datorkretsar, med vanligtvis 40–80 gånger cykler för att tillverka ett komplett chip.

Källa: ASML

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

Källa: ASML

Alltså, när transistorerna blev mindre krävs högre och högre ljusfrekvens, idag alltmer i den övre delen av ultraviolettspektrumet.

Det första steget bort från det synliga ljusspektrumet var med I-line, följt snart av DUV (Deep Ultraviolet) litografi.

Källa: Icometrue

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

Vad är EUV-litografi och hur fungerar den?

EUV möjliggör ultrasmå noder, upp till 7 nm, eller till och med 5 nm, 3 nm och längre. Dessa avancerade nodnivåer anses ofta vara nödvändiga för tillämpningar 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 EUV-chiptillverkningsmaskiner, även om vissa kinesiska företag försöker komma in i sektorn så snart som möjligt (se nedan för mer om detta ämne).

EUV technology is extremely difficult to master, due to a series of technical limitations:

• Processen sker i en vakuummiljö eftersom nästan allt absorberar EUV-ljus.
• Den kräver en mycket stark energikälla, i form av en kraftfull laser, med upp till 40 kW laser som används. Denna typ av laserförstärkare kräver 7,3 kilometer kabel, väger 17 ton och innehåller över 450 000 komponenter.
• Lasern exciterar små droppar av tenn, 25 mikron i diameter, med 50 000 droppar per sekund.
  • Tennet förångas sedan till en plasma av lasern, vilket avger EUV-ljus.

Källa: Semi Engineering

Varje steg kräver extremt avancerade mätningar, verktyg, styrsystem och sensorer, all teknik med precision på mikrometer och nanosekunder.

Genom djup expertis som byggts upp under årtionden av att tillverka litografimaskiner är ASML (än så länge?) den obestridda mästaren av EUV-teknik. Företaget har också byggt ett tätt nätverk av nyckelleverantörer, med exempelvis speglar på upp till 1 meter i diameter, med ytsläthet ner till pikometer (en biljondel av en meter).

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

Även om EUV utan tvekan är företagets framtid och en stor del av dess intäkter, representerar mindre avancerade DUV-tillverkade chip fortfarande majoriteten av världens halvledarproduktion.

Källa: ASML

ASML

ASML företagsöversikt & nyckeltal

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

År 2011 hade de levererat litografimaskiner för 32 nm noder, med en genomsnittlig litografimaskin som kostade €27 miljoner då.

År 2022 hade de sålt 140 EUV-maskiner, var och en kostade över $200 M, och krävde tre Boeing 747 för att transportera en av de 180‑tons maskinerna.

ASML nyckeltal

År 2024 genererade ASML €28,3 Mrd i intäkter från försäljning av 583 litografimaskiner. Företaget har imponerande bruttomarginal på 51,3 %, vilket gör det möjligt att enkelt återinvestera €4,3 Mrd i FoU, nästan dubbelt så mycket som 2020.

Källa: ASML

Företaget förväntar sig att intäkterna ska växa till €44 Mrd–€60 Mrd till 2030, med bruttomarginal på 56–60 %.

ASML:s branschledande framgång inom litografi har belönats med enorma avkastningar till sina aktieägare. €3 Mrd återbetalades till aktieägarna år 2024, och utdelningarna har tredubblats sedan 2018.

Källa: ASML

Företaget har kraftigt överträffat Nasdaq som helhet 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 fortsätter att växa fram till 2030, vilket starkt driver ökade intäkter från underhåll och serviceuppgraderingar.

Källa: ASML

EUV-maskiner är inte de mest sålda enheterna per styck, men utgör hälften av företagets intäkter på grund av det högre priset.

De flesta försäljningarna i slutet av 2024 och början av 2025 gick till Taiwan, Sydkorea, USA och Kina. Generellt kan försäljningarna i Taiwan antas vara främst riktade till TSMC, i Sydkorea till Samsung, och i USA till TSMC (öppnar en ny foundry i Nevada) och till Intel (INTC ).

Källa: ASML

Försäljningarna till Kina var tidigare mycket större, men sanktioner mot Kina från USA och kinesiska chipstillverkare som försöker byta till lokala leverantörer har minskat ASML:s försäljning till landet till endast äldre litografiteknologier.

ASML:s risker på den kinesiska marknaden & påverkning av sanktioner

Sanktionkrig

Eftersom Kina, tillsammans med Taiwan, är en av världens största producenter av halvledare, hade ASML tidigare mycket försäljning på denna marknad.

Dock har många år av ökande spänningar och allt strängare sanktioner mot den kinesiska halvledarindustrin från på varandra följande amerikanska administrationer drastiskt förändrat denna marknad för ASML.

På sommaren 2022 förbjöd USA export av EUV-maskiner till Kina. Detta var möjligt eftersom ASML, trots att det är ett nederländskt företag, är beroende av viktig amerikansk immateriell egendom för produktionen av sina litografimaskiner.

Senare begränsades även exporten av DUV-maskiner som ASML:s TWINSCAN NXT:1980Di var, vilket gav Kina endast tillgång till mindre avancerad DUV-teknik. Detta sanktionstillfälle berodde delvis på den senaste framgången för Huawei i att producera avancerade chip utan EUV-maskiner i september 2023.

Kinesiska lösningar

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

med ett patent redan inlämnat i december 2022.

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

“Detta involverade stapling av flera litografi- och etsningsteg, specifikt med användning av SAQP, för att efterlikna EUV:s precision. Metoden är långsammare, mer felbenägen och dyr, men den fungerar.”

Både SMIC och Huawei överväger att skapa 3 nm chip också, med självjusterad kvadrupel mönstring (SAQP) litografi. Huawei arbetar också på en 3 nm chipdesign som ersätter kisel med kolnanorör.

Slutligen kan Kinesiskt tillverkade EUV-maskiner också komma på marknaden snart, först för inhemsk användning. Ett annat alternativ kan vara att generera EUV-ljuset inte med tennplasma, utan med en partikelaccelerator, en idé som redan diskuterades 2023, baserad på en vetenskaplig publikation från 2022.

En risk för ASML?

Övergripande är det sannolikt att den kinesiska marknaden går förlorad för ASML på lång sikt, då landet inte kan förlita sig på västerländsk teknik och måste bygga upp en helt ny parallell halvledorförsörjningskedja från grunden.

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

Detta beror på några få skäl:

• Försäljningen av DUV till Kina är bara en bråkdel av ASML:s totala intäkter.
• Metoderna som kringgår EUV med äldre DUV är tekniskt genomförbara, men mindre pålitliga och resulterar därför i dyrare chip.
  • Detta gör dem livskraftiga för Huawei och andra kinesiska elektronikföretag som är utestängda från avancerade chip, men inte ekonomiskt konkurrenskraftiga på internationella marknader.
• Huawei-tillverkade EUV-maskiner kommer att behöva mycket förbättring och finjustering, och kommer att produceras i begränsat antal, vilket bara kan tillfredsställa den kinesiska inhemska efterfrågan i många år.
• En cyklotronbaserad EUV-generering är fortfarande mycket teoretisk och kommer att ta år eller till och med årtionden innan den blir ett livskraftigt alternativ till den nuvarande EUV-tekniken.

Icke-EUV-försäljning

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

Så ASML:s starka position inom DUV garanterar stabila intäkter, inklusive service och underhåll av de befintliga anläggningarna, där varje maskin kan fungera i över 20 år.

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

Samma sak kan sägas om tilläggssystem till litografimaskiner, såsom sensorer och metrologi (mätningar) av den färdiga produkten för kvalitetskontroll.

Källa: ASML

Framtiden för litografi

ASML fortsätter att innovera och är också aktivt med förvärv av nya nyckelteknologier, som optikglasproducenten Berliner Glas Group år 2020, vilket möjliggör nästa generation av chipstillverkningsmaskiner.

Källa: ASML

Kinesiska konkurrenter kan komma med kommersiella EUV-lösningar i skala under de kommande åren. Men ASML arbetar redan på nästa steg, kallat high-NA litografi. ”NA” avser numerisk apertur, ett mått på hur mycket ljus ett optiskt system kan samla och fokusera.

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

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

Källa: ASML

High-NA-tekniken bör inte bara vara mer precis och snabb, utan också mer energieffektiv, en växande oro eftersom allt kraftfullare litografimaskiner nu medför betydande energikostnader att driva.

Troligen kommer high-NA EUV att bli den metod som används för massproduktion av 2 nm nodchip och mindre.

Källa: ASML

Intel har varit en tidig adoptör av High-NA EUV i sin foundry i Oregon. Detta är fortfarande i starkt införande i foundries, och andra teknologier som etsning kan också spela en roll i framtida förbättring av prestanda.

“Med tillägget av High-NA EUV kommer Intel att ha den mest välbalanserade litografiverktygslådan i branschen, vilket möjliggör för företaget att driva framtida processkapaciteter bortom Intel 18A in i andra halvan av detta decennium.”

Mark Phillips – Intels Direktör för litografi, hårdvara och lösningar för Intel Foundry Logic Technology Development.

Prislappen på $400 M per maskin uppmuntrar också vissa foundries att skjuta upp antagandet i minst en chipgeneration.

Ändå bör high-NA EUV vara ett relativt enkelt steg framåt för ASML, eftersom den 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 att på så sätt drar alla våra system nytta av lärdomar från 20 år av EUV-utveckling.

Genom att använda beprövad teknik minskar risken för fel. Och modulerna förenklar systemets installation och integration i en kunds fabrik.”

Slutsats

Genom ett engagemang för den högsta möjliga precisionen i sina maskiner och ingenjörsexcellens har ASML blivit DEN litografiföretaget som dominerar sin nischmarknad.

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

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

På grund av sanktionerna och tiotals miljarder som investerats i vad som blev en strategisk sårbarhet, kan kinesiska tillverkare en dag bli en allvarlig konkurrent till ASML. De ligger dock fortfarande efter, tvingade att klara sig med DUV-maskiner, lägre avkastning och högre kostnader.

Och hoppas på att deras egna kinesiskt tillverkade EUV-maskin snart ska erbjuda ett bättre alternativ. Det är sannolikt att när Huawei och SMIC har kommit ikapp 2025‑års EUV-teknik, kommer ASML redan att ha implementerat High-NA EUV.

Så även om det kan vara farligt att underskatta Kinas förmåga att komma ikapp och bygga en inhemsk försörjningskedja, bör det inte överdrivas. I nuläget är ASML redo att förbli ledaren inom litografi för avancerad chipstillverkning under minst de kommande 10 åren, och förbli konkurrenskraftig mycket längre.

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

Bortsett från företagets kvalitet är den sista frågan som investerare måste ställa värderingen. På grund av dess monopolposition och den övergripande tillväxten i sektorn prissätts ASML:s aktie med mycket framtida tillväxt.

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

Senaste ASML (ASML) aktienyheter och utvecklingar