ASML (ASML): ключовий елемент сучасних напівпровідників

Інструменти для виробництва чіпів

Напівпровідники, і особливо комп'ютерні чіпи, швидко стали однією з найважливіших технологій та товарів на Землі. Від перших днів ери ПК до появи смартфонів, хмарних обчислень та штучного інтелекту важливість чіпів та попит на них лише зростали.

джерело: Applied Materials

Це цікава галузь, де жоден гравець не є вертикально інтегрованим; натомість вона утворена з сузір'я ультраспеціалізованих компаній, кожна з яких виконує один із багатьох критично важливих кроків у перетворенні звичайного піску (кремнію) на мислячі машини.

Найбільшими фірмами цих секторів є або розробники мікросхем, такі як Nvidia (NVDA ), або «ливарні заводи», що займаються фактичним виробництвом мікросхем, таких як TSMC (TSM ) (перейдіть за посиланням, щоб отримати спеціальні інвестиційні звіти про ці фірми).

Ці компанії значною мірою залежать від спеціалізованих постачальників обладнання, необхідного для виробництва чіпів.

джерело: ASML

І жодна з них не є важливішою, ніж компанія з монополією на літографію в ультрафіолетовому випромінюванні (EUV), голландська ASML.

Роль ASML у виробництві напівпровідників

Як літографія сприяє мініатюризації чіпів

ASML спеціалізується на літографічних машинах. Літографія (буквально означає «гравіювання на камені») — це спосіб гравірування «вузла» процесора на кремнієвій пластині, перетворюючи її на комп’ютерний чіп.

джерело: Nature

Чим досконаліший чіп, тим менший вузол і тим складніший процес літографії. Постійна мініатюризація вузлів та вдосконалення літографії дозволили комп'ютерам ставати потужнішими рік за роком, дотримуючись закону Мура.

джерело: Стівен Юрветсон

Літографія – це один із етапів усього процесу перетворення кремнієвої пластини на комп'ютерні чіпи, зазвичай для створення повного чіпа потрібно 40-80 циклів.

джерело: ASML

Ключовим фізичним обмеженням літографії є те, що вигравіруваний вузол не може бути більшим за довжину хвилі потужного світла, що використовується для цього.

джерело: ASML

Отже, оскільки транзистори ставали меншими, потрібна все вища і вища частота світла, сьогодні все більше переходячи у верхній кінець ультрафіолетового спектру.

Першим кроком у виході зі спектру видимого світла була I-лінія, а незабаром після цього послідувала DUV (глибока ультрафіолетова) літографія.

джерело: Ікометру

Ці методи були тими, що рухали галузь в еру дедалі продуктивніших смартфонів та центрів обробки даних. Але для найсучасніших інструментів була потрібна нова технологія: літографія EUV (екстремального ультрафіолетового випромінювання).

Що таке EUV-літографія та як вона працює?

EUV дозволяє створювати надмалі вузли, до 7 нм, або навіть 5 нм, 3 нм і вище. Ці розширені рівні вузлів часто вважаються необхідними для таких застосувань, як штучний інтелект, машинне навчання, 5G, AR/VR та розширені хмарні сервіси.

Хоча ASML є лідером у технології DUV, EUV ще важливіший, оскільки компанія є єдиним виробником обладнання для виробництва мікросхем EUV, хоча деякі китайські компанії прагнуть якомога швидше увійти в цей сектор (див. нижче докладніше про цю тему).

Технологію EUV надзвичайно важко опанувати через низку технічних обмежень:

• Процес відбувається у вакуумному середовищі, оскільки майже все поглинає світло EUV.
• Це вимагає дуже потужного джерела енергії, у вигляді потужного лазера, з використанням лазера потужністю до 40 кВтТакий лазерний підсилювач вимагає 7.3 кілометра кабелю, важить 17 тонн і містить понад 450,000 XNUMX деталей.
• Лазер збуджує крихітні краплі олова діаметром 25 мікронів, при цьому щосекунди падають 50,000 XNUMX крапель.
  • Потім олово випаровується лазером у плазму, випромінюючи ультрафіолетове світло.

джерело: Напівтехніка

Кожен із цих кроків вимагає надзвичайно складних вимірювань, інструментів, елементів керування та датчиків, і все це з точністю, що вимірюється мікрометрами та наносекундами.

Завдяки глибокому досвіду, накопиченому протягом десятиліть створення літографічних машин, ASML є (поки що?) беззаперечним майстром технології EUV. Вона також створила щільну мережу ключових постачальників, наприклад, з дзеркалами діаметром до 1 метра, з гладкістю поверхні до пікометрів (одна трильйонна частина метра).

Окрім дуже точних машин, EUV також вимагає спеціалізоване та власне програмне забезпечення для калібрування, діагностики, оцінки та автоматизації.

Хоча EUV, безумовно, є майбутнім компанії та значною частиною її доходів, менш просунуті чіпи, виготовлені на базі DUV, все ще становлять основну частину світового виробництва напівпровідників.

джерело: ASML

ASML

Огляд компанії ASML та ключові показники

Компанія була заснована в 1984 році як спільне підприємство голландських компаній ASM та Philips. Наразі в ній працює понад 44,000 60 осіб у 90 місцях. Компанія співпрацює з TSMC з самого початку і вже у 2004 році постачала літографію для XNUMX-нм вузлів.

До 2011 року вона постачала літографічні машини для 32-нм вузлів, причому середня вартість літографічної машини на той час становила 27 мільйонів євро.

До 2022 року компанія продала 140 літаків EUV, кожен вартістю понад 200 мільйонів доларів, що вимагало трьох Boeing 747 для транспортування одного зі 180-тонних літаків.

Метрики ASML

У 2024 році ASML отримала дохід у розмірі 28.3 млрд євро від продажу 583 літографічних машин. Компанія має вражаючу валову рентабельність у 51.3%, що дозволяє їй легко реінвестувати 4.3 млрд євро в дослідження та розробки, що майже вдвічі більше, ніж у 2020 році.

джерело: ASML

Компанія очікує, що до 44 року виручка зросте до 60–2030 млрд євро, а валова рентабельність становитиме 56–60 %.

Провідний успіх ASML у літографії був винагороджений величезними прибутками для її акціонерів. У 3 році акціонерам було повернуто 2024 мільярди євро, а дивіденди потроїлися з 2018 року.

джерело: ASML

За останні 15 років компанія значно перевершила загальний індекс Nasdaq, навіть у десятиліття, дуже сприятливе для технологічних акцій загалом, і відповідно до загальних індексів напівпровідників.

джерело: ASML

Компанія очікує, що встановлена база літографічних машин продовжуватиме зростати у 2030 році, що значною мірою сприятиме зростанню доходів від технічного обслуговування та модернізації послуг.

джерело: ASML

EUV не є найбільш продаваними машинами на одиницю, але становлять половину доходів компанії через вищу ціну.

Більшість продажів наприкінці 2024 року та на початку 2025 року припали на Тайвань, Південну Корею, США та Китай. Загалом, можна припустити, що продажі на Тайвані здебільшого спрямовуються до TSMC, у Південній Кореї – до Samsung, а в США – до TSMC (відкриття нового ливарного заводу в Неваді) та Intel (INTC ).

джерело: ASML

Раніше продажі до Китаю були набагато більшими, але санкції проти Китаю з боку США та китайські виробники мікросхем, які намагаються перейти на місцевих постачальників, скоротили продажі ASML до країни лише до старіших технологій літографії.

Ризики ASML на китайському ринку та вплив санкцій

Санкційні війни

Оскільки Китай, разом із Тайванем, є одним із найбільших виробників напівпровідників у світі, ASML раніше мала значні продажі на цьому ринку.

Однак багато років ескалації напруженості та дедалі жорсткіших санкцій проти китайської напівпровідникової промисловості з боку послідовних адміністрацій США докорінно змінили цей ринок для ASML.

Влітку 2022 року США заборонили експорт машин EUV до Китаю. Це стало можливим завдяки тому, що хоча ASML є голландською компанією, вона покладається на ключову американську інтелектуальну власність для виробництва своїх літографічних машин.

Пізніше навіть експорт машин DUV, таких як ASML TWINSCAN NXT:1980Di були обмежені, надаючи Китаю доступ лише до менш просунутих технологій DUV. Цей раунд санкцій частково був зумовлений нещодавній успіх Huawei у виробництві передових чіпів без машин EUV у вересні 2023 року.

Китайські рішення

Huawei прагне розробити власні рішення EUV, з патентом вже здано на зберігання у грудні 2022 року.

Ще одна китайська компанія, SMIC, вдалося використовувати старіші машини DUV для виробництва 5-нм чіпів без EUV.

«Це включало поєднання кількох етапів літографії та травлення, зокрема з використанням SAQP, щоб імітувати точність EUV. Метод повільніший, більш схильний до помилок і дорогий, але він працює».

Як SMIC, так і Huawei також розглядають можливість створення 3-нм чіпів, використовуючи літографію самовирівнювання чотириразового патернування (SAQP). Huawei також працює над 3-нм дизайном чіпа, який замінює кремній вуглецевими нанотрубками.

Нарешті, EUV-машини китайського виробництва також може незабаром з'явитися на ринку, спочатку для побутового використання. Іншою альтернативою може бути генерувати EUV-світло не за допомогою олов'яної плазми, а за допомогою прискорювача частинок, ідея, яка вже обговорювалася у 2023 році, на основі наукова публікація з 2022 року.

Ризик для ASML?

Загалом, ймовірно, що китайський ринок буде втрачено для ASML у довгостроковій перспективі, оскільки країна не зможе покладатися на західні технології та буде змушена з нуля перебудовувати весь паралельний ланцюг поставок напівпровідників.

Наразі це здебільшого питання стратегічного суперництва між США та Китаєм, а не бізнес-загроза для ASML.

Це пов'язано з кількома причинами:

• Продажі DUV до Китаю становлять лише частину від загального доходу ASML.
• Методи обходу EUV за допомогою старішого DUV є технічно здійсненними, але менш надійними і тому призводять до дорожчих мікросхем.
  • Це робить їх життєздатними для Huawei та інших китайських компаній з виробництва електроніки, позбавлених доступу до передових чіпів, але економічно неконкурентоспроможними на міжнародних ринках.
• Вироблені Huawei EUV-машини потребуватимуть значного вдосконалення та точного налаштування, і будуть вироблятися обмеженою кількістю, зможучи задовольнити внутрішній попит Китаю лише протягом багатьох років.
• Генерація ультрафіолетового випромінювання (EUV) на основі циклотрона все ще є дуже теоретичною і потребує років або навіть десятиліть, щоб стати життєздатною альтернативою технології EUV, що використовується в даний час.

Продажі поза EUV

Незалежно від питання спроб Китаю розробити машини EUV, продажі DUV, ймовірно, залишаться стабільними. Це пояснюється тим, що хоча EUV став стандартом для більшості критичних шарів LOGIC та DRAM, всі інші шари створюються з використанням технології DUV.

Отже, сильна позиція ASML у DUV гарантує стабільні доходи, включаючи обслуговування та ремонт існуючих парків, при цьому кожна машина працює понад 20 років.

Це робить розробку та впровадження EUV важливими, але не життєво важливими для короткострокових перспектив компанії.

Те саме можна сказати і про додаткові системи до літографічних машин, такі як датчики та метрологія (вимірювання) готового продукту для контролю якості.

джерело: ASML

Майбутнє літографії

ASML продовжує впроваджувати інновації, а також активно здійснює придбання нових ключових технологій, таких як виробник оптичного скла. Berliner Glas Group у 2020 році, дозволяючи йому просувати наступне покоління машин для виготовлення мікросхем.

джерело: ASML

Китайські конкуренти можуть запропонувати комерційні рішення EUV у найближчі роки. Але ASML вже працює над наступним кроком, який називається літографія з високою апертурною чисельністю (NA)«ЧА» означає числову апертуру, міру того, скільки світла може зібрати та сфокусувати оптична система.

ASML швидко розвиває цю технологію: її остання оптична інновація закладає основу для її дорожньої карти EUV щодо пікометричної стабільності (1/200 атома Si) на асферичних дзеркалах.

Оптика EUV з високою числовою апертурою (NA) повинна допомогти створити платформу EUV з більшою продуктивністю. Таким чином, покращення характеристик та продуктивності EUV може відкластися на наступне десятиліття (>2030).

джерело: ASML

Технологія високої числової апертури (High-NA) повинна бути не лише точнішою та швидкішою, але й енергоефективнішою, що викликає зростаюче занепокоєння, оскільки дедалі потужніші літографічні машини тепер потребують значних витрат на електроенергію для роботи.

Найімовірніше, EUV з високою числовою анатомією (NA) буде методом, який використовуватиметься для масового виробництва 2-нм вузлових чіпів і менших.

джерело: ASML

Intel була однією з перших, хто впровадив технології High-Na EUV. на своєму ливарному заводі в Орегоні. Це все ще активно впроваджується на ливарних заводах, і інші технології, такі як травлення, також можуть відіграти певну роль у майбутньому покращенні продуктивності.

«З додаванням High NA EUV, Intel матиме найповніший набір інструментів для літографії в галузі, що дозволить компанії розширити можливості майбутніх процесів, що виходять за рамки Intel 18A, у другій половині цього десятиліття».

Марк Філіпс - IntelДдиректор з літографії, апаратного забезпечення та рішень для розробки технологій Intel Foundry Logic.

Ціна 400 мільйонів доларів за машину також заохочує деякі ливарні заводи відкласти впровадження принаймні на одне покоління мікросхем.

Тим не менш, EUV з високою числовою апертурою має бути відносно легким кроком вперед для ASML, оскільки він повторно використовує багато технологій та досвіду, розроблених за останні 20 років, для того, щоб зробити «нормальний» EUV можливим.

Чому ми надали пріоритет спільності та модульності в наших системах літографії EUV? Тому що таким чином усі наші системи враховують уроки, отримані за 20 років розробки EUV.

Використання перевірених часом технологій знижує ризик виникнення проблем. А модулі спрощують встановлення та інтеграцію системи у виробництво клієнта.

Висновок

Завдяки відданості найвищій точності у виробництві машин та інженерній досконалості, ASML стала НАЙКРАЩОЮ літографічною компанією, домінуючи у своїй нішевій ринковій ниві.

Це фактична монополія на EUV (енергійну ультрафіолетову технологію) – найважливішу технологію для виробництва всіх найсучасніших чіпів, необхідних для розвитку технологій штучного інтелекту, першокласних центрів обробки даних та останніх поколінь смартфонів.

Якби не санкції США щодо Китаю, що забороняють експорт ультрафіолетового випромінювання до країни, ASML, ймовірно, залишалася б комфортно єдиним ключовим постачальником цієї технології протягом десятиліття чи двох.

Через санкції та десятки мільярдів, вкладених у те, що стало стратегічною вразливістю, китайські виробники одного дня можуть стати серйозним конкурентом ASML. Однак вони все ще відстають, змушені задовольнятися машинами DUV, нижчою продуктивністю та вищими витратами.

І сподіваються, що їхня власна машина EUV китайського виробництва незабаром запропонує кращу альтернативу. Цілком ймовірно, що до того часу, як Huawei та SMIC наздоженуть технологію EUV 2025 року, ASML вже розгортатиме EUV з високою числовою апертурою.

Тож, хоча недооцінювати здатність Китаю наздогнати та побудувати внутрішній ланцюг поставок може бути небезпечно, її також не слід переоцінювати. Наразі ASML готова залишатися лідером літографії для виробництва передових мікросхем щонайменше протягом наступних 10 років і залишатися конкурентоспроможною набагато довше.

ASML також має дуже сильні позиції в DUV та метрології, що приносить додаткові доходи, які допомагають фінансувати її бюджет на дослідження та розробки.

Окрім якості компанії, останнє питання, яке потрібно буде поставити інвесторам, — це оцінка. Через монопольне становище та загальне зростання сектору, акції ASML закладають в ціну значне майбутнє зростання.

Це справді здається розумним, але також означає, що оцінка далеко не дешева: коефіцієнт ціна/прибуток ASML коливався від «низьких» 20 до 54.

Останні новини та події щодо акцій ASML (ASML)