ASML (ASML): la chiave di volta dei semiconduttori moderni

Gli strumenti per la produzione di chip

I semiconduttori, e in particolare i chip per computer, sono rapidamente diventati una delle tecnologie e delle materie prime più importanti al mondo. Dagli albori dell'era dei PC all'ascesa degli smartphone, del cloud computing e dell'intelligenza artificiale, l'importanza dei chip e la loro domanda non hanno fatto che crescere.

Fonte: Applied Materials

Si tratta di un settore interessante, in cui nessun attore è integrato verticalmente; è invece formato da una costellazione di aziende ultraspecializzate, ciascuna delle quali svolge uno dei tanti passaggi critici per trasformare la comune sabbia (silicio) in macchine pensanti.

Le aziende più grandi del settore sono progettisti di chip come Nvidia (NVDA ), o “fonderie” che si occupano della produzione effettiva di chip come TSMC (TSM ) (seguire il link per report di investimento dedicati a queste aziende).

Queste aziende fanno largo affidamento su fornitori specializzati per i macchinari necessari alla produzione dei chip.

Fonte: ASML

E nessuna è più importante dell'azienda che detiene il monopolio della litografia EUV (ultravioletto estremo), la olandese ASML.

Il ruolo dell'ASML nella produzione di semiconduttori

Come la litografia alimenta la miniaturizzazione dei chip

ASML è specializzata in macchine litografiche. La litografia (che letteralmente significa "incisione su roccia") è il metodo con cui il "nodo" di un processore viene inciso su un wafer di silicio, trasformandolo in un chip per computer.

Fonte: Nature

Più avanzato è il chip, più piccolo è il nodo e più complesso è il processo di litografia. La continua miniaturizzazione dei nodi e il miglioramento della litografia hanno permesso ai computer di diventare sempre più potenti, anno dopo anno, seguendo la Legge di Moore.

Fonte: Steven Jurvetson

La litografia è una fase dell'intero processo di trasformazione di un wafer di silicio in chip per computer; solitamente sono necessari 40-80 cicli per creare un chip completo.

Fonte: ASML

Uno dei limiti fisici fondamentali della litografia è che il nodo inciso non può essere più grande della lunghezza d'onda della luce potente utilizzata per realizzarlo.

Fonte: ASML

Quindi, man mano che i transistor diventavano più piccoli, era necessaria una frequenza della luce sempre più elevata, che oggi si avvicina sempre di più all'estremità superiore dello spettro ultravioletto.

Il primo passo per uscire dallo spettro della luce visibile è stato la I-line, seguita subito dopo dalla litografia DUV (Deep Ultraviolet).

Fonte: Mi sono avverato

Questi metodi hanno trainato il settore nell'era di smartphone e data center sempre più performanti. Ma per gli strumenti più avanzati serviva una nuova tecnologia: la litografia EUV (ultravioletto estremo).

Cos'è la litografia EUV e come funziona?

EUV consente nodi ultra-piccoli, fino a 7 nm, o persino 5 nm, 3 nm e oltre. Questi livelli di nodi avanzati sono spesso considerati necessari per applicazioni come intelligenza artificiale, apprendimento automatico, 5G, AR/VR e servizi cloud avanzati.

Sebbene ASML sia leader nella tecnologia DUV, EUV è ancora più importante, in quanto l'azienda è l'unico produttore di macchinari per la fabbricazione di chip EUV, anche se alcune aziende cinesi stanno cercando di entrare nel settore il prima possibile (vedere di seguito per maggiori informazioni su questo argomento).

La tecnologia EUV è estremamente difficile da padroneggiare, a causa di una serie di limitazioni tecniche:

• Il processo avviene in un ambiente sotto vuoto perché quasi tutto assorbe la luce EUV.
• Richiede una fonte di energia molto forte, sotto forma di un laser potente, con laser fino a 40 kW utilizzatoQuesto tipo di amplificatore laser richiede 7.3 chilometri di cavi, pesa 17 tonnellate e contiene oltre 450,000 componenti.
• Il laser eccita minuscole goccioline di stagno dal diametro di 25 micron, che cadono in 50,000 gocce al secondo.
  • Lo stagno viene quindi vaporizzato in un plasma dal laser, emettendo luce EUV.

Fonte: Semiingegneria

Ciascuno di questi passaggi richiede misurazioni, strumenti, controlli e sensori estremamente avanzati, tutti progettati con una precisione misurata in micrometri e nanosecondi.

Grazie alla profonda competenza acquisita in decenni di produzione di macchine litografiche, ASML è (finora?) la maestra incontrastata della tecnologia EUV. Ha inoltre costruito una fitta rete di fornitori chiave, con, ad esempio, specchi fino a 1 metro di diametro, con una levigatezza superficiale pari a picometri (un trilionesimo di metro).

Oltre a macchine molto precise, l'EUV richiede anche software specializzato e proprietario per la calibrazione, la diagnostica, la valutazione e l'automazione.

Sebbene l'EUV rappresenti sicuramente il futuro dell'azienda e rappresenti gran parte dei suoi ricavi, i chip DUV meno avanzati rappresentano ancora la maggior parte della produzione mondiale di semiconduttori.

Fonte: ASML

ASML

Panoramica aziendale e parametri chiave di ASML

L'azienda è stata fondata nel 1984 come joint venture tra le società olandesi ASM e Philips. Attualmente impiega oltre 44,000 dipendenti in 60 sedi. Collabora con TSMC fin dall'inizio e già nel 90 forniva servizi di litografia per nodi a 2004 nm.

Entro il 2011, aveva fornito macchine litografiche per nodi da 32 nm, con un costo medio di una macchina litografica pari a 27 milioni di euro all'epoca.

Entro il 2022, aveva venduto 140 macchine EUV, ciascuna del costo di oltre 200 milioni di dollari, e per trasportare una delle macchine da 747 tonnellate erano necessari tre Boeing 180.

Metriche ASML

Nel 2024, ASML ha realizzato un fatturato di 28.3 miliardi di euro dalla vendita di 583 macchine litografiche. L'azienda vanta un notevole margine lordo del 51.3%, che le consente di reinvestire facilmente 4.3 miliardi di euro in ricerca e sviluppo, quasi il doppio rispetto ai livelli del 2020.

Fonte: ASML

L'azienda prevede che i ricavi cresceranno fino a 44-60 miliardi di euro entro il 2030, con un margine lordo del 56-60%.

Il successo di ASML, leader nel settore della litografia, è stato premiato con ingenti profitti per i suoi azionisti. Nel 3 sono stati restituiti agli azionisti 2024 miliardi di euro e i dividendi sono triplicati dal 2018.

Fonte: ASML

Negli ultimi 15 anni la società ha ottenuto risultati nettamente superiori al Nasdaq complessivo, persino in un decennio molto favorevole ai titoli tecnologici in generale e in linea con gli indici generali dei semiconduttori.

Fonte: ASML

L'azienda prevede che la base installata di macchine litografiche continuerà a crescere fino al 2030, determinando un forte incremento dei ricavi derivanti da manutenzione e aggiornamenti dei servizi.

Fonte: ASML

Gli EUV non sono le macchine più vendute per unità, ma rappresentano la metà dei ricavi dell'azienda a causa del prezzo più elevato.

La maggior parte delle vendite tra la fine del 2024 e l'inizio del 2025 è stata destinata a Taiwan, Corea del Sud, Stati Uniti e Cina. In generale, si può presumere che le vendite a Taiwan siano principalmente destinate a TSMC, in Corea del Sud a Samsung e negli Stati Uniti a TSMC (con l'apertura di una nuova fonderia in Nevada) e a Intel (INTC ).

Fonte: ASML

In passato le vendite in Cina erano molto più consistenti, ma le sanzioni imposte dagli Stati Uniti e i tentativi dei produttori di chip cinesi di rivolgersi a fornitori locali hanno ridotto le vendite di ASML al Paese, limitandole alle vecchie tecnologie litografiche.

Rischi del mercato cinese e impatto delle sanzioni di ASML

Guerre di sanzioni

Poiché la Cina, insieme a Taiwan, è uno dei maggiori produttori di semiconduttori al mondo, ASML in passato ha registrato un notevole volume di vendite in questo mercato.

Tuttavia, anni di crescenti tensioni e sanzioni sempre più punitive contro l'industria cinese dei semiconduttori da parte delle successive amministrazioni statunitensi hanno radicalmente modificato questo mercato per l'ASML.

Nell'estate del 2022, gli Stati Uniti hanno vietato l'esportazione di macchine EUV in Cina. Ciò è stato possibile perché ASML, pur essendo un'azienda olandese, si affida a importanti proprietà intellettuale americane per la produzione delle sue macchine litografiche.

Successivamente, anche le esportazioni di macchine DUV come quelle di ASML TWINSCAN NXT:1980Di sono state limitate, dando alla Cina accesso solo alla tecnologia DUV meno avanzata. Questo round di sanzioni è stato in parte dovuto a il recente successo di Huawei nella produzione di chip avanzati senza macchine EUV nel settembre 2023.

Soluzioni cinesi

Huawei punta a sviluppare le proprie soluzioni EUV, con un brevetto già depositato a dicembre 2022.

Un'altra azienda cinese, SMIC, è riuscita a utilizzare vecchie macchine DUV per produrre chip da 5 nm senza EUV.

"Ciò ha comportato l'accumulo di più fasi di litografia e incisione, utilizzando specificamente SAQP, per imitare la precisione dell'EUV. Il metodo è più lento, più soggetto a errori e costoso, ma funziona."

Sia SMIC che Huawei stanno valutando la possibilità di realizzare chip a 3 nm, utilizzando la litografia a quadruplo pattern autoallineato (SAQP). Huawei sta inoltre lavorando a un design di chip a 3 nm che sostituisce il silicio con nanotubi di carbonio.

Infine, Macchine EUV prodotte in Cina potrebbe arrivare presto sul mercato, inizialmente per uso domestico. Un'altra alternativa potrebbe essere per generare la luce EUV non con plasma di stagno, ma con un acceleratore di particelle, un'idea già discussa nel 2023, basata su una pubblicazione scientifica del 2022.

Un rischio per l'ASML?

Nel complesso, è probabile che a lungo termine ASML perderà il mercato cinese, poiché il Paese non potrà più fare affidamento sulla tecnologia occidentale e sarà costretto a ricostruire da zero un'intera filiera parallela di semiconduttori.

Per ora si tratta soprattutto di una questione di rivalità strategica tra Stati Uniti e Cina, più che di una minaccia commerciale per ASML.

Ciò avviene per alcuni motivi:

• Le vendite di DUV alla Cina rappresentano solo una frazione dei ricavi totali di ASML.
• I metodi che bypassano l'EUV con il vecchio DUV sono tecnicamente fattibili, ma sono meno affidabili e quindi comportano chip più costosi.
  • Ciò li rende una soluzione valida per Huawei e altre aziende cinesi di elettronica escluse dal mercato dei chip avanzati, ma non economicamente competitivi sui mercati internazionali.
• I dispositivi EUV realizzati da Huawei necessiteranno di molti miglioramenti e perfezionamenti e saranno prodotti in un numero limitato, in grado di soddisfare solo la domanda interna cinese per molti anni.
• Una generazione di EUV basata sul ciclotrone è ancora molto teorica e ci vorranno anni o addirittura decenni prima che diventi un'alternativa valida alla tecnologia EUV attualmente utilizzata.

Vendite non EUV

A prescindere dalla questione dei tentativi cinesi di sviluppare macchine EUV, è probabile che le vendite di DUV rimangano stabili. Questo perché, mentre EUV è diventato lo standard per la maggior parte dei layer critici di LOGICA e DRAM, tutti gli altri layer sono modellati utilizzando la tecnologia DUV.

La solida posizione di ASML nel DUV garantisce quindi ricavi stabili, compresi i servizi di manutenzione e assistenza dei parchi esistenti, con ogni macchina in funzione per oltre 20 anni.

Ciò rende lo sviluppo e l'adozione dell'EUV importanti, ma non vitali per le prospettive a breve termine dell'azienda.

Lo stesso si può dire per i sistemi allegati alle macchine litografiche, come sensori e metrologia (misurazioni) del prodotto finito per il controllo qualità.

Fonte: ASML

Futuro della litografia

ASML continua a innovare e sta anche attivamente effettuando acquisizioni di nuove tecnologie chiave, come il produttore di vetro ottico Gruppo Berliner Glas nel 2020, consentendole di promuovere la prossima generazione di macchine per la produzione di chip.

Fonte: ASML

I concorrenti cinesi potrebbero presentare soluzioni EUV su scala commerciale nei prossimi anni. Ma ASML sta già lavorando al passo successivo, chiamato litografia ad alta NALa sigla "NA" si riferisce all'apertura numerica, una misura della quantità di luce che un sistema ottico può raccogliere e mettere a fuoco.

L'ASML sta facendo rapidi progressi in questa tecnologia: la sua ultima innovazione in campo ottico getta le basi per la sua tabella di marcia EUV verso la stabilità del picometro (1/200 di atomo di Si) su specchi asferici.

L'ottica EUV ad alta NA dovrebbe contribuire a creare una piattaforma EUV ad alta produttività. In questo modo, si potrebbero accelerare i miglioramenti delle prestazioni e della produttività EUV nel prossimo decennio (oltre il 2030).

Fonte: ASML

La tecnologia High-NA non dovrebbe essere solo più precisa e veloce, ma dovrebbe anche essere più efficiente dal punto di vista energetico, una preoccupazione crescente poiché le macchine litografiche sempre più potenti ora comportano bollette energetiche significative per funzionare.

Molto probabilmente, l'EUV ad alta NA sarà il metodo utilizzato per la produzione di massa di chip con nodi da 2 nm e di dimensioni inferiori.

Fonte: ASML

Intel è stata una delle prime ad adottare l'EUV ad alto Na nella sua fonderia in Oregon. Questa pratica è ancora ampiamente implementata nelle fonderie, e altre tecnologie come l'incisione potrebbero anche svolgere un ruolo nel futuro miglioramento delle prestazioni.

"Con l'aggiunta di High NA EUV, Intel avrà a disposizione la gamma di strumenti litografici più completa del settore, consentendo all'azienda di portare le future capacità di processo oltre Intel 18A nella seconda metà di questo decennio."

Mark Phillips - Intel's Ddirettore di litografia, hardware e soluzioni per lo sviluppo della tecnologia logica di Intel Foundry.

Il prezzo di 400 milioni di dollari per macchina sta inoltre incoraggiando alcune fonderie a ritardare l'adozione di almeno una generazione di chip.

Tuttavia, l'EUV ad alto NA dovrebbe rappresentare un passo avanti relativamente semplice per l'ASML, poiché riutilizza gran parte della tecnologia e dell'esperienza sviluppate negli ultimi 20 anni per rendere possibile l'EUV "normale".

Perché abbiamo dato priorità alla comunanza e alla modularità in tutti i nostri sistemi litografici EUV? Perché in questo modo tutti i nostri sistemi beneficiano dell'esperienza maturata in 20 anni di sviluppo EUV.

L'utilizzo di tecnologie collaudate riduce il rischio di guasti. E i moduli semplificano l'installazione e l'integrazione del sistema nella fabbrica del cliente.

Conclusione

Grazie all'impegno verso la massima precisione possibile nei suoi macchinari e all'eccellenza ingegneristica, ASML è diventata l'azienda litografica per eccellenza, dominando la sua nicchia di mercato.

Si tratta di un monopolio di fatto sull'EUV, la tecnologia più importante per la produzione di tutti i chip più avanzati necessari allo sviluppo delle tecnologie di intelligenza artificiale, dei data center di ultima generazione e delle ultime generazioni di smartphone.

Se non fosse stato per le sanzioni imposte dagli Stati Uniti alla Cina, che hanno vietato le esportazioni di EUV nel paese, ASML sarebbe probabilmente rimasta comodamente l'unico fornitore chiave di questa tecnologia per un decennio o due.

A causa delle sanzioni e delle decine di miliardi investiti in quella che è diventata una vulnerabilità strategica, i produttori cinesi potrebbero un giorno diventare un serio concorrente dell'ASML. Tuttavia, sono ancora indietro, costretti ad accontentarsi di macchine DUV, rendimenti inferiori e costi più elevati.

E speriamo che la loro macchina EUV prodotta in Cina offra presto un'alternativa migliore. È probabile che, quando Huawei e SMIC avranno raggiunto la tecnologia EUV del 2025, ASML avrà già implementato EUV ad alta NA.

Quindi, sebbene possa essere pericoloso sottovalutare la capacità della Cina di recuperare terreno e costruire una catena di approvvigionamento interna, non bisogna sopravvalutarla. Allo stato attuale, ASML è destinata a rimanere leader nella litografia per la produzione di chip avanzati almeno per i prossimi 10 anni, e a rimanere competitiva molto più a lungo.

ASML ha inoltre una posizione molto forte nei settori DUV e metrologia, generando entrate extra che contribuiscono a finanziare il suo budget di ricerca e sviluppo.

Oltre alla qualità dell'azienda, l'ultima domanda che gli investitori dovranno porsi è quella sulla valutazione. Grazie alla sua posizione di monopolio e alla crescita complessiva del settore, le azioni di ASML stanno scontando una crescita futura significativa.

Ciò sembra ragionevole, ma significa anche che la valutazione è tutt'altro che economica: il rapporto prezzo/utili di ASML varia da un "basso" 20 fino a un massimo di 54.

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