История компании, которая 35 лет внедряет инновации, чтобы сделать все электронные устройства мощнее, быстрее и умнее.

Компания ASML производит оборудование для важнейшей стадии изготовления микрочипов — литографии.

Установки размером с автобус позволяют производить микрочипы по техпроцессу 7 нм и менее, что повысит мощность всех электронных устройств, сделает доступным интернет 5G, расширит системы с искусственным интеллектом и алгоритмами глубокого обучения.

Сегодня ASML — мировой холдинг с офисами в 60 городах и 16 странах. За 35 лет, которые существует компания, ASML выпустила 4 поколения установок. Последнее поколение систем работает на технологии глубокого ультрафиолета (EUV). Чтобы сделать такую установку, ASML потребовалось 20 лет исследований и сотни запатентованных решений, которые привели к монопольному положению. Доля компании на рынке EUV-систем составляет 85%.

Основание компании и обретение независимости

Официальным годом основания компании считается 1984, но история ASML началась раньше.

В 1977 компания Phillips разрабатывает литограф Silicon Repeater для внутреннего использования, но в 1980 решает продавать его на рынке. В 1984 для этих целей на средства Phillips и производителя микросхем Advanced Semiconductor Materials International создается новая компания ASM Litography (ASML). Её офисом становится «протекающий сарай» на задворках завода Phillips в городе Эйндховен в Нидерландах.

Ключевыми фигурами ASML стали бывшие сотрудники Phillips, в том числе ученый Стиф Виттекук и менеджер Виллем Марис. Работая в тандеме, они прошли через самые трудные для ASML первые годы с 1984 по 1991: Виллем Марис добывал инвестиции у Phillips, а Стиф Виттекут проводил исследования и совершенствовал технологии, пока выручка не начала покрывать расходы.

В 1995 ASML вышла на IPO, где Phillips продал половину акций компании. Еще в течение нескольких лет ASML стала полностью независимой.

Производственный цикл микрочипов и первая установка ASML

В год основания компании на полках магазинов появился первый компьютер, предназначенный для домашнего использования — Macintosh от Apple. Его процессор состоял из 68 000 транзисторов и производился компанией Motorola.

Кроме Motorola, среди производителей процессоров выделялиськомпании Intel, Zilog, Digital Equipment Corporation и другие. К этому времени кремний стал основным полупроводником, вытеснив германий, а планарная технология изготовления транзисторов стала повсеместной.

Принцип планарной технологии заключается в создании трёхмерной структуры транзисторов на плоской кремниевой пластине.

Процесс производства выглядит так:

• Из чистого кремния выращивают кристалл, который разрезают на пластины.
• Пластину покрывают специальным светочувствительным веществом — фоторезистом.
• С помощью пучка света и специальных шаблонов на пластину переносится (экспонируется) рисунок, соответствующий заранее спроектированной схеме. Этот процесс и называется литографией.
• Часть фоторезиста смывается реагентами, чтобы проявить рисунок на пластине.
• Методом ионной имплантации к кремнию добавляют примеси для создания полупроводникового эффекта.

Финальный этап — зачистка пластины плазмой, после чего все стадии повторяются несколько раз для создания необходимой структуры кристалла.

Производственный цикл микрочипов, источник ASML

На одной пластине производится множество микрочипов, число которых зависит от технологии. Когда все производственные процессы завершены, пластина разрезается на отдельные чипы.

Первым продуктом ASML в 1985 году стала система PAS 2500. С её помощью за час через процесс литографии проходило 70 пластин диаметром 150 мм.

Количество чипов на одной пластине зависит от разрешения установки: чем оно выше, тем меньшего размера транзисторы на чипе и тем меньшего размера каждый чип.

У PAS 2500 разрешение составляло 900 нанометров.

Ещё одна важная характеристика установок — точность позиционирования или наложения.

Когда пластина помещается в установку, экспонирование рисунка происходит сначала на одном участке пластины, затем на следующем, — пока не покроется вся площадь пластины. Затем цикл повторяется. Поэтому точное положение пластины на каждом новом цикле является критически важным.

Для PAS 2500 точность позиционирования составляла 150 нанометров.

Технологический прогресс установок ASML и последние достижения

С 1985 по 2018 год инженеры ASML совершенствовали разрешение, точность позиционирования и скорость производства пластин.

Как изменялись размеры и характеристики установок ASML с 1984 года

Последнее поколение установок — TWINSCAN NXE — обладает разрешением в пределах 22–13 нанометров.

Увеличить разрешение почти в 100 раз удалось за счёт использования разных источников света. Сегодня это так называемый глубокий или жёсткий ультрафиолет, длина волны которого всего 13,5 нанометров.

Точность позиционирования TWINSCAN NXE составляет 2 нанометра, что в 75 раз выше значения на первой установке PAS 2500.

Диаметр самих пластин увеличился со 150 мм до 300, а скорость производства достигла 170 пластин в час.

Значение такого прогресса трудно переоценить: на одном чипе сегодня помещается до 6 млрд транзисторов, что в 88 000 раз больше числа транзисторов первого Macintosh.

Эволюция процессоров iPhone и их характеристик

Кто покупает оборудование ASML, и сколько оно стоит

Продукция ASML определяет не только физические возможности производительности электронных устройств, но и существенно снижает издержки компаний-производителей микрочипов и электроники.

С 2000 года стоимость литографии на один гигабайт памяти снизилась с 1162 $ до 0.17$ в 2015 году. А стоимость оборудования ASML возросла с $0,5 миллиона до $100 млн.

Динамика снижения стоимости литографии на единицу памяти микрочипа.

Покупатели продукции ASML —крупнейшие игроки рынка производства чипов: Samsung, TSMC (поставщик процессоров для Apple), Intel, GlobalFoundries и другие.

В 2018 году было проданорекордное количество микрочипов – свыше 1 триллиона штук. Но покупатели установок литографии не торопятся менять свои производственные линии: переход на новые технологии требует непрерывных миллиардных инвестиций, которые не успевают окупаться.

В 2017 году Intel вложила $7 млрд в строительство завода в Аризоне, США по техпроцессу 14 нм. Сегодня компания планирует строительство заводов по техпроцессу 7 нм в Израиле и Ирландии, чтобы использовать новые установки с 2021 года.

Samsung собирается использовать EUV-литографию в промышленных масштабах в 2020 году на новом заводе в Хвасонге в Южной Корее. Инвестиции в строительство составили $4,6 миллиарда.

Несмотря на высокую капиталоёмкость производства, спрос на установки растёт с каждым годом: в 2016 году в мире было всего 4 работающих установки с использованием EUV-литографии, в 2018 ASML отгрузила 18 таких установок, а в 2019 году планирует поставить ещё 30.

Инвестиции в инновации и патенты

Если клиенты ASML несут огромные расходы на строительство заводов, сама компания вынуждена постоянно инвестировать в научные разработки и оптимизировать собственное производство.

Для этих целей ASML в 2001 году покупает американский холдинг Silicon Valley Group, который становится научным центром. В 2007 в состав ASML вошла компания Brion, специализацией которой была оптимизация производства кремниевых пластин. В 2013 к ASML присоединилась компания Cymer, выпускающая источники света. В 2016 — тайваньская HMI, занимающаяся разработкой в области контроля качества при производстве микрочипов. Наконец, в 2017 ASML покупает 24,9% немецкой Carl Zeiss SMT GmbH за €1 млрд для установки высокопроизводительной оптики на следующее поколение EUV-систем.

За период с 2014 по 2018 ASML вложила в новые разработки €6,1 млрд, а в 2018 потратила на инновации €1,6 млрд.

За свою почти 35-летнюю историю компания зарегистрировала 13 000 патентов, что в среднем равно 371 патенту в год. Некоторые из запатентованных технологий потребовали 20 лет исследований.

Например, столько времени решалась задача сохранения чистоты кремниевой пластины в вакуумной камере EUV-установок, где каждую секунду испаряется 50 000 капель расплавленного олова.

Для предотвращения загрязнения в 2011 году была разработана многослойная мембрана толщиной 30 нанометров. Она представляла собой плёнку, которая защищала пластину, но пропускала излучение.

В 2018 году за это и другие изобретения ASML получила Европейскую премию за изобретения European Inventor Award.

Конкуренты, рыночные показатели стоимости и перспективы

Ближайшие конкуренты ASML — Nikon и Canon. На Nikon приходится 10% рынка EUV-литографии, на Canon — 5%.

Поменять картину может освоение Nikon и Canon жёсткого ультрафиолета, но у ASML, кроме секретов технологии, есть и другие преимущества.

Об этом говорят показатели ROA и ROE. ROA — коэффициент рентабельности активов отражает, насколько эффективно используются активы компании для увеличения прибыли.

В 2018 году у ASML этот показатель равнялся 11%, Canon отставала вдвое со значением 5%, у Nikon ROA равнялось 2%.

Показатель ROE помогает инвесторам понять, сколько прибыли будут приносить вложения в акции.

У ASML показатель равен 20%, то есть каждый рубль, вложенный инвестором в компанию, принесёт 20 копеек прибыли. У Canon ROE равен 7,4%, у Nikon— 5,5%.

Чистая прибыль ASML с 2009 по 2018 год выросла с $2,3 до 12 млрд в год, а каждый новый отчётный квартал в 2019 превышает ожидаемые показатели прибыли и числа заказов.

Динамика стоимости акций ASML в € за ед.

Несмотря на монопольное положение, ASML не собирается останавливаться на достигнутом. Компания уже презентовала дорожную карту по развитию EUV-технологии до 2025 года, где представлена перспективная технология High NA. Разрешение таких систем будет достигать 8 нм, а производительность возрастёт до 185 пластин в час.

И, кажется, у рынка нет причин не верить в их реализацию. В 2018 году ASML получила уже 4 заказа на установки с технологией High NA.

Автор: Муравьёва Евгения