Lithografie wird zum Machthebel im KI-Chip-Wettlauf: ASML zieht Foundries an, China baut Gegenmodell

ASML ist weltweit der einzige Hersteller von EUV-Lithografie, den Maschinen, die zur Fertigung der leistungsfähigsten KI-Beschleuniger nötig sind. Die einfachere Low-NA-Variante brachte das Unternehmen 2019 auf den Markt, seither arbeitet es mit Kunden an der Einführung der aufwendigeren High-NA-Systeme.

Der Wechsel auf größere Photomasken soll den Durchsatz um 40 Prozent steigern

Zentraler Bestandteil der Vereinbarung ist ein unscheinbarer, aber kritischer Technologiewechsel: Die vier Unternehmen wollen bei den Photomasken vom bisherigen Standard mit sechs Zoll auf zwölf Zoll umsteigen. Die Photomaske ist eine Art Schablone, auf der das Schaltungsmuster eines Chips gespeichert ist. In der Lithografie wird Licht durch diese Maske auf eine mit lichtempfindlichem Material beschichtete Siliziumscheibe projiziert und überträgt so das Muster auf den Wafer, in den anschließend die Transistoren und Leiterbahnen entstehen.

Je größer diese Maske ist, desto mehr Fläche lässt sich in einem Belichtungsschritt abbilden. Weil die Fläche eines einzelnen Chips durch die bisherige Sechs-Zoll-Grenze beschränkt war, mussten Hersteller Chips vertikal stapeln und aufwendig miteinander verbinden, was Komplexität und Kosten erhöht.

Der Umstieg galt jedoch lange als kompliziert und teuer. Der koordinierte Vorstoß könnte den Durchsatz der High-NA-Maschinen laut ASML-Technikchef Marco Pieters aber um 40 Prozent erhöhen und den Designprozess vereinfachen. "Das ist eine riesige Chance", sagte Pieters. TSMC und ASML wollen bis 2031 eine Testlinie für Zwölf-Zoll-Masken aufbauen, deren Einsatz in der Produktion mit High-NA-Werkzeugen ist für 2033 vorgesehen.

TSMC hatte sich bisher zurückhaltend gezeigt und argumentiert, die höheren Kosten seien durch die Produktivitätsgewinne noch nicht gerechtfertigt. Nun kehrt der Konzern um. Das ist für ASML entscheidend, denn TSMC macht rund 16 Prozent des Umsatzes aus. Zusammen mit Samsung und Intel sind damit die drei größten Kunden an Bord. Samsung ist einer der größten Speicherhersteller und will High NA ab 2028 für Speicherchips einsetzen, deren Preise wegen der Nachfrage aus KI-Rechenzentren derzeit stark steigen.

Huawei orchestriert Chinas Gegenmodell zur ASML-Abhängigkeit

Laut einem Bericht der Financial Times treibt Huawei derweil einen Vorstoß voran, ausländische Technik aus der chinesischen Halbleiter-Lieferkette zu entfernen und westliche Exportkontrollen zu umgehen, die die wertvolle ASML‑Technologie umfassen. Der Konzern investiert entlang der gesamten Lithografiekette und hilft bei Deals mit führenden Fabs wie SMIC.

China konzentriert sich dabei nicht auf die modernste EUV-Technik, sondern auf DUV. Die Abkürzung steht für Deep Ultraviolet, also tiefes Ultraviolett mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern, während EUV mit deutlich kürzeren 13,5 Nanometern arbeitet. Die kürzere Wellenlänge erlaubt feinere Strukturen und damit modernste Chips. DUV ist die ältere, ausgereiftere Technik und wird für den Großteil der weltweit gefertigten Chips genutzt. Mit sogenanntem Multi-Patterning, bei dem ein Muster in mehreren Belichtungsschritten aufgebaut wird, lassen sich damit auch fortschrittlichere Halbleiter herstellen, allerdings aufwendiger und teurer als mit EUV.

Im Zentrum von Huaweis Bemühungen steht dabei laut der FT Yuliangsheng, ein Ausrüster aus Shanghai, der die erste fortschrittliche chinesische DUV-Maschine mitentwickelt hat. Das Unternehmen wurde aus SiCarrier ausgegründet, dem die FT enge Verbindungen zu Huawei nachsagt, was Huawei bestreitet. Die Maschine wird von SMIC und auf Huaweis eigenen Fertigungslinien getestet, bislang für weniger komplexe Halbleiter. Bis Jahresende soll Yuliangsheng zwölf DUV-Maschinen produzieren, bleibt aber weit von ASML entfernt.

"Huawei spielt in Chinas DUV-Vorstoß eine Projektmanagement-Rolle", sagte der Bernstein-Analyst Lin Qingyuan. "Ein DUV-Prototyp allein reicht nicht. Man braucht Tausende Zulieferer und Kunden, die zusammenarbeiten, und eine zentrale orchestrierende Kraft."

Die größten Engpässe bleiben Projektionslinsen und Lichtquellen. Yuliangsheng nutzt laut FT Linsen von Zeiss. Der Konzern teilte mit, man verkaufe seine Optik nur an ASML. Insider verweisen aber auf den Sekundärmarkt. Huaweis Wagniskapitalarm Habo fördert zeitgleich Zeiss-Konkurrenten wie Fujian Zhiqi Photonics und den Lichtquellen-Entwickler Beijing RSLaser, um auch hier unabhängiger zu werden.