Computing
China meistert EUV viel früher als erwartet
Chinesischer EUV-Prototyp erscheint früher
Mit fortschreitenden Computertechniken wurden immer fortschrittlichere Chips entwickelt. Die neueste Generation von 3‑nm‑ und 2‑nm‑Knoten ist so klein, dass die normale Lichtwellenlänge einfach zu groß ist, um Strukturen in diesem Maßstab zuverlässig zu erzeugen.
Das ist nicht neu, da die Branche seit langem DUV (Deep UltraViolet)-Licht für die Lithographie auf Siliziumwafern einsetzt. Um jedoch den nanoskopen Maßstab der fortschrittlichsten Chip‑Designs zu erreichen, war eine noch kürzerwellige Lichtquelle erforderlich.
Diese Lichtquelle und Lithographiemethode nennt man EUV (Extreme UltraViolet).
Quelle: Zeiss
Bis jetzt war EUV das Monopol des niederländischen Unternehmens ASML (ASML ), dem einzigen Hersteller von EUV‑Lithographiesystemen weltweit.
Im Jahr 2019 wurden die 7‑nm‑Knoten‑Chips von TSMC mit dem ersten EUV‑Prozess hergestellt und brachten hochvolumige Kundenprodukte auf den Markt.
Die Kontrolle über den Zugang zu EUV‑Technologie war zentral für die US‑Sanktionen gegen Chinas Halbleiterindustrie. Bereits 2018 begann die USA, die Niederlande zu drängen, ASML den Verkauf von EUV‑Maschinen, zugehörigen Komponenten und Wartungsdiensten zu verweigern.
Die Idee war, dass die Beschränkung des EUV‑Zugangs Chinas Fähigkeit, Spitzenchips zu fertigen, verlangsamen und zusammen mit Exportbeschränkungen für fortschrittliche KI‑Beschleuniger den USA einen Vorsprung im KI‑Rennen sichern würde.
Allerdings scheint Chinas Drang nach Halbleiter‑Unabhängigkeit unter Druck beschleunigt zu sein, und Reuters berichtet, dass China eine EUV‑Prototypmaschine fertiggestellt hat. Bleibt die Entwicklung im Zeitplan, könnte bereits 2028 mit der Chip‑Produktion begonnen werden, gefolgt von einer Produktionssteigerung.
Dies könnte nicht nur westliche Bemühungen, Chinas Zugang zu Spitzentechnologie zu beschränken, verkomplizieren, sondern auch eine langfristige Bedrohung für die westlich‑zentrierte Halbleiterversorgungskette darstellen – Jahre früher als selbst viele China‑optimistische Analysten erwartet hatten.
Der unerwartete EUV‑Durchbruch Chinas stellt das ASML‑Monopol in Frage, untergräbt die westliche Sanktionsstrategie und signalisiert eine langfristige Verschiebung der globalen Halbleitermacht.
Wie EUV‑Lithographie tatsächlich funktioniert
Was EUV so einzigartig macht – und warum es über viele Jahre ein ASML‑Monopol blieb – ist, dass EUV nicht nur eine Technologie ist, sondern die Zusammenführung zahlreicher ultra‑präziser Ingenieursleistungen zu einem einzigen integrierten System.
Der erste Teil ist ein ultra‑leistungsstarker CO2-Laser mit etwa 30 kW, einer der leistungsstärksten gepulsten Industrie‑Laser weltweit. In ASML‑Maschinen wird er von dem deutschen Unternehmen Trumpf hergestellt.
Doch nicht dieser Laser erzeugt EUV‑Licht; es ist die Energiequelle. Um EUV zu erzeugen, überhitzt das System winzige Tröpfchen aus flüssigem Zinn zu Plasma, wobei ASML‑Maschinen etwa 50 000 Zinntröpfchen pro Sekunde abschießen.
Das Plasma muss auf extreme Temperaturen gebracht werden – häufig bei etwa 220 000 °C (360 000 °F) angegeben – und erzeugt Bedingungen, die deutlich heißer sind als die Sonnenoberfläche und die industrielle Technik an ihre Grenzen bringen.
Der gesamte Prozess muss zudem in einem nahezu perfekten Vakuum stattfinden, da Luft (und die meisten Materialien) EUV‑Licht absorbieren.
Quelle: SemiEngineering
Und das ist noch nicht alles. Das EUV‑Licht muss nun mit erstaunlicher Präzision gelenkt, geformt und fokussiert werden, um Siliziumwafern an der Spitze Muster zu geben – oft diskutiert im Kontext von Transistordichten von bis zu 100 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter für führende Knoten.
Diese gekrümmten Spiegel, entwickelt vom deutschen Optik‑Pionier Zeiss, müssen mit einer Genauigkeit hergestellt und ausgerichtet werden, die fast auf atomarer Ebene liegt.
„Würde man einen solchen EUV‑Spiegel auf die Größe Deutschlands vergrößern, wäre die größte Unebenheit – die Zugspitze, sozusagen – ganze 0,1 Millimeter hoch.“
Diese Präzision ist so extrem, dass die Richtungsgenauigkeit der Spiegel oft mit anschaulichen Analogien beschrieben wird. Würde ein EUV‑Spiegel beispielsweise verwendet, um einen Strahl zum Mond umzulenken, wäre er theoretisch genau genug, um ein Objekt so klein wie einen Tischtennisball auf der Mondoberfläche zu treffen.
Diese Optiken sind zudem mit einem Mehrschicht‑Stack beschichtet – häufig wechselnde Materialien wie Silizium und Molybdän – wobei jede Schicht nur wenige Atome dick ist.
„Dafür liegen hier bis zu 100 Schichten übereinander. Eine einzelne Schicht würde nur etwa ein Prozent des Lichts reflektieren – der Verlust wäre viel zu groß.
Das Ergebnis ist eine Reflexion, die bis zu 70 Prozent des Lichts nutzbar macht.“
Schließlich muss auch die Siliziumwafer selbst mit außergewöhnlicher Präzision bewegt und ausgerichtet werden. Sensoren messen die Position kontinuierlich, und die Wafer‑Stage muss die Genauigkeit beibehalten, während sie thermischen Veränderungen und Hochgeschwindigkeitsbewegungen widersteht.
Berücksichtigt man all diese Schritte (und die obige Erklärung ist noch immer eine Vereinfachung), wird klar, warum die Replikation von EUV so schwierig ist: Es erfordert nicht nur ein Design, sondern ein umfassendes Ökosystem aus Materialien, Metrologie, Steuerungen, Optiken, Vakuumsystemen und ultra‑sauberer Fertigung – alles in einer einzigen Maschine integriert.
Warum EUV so schwer zu replizieren ist
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| Subsystem | Lieferanten‑Dominanz | Warum es schwierig ist |
|---|---|---|
| EUV‑Lichtquelle (Zinnplasma) | ASML‑Ökosystem + Trumpf | Leistungsstarke Laser, Tropfen‑Timing, Plasmasstabilität, Trümmerabwehr |
| Projektionsoptik | Zeiss fast‑Monopol | Oberflächenperfektion auf atomarer Ebene, Mehrschichtbeschichtungen, Ausbeute im großen Maßstab |
| Vakuumsysteme | Mehrere spezialisierte Lieferanten | Ultra‑saubere Vakuumintegrität bei beweglichen Stufen und hohen Wärmebelastungen |
| Metrologie & Sensoren | Hochspezialisierte globale Kette | Echtzeit‑Nanometer‑Feedback‑Schleifen; Kalibrierung, Drift, Kontaminationskontrolle |
| Steuerungssoftware | ASML proprietär | Enge Integration über tausende Subsysteme; Prozess‑Know‑how |
| Wafer‑Stage & Mechanik | Führende Präzisions‑Mechatronik | Extreme Beschleunigung ohne Vibration; thermische Stabilität; Wiederholbarkeit im großen Maßstab |
Chinas EUV‑„Manhattan‑Projekt“: Gesamte Halbleiter‑Mobilisierung
Gesamte Mobilisierung
Angesichts der entscheidenden Bedeutung von Spitzenchips für den Wettbewerb in KI, fortschrittlicher Robotik und Militärtechnologie ist der Vergleich von Chinas heimischem EUV‑Vorstoß mit einem Manhattan‑Projekt nicht bloße Rhetorik – er spiegelt das Ausmaß und die Dringlichkeit des Vorhabens wider.
Erstens scheinen massive Summen öffentlichen und privaten Kapitals in das breitere Halbleiter‑Projekt investiert worden zu sein, mindestens 37 Mrd. € zu Beginn 2025 mobilisiert, und wahrscheinlich noch mehr durch Universitätsforschung, industrielle Einrichtungen, Subventionen für kritische Zulieferer, garantierte Abnahmen und staatlich unterstützte Nachfrage nach zukünftigen Chips.
Und vielleicht sollte es nicht völlig überraschend sein, dass ein Huawei‑Patent im Zusammenhang mit EUV im Dezember 2022 eingereicht wurde.
Parallel dazu hat ein weiteres chinesisches Unternehmen, SMIC, angeblich ältere DUV‑Maschinen genutzt, um 5‑nm‑Klassen‑Chips ohne EUV zu produzieren – ein Hinweis darauf, wie stark der Anreiz war, mit eingeschränkten Werkzeugen „auszuharren“.
Ein weiteres Konzept wurde ebenfalls untersucht: EUV‑Licht über einen Teilchenbeschleuniger (Synchrotron) zu erzeugen, ein Ansatz, der bereits 2023 diskutiert wurde und mit einer wissenschaftlichen Publikation von 2022 verknüpft ist.
All diese Anstrengungen verdeutlichen die kolossale Bedeutung, die chinesische Institutionen und Unternehmen dem Beherrschen von EUV oder dem Aufbau wettbewerbsfähiger Alternativen ohne EUV beimessen.
Im Zentrum dieser Bemühungen steht Huawei, der stark sanktionierte chinesische Technologieriese.
Wie die Talentakquise Chinas EUV‑Programm beschleunigte
Ein weiterer, geheim gehaltener Ansatz zur Freischaltung von EUV konzentrierte sich Berichten zufolge darauf, die Erfahrung und das Humankapital zu erwerben, das EUV ursprünglich möglich gemacht hat.
Top‑Ingenieure, darunter einige, die bei ASML gearbeitet und später in den Ruhestand gegangen waren, waren Hauptziele für Rekrutierung. Berichte deuten zudem an, dass bereits seit 2020 aktuelle ASML‑Mitarbeiter für eine Anwerbung kontaktiert wurden.
Diese Anwerbungen waren Berichten zufolge Teil einer breiteren Initiative, Top‑Talente nach China zu holen, wobei Halbleiter‑Experten im Ausland bereits vor Jahren mit Einstellungsboni und Subventionen gelockt wurden.
In einzelnen Fällen scheint es auch vorkommen zu haben, dass einige nationale Regelungen gebeugt wurden, um es diesen eingestellten Experten leichter zu machen. Beispielsweise erhielten einige naturalisierte Staatsbürger anderer Länder angeblich chinesische Pässe und durften eine doppelte Staatsbürgerschaft behalten, obwohl China offiziell die doppelte Staatsbürgerschaft verbietet.
Die Tatsache, dass viele dieser Ingenieure chinesischer Nationalität oder Herkunft sind, könnte die Rekrutierung ebenfalls erleichtert haben.
Insgesamt sind Behauptungen, China „nur Technologien stehle“, häufig eine Übersimplifizierung eines schnell wachsenden Forschungs‑ und Ingenieur‑Ökosystems. Dennoch könnte die Überschneidung mit ASML‑Geschäftsgeheimnissen in diesem speziellen Fall bedeutsam sein.
Im Inneren des ersten chinesischen EUV‑Lithographie‑Prototyps
Das Ergebnis der Anstellung ehemaliger ASML‑Mitarbeiter, des Reverse‑Engineerings von EUV‑Teilen und der unabhängigen Entwicklung inländischer Alternativen scheint einen Prototyp hervorgebracht zu haben, der deutlich größer ist als die typischen 180‑Tonnen‑, Schulbus‑großen EUV‑Systeme von ASML – Berichten zufolge nimmt er eine gesamte Fabrikhalle ein.
Dies könnte darauf hindeuten, dass der Prototyp entweder mehr Energie verbraucht, weniger kompakt, weniger effizient ist oder sich einfach in einem früheren Optimierungsstadium befindet als ASML‑Produktionsdesigns.
Rettete Komponenten älterer ASML‑Maschinen sowie ein Gebrauchtmarkt für Teile von ASML‑Zulieferern könnten ebenfalls geholfen haben, einen funktionierenden Prototyp zusammenzusetzen, während die heimische Fertigung hochfährt oder die Qualität verbessert wird.
Ein Schlüsselbauteil, das möglicherweise noch fehlt – und das außergewöhnlich schwer zu replizieren ist – sind Zeiss‑Optiken. Dies sei laut Berichten ein Grund dafür, dass die Maschine noch keine Chips auf dem gewünschten Niveau produzieren kann.
High-NA EUV: Die nächste Front im Chip‑Wettrüsten
Wenn EUV ASML Jahrzehnte zur Entwicklung benötigte, deutet das Auftauchen eines chinesischen Prototyps darauf hin, dass das Aufholen – zumindest in der grundlegenden Systemdemonstration – viel schneller geschehen könnte, als viele angenommen haben.
Das setzt westliche Halbleiterführer unter Druck, stärker in die nächste Generation zu investieren: High‑NA (Numerical Aperture) EUV.
High‑NA EUV wird bereits von Unternehmen wie Intel (INTC ) getestet und von Samsung und TSMC evaluiert. Intel hat öffentlich Produktions‑Volumen‑Zeitpläne um 2028 herum ins Visier genommen, während sowohl TSMC als auch Samsung vorsichtiger erscheinen und High‑NA EUV für zukünftige <2 nm‑Knoten reservieren, anstatt es sofort massenhaft einzuführen.
„Je größer die Winkel, aus denen das optische System Licht aufnimmt, desto feiner die dargestellten Details. Das bedeutet, dass optische EUV‑Systeme immer größer werden.“
Quelle: Zeiss
Ein Spiegel für High‑NA‑EUV‑Lithographie ist etwa doppelt so groß und zehnmal so schwer wie aktuelle EUV‑Spiegel – was das Gesamtsystem noch größer, schwerer und komplexer macht.
„Mehr als 40 000 Teile der Projektionsoptik für High‑NA‑EUV‑Lithographie wiegen rund zwölf Tonnen, um hochpräzises Fokussieren zu gewährleisten – das sieben‑fache Volumen und Gewicht der etablierten EUV‑Lithographie.“
Was bedeutet das für Investoren?
Kurzfristig ändert das wahrscheinlich wenig. Chinas EUV‑Maschine ist Berichten zufolge nur ein Prototyp, und es bleibt unklar, wie viel davon auf umgebaute oder gerettete ASML‑Teile im Vergleich zu rein chinesisch hergestellten Komponenten zurückgreift.
Dennoch ist es schwierig anzunehmen, dass China auf Dauer scheitern wird. Mit genügend Spezialisten, Finanzierung und Zeit gibt es keinen klaren Grund zu glauben, dass chinesische Institutionen die EUV‑Fähigkeiten nicht schließlich replizieren können – besonders, wenn das breitere Ökosystem aus Komponenten, Materialien und Metrologie reift.
Der Skepsis, dass China ein spezifisches Bauteil wie Zeiss‑Spiegel nicht ersetzen könne, sollte ebenfalls mit Vorsicht begegnet werden. Ähnliche Analysen hatten zuvor suggeriert, China liege 15 + Jahre zurück, doch nun wurde ein Prototyp gemeldet.
Langfristig (5–10 Jahre) könnte China eine parallele Halbleiter‑Lieferkette aufbauen, die nicht nur auf Foundry‑Ebene, sondern auch auf der Ebene der Geräteherstellung unabhängig ist.
Zunächst würde die fortschrittliche heimische Produktion wahrscheinlich die Inlandsnachfrage priorisieren und damit den Verkauf fortschrittlicher Chips, Fertigungs‑Tools und unterstützender Komponenten nach China reduzieren.
Im Laufe der Zeit könnte dies den Umsatz und die Margen westlicher Halbleiterausrüstungs‑ und Zuliefererunternehmen belasten und deren Fähigkeit, auf vorherigem F&E‑Niveau zu reinvestieren, verringern.
Besorgniserregender für Unternehmen wie ASML und andere Gerätehersteller – und sogar für Foundries – ist, dass in China hergestellte fortschrittliche Chips schließlich direkt in externen Märkten konkurrieren könnten, insbesondere entlang der wachsenden BRICS‑ und SCO‑Handelsnetze.
Während ASML und TSMC kurzfristig dominant bleiben, erzeugt Chinas EUV‑Fortschritt langfristigen Wettbewerbsdruck, der Ausrüstung, Foundry und Chip‑Märkte neu gestalten könnte.
Fazit
Das Auftauchen eines chinesischen EUV‑Prototyps Jahre früher als viele erwartet, ist ein echter Meilenstein. Es deutet darauf hin, dass Exportkontrollen und Sanktionen die technologische Leistungsfähigkeit in einem Sektor, in dem der Westen lange strukturelle Vorteile hatte, wahrscheinlich nicht dauerhaft begrenzen können.
Im besten Fall können Beschränkungen den Fortschritt verzögern; im schlimmsten Fall können sie ihn beschleunigen, indem sie einen geschützten Binnenmarkt von rund 1,5 Milliarden Menschen mit starker staatlicher Unterstützung und industrieller Kapazität schaffen.
Das bedeutet nicht, dass China sofort mit der Fertigung von Spitzenchips auf in‑house‑EU‑V‑Werkzeugen beginnen wird. Aber es bedeutet, dass die Trajektorie zu diesem Ziel jetzt klarer – und wahrscheinlich schneller – ist, als zuvor angenommen.
Insgesamt bestätigt es, dass China sich zu einer bedeutenden Technologiemacht entwickelt und nicht nur die weltweit größte Fertigungsbasis bleibt.
Einige Analysen argumentieren, dass China nun in einem großen Teil fortgeschrittener wissenschaftlicher Bereiche führend ist, was die vereinfachte Erzählung herausfordert, dass Fortschritt ausschließlich durch Nachahmung erfolgt – selbst wenn Handelsgeheimnis‑Streitigkeiten und IP‑Konflikte ein reales Merkmal dieses Wettbewerbs bleiben.
Während Chinas Durchbruch den langfristigen Horizont verändert, müssen Investoren, die nach sofortiger Dominanz im Halbleiter‑Bereich suchen, weiterhin auf den aktuellen Marktführer schauen.
Halbleiterunternehmen – TSMC
(TSM )
Chinas Aufstieg als Technologiemacht ist strategisch bedeutsam, doch derzeit scheint Chinas Halbleiter‑Fertigungs‑Equipment noch hinter – oder nur annähernd – den fortschrittlichsten westlichen Systemen zurückzubleiben.
Daher werden im Foundry‑Geschäft Prozess‑Disziplin, Ausbeute‑Lernen und operative Erfahrung voraussichtlich in den kommenden zehn Jahren entscheidend bleiben.
Letztlich wird die Halbleiterproduktion von Nischen‑Expertise und der Fähigkeit dominiert, in großem Maßstab zu massenproduzieren, um Kosten zu senken. Kein Unternehmen hat dieses Modell besser gemeistert als TSMC, der taiwanesische Spitzenreiter in der ultra‑fortschrittlichen Chip‑Fertigung.
TSMC produziert hauptsächlich Silizium‑Chips, einschließlich der leistungsstärksten 3‑nm‑ und der kommenden 2‑nm‑Klassen‑Knoten. Und weil es die fortschrittlichsten (und teuersten) Chips herstellt, erfasst es einen dominanten Anteil am globalen Foundry‑Umsatz.
Quelle: Eric Flaningam
TSMC erweitert zudem seine Fertigungskapazität in den USA, insbesondere durch große Investitionen in seine Fabriken in Arizona.
Mit bereits laufender High‑NA‑EUV‑Entwicklung könnte TSMC chinesischen Rivalen wie SMIC über Jahre hinweg einen Schritt voraus bleiben – besonders bei Ausbeute, Zuverlässigkeit und Reife der Hoch‑Volumen‑Fertigung.
Und selbst wenn es hart gegen Samsung, Intel und andere Foundries antritt, ist TSMC weiterhin gut positioniert, um seine Führungsposition gegenüber der wachsenden, China‑basierten Konkurrenz zu verteidigen – zumindest in absehbarer Zukunft.
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