SAN FRANCISCO – Präsident Biden und viele Gesetzgeber in Washington machen sich derzeit Sorgen über Computerchips und Chinas Ambitionen mit der grundlegenden Technologie.
Aber eine riesige Maschine, die von einem niederländischen Unternehmen verkauft wurde, hat sich als wichtiger Hebel für die Politik herausgestellt – und zeigt, wie unrealistisch die Hoffnungen eines jeden Landes auf den Aufbau einer vollständig autarken Lieferkette in der Halbleitertechnologie sind.
Die Maschine wird von der ASML Holding mit Sitz in Veldhoven hergestellt. Sein System verwendet eine andere Art von Licht, um ultrakleine Schaltkreise auf Chips zu definieren und mehr Leistung in die kleinen Siliziumscheiben zu packen. Das Werkzeug, dessen Entwicklung Jahrzehnte in Anspruch nahm und 2017 für die Großserienfertigung eingeführt wurde, kostet mehr als 150 Millionen US-Dollar. Für den Versand an die Kunden sind 40 Container, 20 Lkw und drei Boeing 747 erforderlich.
Die komplexe Maschine wird weithin als notwendig für die Herstellung der fortschrittlichsten Chips anerkannt, eine Fähigkeit mit geopolitischen Implikationen. Die Trump-Administration hat die niederländische Regierung erfolgreich dafür eingesetzt, die Lieferungen einer solchen Maschine nach China im Jahr 2019 zu blockieren, und die Biden-Regierung hat keine Anzeichen dafür gezeigt, diese Haltung umzukehren.
Hersteller können ohne das System keine Spitzenchips herstellen, und „es wird nur von der niederländischen Firma ASML hergestellt“, sagte Will Hunt, ein Research-Analyst am Center for Security and Emerging Technology der Georgetown University, der zu dem Schluss kam, dass China nicht bauen kann seine eigene ähnliche Ausrüstung in einem Jahrzehnt. „Aus chinesischer Sicht ist das frustrierend.“
Die Maschine von ASML hat sich effektiv zu einem Engpass in der Lieferkette für Chips entwickelt, die als das Gehirn von Computern und anderen digitalen Geräten fungieren. Die Entwicklung und Produktion des Tools auf drei Kontinenten – unter Verwendung von Know-how und Teilen aus Japan, den USA und Deutschland – ist auch eine Erinnerung daran, wie global diese Lieferkette ist, und bietet einen Realitätscheck für jedes Land, das bei Halbleitern einen Sprung nach vorne machen möchte selbst.
Dazu gehören nicht nur China, sondern auch die Vereinigten Staaten, wo der Kongress über Pläne debattiert, mehr als 50 Milliarden US-Dollar auszugeben, um die Abhängigkeit von ausländischen Chipherstellern zu verringern. Viele Zweige der Bundesregierung, insbesondere das Pentagon, machen sich Sorgen über die Abhängigkeit der USA von Taiwans führendem Chiphersteller und die Nähe der Insel zu China.
Eine in diesem Frühjahr von der Boston Consulting Group und der Semiconductor Industry Association durchgeführte Studie schätzte, dass die Schaffung einer autarken Chip-Lieferkette mindestens 1 Billion US-Dollar kosten und die Preise für Chips und damit hergestellte Produkte stark ansteigen lassen würde.
Dieses Ziel sei für jeden “völlig unrealistisch”, sagte Willy Shih, Management-Professor an der Harvard Business School, der Lieferketten studiert. Die Technologie von ASML „ist ein großartiges Beispiel dafür, warum es globalen Handel gibt“.
Die Situation unterstreicht die entscheidende Rolle von ASML, einem einst unbekannten Unternehmen, dessen Marktwert heute 285 Milliarden US-Dollar übersteigt. Es ist „das wichtigste Unternehmen, von dem Sie noch nie gehört haben“, sagte CJ Muse, Analyst bei Evercore ISI.
1984 vom Elektronikriesen Philips und einem anderen Werkzeughersteller, Advanced Semiconductor Materials International, gegründet, wurde ASML ein unabhängiges Unternehmen und mit Abstand der größte Lieferant von Chip-Herstellungsausrüstung, die einen Prozess namens Lithographie umfasst.
Unter Verwendung von Lithographie projizieren Hersteller wiederholt Muster von Chipschaltungen auf Siliziumwafer. Je mehr winzige Transistoren und andere Komponenten einem einzelnen Chip hinzugefügt werden können, desto leistungsfähiger wird er und desto mehr Daten können gespeichert werden. Das Tempo dieser Miniaturisierung ist als Moore’s Law bekannt, benannt nach Gordon Moore, einem Mitbegründer des Chipgiganten Intel.
1997 begann ASML mit der Untersuchung eines Wechsels zur Verwendung von extrem ultraviolettes oder EUV-Licht. Solches Licht hat ultrakleine Wellenlängen, die viel kleinere Schaltungen erzeugen können, als dies mit konventioneller Lithographie möglich ist. Das Unternehmen beschloss später, Maschinen auf Basis dieser Technologie herzustellen, ein Aufwand, der seit Ende der 1990er Jahre 8 Milliarden US-Dollar gekostet hat.
Der Entwicklungsprozess wurde schnell global. ASML montiert die fortschrittlichen Maschinen jetzt mit Spiegeln aus Deutschland und in San Diego entwickelter Hardware, die Licht durch das Strahlen von Zinntröpfchen mit einem Laser erzeugt. Wichtige Chemikalien und Komponenten kommen aus Japan.
Peter Wennink, CEO von ASML, sagte, dass ein Mangel an Geld in den Anfangsjahren des Unternehmens dazu geführt habe, Erfindungen von Spezialanbietern zu integrieren und so ein „kollaboratives Wissensnetzwerk“ zu schaffen, das schnell innoviert.
„Wir waren gezwungen, nicht selbst das zu tun, was andere besser können“, sagte er.
ASML baute auf anderen internationalen Kooperationen auf. In den frühen 1980er Jahren begannen Forscher in den Vereinigten Staaten, Japan und Europa, über den radikalen Wandel der Lichtquellen nachzudenken. Aufgegriffen wurde das Konzept von einem Konsortium, zu dem Intel und zwei weitere US-Chiphersteller sowie die Labors des Department of Energy gehörten.
ASML trat 1999 nach mehr als einjährigen Verhandlungen bei, sagte Martin van den Brink, Präsident und Chief Technology Officer von ASML. Weitere Partner des Unternehmens waren das Forschungszentrum Imec in Belgien und ein weiteres US-Konsortium, Sematech. ASML zog später große Investitionen von Intel, Samsung Electronics und Taiwan Semiconductor Manufacturing Company an, um die Entwicklung zu finanzieren.
Diese Entwicklung wurde durch die Eigenarten des extremen ultravioletten Lichts erschwert. Lithographiemaschinen fokussieren normalerweise Licht durch Linsen, um Schaltungsmuster auf Wafer zu projizieren. Aber die kleinen EUV-Wellenlängen werden von Glas absorbiert, sodass Linsen nicht funktionieren. Spiegel, ein weiteres gängiges Werkzeug zur Lichtlenkung, haben das gleiche Problem. Das bedeutete, dass die neue Lithographie Spiegel mit komplexen Beschichtungen erforderte, die zusammen die kleinen Wellenlängen besser reflektieren.
Also wandte sich ASML an die Zeiss Group, ein 175 Jahre altes deutsches Optikunternehmen und langjähriger Partner. Zu seinen Beiträgen gehörte ein zwei Tonnen schweres Projektionssystem für extrem ultraviolettes Licht mit sechs speziell geformten Spiegeln, die über mehrere Monate in einem aufwendigen Roboterprozess geschliffen, poliert und beschichtet werden, der mit Ionenstrahlen Defekte beseitigt.
Die Generierung von ausreichend Licht, um schnell Bilder zu projizieren, verursachte ebenfalls Verzögerungen, sagte Herr van den Brink. Aber Cymer, ein Unternehmen aus San Diego, das ASML 2013 gekauft hat, hat schließlich ein System verbessert, das Impulse von einem Hochleistungslaser 50.000 Mal pro Sekunde auf Zinntröpfchen richtet – einmal, um sie zu glätten und ein zweites Mal, um sie zu verdampfen – um zu erzeugen intensives Licht.
Das neue System erforderte auch neu gestaltete Komponenten, sogenannte Fotomasken, die bei projizierten Schaltungsdesigns wie Schablonen wirken, sowie neue auf Wafern aufgebrachte Chemikalien, die diese Bilder bei Lichteinwirkung erzeugen. Japanische Unternehmen liefern heute die meisten dieser Produkte.
Seit ASML 2017 sein kommerzielles EUV-Modell eingeführt hat, haben Kunden etwa 100 davon gekauft. Zu den Käufern gehören Samsung und TSMC, die größten dienstleistungserzeugenden Chips, die von anderen Unternehmen entwickelt wurden. TSMC verwendet das Tool, um die von Apple entwickelten Prozessoren für seine neuesten iPhones herzustellen. Intel und IBM haben erklärt, dass EUV für ihre Pläne von entscheidender Bedeutung ist.
„Es ist definitiv die komplizierteste Maschine, die Menschen gebaut haben“, sagte Darío Gil, Senior Vice President bei IBM.
Die seit 2019 geltenden niederländischen Beschränkungen für den Export solcher Maschinen nach China hatten keine großen finanziellen Auswirkungen auf ASML, da es einen Auftragsrückstand aus anderen Ländern hat. Aber rund 15 Prozent des Umsatzes des Unternehmens stammen aus dem Verkauf älterer Systeme in China.
In einem Abschlussbericht an den Kongress und Herrn Biden im März schlug die Nationale Sicherheitskommission für künstliche Intelligenz vor, die Exportkontrollen auf einige andere fortschrittliche ASML auszuweiten auch Maschinen. Die vom Kongress finanzierte Gruppe versucht, die Fortschritte der künstlichen Intelligenz mit militärischen Anwendungen zu begrenzen.
Herr Hunt und andere Politikexperten argumentierten, dass die Blockierung zusätzlicher Verkäufe ASML ohne großen strategischen Nutzen schaden würde, da China diese Maschinen bereits verwende. Das Unternehmen auch.
„Ich hoffe, der gesunde Menschenverstand wird sich durchsetzen“, sagte van den Brink.