Peking will eine eigene EUV-Lichtquelle, einen wichtigen Teil der Chip-Lieferkette

Eine selbst entwickelte extrem ultraviolette Lichtquelle (EUV) oder eine weniger komplexe Alternative könnte es China ermöglichen, Mikrochips herzustellen, die mit denen konkurrieren können, die iPhones und ChatGPT antreiben.

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Chinesischen Unternehmen, Universitäten und Regierungsinstitutionen wird zunehmend der Zugang zum Export amerikanischer, niederländischer und japanischer Maschinen verwehrt, die zur Herstellung der für die High-Tech-Industrie unverzichtbaren Mikrochips verwendet werden. Sie bemühen sich jedoch um die Entwicklung einer selbst entwickelten extrem ultravioletten (EUV) Lichtquelle, die dabei helfen kann, elektronische Leitungen in die fortschrittlichsten Silizium-Mikrochips zu ätzen.

Eine EUV-Lichtquelle ist nur ein Teil einer äußerst komplexen EUV-Maschine – ein Teil, den nur Cymer, die Tochtergesellschaft des niederländischen Werkzeugherstellers ASML in San Diego, erfolgreich zusammenstellen konnte. Eine EUV-Maschine ermöglicht es ihrem Besitzer, hauchdünne Mikrochips herzustellen, die Apple in seine neuesten iPhones einbaut, und OpenAI verwendet ChatGPT, das auf künstlicher Intelligenz basierende Sprachmodell, das menschenähnlichen Text erzeugen kann.

Das EUV-Licht von Cymer wird erzeugt, indem ein hochenergetischer Laser auf geschmolzenes Zinn geschossen und das resultierende Licht dann in einem Strahl fokussiert wird, mit dem winzige Schaltkreismuster auf hauchdünne Siliziumchips geschnitzt werden. Solche EUV-Lithografiemaschinen und die Lichtquellen, auf denen sie basieren, sind ein wichtiger Teil des Puzzles der technologischen Unabhängigkeit, das China zu schaffen versucht, um die technische Wertschöpfungskette zu erklimmen, indem es die Art von Chips herstellt, die zukünftige Technologien wie KI antreiben werden Quanten-Computing.

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Unter dem Druck Washingtons hat die niederländische Regierung ASML nie erlaubt, eine EUV-Lithografiemaschine nach China zu liefern. Die fortschrittlichsten ASML-EUV-Maschinen, die heute im kommerziellen Einsatz sind, kosten die Unternehmen, die sie kaufen, rund 150 Millionen US-Dollar. Die nächste Maschinengeneration, die 2024 auf den Markt kommen soll, wird über 300 Millionen Euro (328 Millionen US-Dollar) kosten. Das Marktforschungsunternehmen Mordor Intelligence schätzt den Wert des EUV-Lithografiemarktes im Jahr 2023 auf 11,5 Milliarden US-Dollar, wobei der breitere Markt für Halbleiterausrüstung einen Wert von rund 123 Milliarden US-Dollar hat.

Als Beweis dafür, dass sich der zukünftige Technologiewettbewerb verschärft, zeigen chinesische Patentaufzeichnungen, dass im vergangenen Jahr die Tsinghua-Universität (das „MIT von China“), die Nanjing-Universität, die Chinesische Akademie der Wissenschaften und eine Firma namens Specreation mit Hauptsitz in Hefei, Anhui, zusammengearbeitet haben Provinz haben alle Patente für die EUV-Lichtquellentechnologie angemeldet. Experten sagen, dass sie alle noch viel Arbeit vor sich haben.

„Die Herausforderungen bei der Herstellung von EUV-Lichtquellen, die in einem stabilen und langfristig lebensfähigen System funktionieren können, sind enorm“, sagte Paul Triolo, Associate Partner für China und Technology Policy Lead bei Dentons Global Advisors ASG, einem in Washington, DC ansässigen Beratungsunternehmen Das China-Projekt.

Selbst wenn es einem Unternehmen gelingt, eine EUV-Lichtquelle herzustellen, kann es laut Triolo eine Herausforderung sein, sie in bestehende Halbleiterfertigungsprozesse zum Laufen zu bringen.

Während US-Gesetze den Export von Technologie für die kommerzielle Produktion von Top-Chips eingeschränkt haben, fließen einige Technologien, die für die Grundlagenforschung zur Unterstützung der Halbleiterentwicklung verwendet werden, weiterhin über den Pazifik.

In einigen Fällen haben chinesische Organisationen, die an der Entwicklung ihrer eigenen EUV-Lichtquellen arbeiten, modernste Lasertechnologie von KMLabs aus Boulder, Colorado, gekauft.

Am 21. Oktober 2022 kaufte die Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie in Wuhan, Provinz Hubei, Zentralchina, eine EUV-Lichtquellenmaschine von KMLabs, wie aus einem Bericht der chinesischen Presse unter Berufung auf staatliche Beschaffungsunterlagen hervorgeht. KMLabs verkauft seine EUV-Lichtquellengeräte über Händler auf der ganzen Welt, unter anderem über eine Firma namens Transientek in China.

KMLabs ist zusammen mit seinem belgischen Partner Imec führend in einer Chipherstellungstechnologie namens High Numerische Apertur (NA)-Lithographie, die bestimmte Vorteile gegenüber der von Cymer und ASML verwendeten Technologie bietet.

KMLabs teilte The China Project mit, dass seine EUV-Lichtquellen nicht für den Einsatz in der EUV-Halbleiterlithographie geeignet seien, sondern in der für die EUV-Lithographie relevanten Forschung eingesetzt würden und dass alle seine Exporte im Einklang mit geltendem US-Recht stünden.

Während die EUV-Lichtquelle von KMLabs nicht direkt zur Herstellung von Chips verwendet wird, bestätigte das Unternehmen in einer Pressemitteilung, dass die Zusammenarbeit mit Imec darauf abzielt, „die Grundlagen der EUV-Lithographie zu verstehen, die zur Herstellung von Halbleiterchips der nächsten Generation verwendet werden“. In einer separaten KMLabs-Präsentation wurde darauf hingewiesen, dass ein von KMLabs hergestelltes Gerät namens XUUS High Harmonic Generator in China zum Verkauf angeboten wird und „für Halbleiteranwendungen gefragt“ ist.

Laut einer Pressemitteilung auf der Website von Transientek ist die Huazhong-Universität nicht der einzige chinesische Käufer der KMLabs-Technologie. Die Peking-Universität, die Tsinghua-Universität, das Lanzhou-Institut für chemische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und die Shanghai-Universität für Wissenschaft und Technologie kauften ebenfalls Technologie von der Firma aus Colorado.

„Wir sind stolz darauf, den Spitzenforschungsteams in China die fortschrittlichste ultraschnelle gepulste EUV-Laserlichtquelle und lokalen technischen Support zur Verfügung zu stellen“, heißt es auf der Website von Transientek auf Chinesisch.

Obwohl Peking die Bedeutung der technologischen Unabhängigkeit Chinas bei der Chipherstellung betont, hat das Land noch einen langen Weg vor sich, bis es ein für die Lithographie geeignetes EUV-Lichtquellensystem produzieren kann, ganz zu schweigen von der viel komplexeren EUV-Lithographiemaschine selbst.

Triolo sagte, dass China bei der Beschaffung der entscheidenden Materialien, die für die Herstellung und Nutzung einer EUV-Lichtquelle im kommerziellen Maßstab erforderlich sind, vor einem schwierigen Weg stehe.

„Obwohl China innerhalb von zwei Jahren über eine funktionierende Lichtquelle für EUV verfügen könnte, bleibt das größte Fragezeichen die Systemintegration, Lieferketten, andere kritische Systeme wie Optik und andere angrenzende Bereiche“, sagte er.

Andere Branchenbeobachter sagten, dass das China-Projekt zwei Jahre lang eine optimistische Prognose sei. Dylan Patel, Leiter von SemiAnalysis, einem Boutique-Forschungs- und Beratungsunternehmen für Halbleiter, sagte, dass die Entwicklung der Technologie in China wahrscheinlich viel länger dauern würde.

Neben der EUV-Lichtquelle von Cymer für die kommerzielle Chip-Lithographie hat das japanische Unternehmen Gigaphoton eine weniger fortschrittliche Lichtquelle im tiefen Ultraviolett (DUV) hergestellt.

In einem Bericht der chinesischen Nationalen Behörde für geistiges Eigentum (CNIPA) vom September 2022 wurde darauf hingewiesen, dass eine EUV-Lichtquelle aus mehreren verschiedenen Technologien besteht und dass China bisher bei der Entwicklung der Gase, Lichtkollektoren und -verstärker sowie der Magnetfeldtechnologie keinen Erfolg hatte notwendig für eine kommerziell nutzbare EUV-Lichtquelle.

Der chinesische Elektronikriese Huawei ist kürzlich in den Bereich der Chip-Lithographie eingestiegen und hat im November 2022 ein Patent für die EUV-Technologie angemeldet. Huawei hat außerdem in das führende chinesische Lichtquellenunternehmen RSLaser Optoelectronics investiert, das die Lichtquellen für die Lithografiemaschinen des chinesischen Unternehmens Shanghai Microelectronics liefert.

Huawei ist nicht allein. Der CNIPA-Bericht erwähnte auch alle, die Patente für EUV-Lichtquellentechnologie angemeldet haben. Das Harbin Institute of Technology belegte mit 13 Patenten den ersten Platz, gefolgt von der Huazhong University mit fünf und dem chinesischen Chipgießer Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) sowie dem Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics mit jeweils drei.

Während China an der Entwicklung von EUV-Technologien arbeitet, suchen einige Firmen des Landes nach Workarounds, die die gleichen Ergebnisse erzielen, ohne dass sie fortschrittliche Technologien entwickeln müssen.

Eine Abkürzung zu höheren Effizienzniveaus sind fortschrittliche Verpackungstechniken für Chips, nachdem ihre Schaltkreise im Lithographieprozess geätzt wurden. Da die Transistoren in Schaltkreisen immer kleiner werden, liegt der Fokus zunehmend auf der Steigerung der Recheneffizienz durch das Stapeln von Chips übereinander.

„Chinesische Firmen, darunter Huawei, befassen sich intensiv mit den Problemen der fortschrittlichen Verpackung und haben in diesem Bereich sehr leistungsfähige Unternehmen“, sagte Triolo.

China ist bei dieser Art fortschrittlicher Verpackungen in der Halbleiter-Lieferkette weiter vorne als andere Länder. Dennoch arbeiten auch Firmen außerhalb Chinas wie TSMC aus Taiwan, Samsung aus Südkorea und Amerikas Intel intensiv an fortschrittlichen Verpackungen.

Chinesische Firmen bringen auch die weniger fortschrittlichen DUV-Maschinen an ihre Grenzen, um Ergebnisse zu erzielen, die normalerweise mit Spitzen-EUV-Technologie verbunden sind. Branchenbeobachter waren überrascht, dass SMIC letzten Sommer in der Lage war, 7-Nanometer-Chips zu produzieren, obwohl US-Exportbeschränkungen chinesische Firmen daran hindern sollten, die Maschinen zu erwerben, um Ergebnisse mit einer Größe von weniger als 10 Nanometern zu erzielen. Branchenbeobachter sagen, dass der SMIC mithilfe der ihnen zur Verfügung stehenden Technologie sogar noch weiter sinken könnte, als bisher angenommen.

Patel sagte gegenüber The China Project, dass chinesische Firmen mit DUV-Werkzeugen, die von der niederländischen Firma ASML legal nach China geliefert werden können, „auf 5 Nanometer kommen können“.

Chinesische Technologiefirmen und universitäre Forschungsteams arbeiten an der Entwicklung einer kommerziell nutzbaren EUV-Lichtquelle, einem entscheidenden Teil der Maschinen, die zur Herstellung fortschrittlicher Chips verwendet werden, die zukünftige Technologien wie künstliche Intelligenz und Quantencomputing antreiben werden. Da die USA und ihre Verbündeten den Export von Schlüsseltechnologien nach China verbieten, wäre es für chinesische Wissenschaftler und Ingenieure möglicherweise besser, sich auf weniger schwierige Wege zu konzentrieren, um die Qualität einheimischer Halbleiter zu verbessern.

Speckreation

Transientek-Technologie

RSLaser Optoelectronics Keyi Hongyuan

Shanghai Microelectronics Shanghai Microelectronics

SMIC

Huawei

Der CEO von ASML gibt den Stückpreis für Extrem-Ultraviolett-Lithographie mit hoher numerischer Apertur von 300 bis 350 Millionen Euro bekannt / TechGoing

Der Lokalisierungsprozess von Fotolithografiemaschinen und zugehörigen börsennotierten Unternehmen! / Jiufang Intelligente Investition

Lokalisierung verschiedener Aspekte von Lithographiemaschinen/Minsheng Securities

Was ist technologische Innovation? Amerikanische EUV-Lichtquellentechnologie für extrem ultraviolettes Licht dringt in China vor! /NetEase

Bezüglich der EUV-Lithographietechnologie geben chinesische Hersteller neue Patente bekannt/Global Semiconductor Observer

Huawei treibt stillschweigend Investitionen in die Chipherstellung voran / Caixin

Laut LexisNexis-Patentdaten ist TSMC führend im Kampf um fortschrittliche Chipverpackungen / Reuters

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Eduardo Jaramillo ist Mitarbeiter bei The China Project. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Geschichte und Ostasienwissenschaften vom Bowdoin College und einen Master of Arts in Asienwissenschaften von der Georgetown University. Er hat insgesamt zweieinhalb Jahre in Taiwan und China verbracht und lebt heute im Stadtteil Logan Circle in Washington, D.C. Lesen Sie mehr