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Halbleiter Die Deutschen spielen eine entscheidende Rolle im globalen Chipgeschäft

Halbleiter-Riesen wie Intel und Samsung sind auf Technik von Trumpf oder Zeiss angewiesen. Ohne den deutschen Mittelstand geht wenig in der Hochtechnologie.
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Der Maschinenbauer ist führend bei der EUV-Technologie.
ASML ist optimistisch

Der Maschinenbauer ist führend bei der EUV-Technologie.

Stuttgart/München Es ist ein Monstrum aus Edelstahl, groß wie ein schwerer Laster. Die Maschine zum Bau der modernsten Chips weltweit wird gerade in Halle 5 der niederländischen Hightech-Schmiede ASML in Veldhofen endmontiert. Alles absolut staubfrei bei konstant 21 Grad im Reinraum. Stückpreis des im Fachjargon „Scanner“ genannten Giganten: 120 Millionen Euro.

Das gewaltige Gerät, mit dem Halbleiterplatten belichtet werden, ist gespickt mit schwäbischer Hochtechnologie. Der CO2-Hochleistungslaser und damit die Lichtquelle stammt von Trumpf aus Ditzingen, die Optik von Carl Zeiss in Oberkochen.

Es ist die Geschichte einer einzigartig engen Kooperation. „Als Chiphersteller spielt Europa keine Rolle, aber als Lieferant für die Produktionstechnologie eine sehr große und entscheidende“, betont Trumpf-Vizechef Peter Leibinger selbstbewusst.

Mike Labelle, 47, zwingt sich jeden Morgen in den obligatorischen weißen Overall mit Kopfhaube, in hautenge Einweghandschuhe, in Sicherheitsstiefel mit Gamaschen. Der Amerikaner leitet die Produktion der neuesten Maschinengeneration bei ASML. „Nach den letzten Tests gehen die Maschinen zu den Großkunden der Chipindustrie“, keucht Labelle hinter seinem weißen Mundschutz, der dank eines Klämmerchens auf der Nase nicht verrutschen kann.

Die Einzelteile mit einem Gesamtgewicht von 180 Tonnen verteilt in 40 Container füllen drei Jumbo-Frachtjets. Von der Bestellung bis zur Auslieferung dauert es 18 Monate. Ganz schön lange bei einer so ungeduldigen Kundschaft wie Intel oder Samsung. Denn alle 24 Monate müssen die beiden führenden Chiphersteller der Erde die Leistungsfähigkeit der kleinen elektronischen Bauteile verdoppeln.

In diesen Tagen arbeiten die Zulieferer am größten Technologiesprung in der Chipindustrie seit Jahren. Überall ist das Kürzel EUV in der Halle von ASML zu sehen. Es steht für extremultraviolettes Licht, mit dem die Halbleiter belichtet werden. Nur diese Technologie ermöglicht es, Chips der nächsten Generation mit Strukturgrößen von unter sieben Nanometern zu produzieren. Das heißt, noch feinere Strukturen auf den Leiterplatten abzubilden und damit auf kleinstem Raum noch leistungsfähiger zu machen.

Ohne diese Halbleiter bleiben das autonome Fahren, die Industrie 4.0, die neuen Mobilfunknetze der fünften Generation und auch die Vorteile aus Big-Data reine Zukunftsmusik. Die neuen Chips sind elementar für das Tempo der Digitalisierung und damit für das Wachstum der Weltwirtschaft wichtiger als Öl.

Eine Schlüsselposition nehmen dabei ASML und seine exklusiven Partner aus Württemberg ein. „Wir können nicht ohne Zeiss und Trumpf, aber unsere Partner können auch nicht ohne uns“, sagt ASML-Vorstand Christophe Fouquet. Die Niederländer sind zu 85 Prozent auf Zulieferungen angewiesen und davon kommen wiederum fast 40 Prozent aus Deutschland.

Viele Patente der Chipzulieferer kommen aus Deutschland.
Hochkomplexe Technologie

Viele Patente der Chipzulieferer kommen aus Deutschland.

ASML ist eine besondere Firma. Das Unternehmen wurde 1984 mit 31 Leuten als ein Joint-Venture von ASM International (ASMI) und Philips gegründet und 1995 an die Börse gebracht. Inzwischen ist aus der kleinen Forschungsausgründung der wichtigste Maschinenbauer für die Chipindustrie geworden, mit mehr als elf Milliarden Euro Umsatz, 23.000 Beschäftigten und einem Börsenwert von 75 Milliarden Euro.

Nebenbei wurden asiatische Giganten wie Nikon und Canon aus diesem Markt nahezu verdrängt. ASML-Vorstand Fouquet bezifferte den Marktanteil bei Scannern auf 85 Prozent. Mit EUV soll die Erfolgsgeschichte ihre Fortsetzung finden. Die Börse glaubt daran. Der Aktienkurs ist seit Jahresbeginn um mehr als 30 Prozent gestiegen.

Der Hauptgrund: Die großen Chiphersteller rechnen fest mit EUV. Intel beteiligte sich 2012 mit 4,1 Milliarden Euro an ASML, um die Technologie zu unterstützen. Insgesamt 44 EUV-Stepper wurden bislang ausgeliefert. Im nächsten Jahr steigert sich die Auslieferung von 30 auf 40 Anlagen. Samsung will nach eigenen Angaben im Juni mit der Massenproduktion auf EUV-Maschinen beginnen. Ebenso der weltgrößte Auftragsfertiger TSMC aus Taiwan.

15 Jahre haben die Partner an dem EUV-Projekt gearbeitet. Jetzt hat es den Durchbruch endgültig geschafft, fünf Jahre später als ursprünglich geplant. In der Zwischenzeit mussten die Hersteller mit der konventionellen Technik alle Möglichkeiten ausschöpfen, um das sogenannte Moorsche Gesetz irgendwie aufrecht zu erhalten. Demnach verdoppelt sich die Leistung der Chips alle zwei Jahre, bei sinkenden Stückkosten. „Ohne EUV wäre das Moorsche Gesetz nicht mehr zu halten gewesen“, sagt Leibinger, der auch Gesellschafter des Ditzinger Familienunternehmens Trumpf ist.

Ihm ist klar, dass Deutschland trotz zweier wichtiger Anbieter, Infineon und Bosch, in der Chipproduktion keine große Rolle spielt. Eine Halbleiterfabrik der modernsten Art kostet inzwischen 20 Milliarden Euro und muss ihr Geld binnen 24 Monaten eingespielt haben, bis die nächste Generation auf den Markt kommt. Solche Fabs würden in Deutschland schon an der Dauer der Baugenehmigungen scheitern. „Aber bei den Maschinen spielen wir schon eine große Rolle“, sagt Leibinger. Vertrauen und Verlässlichkeit seien in der einzigartigen Partnerschaft von ASML, Zeiss und Trumpf wichtiger als die Verträge.

Jenseits der menschlichen Vorstellungskraft

Die Zusammenarbeit zwischen Schwaben und Holländern begann mit einer lockeren Anfrage vor 15 Jahren. Trumpf stellte schon vorher CO2-Laser zum Schneiden von Blechen her. Aber für die Halbleiterbelichtung braucht es die achtfache Leistung. „Ich dachte, dass es vielleicht eine ganz gute Herausforderung für unsere Entwickler ist“, erinnert sich Leibinger. Und das war nicht alles. Anders als beim Schneiden von Blech muss der Laserstrahl beim Belichten von Chips nicht durchgehend in einem Strahl laufen, sondern in einem gewissen Puls. Was einfach klingt, ist technisch eine riesige Herausforderung.

Wissenschaftlich sind die Grundlagen bei den Spezialisten bekannt, aber es geht bei Trumpf immer darum, solche Technologien zu industrialisieren und robust für eine Massenfertigung zu machen. Leibinger bezifferte die eigenen Investitionen in die EUV-Laser auf 200 Millionen Euro. Das jährliche Umsatzpotenzial liegt bei 400 Millionen Euro. Der Anteil von Trumpf am ASML-Laser bezifferte Leibinger auf die Herstellung bezogen auf etwas unter zehn Prozent.

Die Leistung des Lasers ist atemberaubend. ASML leitet den Laserpuls von Trumpf direkt auf einen Zinntropfen, der wie bei einem Tintenstrahldrucker eingespritzt wird. Die winzigen Teilchen werden zweimal beschossen. Erst mit einem schwächeren Strahl, damit sie sich flach verformen, dann kommt der zweite starke Schuss, der das Zinnteilchen in Plasma verwandelt. Das Ganze findet jenseits menschlicher Vorstellungskraft statt. Denn pro Sekunde geschieht dieser Vorgang 50.000 Mal. Und der ganze Aufwand dient dazu, dass durch den Beschuss Lichtwellen von 13,5 Nanometern entstehen, die von Rundspiegeln eingefangen werden.

Das gilt auch für den Partner Zeiss, für den EUV eine gewaltige Chance ist. Bislang wurde das Licht durch Linsen gebündelt. Bei EUV aber braucht es sogenannte Rundspiegel, eine aufwendige Technik. Die EUV-Lichtwellen sind so empfindlich, dass wesentliche Teile des Prozesses nur im Vakuum funktionieren.

In Oberkochen werden die Spiegel im Reinraum aus einem 50 Kilogramm schweren Block aus Glaskeramik mit Diamanten geschliffen und poliert. Das Material stammt aus der Weltraumforschung und hält Hitzeunterschiede von 300 Grad aus, ohne sich zu verformen. „Am Ende kratzen wir in einem Vakuumkessel mit einem Ionenstrahl praktisch eine Atomlage ab“, sagt Christian Duschek, der bei Zeiss die Rundoptikfertigung führt.

Bei der Chipherstellung ist äußerste Vorsicht gefragt.
Hochempfindliche Produktion

Bei der Chipherstellung ist äußerste Vorsicht gefragt.

Zeiss setzte mit seiner Halbleitersparte zuletzt rund 1,5 Milliarden Euro um. Wenn die EUV-Technik sich voll durchgesetzt hat, werde Zeiss rund zwei Drittel der Erlöse damit erzielen, so Zeiss-SMT-Chef Karl Lamprecht. Für die nächste Ausbaustufe wird schon heute kräftig investiert. Denn die nächste EUV-Generation mit dem Namen „High NA“ wird acht statt bislang sechs der Zeiss-Spiegel benötigen, um das Licht noch stärker zu bündeln und dann Strukturen von deutlich unter sieben Nanometern zu ermöglichen. Damit dabei ja nichts schief geht, hat ASML sich bereits 2016 für eine Milliarde Euro mit 24,9 Prozent an der Zeiss-Halbleitersparte SMT beteiligt und damit die Kooperation noch stärker vertieft.

Die Chiphersteller werden in den nächsten Jahren kräftig aufrüsten, allen voran Samsung. Mit Speicherchips ist der Konzern in den vergangenen Jahren zum weltgrößten Halbleiterproduzenten aufgestiegen. Das reicht den Koreanern aber nicht. Dieses Frühjahr hat der Elektronikkonzern angekündigt, in weiteren Bereichen der Branche zu expandieren. Einerseits strebt Samsung eine führende Rolle im Geschäft mit Prozessoren an. Sie sind das Gehirn eines jeden Rechners. Der US-Konzern Intel dominiert bislang bei Prozessoren für PCs und Netzwerkrechner, den Server. Qualcomm, ebenfalls aus den USA, ist führend bei Prozessoren für mobile Geräte.

Andererseits will sich Samsung als Auftragsfertiger etablieren. In Foundries lassen Anbieter ohne eigene Fabriken ihre Chips herstellen. Auf diesem Gebiet liegt TSMC aus Taiwan weit vorne. Auch Globalfoundries mit großen Werken in Dresden ist hier ein Wettbewerber. Umgerechnet rund 103 Milliarden Euro will Samsung dafür bis 2030 in die Hand nehmen. ASML kann also mit gewaltigen Aufträgen rechnen.

Andererseits überlegen sich viele Hersteller momentan sehr genau, wie viel Geld sie für neue Maschinen ausgeben. Denn der lange Boom in der Chipindustrie ist zu Ende. „Das Geschäft wird sich in den nächsten Jahren abschwächen“, warnte jüngst Ulrich Schäfer vom Branchenverband ZVEI. In den vergangenen fünf Jahren seien die Umsätze weltweit jedes Jahr im Schnitt um knapp neun Prozent gewachsen. Für die Zeit bis 2023 rechnet der Marktexperte lediglich mit einem jährlichen Plus von nicht einmal drei Prozent.

Die Marktforscher von IHS rechnen damit, dass der Umsatz der Industrie dieses Jahr weltweit sogar um gut sieben Prozent auf 446 Milliarden Dollar einbrechen wird. Im Dezember hatten die Analysten noch ein Plus von rund drei Prozent vorhergesagt. Dies sei der größte Rückgang seit dem Jahr 2009, als es um elf Prozent bergab ging.

Das liegt vor allem daran, dass die Chinesen weniger Halbleiter verbrauchen. Dort sind die Erlöse der Chipkonzerne zwischen 2013 und 2018 durchschnittlich um mehr als zwölf Prozent gewachsen. Künftig sei in dem Land nur noch ein Zuwachs etwa zwei Prozent pro Jahr zu erwarten, sagte Schäfer.

Schwieriges Chipgeschäft

Deutschlands größter Chiphersteller, der Dax-Konzern Infineon, hat im laufenden Geschäftsjahr bereits zwei Mal seine Prognose zurückgenommen und wird deshalb auch etwas weniger investieren. Deutschlands größter Halbleiterhersteller begründete das flaue Geschäft insbesondere damit, dass die Chinesen weniger Fahrzeuge als erwartet kaufen. Autohersteller sind die wichtigsten Kunden der Münchener, und China ist der mit Abstand wichtigste Markt. Zudem leidet der Dax-Konzern unter dem flauen Geschäft mit Smartphones.

Auch Intel kassierte jüngst die Jahresprognose eines leichten Zuwachses und rechnet nun mit einem etwas geringeren Umsatz als 2018. Zudem werde der Gewinn sinken, warnte der Konzern aus dem Silicon Valley. Allerdings beließ Intel die Investitionen bei 15,5 Milliarden Dollar. Intel beginnt mit der Auslieferung von 10-Nanometer-Chips im Juni. Die ersten Halbleiter mit 7 Nanometer sollen die Kunden in zwei Jahren bekommen. Der Standort in Hillsboro in Oregon wird der erste sein, in dem die Amerikaner EUV einsetzen.

Samsung und TSMC sind da schon weiter. Die beiden Chipproduzenten produzieren schon heute mit 7 Nanometern und beliefern Kunden wie Apple, Huawei und Qualcomm.

Langfristig bieten sich vor allem in China jedoch gewaltige Chancen für die Hersteller der Chip-Maschinen. China als größter Halbleiterkonsument der Erde beheimatet nur drei Prozent der Produzenten. Erklärtes Ziel der politischen Führung in dem Land ist es, auf diesem strategisch wichtigen Feld aufzuholen. Das ist umso dringlicher, als US-Präsident Donald Trump den Export von amerikanischem High-Tech eingeschränkt hat.

Ohne ASML wird es kaum gelingen, eine eigene Chipindustrie aufzubauen. Weil die meisten Fertigungsschritte mit Patenten geschützt seien, meint ZVEI-Experte Schäfer, täten sich chinesische Firmen schwer, eigene Werke aufzubauen.

ASML und seine deutschen Partner fühlen sich in ihrer Rolle mit dem Alleinstellungsmerkmal EUV sehr wohl. Und die Angst aus dieser einzigartigen Position verdrängt zu werden hält sich in Grenzen. „EUV macht kein anderer auf der Welt, und kann auch kein anderer“, sagt Peter Leibinger selbstbewusst. Unverwundbar ist ASML allerdings nicht. Das Glaskeramik-Material für die Zeiss-Spiegel kommt vom US-Konzern Corning.

Mehr: Lesen Sie hier, warum sich die Chipindustrie nach langen Jahren des Wachstums auf magere Zeiten einstellt.

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  • Da fehlt die "Rolle" in der Überschrift. ;)