90 % billigere Chips aus den USA? Das Startup Substrate fordert die Giganten ASML (Niederlande) und TSMC (Taiwan) heraus

Röntgenlithografie 2.0: Von Labor zur Massenproduktion – Ist Röntgenlithografie wieder realistisch?

In der Welt der Hochtechnologie, in der Fortschritt in Nanometern gemessen wird, gleicht die Halbleiterindustrie einer Festung mit fast unüberwindbaren Mauern. An der Spitze dieser globalen Ordnung stehen zwei unangefochtene Giganten: Der niederländische Monopolist ASML, der als Einziger die sündhaft teuren EUV-Lithografiemaschinen für die modernste Chip-Fertigung liefert, und der taiwanische Foundry-Riese TSMC, der den Weltmarkt für Auftragsfertigung dominiert. Dieses hochkonzentrierte Ökosystem, aufgebaut auf jahrzehntelanger Forschung und hunderten Milliarden an Investitionen, schien bisher unantastbar.

Doch nun sorgt ein Startup aus San Francisco namens Substrate für einen Paukenschlag, der das Fundament dieser Industrie erschüttern könnte. Mit über hundert Millionen Dollar von prominenten Investoren wie Peter Thiel und dem Risikokapitalarm der CIA, In-Q-Tel, im Rücken, tritt Substrate an, um die Spielregeln neu zu schreiben. Ihr Versprechen: eine wiederbelebte und neu gedachte Röntgenlithografie-Technologie, die nicht nur leistungsfähiger sein soll als ASMLs etablierte EUV-Systeme, sondern die Kosten pro Chip-Wafer um dramatische 90 Prozent senken könnte.

Diese Ankündigung ist weit mehr als nur eine technische Neuerung; sie ist eine geopolitische und ökonomische Kampfansage. Sie zielt auf das Herz der amerikanischen Bestrebungen nach technologischer Souveränität, stellt das Geschäftsmodell der teuersten Maschinen der Welt infrage und verspricht, die erdrückenden Eintrittsbarrieren in der Chip-Produktion einzureißen. Doch der Weg von einer vielversprechenden Labordemonstration zur zuverlässigen Massenproduktion ist mit den Trümmern gescheiterter Revolutionen gepflastert. Die technischen Hürden sind monumental, die Skepsis der Industrie ist groß, und die Geschichte der Röntgenlithografie selbst ist eine von historischen Fehlschlägen. Die entscheidende Frage lautet daher: Erleben wir den Beginn einer echten Disruption, die die globale Chip-Landkarte neu zeichnet, oder lediglich ein hochfinanziertes Déjà-vu eines technologischen Traums, der an den harten Realitäten der Physik und Ökonomie zerbricht?

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Globale Machtverschiebung durch innovative Röntgenlithografie erwartet

Die Technologie der Chips- undHalbleiterfertigung, eine der wichtigsten industriellen Entwicklungen des einundzwanzigsten Jahrhunderts, erlebt gegenwärtig einen bemerkenswerten Wendepunkt. Ein Startup-Unternehmen aus San Francisco namens Substrate sorgt mit der Ankündigung einer neuartigen Röntgenlithografie-Technologie für erhebliche Aufmerksamkeit in der globalen Mikrochip-Industrie. Das von prominenten Investoren wie Peter Thiel unterstützte Unternehmen hat über hundert Millionen Dollar eingesammelt und behauptet, eine Alternative zu den extrem teuren Lithografiesystemen des niederländischen Monopolisten ASML und den Fertigungskapazitäten des taiwanischen Riesen TSMC entwickelt zu haben. Die potentiellen Auswirkungen dieser Entwicklung auf die gesamte Halbleiter-Wertschöpfungskette, die geopolitischen Machtstrukturen und die wirtschaftlichen Gleichgewichte in dieser Branche sind fundamental und verdienen eine detaillierte ökonomische Betrachtung.

Die Ökonomie der Halbleiterlithografie: Wenn Monopole auf Herausforderungen treffen

Die Geschichte industrieller Innovationen zeigt wiederholt, dass technologische Disruption selten aus dem Zentrum etablierter Machtstrukturen kommt, sondern von Außenseitern initiiert wird.

Die gegenwärtige Halbleiterindustrie befindet sich in einer außergewöhnlichen Konzentrationssituation. ASML aus den Niederlanden kontrolliert praktisch den gesamten Markt für modernste Lithografiesysteme mit einem Marktanteil von neunzig bis einhundert Prozent bei der extrem ultravioletten Lithografie. Diese Maschinen, die zwischen zweihundert und vierhundert Millionen Dollar pro Einheit kosten, sind unverzichtbar für die Herstellung modernster Halbleiter unterhalb von sieben Nanometern. Die Bruttomarge von ASML liegt konstant über fünfzig Prozent, ein Indikator für die immense Preissetzungsmacht eines faktischen Monopolisten. Im Jahr 2024 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 28,3 Milliarden Euro bei einem Nettogewinn von 7,6 Milliarden Euro. Für 2025 wird ein Umsatzwachstum von etwa fünfzehn Prozent erwartet, mit einer Bruttomarge um die zweiundfünfzig Prozent.

Die Entwicklung dieser EUV-Technologie war ein Marathon von mehr als drei Jahrzehnten und kostete insgesamt über zehn Milliarden Dollar. ASML konnte dieses gigantische Unterfangen nur durch strategische Partnerschaften mit Intel, Samsung und TSMC bewältigen, die 2012 gemeinsam 1,4 Milliarden Euro in das Unternehmen investierten und sich damit am sogenannten Musketier-Projekt beteiligten. Die erste kommerzielle EUV-Anlage wurde 2010 ausgeliefert, doch erst 2019 erreichte die Technologie die Serienproduktionsreife. Diese verzögerte Markteinführung um fast zwanzig Jahre gegenüber den ursprünglichen Plänen verdeutlicht die immensen technischen Hürden.

Parallel dazu dominiert TSMC aus Taiwan den globalen Foundry-Markt mit einem atemberaubenden Marktanteil von über siebzig Prozent im zweiten Quartal 2025. Das Unternehmen erwirtschaftete im dritten Quartal 2025 einen Umsatz von 30,24 Milliarden Dollar und plant für 2025 Kapitalausgaben zwischen 38 und 42 Milliarden Dollar. Ein modernes TSMC-Fab der neuesten Generation kostet zwischen fünfzehn und zwanzig Milliarden Dollar. Diese Zahlen illustrieren die enormen Eintrittsbarrieren in dieser Industrie.

Die Röntgenlithografie, die Substrate nun als Alternative präsentiert, ist keineswegs eine neue Erfindung. Bereits in den siebziger Jahren wurde diese Technologie erforscht, und während der achtziger und neunziger Jahre investierten IBM, Motorola und andere amerikanische Konzerne erheblich in ihre Entwicklung. Doch die technischen Herausforderungen erwiesen sich als zu groß. Die fundamentalen Probleme umfassten die Notwendigkeit extrem stabiler Masken, die aus teuren Materialien wie Gold gefertigt werden mussten, die Schwierigkeit, konsistente Röntgenstrahlquellen zu erzeugen, und die Komplexität der Sekundärelektronen-Streuung, die die Auflösung begrenzte. Hinzu kamen wirtschaftliche Faktoren: Die Industrie konnte sich nicht auf gemeinsame Standards einigen, und die Finanzierung durch verschiedene Unternehmen scheiterte an divergierenden Geschäftsinteressen.

Die technologische Disruption: Revolution oder Wiederholung historischer Fehlschläge

Substrate behauptet, diese historischen Probleme gelöst zu haben. Das Unternehmen nutzt einen maßgeschneiderten Teilchenbeschleuniger, der Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Diese Elektronen durchlaufen eine Serie von Magneten, die sie zum Schwingen bringen und dadurch intensive Röntgenstrahlung mit Wellenlängen unter vier Nanometern erzeugen. Diese Wellenlänge ist erheblich kürzer als die 13,5 Nanometer der EUV-Technologie von ASML, was theoretisch eine höhere Auflösung ermöglicht. Substrate hat Laborergebnisse präsentiert, die Strukturen mit zwölf Nanometern kritischer Dimension und dreizehn Nanometern Spitze-zu-Spitze-Abstand zeigen, vergleichbar mit den Fähigkeiten moderner EUV-Systeme für Zwei-Nanometer-Prozesstechnologien.

Die entscheidende ökonomische Behauptung von Substrate lautet, dass die Kosten pro Wafer von derzeit etwa hunderttausend Dollar auf rund zehntausend Dollar bis Ende des Jahrzehnts sinken könnten. Diese Kostenreduktion um neunzig Prozent würde die Wirtschaftlichkeit der Halbleiterfertigung fundamental verändern. Das Unternehmen argumentiert, dass durch die Vermeidung des komplexen Multi-Patterning-Verfahrens, das bei EUV oft notwendig ist, die Produktionsschritte drastisch reduziert werden können.

Doch die Skepsis der Industrie ist berechtigt und gründet auf nüchternen technischen und wirtschaftlichen Realitäten. Die Labordemonstration von Strukturen ist ein völlig anderes Unterfangen als die Massenproduktion mit konsistenten Ausbeuten. TSMC erreicht bei Vier-Nanometer-Prozessen Ausbeuten von etwa siebzig Prozent, während Samsung bei ähnlichen Technologien mit Ausbeuten von nur fünfunddreißig Prozent kämpft. Diese Zahlen verdeutlichen, wie kritisch Prozessstabilität und Defektminimierung sind. Selbst kleinste Abweichungen auf atomarer Ebene können zu Ausfällen führen.

Ein besonders kritisches Problem moderner Lithografie sind stochastische Effekte, also zufällige Variationen im Belichtungsprozess. Bei EUV-Lithografie können diese Effekte bereits über die Hälfte des gesamten Fehlerbudgets ausmachen und kosten die Industrie Schätzungen zufolge bis 2030 jährlich über zehn Milliarden Dollar an Ertragsverlusten. Diese Probleme resultieren aus der fundamentalen Physik kleiner Strukturen, bei denen die Anzahl der Photonen, die Verteilung von Resistmolekülen und Elektronenstreuung inhärent zufällig sind. Ob Substrate diese Herausforderungen mit Röntgenstrahlung besser meistern kann als ASML mit EUV, bleibt eine offene Frage.

Ein weiteres fundamentales Problem ist die Verfügbarkeit geeigneter Materialien. EUV-Lithografie erforderte die Entwicklung völlig neuer Photoresists, die speziell für die 13,5-Nanometer-Wellenlänge optimiert sind. Japanische Unternehmen wie JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical und Fujifilm kontrollieren über neunzig Prozent des EUV-Photoresist-Marktes. Diese Materialien basieren auf metallhaltigen Verbindungen mit Elementen wie Zinn, Hafnium oder Zirkonium, die bei EUV-Wellenlängen eine höhere Absorption aufweisen. Substrate müsste nicht nur eigene Röntgen-kompatible Photoresists entwickeln, sondern auch eine Massenproduktion dieser Materialien etablieren. Ebenso müssten die hochpräzisen Masken für Röntgenstrahlung und die speziellen Optiken in großen Mengen verfügbar sein, eine Lieferkette, die gegenwärtig nicht existiert.

Die wirtschaftlichen Implikationen: Wer gewinnt, wer verliert

Die potentiellen Auswirkungen einer erfolgreichen Röntgenlithografie-Technologie auf die Halbleiterindustrie wären tiefgreifend und würden die gesamte Wertschöpfungskette umgestalten.

ASML steht im Zentrum dieser potentiellen Disruption. Das Unternehmen hat über vierzig Jahre in den Aufbau seiner technologischen Führungsposition investiert. Die EUV-Entwicklung allein verschlang Jahrzehnte und Milliarden. Ein funktionierender Wettbewerber würde nicht nur ASMLs Preissetzungsmacht untergraben, sondern könnte auch zu einem Überdenken der gesamten Investitionsstrategie führen. Das Unternehmen investiert derzeit massiv in High-NA EUV-Systeme, die 380 Millionen Dollar pro Einheit kosten und noch höhere Auflösungen versprechen. Wenn Substrate tatsächlich vergleichbare oder bessere Ergebnisse zu einem Zehntel der Kosten erreichen könnte, würde dies die High-NA-Roadmap von ASML fundamental in Frage stellen. Die Aktionäre, die ASML mit einer Bewertung von über dreihundert Milliarden Dollar honorieren, könnten eine dramatische Neubewertung vornehmen.

Für TSMC wären die Auswirkungen ambivalent. Einerseits könnte günstigere Lithografie-Technologie die Kapitalkosten für neue Fabs reduzieren. TSMC gibt gegenwärtig zwischen 38 und 42 Milliarden Dollar jährlich für Kapitalausgaben aus, wobei ein erheblicher Anteil auf EUV-Systeme entfällt. Eine Low-NA-EUV-Maschine kostet etwa 235 Millionen Dollar, und TSMC benötigt jedes Jahr mehr davon. Günstigere Alternativen könnten die Margen verbessern. Andererseits plant Substrate nicht, seine Systeme zu verkaufen, sondern will eigene Fabs betreiben. Dies würde Substrate zu einem direkten Konkurrenten von TSMC machen. Die Geschichte zeigt, dass vertikal integrierte Modelle in der Halbleiterindustrie selten erfolgreich sind. Die Spezialisierung zwischen fabless Designfirmen und Foundries hat sich als überlegen erwiesen. Substrate würde nicht nur die Herausforderung der Technologieentwicklung meistern müssen, sondern auch die völlig andere Herausforderung des Foundry-Betriebs, der Kundenbeziehungen und der Auftragsfertigung. TSMCs vierzigjährige Erfahrung in Prozessoptimierung, Qualitätskontrolle und Kundenservice ist ein massiver Wettbewerbsvorteil, den man nicht einfach kopieren kann.

Für fabless Chipdesigner wie Nvidia, AMD, Qualcomm und Broadcom könnte eine erfolgreiche Substrate-Technologie neue Optionen eröffnen. Diese Unternehmen sind gegenwärtig fast vollständig von TSMC und in geringerem Maße von Samsung abhängig. Nvidia allein erwirtschaftete 2024 einen Umsatz von 124,4 Milliarden Dollar, hauptsächlich durch KI-Prozessoren. Jede Diversifizierung der Fertigungskapazitäten würde das Lieferkettenrisiko reduzieren und potentiell die Verhandlungsposition gegenüber Foundries stärken. Allerdings würden diese Unternehmen nicht zu einem unerprobten Anbieter wechseln, bevor dieser nicht jahrelang konsistente Qualität und Ausbeuten nachgewiesen hat. Der Wechsel eines Chip-Designs zwischen verschiedenen Foundries ist komplex und teuer, da jeder Hersteller unterschiedliche Prozess-Design-Kits verwendet.

Intel und Samsung, die beide sowohl Chips designen als auch fertigen und zunehmend auch Foundry-Services anbieten, befinden sich in schwierigen Positionen. Intel kämpft mit seiner Foundry-Division, die 2023 einen Verlust von sieben Milliarden Dollar bei einem Umsatz von 18,9 Milliarden Dollar erlitt. Intels 18A-Prozesstechnologie soll Wettbewerbsvorteile bringen, doch die Verzögerungen und technischen Probleme sind notorisch. Samsung hat ähnliche Herausforderungen mit Ausbeute-Problemen bei fortgeschrittenen Knoten. Eine neue, kostengünstigere Lithografie-Technologie könnte theoretisch beiden helfen, doch beide Unternehmen haben massive Investitionen in EUV-basierte Prozesse getätigt und würden nicht leichtfertig wechseln.

Die Zulieferer in der Halbleiter-Wertschöpfungskette würden ebenfalls betroffen sein. Zeiss, der deutsche Hersteller der ultrapräzisen Spiegel für ASML-Systeme, Trumpf, der die Hochleistungslaser liefert, und Applied Materials, KLA und Lam Research, die andere Fertigungsausrüstung bereitstellen, haben alle stark in die EUV-Ökosystem-Unterstützung investiert. Eine neue Technologie würde neue Lieferketten erfordern. Die japanischen Photoresist-Hersteller müssten entweder Röntgen-kompatible Materialien entwickeln oder Marktanteile verlieren.

Die geopolitische Dimension: Technologische Souveränität und wirtschaftliche Sicherheit

Die Halbleiterindustrie ist tief in geopolitische Spannungen eingebettet, und die Substrate-Ankündigung erfolgt zu einem strategisch bedeutsamen Zeitpunkt.

Die Vereinigten Staaten haben in den letzten Jahren zunehmend restriktive Exportkontrollen gegen China verhängt, um dessen Zugang zu fortgeschrittener Halbleitertechnologie zu begrenzen. ASML darf seine modernsten EUV-Systeme nicht nach China verkaufen. Diese Politik zielt darauf ab, Chinas Fähigkeit zur Entwicklung von KI und militärischen Anwendungen zu beschränken. Gleichzeitig investiert die US-Regierung massiv in die Rückverlagerung der Halbleiterfertigung durch den CHIPS Act, der 39 Milliarden Dollar an direkten Zuschüssen und eine fünfundzwanzigprozentige Investitionssteuer-Gutschrift bereitstellt.

Substrate passt perfekt in diese strategische Agenda. Ein in den USA entwickeltes und produziertes Lithografie-System würde die Abhängigkeit von niederländischer und taiwanischer Technologie reduzieren. Peter Thiels Involvement ist dabei nicht zufällig. Thiel hat wiederholt die Notwendigkeit amerikanischer technologischer Autonomie betont. In-Q-Tel, der Risikokapitalarm der CIA, ist ebenfalls ein Investor in Substrate, was die nationale Sicherheitsdimension unterstreicht.

Allerdings zeigt die Geschichte der Röntgenlithografie, dass nationale Champions nicht notwendigerweise erfolgreich sind. Die USA versuchten in den achtziger und neunziger Jahren bereits, durch SEMATECH-Kooperationen die Halbleiterführerschaft zurückzugewinnen, doch scheiterten letztlich. ASML gelang der Durchbruch nicht durch nationale Industriepolitik, sondern durch geduldige technologische Entwicklung, geschickte Lieferkettenintegration und kluge Partnerschaften mit Kunden. Die Frage ist, ob staatliche Förderung ohne diese Faktoren erfolgreich sein kann.

China wiederum reagiert auf westliche Exportbeschränkungen mit massiven Investitionen in heimische Halbleitertechnologie. Die Made in China 2025-Initiative priorisiert Selbstversorgung. Sollte Substrate erfolgreich sein, würde China versuchen, Zugang zu dieser Technologie zu erhalten oder eigene Alternativen zu entwickeln. Die SMIC, Chinas größte Foundry, hat trotz Beschränkungen Fortschritte bei Sieben-Nanometer-Prozessen ohne EUV gemacht, allerdings mit niedrigeren Ausbeuten und höheren Kosten.

Europa befindet sich in einer komplexen Position. ASML ist ein europäisches Unternehmen, doch die niederländische Regierung ist durch US-Druck gezwungen, Exporte zu beschränken. Der European Chips Act verspricht 43 Milliarden Euro an Subventionen, um die europäische Halbleiterfertigung von zehn auf zwanzig Prozent Weltmarktanteil zu verdoppeln. Eine US-dominierte Lithografie-Alternative könnte Europas strategische Autonomie weiter untergraben.

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Die technologischen Hürden: Was zwischen Labor und Massenfertigung liegt

Der Weg von beeindruckenden Laborergebnissen zu kommerzieller Massenproduktion ist in der Halbleiterindustrie notorisch schwierig und voller unvorhergesehener Probleme.

Substrates größte Herausforderung ist die Skalierung. Die gezeigte Labordemonstration beweist, dass prinzipiell Strukturen im relevanten Größenbereich hergestellt werden können. Doch kommerzielle Lithografie erfordert viel mehr. Eine ASML-Maschine belichtet etwa hundertdreißig bis hundertsiebzig Wafer pro Stunde. Die Overlay-Genauigkeit, also die präzise Ausrichtung mehrerer Schichten übereinander, muss unter einem Nanometer liegen. Die Uniformität über den gesamten Wafer muss extrem hoch sein. Defektdichten müssen im Bereich von weniger als einem Defekt pro Quadratzentimeter liegen. All diese Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen, während das System stabil über Monate läuft, ist eine monumentale ingenieurtechnische Leistung.

Die Teilchenbeschleunigerquelle, die Substrate verwendet, muss mit außerordentlicher Stabilität arbeiten. Jede Schwankung in der Strahlintensität oder Position würde die Qualität beeinträchtigen. ASML benötigte Jahre, um die Laser-Plasma-Zinnquelle für EUV zu stabilisieren. Diese Quelle schießt fünfzigtausend winzige Zinntröpfchen pro Sekunde in ein Vakuumgefäß, wo sie von einem 30-Kilowatt-CO2-Laser zweimal getroffen werden, um das Plasma zu erzeugen, das EUV-Licht emittiert. Die Komplexität dieser Lösung entstand aus jahrelangen Iterationen. Substrate behauptet, eine kompaktere und kostengünstigere Lösung zu haben, doch ohne jahrelange Feldtests bleibt dies spekulativ.

Die Optik für Röntgenstrahlung ist fundamental anders als für EUV oder DUV. Röntgenstrahlen können nicht durch Linsen fokussiert werden, da sie von den meisten Materialien absorbiert werden. Stattdessen sind spezielle Spiegel mit streifendem Einfall notwendig. Diese Spiegel müssen mit atemberaubender Präzision gefertigt sein. Zeiss produziert für ASML Spiegel, bei denen die größten Abweichungen von der Idealform, hochskaliert auf die Größe Deutschlands, nur einen Zehntelmillimeter betragen würden. Ob solche Präzision für Röntgenoptik existiert oder entwickelt werden kann, ist unklar.

Die Photoresist-Materialien für Röntgenlithografie existieren nicht in kommerziellen Mengen. Die Entwicklung neuer Resist-Systeme dauert typischerweise Jahre und erfordert enge Zusammenarbeit zwischen Chemikern, Materialwissenschaftlern und Prozessingenieuren. Die Resists müssen hohe Auflösung bieten, gleichzeitig aber auch ausreichende Ätzresistenz besitzen, um als Maske für nachfolgende Prozessschritte zu dienen. Sie müssen geringe Kantenrauigkeit aufweisen und dürfen keine unerwünschten Nebenreaktionen verursachen. Die japanischen Marktführer in diesem Bereich würden nicht automatisch für einen neuen Wettbewerber arbeiten.

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Das Geschäftsmodell: Vertikale Integration als Segen oder Fluch

Substrate verfolgt eine radikale Strategie, die von der etablierten Industrie abweicht. Anstatt Lithografie-Systeme an bestehende Foundries zu verkaufen, plant das Unternehmen, eigene Halbleiterfabriken zu bauen und zu betreiben.

Diese vertikale Integration widerspricht dem dominanten Geschäftsmodell der vergangenen vier Jahrzehnte. Seit Morris Chang 1987 TSMC gründete und das Pure-Play-Foundry-Modell etablierte, hat sich die Industrie zunehmend spezialisiert. Fabless Designfirmen konzentrieren sich auf Chip-Architektur und -Design, Foundries auf Fertigung, und Ausrüster wie ASML auf spezifische Technologien. Diese Spezialisierung ermöglicht es jedem Akteur, in seinem Bereich Weltklasse zu werden.

Substrate argumentiert, dass vertikale Integration die Koordinationskosten reduziert und schnellere Innovation ermöglicht. Tesla und SpaceX werden oft als Beispiele genannt, wo vertikale Integration erfolgreich war. Doch die Halbleiterindustrie ist anders. Die Kapitalintensität ist extrem. Ein modernes Fab kostet fünfzehn bis zwanzig Milliarden Dollar. TSMC gibt jährlich über vierzig Milliarden Dollar für Kapitalausgaben aus. Substrate hat bisher hundert Millionen Dollar aufgebracht und ist mit über einer Milliarde Dollar bewertet. Um wettbewerbsfähig zu werden, müsste das Unternehmen das Hundertfache dieser Summe investieren.

Zudem erfordert der Betrieb einer Foundry völlig andere Fähigkeiten als die Entwicklung von Lithografie-Technologie. TSMC beschäftigt über siebzigtausend Mitarbeiter, viele davon hochspezialisierte Prozessingenieure. Das Unternehmen hat über vierzig Jahre Erfahrung in Ausbeuteoptimierung, Defektanalyse und Kundenbeziehungsmanagement. Jeder neue Prozessknoten erfordert Tausende von Experimenten und Iterationen. Die Lernkurve ist steil und teuer.

Die Frage ist auch, wer die Kunden von Substrate wären. Große fabless Firmen wie Nvidia, AMD oder Qualcomm haben langfristige, eng verzahnte Beziehungen mit TSMC. Diese Partnerschaften basieren auf jahrelanger Zusammenarbeit, gemeinsam entwickelten Prozess-Design-Kits und gegenseitigem Vertrauen. Ein neuer Foundry müsste außergewöhnliche Vorteile bieten, um diese Beziehungen zu durchbrechen. Niedrigere Kosten allein reichen nicht, wenn die Risiken in Bezug auf Ausbeute, Zuverlässigkeit und Lieferzeiten ungewiss sind.

Intel versucht seit Jahren, sein Foundry-Geschäft auszubauen und kämpft dabei erheblich. Intel Foundry Services erwirtschaftete 2024 nur acht Millionen Dollar an externen Umsätzen im dritten Quartal. Die Verluste sind massiv. Das zeigt, wie schwierig es ist, selbst für einen etablierten Halbleiterriesen, in das Foundry-Geschäft einzudringen. Substrate würde bei null anfangen.

Der zeitliche Horizont: 2028 und darüber hinaus

Substrate plant, 2028 mit der Massenproduktion zu beginnen. Dies ist ein außerordentlich ambitionierter Zeitplan. Von der aktuellen Labordemonstration bis zur kommerziellen Produktion in etwa drei Jahren zu gelangen, würde alles perfekt laufen müssen.

Zum Vergleich: ASML begann 2006 mit ersten Alpha-Prototypen für EUV, lieferte 2010 das erste Pre-Produktionssystem aus und erreichte erst 2019 die Hochvolumenfertigung. Das sind dreizehn Jahre von der ersten Demonstration bis zur Massenproduktion, und das mit einem bereits etablierten Unternehmen, das über umfangreiche Erfahrung in Lithografie verfügte.

Substrate müsste in drei Jahren nicht nur die Lithografie-Technologie zur Produktionsreife bringen, sondern auch ein Fab bauen, Lieferketten für alle benötigten Materialien und Ausrüstungen etablieren, Prozesse entwickeln und optimieren, Kunden gewinnen und die notwendigen Genehmigungen erhalten. Selbst wenn die Technologie funktioniert, ist dieser Zeitplan unrealistisch.

Realistischer wäre ein Zeitrahmen von acht bis zwölf Jahren bis zur signifikanten kommerziellen Produktion. Das würde bedeuten, dass die Auswirkungen auf die Industrie frühestens Mitte der dreißiger Jahre spürbar werden. Bis dahin wird ASML seine High-NA-EUV-Systeme etabliert haben, TSMC wird möglicherweise bei Ein-Nanometer-Prozessen oder darunter arbeiten, und die gesamte Industrie könnte sich in eine Richtung bewegt haben, die Substrates Ansatz obsolet macht.

Alternative Zukunftsszenarien: Was könnte wirklich geschehen

Die Ankündigung von Substrate löst wichtige Fragen aus, doch die wahrscheinlichen Szenarien reichen von völligem Scheitern bis zu partiellen Erfolgen, die die Industrie subtil beeinflussen, aber nicht revolutionieren.

Das pessimistische Szenario ist, dass Substrate die technischen Hürden nicht überwindet. Die Physik der Röntgenlithografie könnte sich als zu problematisch erweisen, stochastische Effekte könnten unbeherrschbar sein, oder die Kapitalkosten könnten zu hoch werden. Das Unternehmen würde dann entweder scheitern oder in eine Nischenrolle für spezialisierte Anwendungen abgleiten. Historisch sind die meisten Herausforderer etablierter Technologien gescheitert. Nikon und Canon versuchten beide, mit ASML im EUV-Rennen zu konkurrieren und gaben auf.

Ein mittleres Szenario wäre, dass Substrate die Technologie teilweise funktionsfähig macht, aber nicht zu den versprochenen Kosten oder mit der notwendigen Zuverlässigkeit. Das Unternehmen könnte dann seine Technologie an einen etablierten Akteur lizenzieren. ASML selbst könnte interessiert sein, die Röntgenlithografie als mögliche nächste Generation nach High-NA EUV zu evaluieren. Alternativ könnte ein großer Halbleiterhersteller wie Intel oder Samsung die Technologie akquirieren, um ihre eigenen Fertigungskapazitäten zu differenzieren.

Ein optimistisches Szenario wäre, dass Substrate tatsächlich eine funktionierende, kostengünstigere Lithografie-Lösung entwickelt, aber das Foundry-Geschäft aufgibt und stattdessen Systeme an etablierte Hersteller verkauft. Dies würde die Eintrittsbarrieren senken und könnte zu einem gesünderen Wettbewerb in der Lithografie-Ausrüstung führen. ASML würde Druck verspüren, Preise zu senken und schneller zu innovieren. Die gesamte Industrie könnte davon profitieren.

Das transformative Szenario, in dem Substrate sowohl die Technologie meistert als auch erfolgreich eigene Fabs betreibt und zu einem bedeutenden Foundry-Wettbewerber wird, erscheint am unwahrscheinlichsten. Die Kombination aus technologischer Innovation und Geschäftsmodell-Innovation in einer der kapitalintensivsten und komplexesten Industrien der Welt ist eine außerordentliche Herausforderung.

Die breiteren Implikationen: Moore’s Law, Miniaturisierungsgrenzen und alternative Pfade

Die Substrate-Geschichte wirft auch grundsätzliche Fragen über die Zukunft der Halbleiterindustrie auf. Moore’s Law, die Beobachtung, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppelt, ist seit den sechziger Jahren der Taktgeber der Branche. Doch zunehmend mehren sich die Stimmen, die das Ende dieser Entwicklung vorhersagen.

Physikalische Grenzen werden deutlich spürbar. Transistoren nähern sich atomaren Dimensionen. Bei Strukturen unter drei Nanometern treten Quanteneffekte wie Tunneling auf, bei denen Elektronen unkontrolliert durch Barrieren springen. Die Wärmeentwicklung wird problematisch. Elektronen-Leckströme nehmen zu. Einige Experten argumentieren, dass Moore’s Law bereits 2016 endete, als Intel fünf Jahre benötigte, um von zehn zu sieben Nanometern zu gelangen, statt der traditionellen zwei Jahre.

Die wirtschaftlichen Grenzen sind ebenso bedeutend. Rock’s Law besagt, dass die Kosten für den Bau einer Halbleiterfabrik sich etwa alle vier Jahre verdoppeln. Eine Fab für Zwei-Nanometer-Technologie kostet zwanzig Milliarden Dollar oder mehr. Die Anzahl der Unternehmen, die sich solche Investitionen leisten können, schrumpft. Nur TSMC, Samsung und Intel sind noch im Rennen um die führenden Knoten. Alle anderen haben aufgegeben und fokussieren sich auf reifere, profitablere Technologien.

In diesem Kontext ist Substrates Versprechen, die Kosten drastisch zu senken, besonders verlockend. Wenn es gelänge, könnten mehr Akteure in die führende Halbleiterfertigung einsteigen, was den Wettbewerb beleben würde. Doch selbst mit günstigerer Lithografie bleiben die Gesamtkosten eines Fabs enorm, da Lithografie nur etwa zwanzig Prozent der Gesamtausrüstungskosten ausmacht.

Alternative Ansätze zur Fortsetzung von Moore’s Law werden intensiv erforscht. Neue Transistorarchitekturen wie Gate-All-Around-FETs, die Samsung und TSMC bei Drei-Nanometer-Prozessen einführen, verbessern die Kontrolle über den Elektronenfluss. Dreidimensionale Stapelung von Chips durch fortgeschrittene Packaging-Technologien wie TSMCs CoWoS ermöglicht es, mehr Funktionalität in kleineren Volumen zu integrieren. Neue Materialien wie Gallium-Nitrid oder Kohlenstoff-Nanoröhren könnten Silizium ergänzen oder ersetzen. Neuromorphe Computing-Architekturen und Quantencomputer versprechen fundamental andere Berechnungsparadigmen.

Directed Self-Assembly von Block-Copolymeren und Nanoimprint-Lithografie sind weitere alternative Lithografie-Ansätze, die erforscht werden. Diese Technologien könnten für bestimmte Anwendungen Vorteile bieten, haben aber bisher den Sprung zur Massenproduktion nicht geschafft. Die Halbleiterindustrie ist konservativ, wenn es um Prozessänderungen geht, da die Risiken zu hoch sind.

Eine faszinierende Herausforderung mit ungewissem Ausgang

Die Ankündigung von Substrate ist unbestreitbar aufregend und wirft wichtige Fragen über die Zukunft der Halbleiterfertigung auf. Die potentiellen Auswirkungen auf etablierte Monopole, geopolitische Machtstrukturen und die ökonomischen Gleichgewichte in dieser kritischen Industrie sind beträchtlich.

Doch nüchterner Realismus ist angebracht. Die Geschichte der Halbleiterindustrie ist voll von vielversprechenden Technologien, die scheiterten, und von Ankündigungen, die sich als übertrieben herausstellten. Röntgenlithografie wurde bereits in den achtziger und neunziger Jahren als die Zukunft angepriesen und scheiterte. Die technischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Herausforderungen, die Substrate überwinden muss, sind monumental.

ASML und TSMC haben ihre dominanten Positionen nicht durch Zufall erreicht, sondern durch Jahrzehnte geduldiger Arbeit, massive Investitionen, geschickte Partnerschaften und technische Exzellenz. Diese Unternehmen werden nicht passiv zusehen, wie ein Newcomer ihre Märkte angreift. Sie werden ihre eigene Innovation beschleunigen, Preise anpassen und versuchen, potentielle Kunden zu binden.

Für die Investoren von Substrate, einschließlich Peter Thiel und In-Q-Tel, ist dies ein hochriskanter Einsatz mit potentiell enormen Gewinnen, aber auch der realen Möglichkeit des totalen Verlusts. Für die Halbleiterindustrie insgesamt ist die Entwicklung ein positives Signal, dass Innovation nicht zu Ende ist und dass neue Ansätze versucht werden. Selbst wenn Substrate scheitert, könnten die gewonnenen Erkenntnisse zukünftigen Bemühungen dienen.

Die kommenden Jahre werden zeigen, ob Substrate die Halbleiterindustrie tatsächlich revolutionieren kann oder ob es sich als eine weitere Episode im langen Kampf um die Grenzen der Miniaturisierung herausstellt. Die ökonomischen, technologischen und geopolitischen Dimensionen dieser Geschichte machen sie zu einem faszinierenden Fallbeispiel für Innovation, Disruption und die Grenzen des Machbaren in einer der komplexesten Industrien der modernen Wirtschaft.

Chipkrieg 2.0: Warum USA, China und Europa ganz unterschiedliche Risiken tragen

Die Bedrohung ist keineswegs nur auf Europa beschränkt, sondern betrifft die gesamte globale Halbleiterindustrie. Die Art der Bedrohung ist jedoch für die USA und China fundamental anders als für Europa.

1. Die Bedrohung für Europa (insbesondere ASML)

Für Europa ist die Bedrohung direkt und existenziell.

ASML im Fadenkreuz: Substrate zielt direkt auf das Herz des europäischen Technologie-Juwels ASML. Sollte die Röntgenlithografie erfolgreich sein, würde sie das jahrzehntelange Monopol von ASML bei modernsten Lithografie-Systemen brechen.

Wirtschaftlicher Schaden: Ein erfolgreicher Konkurrent würde ASMLs immense Preissetzungsmacht und hohe Margen untergraben. Die Investitionen in die nächste Generation (High-NA EUV), die Hunderte Millionen pro Maschine kostet, könnten sich als Fehlinvestition erweisen.

Schwächung des Ökosystems: Die Bedrohung erstreckt sich auf die gesamte europäische Zulieferkette, die um ASML herum aufgebaut ist, insbesondere auf deutsche Hightech-Unternehmen wie Zeiss (Optiken) und Trumpf (Laser).

Geopolitischer Verlust: Europa verliert seinen wichtigsten geopolitischen Hebel. Die Kontrolle über ASML gibt der EU (und den Niederlanden) eine einzigartige Machtposition in globalen Technologiekonflikten, die durch US-Druck bereits eingeschränkt ist. Eine US-Alternative würde diese Position fast vollständig eliminieren.

2. Die Bedrohung für die Konkurrenz in den USA

Für die USA ist es ein zweischneidiges Schwert: eine strategische Chance für die Nation, aber eine disruptive Bedrohung für etablierte US-Akteure.

Bedrohung für Intel und Samsung: Unternehmen wie Intel und Samsung, die massiv in den USA investieren (unterstützt durch den CHIPS Act), haben ihre gesamten Zukunftsstrategien auf die EUV-Technologie von ASML ausgerichtet. Sie haben Milliarden in EUV-basierte Fabriken investiert. Eine neue, inkompatible Technologie von Substrate würde diese Investitionen entwerten und sie zwingen, ihre Roadmaps komplett zu überdenken.

Neuer Wettbewerber im eigenen Land: Substrate plant, nicht nur Maschinen zu verkaufen, sondern selbst als Foundry zu agieren. Damit wären sie ein direkter Konkurrent für Intels Foundry-Ambitionen und Samsungs US-Fabriken. Ein neuer, potenziell kostengünstigerer Akteur würde den Wettbewerbsdruck im eigenen Land massiv erhöhen.

Vorteil für Fabless-Firmen: Für Chip-Designer wie Nvidia, AMD oder Qualcomm ist die Entwicklung hingegen primär eine Chance. Sie sind derzeit von TSMC abhängig. Ein neuer, in den USA ansässiger Foundry-Anbieter würde ihre Verhandlungsposition stärken und Lieferkettenrisiken reduzieren. Ihre “Bedrohung” wäre nur indirekt, falls Substrate scheitert und wertvolle Investitionsgelder bindet, die anderswo hätten eingesetzt werden können.

Zusammenfassend für die USA: Es ist keine Bedrohung für die nationale Sicherheit oder Wirtschaft (eher das Gegenteil), sondern eine disruptive Bedrohung für das bestehende Gleichgewicht und die Geschäftsmodelle etablierter US-amerikanischer Halbleiterhersteller.

3. Die Bedrohung für China

Für China ist die Bedrohung rein geopolitisch und strategisch – und potenziell noch größer als die durch ASML.

Verschärfung der technologischen Blockade: Die USA hindern ASML bereits daran, die modernsten EUV-Systeme nach China zu liefern. Wenn die führende Lithografie-Technologie nun direkt von einem US-Unternehmen mit CIA-Beteiligung entwickelt wird, werden die Exportkontrollen noch strenger und undurchdringlicher sein. Der technologische Würgegriff der USA würde sich verstärken.

Die Lücke wird größer: China versucht mühsam, mit älterer DUV-Technologie zu fortschrittlicheren Knoten aufzuschließen (wie SMICs 7nm-Prozess). Eine neue, weitaus günstigere und leistungsfähigere Technologie im Westen würde Chinas Bemühungen um Jahre zurückwerfen und die technologische Kluft dramatisch vergrößern.

Erhöhter Druck zur Autarkie: Diese Entwicklung ist für China der ultimative Beweis, dass es sich niemals auf westliche Technologie verlassen kann. Es würde den Druck auf die chinesische Regierung massiv erhöhen, noch mehr Ressourcen in die Entwicklung einer komplett eigenen, heimischen Lithografie-Technologie zu stecken – ein extrem teures und langwieriges Unterfangen.

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