Chips uit de VS 90% goedkoper? Startup Substrate neemt het op tegen giganten ASML (Nederland) en TSMC (Taiwan).

Röntgenlithografie 2.0: van laboratorium naar massaproductie – Is röntgenlithografie weer realistisch?

In de wereld van de hightech, waar vooruitgang in nanometers wordt gemeten, lijkt de halfgeleiderindustrie op een fort met bijna onneembare muren. Aan de top van deze wereldorde staan ​​twee onbetwiste giganten: de Nederlandse monopolist ASML, de enige leverancier van de exorbitant dure EUV-lithografiemachines voor state-of-the-art chipproductie, en de Taiwanese chipfabrikant TSMC, die de wereldwijde markt voor contractproductie domineert. Dit sterk geconcentreerde ecosysteem, gebouwd op decennia aan onderzoek en honderden miljarden aan investeringen, leek tot nu toe onaantastbaar.

Maar nu zorgt een startup uit San Francisco, Substrate, voor opschudding die de fundamenten van deze industrie zou kunnen doen schudden. Gesteund door meer dan $ 100 miljoen van prominente investeerders zoals Peter Thiel en de durfkapitaaltak van de CIA, In-Q-Tel, staat Substrate klaar om de spelregels te herschrijven. Hun belofte: een vernieuwde en vernieuwde röntgenlithografietechnologie die niet alleen krachtiger is dan ASML's gevestigde EUV-systemen, maar ook de kosten per chipwafer drastisch met 90 procent zou kunnen verlagen.

Deze aankondiging is veel meer dan alleen een technologische innovatie; het is een geopolitieke en economische oorlogsverklaring. Het raakt de kern van Amerika's streven naar technologische soevereiniteit, daagt het bedrijfsmodel van 's werelds duurste machines uit en belooft de verpletterende toetredingsdrempels in de chipproductie te doorbreken. Maar de weg van een veelbelovende laboratoriumdemonstratie naar betrouwbare massaproductie is geplaveid met het puin van mislukte revoluties. De technische hindernissen zijn monumentaal, de scepsis in de industrie is groot en de geschiedenis van röntgenlithografie zelf is er een van historische mislukkingen. De cruciale vraag is daarom: zijn we getuige van het begin van een echte disruptie die het wereldwijde chiplandschap opnieuw vorm zal geven, of slechts een zwaar gefinancierd déjà vu van een technologische droom die uiteen spat door de harde realiteit van natuurkunde en economie?

Geschikt hiervoor:

• De geheime supermacht van Europa, ASML, in de chipoorlog: hoe één bedrijf de toekomst van de Europese chip-AI in handen heeft

Wereldwijde machtsverschuiving verwacht door innovatieve röntgenlithografie

De chip- en halfgeleiderproductietechnologie, een van de belangrijkste industriële ontwikkelingen van de 21e eeuw, beleeft momenteel een opmerkelijk keerpunt. Een in San Francisco gevestigde startup genaamd Substrate trekt aanzienlijke aandacht in de wereldwijde microchipindustrie met de aankondiging van een nieuwe röntgenlithografietechnologie. Gesteund door prominente investeerders zoals Peter Thiel, heeft het bedrijf meer dan honderd miljoen dollar opgehaald en claimt het een alternatief te hebben ontwikkeld voor de extreem dure lithografiesystemen van de Nederlandse monopolist ASML en de productiecapaciteiten van de Taiwanese gigant TSMC. De potentiële impact van deze ontwikkeling op de gehele halfgeleiderwaardeketen, de geopolitieke machtsstructuren en de economische evenwichten binnen deze sector zijn fundamenteel en rechtvaardigen een gedetailleerde economische analyse.

De economie van halfgeleiderlithografie: wanneer monopolies voor uitdagingen komen te staan

De geschiedenis van industriële innovaties laat keer op keer zien dat technologische ontwrichting zelden voortkomt uit het centrum van de gevestigde machtsstructuren, maar door buitenstaanders wordt geïnitieerd.

De huidige halfgeleiderindustrie kent een uitzonderlijke concentratiegraad. ASML, gevestigd in Nederland, beheerst vrijwel de gehele markt voor state-of-the-art lithografiesystemen en heeft een marktaandeel van 90 tot 100 procent in extreem-ultravioletlithografie. Deze machines, die tussen de 200 en 400 miljoen dollar per eenheid kosten, zijn essentieel voor de productie van geavanceerde halfgeleiders kleiner dan zeven nanometer. De brutomarge van ASML bedraagt ​​consistent meer dan 50 procent, een indicator van de immense prijsmacht van een de facto monopolist. In 2024 genereerde het bedrijf een omzet van 28,3 miljard euro met een nettowinst van 7,6 miljard euro. Voor 2025 wordt een omzetgroei van circa 15 procent verwacht, met een brutomarge van circa 52 procent.

De ontwikkeling van deze EUV-technologie was een marathon die meer dan drie decennia duurde en in totaal meer dan tien miljard dollar kostte. ASML kon deze gigantische onderneming alleen volbrengen via strategische partnerschappen met Intel, Samsung en TSMC, die in 2012 samen 1,4 miljard euro in het bedrijf investeerden en daarmee deelnamen aan het zogenaamde Musketeer Project. Het eerste commerciële EUV-systeem werd in 2010 geleverd, maar de technologie was pas in 2019 klaar voor massaproductie. Deze bijna twintig jaar vertraagde marktintroductie ten opzichte van de oorspronkelijke plannen illustreert de immense technische obstakels.

Tegelijkertijd domineert TSMC uit Taiwan de wereldwijde gieterijmarkt met een duizelingwekkend marktaandeel van meer dan 70 procent in het tweede kwartaal van 2025. Het bedrijf genereerde een omzet van $ 30,24 miljard in het derde kwartaal van 2025 en plant kapitaaluitgaven van $ 38 tot $ 42 miljard voor 2025. Een state-of-the-art, next-generation TSMC-fabriek kost tussen de $ 15 en $ 20 miljard. Deze cijfers illustreren de enorme toetredingsdrempels in deze sector.

Röntgenlithografie, dat nu substraten als alternatief presenteert, is geenszins een nieuwe uitvinding. Deze technologie werd al in de jaren zeventig onderzocht en in de jaren tachtig en negentig investeerden IBM, Motorola en andere Amerikaanse bedrijven fors in de ontwikkeling ervan. De technische uitdagingen bleken echter te groot. Tot de fundamentele problemen behoorden de behoefte aan extreem stabiele maskers van dure materialen zoals goud, de moeilijkheid om consistente röntgenbronnen te produceren en de complexiteit van secundaire elektronenverstrooiing, die de resolutie beperkte. Ook economische factoren speelden een rol: de industrie kon het niet eens worden over gemeenschappelijke standaarden en financiering door verschillende bedrijven mislukte vanwege uiteenlopende zakelijke belangen.

Technologische verstoring: revolutie of herhaling van historische mislukkingen?

Substrate beweert deze historische problemen te hebben opgelost. Het bedrijf gebruikt een speciaal ontworpen deeltjesversneller die elektronen versnelt tot bijna de lichtsnelheid. Deze elektronen passeren een reeks magneten die ze laten oscilleren, waardoor intense röntgenstraling ontstaat met golflengtes onder de vier nanometer. Deze golflengte is aanzienlijk korter dan de 13,5 nanometer van ASML's EUV-technologie, wat theoretisch een hogere resolutie mogelijk maakt. Substrate heeft laboratoriumresultaten gepresenteerd die structuren laten zien met een kritische dimensie van twaalf nanometer en een tip-tot-tip afstand van dertien nanometer, vergelijkbaar met de mogelijkheden van moderne EUV-systemen voor twee-nanometer procestechnologieën.

De belangrijkste economische claim van Substrate is dat de kosten per wafer zouden kunnen dalen van ongeveer honderdduizend dollar nu naar ongeveer tienduizend dollar tegen het einde van het decennium. Deze kostenverlaging van negentig procent zou de economie van de halfgeleiderproductie fundamenteel veranderen. Het bedrijf stelt dat door het complexe multi-patterningproces, dat vaak nodig is bij EUV, te vermijden, het aantal productiestappen drastisch kan worden verminderd.

De scepsis van de industrie is echter terecht en gebaseerd op een ontnuchterende technische en economische realiteit. Het demonstreren van structuren in het laboratorium is een heel andere onderneming dan massaproductie met consistente opbrengsten. TSMC behaalt opbrengsten van rond de zeventig procent met vier-nanometerprocessen, terwijl Samsung worstelt met opbrengsten van slechts vijfendertig procent met vergelijkbare technologieën. Deze cijfers illustreren hoe cruciaal processtabiliteit en defectminimalisatie zijn. Zelfs de kleinste afwijkingen op atomair niveau kunnen tot storingen leiden.

Een bijzonder kritisch probleem in de moderne lithografie zijn stochastische effecten, d.w.z. willekeurige variaties in het belichtingsproces. In EUV-lithografie kunnen deze effecten nu al meer dan de helft van het totale foutenbudget uitmaken en naar schatting zullen ze de industrie tegen 2030 jaarlijks meer dan tien miljard dollar aan omzetverlies kosten. Deze problemen vloeien voort uit de fundamentele fysica van kleine structuren, waarbij het aantal fotonen, de verdeling van resistmoleculen en elektronenverstrooiing inherent willekeurig zijn. Of substraten deze uitdagingen beter kunnen overwinnen met röntgenstraling dan ASML met EUV, blijft een open vraag.

Een ander fundamenteel probleem is de beschikbaarheid van geschikte materialen. EUV-lithografie vereiste de ontwikkeling van volledig nieuwe fotoresists, specifiek geoptimaliseerd voor de golflengte van 13,5 nanometer. Japanse bedrijven zoals JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical en Fujifilm beheersen meer dan negentig procent van de markt voor EUV-fotoresists. Deze materialen zijn gebaseerd op metaalhoudende verbindingen met elementen zoals tin, hafnium of zirkonium, die een hogere absorptie vertonen bij EUV-golflengtes. Het substraat zou niet alleen zijn eigen röntgencompatibele fotoresists moeten ontwikkelen, maar ook de massaproductie van deze materialen moeten opzetten. Evenzo zouden de uiterst nauwkeurige röntgenmaskers en de gespecialiseerde optica in grote hoeveelheden beschikbaar moeten zijn – een toeleveringsketen die momenteel niet bestaat.

De economische implicaties: wie wint, wie verliest

Een succesvolle röntgenlithografietechnologie zou een enorme impact kunnen hebben op de halfgeleiderindustrie en de hele waardeketen ingrijpend veranderen.

ASML staat centraal in deze potentiële disruptie. Het bedrijf heeft meer dan veertig jaar geïnvesteerd in het opbouwen van zijn technologische leiderschap. Alleen al de ontwikkeling van EUV's heeft decennia en miljarden dollars gekost. Een functionerende concurrent zou niet alleen de prijsmacht van ASML ondermijnen, maar zou ook kunnen leiden tot een herziening van de volledige investeringsstrategie. Het bedrijf investeert momenteel fors in EUV-systemen met een hoge NA-waarde, die $ 380 miljoen per eenheid kosten en nog hogere resoluties beloven. Als Substrate daadwerkelijk vergelijkbare of betere resultaten zou kunnen behalen voor een tiende van de kosten, zou dit de roadmap van ASML voor een hoge NA-waarde fundamenteel ter discussie stellen. Aandeelhouders, die ASML waarderen op meer dan $ 300 miljard, zouden een drastische heroverweging kunnen maken.

Voor TSMC zouden de gevolgen gemengd zijn. Enerzijds zou goedkopere lithografietechnologie de kapitaalkosten voor nieuwe fabs kunnen verlagen. TSMC geeft momenteel jaarlijks tussen de $ 38 miljard en $ 42 miljard uit aan kapitaalinvesteringen, waarvan een aanzienlijk deel is toegewezen aan EUV-systemen. Een EUV-machine met lage NA kost ongeveer $ 235 miljoen, en TSMC heeft er elk jaar meer van nodig. Goedkopere alternatieven zouden de marges kunnen verbeteren. Anderzijds is Substrate niet van plan zijn systemen te verkopen, maar wil het zijn eigen fabs exploiteren. Dit zou Substrate tot een directe concurrent van TSMC maken. De geschiedenis leert dat verticaal geïntegreerde modellen zelden succesvol zijn in de halfgeleiderindustrie. Specialisatie tussen fabless-ontwerpbureaus en gieterijen is superieur gebleken. Substrate zou niet alleen de uitdaging van technologieontwikkeling moeten overwinnen, maar ook de geheel andere uitdaging van gieterijactiviteiten, klantrelaties en contractproductie. De veertig jaar ervaring van TSMC in procesoptimalisatie, kwaliteitscontrole en klantenservice is een enorm concurrentievoordeel dat niet zomaar kan worden gerepliceerd.

Voor fabless-chipontwerpers zoals Nvidia, AMD, Qualcomm en Broadcom zou een succesvolle substraattechnologie nieuwe mogelijkheden kunnen bieden. Deze bedrijven zijn momenteel bijna volledig afhankelijk van TSMC en, in mindere mate, van Samsung. Nvidia alleen al genereerde in 2024 een omzet van $ 124,4 miljard, voornamelijk dankzij AI-processoren. Elke diversificatie van de productiecapaciteit zou de risico's in de toeleveringsketen verminderen en mogelijk de onderhandelingspositie met gieterijen versterken. Deze bedrijven zouden echter pas overstappen naar een onbewezen leverancier als die leverancier gedurende meerdere jaren een consistente kwaliteit en opbrengst heeft aangetoond. Het wisselen van een chipontwerp tussen verschillende gieterijen is complex en duur, omdat elke fabrikant verschillende procesontwerpkits gebruikt.

Intel en Samsung, die beide chips ontwerpen en produceren en in toenemende mate foundry-diensten aanbieden, bevinden zich in een lastige positie. Intel worstelt met zijn foundry-divisie, die in 2023 een verlies van zeven miljard dollar leed op een omzet van 18,9 miljard dollar. Intels 18A-procestechnologie zou concurrentievoordelen moeten opleveren, maar vertragingen en technische problemen zijn berucht. Samsung kampt met vergelijkbare uitdagingen met opbrengstproblemen bij geavanceerde nodes. Een nieuwe, goedkopere lithografietechnologie zou theoretisch gezien beide kunnen helpen, maar beide bedrijven hebben enorme investeringen gedaan in EUV-gebaseerde processen en zouden niet zomaar overstappen.

Leveranciers in de halfgeleiderwaardeketen zouden ook getroffen worden. Zeiss, de Duitse fabrikant van ultraprecieze spiegels voor ASML-systemen, Trumpf, leverancier van de krachtige lasers, en Applied Materials, KLA en Lam Research, die andere productieapparatuur leveren, hebben allemaal fors geïnvesteerd in de ondersteuning van het EUV-ecosysteem. Een nieuwe technologie vereist nieuwe toeleveringsketens. Japanse fabrikanten van fotoresists zouden ofwel röntgencompatibele materialen moeten ontwikkelen, ofwel marktaandeel verliezen.

De geopolitieke dimensie: technologische soevereiniteit en economische veiligheid

De halfgeleiderindustrie kampt met grote geopolitieke spanningen en de aankondiging van de substraatproductie komt op een strategisch belangrijk moment.

De Verenigde Staten hebben de afgelopen jaren steeds strengere exportcontroles aan China opgelegd om de toegang tot geavanceerde halfgeleidertechnologie te beperken. ASML mag zijn meest geavanceerde EUV-systemen niet aan China verkopen. Dit beleid is erop gericht de Chinese capaciteit voor de ontwikkeling van AI en militaire toepassingen te beperken. Tegelijkertijd investeert de Amerikaanse overheid fors in het terugplaatsen van de halfgeleiderproductie naar de VS via de CHIPS Act, die voorziet in $ 39 miljard aan directe subsidies en een investeringsbelastingkrediet van 25 procent.

Substrate past perfect in deze strategische agenda. Een in de VS ontwikkeld en geproduceerd lithografiesysteem zou de afhankelijkheid van Nederlandse en Taiwanese technologie verminderen. De betrokkenheid van Peter Thiel is geen toeval. Thiel heeft herhaaldelijk de noodzaak van Amerikaanse technologische autonomie benadrukt. In-Q-Tel, de durfkapitaaltak van de CIA, investeert eveneens in Substrate, wat de nationale veiligheidsdimensie onderstreept.

De geschiedenis van röntgenlithografie laat echter zien dat nationale koplopers niet per se succesvol zijn. De VS probeerden in de jaren tachtig en negentig via samenwerkingen met SEMATECH het leiderschap in de halfgeleiderindustrie terug te winnen, maar faalden uiteindelijk. ASML bereikte zijn doorbraak niet dankzij nationaal industriebeleid, maar dankzij geduldige technologische ontwikkeling, bekwame integratie van de toeleveringsketen en slimme partnerschappen met klanten. De vraag is of overheidssteun succesvol kan zijn zonder deze factoren.

China reageert op zijn beurt op westerse exportbeperkingen met enorme investeringen in binnenlandse halfgeleidertechnologie. Het Made in China 2025-initiatief geeft prioriteit aan zelfvoorziening. Mocht Substrate succesvol blijken, dan zal China proberen toegang te krijgen tot deze technologie of eigen alternatieven te ontwikkelen. SMIC, China's grootste gieterij, heeft vooruitgang geboekt met zeven-nanometerprocessen zonder EUV, ondanks beperkingen, zij het met lagere opbrengsten en hogere kosten.

Europa bevindt zich in een complexe positie. ASML is een Europees bedrijf, maar de Nederlandse overheid staat onder druk van de VS om de export te beperken. De Europese Chipwet belooft €43 miljard aan subsidies om het wereldwijde marktaandeel van de Europese halfgeleiderindustrie te verdubbelen van 10 naar 20 procent. Een door de VS gedomineerd alternatief voor lithografie zou de strategische autonomie van Europa verder kunnen ondermijnen.

Onze wereldwijde branche- en bedrijfsexpertise op het gebied van bedrijfsontwikkeling, verkoop en marketing - Afbeelding: Xpert.Digital

Branchefocus: B2B, digitalisering (van AI tot XR), machinebouw, logistiek, hernieuwbare energie en industrie

Meer hierover hier:

• Xpert Business Hub

Een thematisch centrum met inzichten en expertise:

• Kennisplatform over de mondiale en regionale economie, innovatie en branchespecifieke trends
• Verzameling van analyses, impulsen en achtergrondinformatie uit onze focusgebieden
• Een plek voor expertise en informatie over actuele ontwikkelingen in het bedrijfsleven en de technologie
• Topic hub voor bedrijven die meer willen weten over markten, digitalisering en industriële innovaties

De technologische obstakels: wat ligt er tussen het laboratorium en massaproductie?

De weg van indrukwekkende laboratoriumresultaten naar commerciële massaproductie is in de halfgeleiderindustrie bijzonder moeilijk en gaat gepaard met onvoorziene problemen.

De grootste uitdaging voor substraten is schaalvergroting. De getoonde laboratoriumdemonstratie bewijst dat in principe structuren in het relevante groottebereik kunnen worden geproduceerd. Commerciële lithografie vereist echter veel meer. Een ASML-machine belicht ongeveer 130 tot 170 wafers per uur. De overlaynauwkeurigheid, d.w.z. de precieze uitlijning van meerdere lagen, moet minder dan één nanometer bedragen. De uniformiteit over de gehele wafer moet extreem hoog zijn. De defectdichtheid moet minder dan één defect per vierkante centimeter bedragen. Het gelijktijdig voldoen aan al deze eisen, terwijl het systeem maandenlang stabiel draait, is een monumentale technische prestatie.

De deeltjesversneller die Substrate gebruikt, moet buitengewoon stabiel werken. Elke fluctuatie in de bundelintensiteit of -positie zou de kwaliteit in gevaar brengen. ASML heeft jarenlang gewerkt aan het stabiliseren van zijn laser-plasmatinebron voor EUV. Deze bron schiet 50.000 kleine tindruppels per seconde in een vacuümvat, waar ze twee keer worden geraakt door een CO2-laser van 30 kilowatt om het plasma te genereren dat EUV-licht uitzendt. De complexiteit van deze oplossing is het gevolg van jarenlange iteratie. Substrate beweert een compactere en kosteneffectievere oplossing te hebben, maar zonder jarenlange veldtesten blijft dit speculatief.

De optica voor röntgenstraling verschilt fundamenteel van die voor EUV of DUV. Röntgenstraling kan niet door lenzen worden gefocust, omdat deze door de meeste materialen wordt geabsorbeerd. In plaats daarvan zijn speciale grazing-incidence spiegels nodig. Deze spiegels moeten met adembenemende precisie worden vervaardigd. Zeiss produceert spiegels voor ASML waarbij, opgeschaald naar de grootte van Duitsland, de grootste afwijkingen van de ideale vorm slechts een tiende van een millimeter zouden bedragen. Of een dergelijke precisie bestaat of kan worden ontwikkeld voor röntgenoptica is onduidelijk.

Fotoresistmaterialen voor röntgenlithografie zijn niet in commerciële hoeveelheden verkrijgbaar. De ontwikkeling van nieuwe resistsystemen duurt doorgaans jaren en vereist nauwe samenwerking tussen chemici, materiaalkundigen en procesingenieurs. De resists moeten een hoge resolutie bieden en tegelijkertijd voldoende etsweerstand hebben om als masker te dienen voor de daaropvolgende verwerkingsstappen. Ze moeten een lage randruwheid vertonen en mogen geen ongewenste nevenreacties veroorzaken. De Japanse marktleiders op dit gebied zouden niet automatisch voor een nieuwe concurrent werken.

Geschikt hiervoor:

• De AI-chipoorlog escaleert: Nvidia's nachtmerrie? China slaat terug met eigen AI-chips – en Alibaba is nog maar het begin.

Het businessmodel: verticale integratie als Segen of vloek

Substrate hanteert een radicale strategie die afwijkt van de gevestigde industrie. In plaats van lithografiesystemen te verkopen aan bestaande gieterijen, is het bedrijf van plan eigen fabrieken voor de productie van halfgeleiders te bouwen en te exploiteren.

Deze verticale integratie staat haaks op het dominante bedrijfsmodel van de afgelopen veertig jaar. Sinds Morris Chang in 1987 TSMC oprichtte en het pure-play-gieterijmodel introduceerde, is de industrie steeds meer gespecialiseerd. Fabless-ontwerpbureaus richten zich op chiparchitectuur en -ontwerp, gieterijen op productie en apparatuurleveranciers zoals ASML op specifieke technologieën. Deze specialisatie stelt elke speler in staat om wereldklasse te worden in hun vakgebied.

Substrate stelt dat verticale integratie de coördinatiekosten verlaagt en snellere innovatie mogelijk maakt. Tesla en SpaceX worden vaak aangehaald als voorbeelden van succesvolle verticale integratie. Maar de halfgeleiderindustrie is anders. De kapitaalintensiteit is extreem. Een moderne fabriek kost vijftien tot twintig miljard dollar. TSMC besteedt jaarlijks meer dan veertig miljard dollar aan kapitaaluitgaven. Substrate heeft tot nu toe honderd miljoen dollar opgehaald en wordt gewaardeerd op meer dan een miljard dollar. Om concurrerend te worden, zou het bedrijf honderd keer zoveel moeten investeren.

Bovendien vereist het runnen van een gieterij heel andere vaardigheden dan het ontwikkelen van lithografietechnologie. TSMC heeft meer dan 70.000 mensen in dienst, van wie velen zeer gespecialiseerde procesingenieurs zijn. Het bedrijf heeft meer dan 40 jaar ervaring in opbrengstoptimalisatie, defectanalyse en klantrelatiebeheer. Elk nieuw procesknooppunt vereist duizenden experimenten en iteraties. De leercurve is steil en duur.

De vraag is ook wie de klanten van Substrate zouden zijn. Grote fabless-bedrijven zoals Nvidia, AMD en Qualcomm hebben langdurige, nauw geïntegreerde relaties met TSMC. Deze partnerschappen zijn gebaseerd op jarenlange samenwerking, gezamenlijk ontwikkelde procesontwerppakketten en wederzijds vertrouwen. Een nieuwe gieterij zou uitzonderlijke voordelen moeten bieden om deze relaties te verbreken. Lagere kosten alleen zijn niet voldoende wanneer de risico's met betrekking tot opbrengst, betrouwbaarheid en levertijden onzeker zijn.

Intel probeert al jaren zijn foundry-activiteiten uit te breiden en kampt met aanzienlijke problemen. Intel Foundry Services genereerde in het derde kwartaal van 2024 slechts acht miljoen dollar aan externe omzet. De verliezen zijn enorm. Dit laat zien hoe moeilijk het is, zelfs voor een gevestigde halfgeleidergigant, om de foundry-markt te penetreren. Substrate zou helemaal opnieuw moeten beginnen.

De tijdshorizon: 2028 en verder

Substrate is van plan om in 2028 met de massaproductie te beginnen. Dit is een uitzonderlijk ambitieuze planning. Om in ongeveer drie jaar van de huidige laboratoriumdemonstratie naar commerciële productie te gaan, moet alles perfect verlopen.

Ter vergelijking: ASML begon in 2006 met de eerste alfaprototypes voor EUV, leverde in 2010 het eerste pre-productiesysteem en bereikte pas in 2019 de fase van grootschalige productie. Dat is dertien jaar van de eerste demonstratie tot massaproductie, en dat bij een reeds gevestigd bedrijf met ruime ervaring in lithografie.

Substrate zou niet alleen zijn lithografietechnologie binnen drie jaar productierijp moeten maken, maar ook een fabriek moeten bouwen, toeleveringsketens voor alle benodigde materialen en apparatuur moeten opzetten, processen moeten ontwikkelen en optimaliseren, klanten moeten werven en de benodigde vergunningen moeten verkrijgen. Zelfs als de technologie werkt, is deze tijdlijn onrealistisch.

Een realistischer tijdsbestek zou acht tot twaalf jaar zijn tot significante commerciële productie. Dit zou betekenen dat de impact op de industrie pas op zijn vroegst halverwege de jaren 2030 merkbaar zou zijn. Tegen die tijd zal ASML zijn EUV-systemen met hoge NA-dichtheid hebben ontwikkeld, zal TSMC mogelijk werken aan processen van één nanometer of lager, en zou de hele industrie zich in een richting hebben bewogen die de aanpak van Substrate overbodig maakt.

Alternatieve toekomstscenario's: wat zou er werkelijk kunnen gebeuren?

De aankondiging van Substrate roept belangrijke vragen op, maar de waarschijnlijke scenario's variëren van een totale mislukking tot gedeeltelijke successen die de sector op subtiele wijze beïnvloeden, maar niet revolutioneren.

Het pessimistische scenario is dat Substrate de technische obstakels niet zal overwinnen. De fysica van röntgenlithografie zou te problematisch kunnen blijken, stochastische effecten zouden oncontroleerbaar kunnen zijn of de kapitaalkosten zouden te hoog kunnen oplopen. Het bedrijf zou dan failliet gaan of in een nichemarkt voor gespecialiseerde toepassingen belanden. Historisch gezien hebben de meeste concurrenten van gevestigde technologieën gefaald. Nikon en Canon probeerden beiden met ASML te concurreren in de EUV-race en gaven het op.

Een tussenscenario zou zijn dat Substrate de technologie gedeeltelijk functioneel maakt, maar niet tegen de beloofde kosten of met de vereiste betrouwbaarheid. Het bedrijf zou zijn technologie dan in licentie kunnen geven aan een gevestigde speler. ASML zelf zou wellicht geïnteresseerd zijn in het evalueren van röntgenlithografie als een potentiële volgende generatie technologie na High-NA EUV. Een andere mogelijkheid is dat een grote halfgeleiderfabrikant zoals Intel of Samsung de technologie overneemt om zijn eigen productiecapaciteiten te differentiëren.

Een optimistisch scenario zou zijn dat Substrate inderdaad een werkende, kosteneffectievere lithografieoplossing ontwikkelt, maar de gieterijsector verlaat en in plaats daarvan systemen verkoopt aan gevestigde fabrikanten. Dit zou de toetredingsdrempels verlagen en kunnen leiden tot een gezondere concurrentie in lithografieapparatuur. ASML zou zich genoodzaakt voelen om prijzen te verlagen en sneller te innoveren. De hele industrie zou hiervan kunnen profiteren.

Het transformatieve scenario waarin Substrate de technologie beheerst, succesvol eigen fabrieken exploiteert en een belangrijke concurrent wordt voor gieterijen, lijkt het minst waarschijnlijk. Het combineren van technologische innovatie met bedrijfsmodelinnovatie in een van 's werelds meest kapitaalintensieve en complexe industrieën is een buitengewone uitdaging.

De bredere implicaties: de wet van Moore, miniaturisatiegrenzen en alternatieve paden

Het Substrate-verhaal roept ook fundamentele vragen op over de toekomst van de halfgeleiderindustrie. De Wet van Moore, de constatering dat het aantal transistors op een chip ongeveer elke twee jaar verdubbelt, is al sinds de jaren 60 toonaangevend in de industrie. Maar steeds vaker wordt het einde van deze trend voorspeld.

Fysieke beperkingen worden steeds duidelijker. Transistoren naderen atomaire afmetingen. In structuren kleiner dan drie nanometer treden kwantumeffecten op, zoals tunneling, waarbij elektronen ongecontroleerd door barrières springen. Warmteontwikkeling wordt problematisch. Elektronenlekstromen nemen toe. Sommige experts beweren dat de Wet van Moore al in 2016 ten einde kwam, toen Intel er vijf jaar over deed om van tien naar zeven nanometer te gaan, in plaats van de traditionele twee jaar.

De economische beperkingen zijn evenzeer aanzienlijk. De Wet van Rock stelt dat de bouwkosten van een halfgeleiderfabriek ongeveer elke vier jaar verdubbelen. Een fabriek voor twee-nanometertechnologie kost twintig miljard dollar of meer. Het aantal bedrijven dat zich dergelijke investeringen kan veroorloven, neemt af. Alleen TSMC, Samsung en Intel zijn nog in de race om de leidende nodes. Alle anderen zijn afgehaakt en richten zich op meer volwassen, winstgevende technologieën.

In deze context is de belofte van Substrate om de kosten drastisch te verlagen bijzonder aantrekkelijk. Indien succesvol, zouden meer spelers de toonaangevende halfgeleiderproductiesector kunnen betreden, wat de concurrentie zou stimuleren. Maar zelfs met goedkopere lithografie blijven de totale kosten van een fab enorm, aangezien lithografie slechts ongeveer twintig procent van de totale apparatuurkosten uitmaakt.

Alternatieve benaderingen om de Wet van Moore voort te zetten, worden intensief onderzocht. Nieuwe transistorarchitecturen, zoals gate-all-around FET's, die Samsung en TSMC introduceren in drie-nanometerprocessen, verbeteren de controle over de elektronenstroom. Driedimensionale stapeling van chips via geavanceerde verpakkingstechnologieën zoals TSMC's CoWoS maakt het mogelijk om meer functionaliteit in kleinere volumes te integreren. Nieuwe materialen zoals galliumnitride of koolstofnanobuizen zouden silicium kunnen aanvullen of vervangen. Neuromorfische computerarchitecturen en quantumcomputers beloven fundamenteel andere computationele paradigma's.

Gerichte zelfassemblage van blokcopolymeren en nano-imprintlithografie zijn andere alternatieve lithografiemethoden die worden onderzocht. Deze technologieën zouden voordelen kunnen bieden voor bepaalde toepassingen, maar hebben tot nu toe de sprong naar massaproductie nog niet gemaakt. De halfgeleiderindustrie is terughoudend met procesveranderingen, omdat de risico's te hoog zijn.

Een fascinerende uitdaging met een onzekere uitkomst

De aankondiging van Substrate is onmiskenbaar spannend en roept belangrijke vragen op over de toekomst van de halfgeleiderproductie. De potentiële impact op gevestigde monopolies, geopolitieke machtsstructuren en de economische balans in deze cruciale sector is aanzienlijk.

Nuchter realisme is echter geboden. De geschiedenis van de halfgeleiderindustrie staat vol met veelbelovende technologieën die faalden en aankondigingen die overdreven bleken. Röntgenlithografie werd in de jaren 80 en 90 al aangeprezen als de toekomst, maar faalde. De technische, economische en organisatorische uitdagingen die Substrate moet overwinnen, zijn enorm.

ASML en TSMC hebben hun dominante posities niet toevallig bereikt, maar door decennia van geduldig werk, enorme investeringen, slimme partnerschappen en technische uitmuntendheid. Deze bedrijven zullen niet passief toekijken hoe een nieuwkomer hun markt binnendringt. Ze zullen hun eigen innovatie versnellen, prijzen aanpassen en proberen potentiële klanten te behouden.

Voor de investeerders van Substrate, waaronder Peter Thiel en In-Q-Tel, is dit een risicovolle onderneming met potentieel enorme winsten, maar ook de zeer reële mogelijkheid van volledig verlies. Voor de halfgeleiderindustrie als geheel is deze ontwikkeling een positief signaal dat de innovatie nog niet voorbij is en dat er nieuwe benaderingen worden verkend. Zelfs als Substrate faalt, kunnen de geleerde lessen van nut zijn voor toekomstige projecten.

De komende jaren zullen uitwijzen of Substrate de halfgeleiderindustrie daadwerkelijk kan revolutioneren of dat het slechts een zoveelste episode is in de lange strijd om de grenzen van miniaturisatie te verleggen. De economische, technologische en geopolitieke dimensies van dit verhaal maken het een fascinerende casestudy over innovatie, disruptie en de grenzen van wat mogelijk is in een van de meest complexe sectoren van de moderne economie.

Chipoorlog 2.0: waarom de VS, China en Europa met heel verschillende risico's worden geconfronteerd

De dreiging beperkt zich zeker niet tot Europa, maar treft de gehele wereldwijde halfgeleiderindustrie. De aard van de dreiging is echter fundamenteel anders voor de VS en China dan voor Europa.

1. De dreiging voor Europa (vooral ASML)

Voor Europa is de dreiging direct en existentieel.

ASML in het vizier: Substrate heeft het gemunt op het hart van het Europese technologiejuweel ASML. Mocht röntgenlithografie succesvol blijken, dan zou dat het decennialange monopolie van ASML op state-of-the-art lithografiesystemen doorbreken.

Economische schade: Een succesvolle concurrent zou ASML's immense prijsmacht en hoge marges ondermijnen. Investeringen in de volgende generatie (High-NA EUV), die honderden miljoenen per machine kosten, zouden wel eens een slechte investering kunnen blijken.

Verzwakking van het ecosysteem: de dreiging strekt zich uit tot de gehele Europese toeleveringsketen rond ASML, met name Duitse hightechbedrijven zoals Zeiss (optica) en Trumpf (lasers).

Geopolitiek verlies: Europa verliest zijn belangrijkste geopolitieke invloed. De controle over ASML geeft de EU (en Nederland) een unieke machtspositie in wereldwijde technologieconflicten, een positie die al beperkt is door de Amerikaanse druk. Een Amerikaans alternatief zou deze positie vrijwel volledig tenietdoen.

2. De bedreiging voor de concurrentie in de VS

Voor de VS is het een tweesnijdend zwaard: het biedt een strategische kans voor het land, maar het vormt ook een enorme bedreiging voor gevestigde Amerikaanse spelers.

Bedreiging voor Intel en Samsung: Bedrijven zoals Intel en Samsung, die fors investeren in de VS (gesteund door de CHIPS Act), hebben hun volledige toekomststrategieën gebaseerd op de EUV-technologie van ASML. Ze hebben miljarden geïnvesteerd in EUV-fabrieken. Een nieuwe, incompatibele technologie van Substrate zou deze investeringen devalueren en hen dwingen hun roadmaps volledig te herzien.

Een nieuwe concurrent duikt op in eigen land: Substrate is van plan niet alleen machines te verkopen, maar ook een eigen gieterij te exploiteren. Dit zou hen een directe concurrent maken van Intels gieterijambities en de Amerikaanse fabrieken van Samsung. Een nieuwe, mogelijk goedkopere speler zou de concurrentiedruk op de binnenlandse markt aanzienlijk verhogen.

Voordeel voor fabless-bedrijven: Voor chipontwerpers zoals Nvidia, AMD of Qualcomm is deze ontwikkeling echter vooral een kans. Ze zijn momenteel afhankelijk van TSMC. Een nieuwe, in de VS gevestigde chipfabrikant zou hun onderhandelingspositie versterken en de risico's in de toeleveringsketen verminderen. Hun "bedreiging" zou slechts indirect zijn als Substrate failliet gaat en waardevol investeringskapitaal vastlegt dat elders had kunnen worden gebruikt.

Samenvattend geldt voor de VS dat het geen bedreiging vormt voor de nationale veiligheid of de economie (integendeel), maar wel een verstorende bedreiging voor het bestaande evenwicht en de bedrijfsmodellen van gevestigde Amerikaanse halfgeleiderfabrikanten.

3. De dreiging voor China

Voor China is de dreiging puur geopolitiek en strategisch van aard, en mogelijk zelfs groter dan die van ASML.

Intensivering van de technologische blokkade: de VS verhindert ASML al om zijn meest geavanceerde EUV-systemen aan China te leveren. Als toonaangevende lithografietechnologie nu rechtstreeks door een Amerikaans bedrijf wordt ontwikkeld met betrokkenheid van de CIA, worden de exportcontroles nog strenger en ondoordringbaarder. De technologische wurggreep van de VS zou worden versterkt.

De kloof wordt groter: China worstelt om geavanceerdere knooppunten (zoals het 7nm-proces van SMIC) bij te benen, die gebruikmaken van oudere DUV-technologie. Een nieuwe, veel goedkopere en krachtigere technologie uit het Westen zou China's inspanningen met jaren terugdraaien en de technologische kloof dramatisch vergroten.

Toenemende druk om zelfvoorzienend te worden: Deze ontwikkeling is voor China het ultieme bewijs dat het nooit op westerse technologie kan vertrouwen. Het zou de druk op de Chinese overheid enorm verhogen om nog meer middelen te investeren in de ontwikkeling van eigen, binnenlandse lithografietechnologie – een extreem dure en langdurige onderneming.

☑️ onze zakelijke taal is Engels of Duits

☑️ Nieuw: correspondentie in uw nationale taal!

Konrad Wolfenstein

Ik ben blij dat ik beschikbaar ben voor jou en mijn team als een persoonlijk consultant.

U kunt contact met mij opnemen door het contactformulier hier in te vullen of u gewoon te bellen op +49 89 674 804 (München) . Mijn e -mailadres is: Wolfenstein ∂ Xpert.Digital

Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.

☑️ MKB -ondersteuning in strategie, advies, planning en implementatie

☑️ Creatie of herschikking van de digitale strategie en digitalisering

☑️ Uitbreiding en optimalisatie van de internationale verkoopprocessen

☑️ Wereldwijde en digitale B2B -handelsplatforms

☑️ Pioneer Business Development / Marketing / PR / Maatregel

Profiteer van de uitgebreide, vijfvoudige expertise van Xpert.Digital in een uitgebreid servicepakket | R&D, XR, PR & Optimalisatie van digitale zichtbaarheid - Afbeelding: Xpert.Digital

Xpert.Digital heeft diepe kennis in verschillende industrieën. Dit stelt ons in staat om op maat gemaakte strategieën te ontwikkelen die zijn afgestemd op de vereisten en uitdagingen van uw specifieke marktsegment. Door continu markttrends te analyseren en de ontwikkelingen in de industrie na te streven, kunnen we handelen met vooruitziende blik en innovatieve oplossingen bieden. Met de combinatie van ervaring en kennis genereren we extra waarde en geven onze klanten een beslissend concurrentievoordeel.

Meer hierover hier:

• Gebruik de 5 -voudig competentie van Xpert.Digital in één pakket - van 500 €/maand