Chips 90% goedkoper uit de VS? De startup Substrate daagt de giganten ASML (Nederland) en TSMC (Taiwan) uit

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

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

Maar nu maakt een startup uit San Francisco, genaamd Substrate, furore die de fundamenten van deze industrie zou kunnen doen wankelen. Met meer dan 100 miljoen dollar aan investeringen van prominente investeerders zoals Peter Thiel en In-Q-Tel, de durfkapitaaltak van de CIA, staat Substrate op het punt de spelregels te herschrijven. Hun belofte: een herleefde en opnieuw ontworpen röntgenlithografietechnologie die niet alleen krachtiger is dan de gevestigde EUV-systemen van ASML, 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 enorme toetredingsdrempels in de chipindustrie te doorbreken. Maar de weg van een veelbelovende laboratoriumdemonstratie naar betrouwbare massaproductie is geplaveid met de puinhoop van mislukte revoluties. De technische hindernissen zijn gigantisch, 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 omwenteling die het wereldwijde chiplandschap zal hertekenen, of slechts een rijk gefinancierd déjà vu van een technologische droom die uiteenspat tegen de harde realiteit van natuurkunde en economie?

Dit is hiermee gerelateerd:

• ASML, Europa's geheime supermacht in de chipoorlog: hoe één bedrijf de toekomst van AI-chips in de EU in handen heeft

Wereldwijde machtsverschuiving verwacht door innovatieve röntgenlithografie

Chip- en halfgeleiderproductietechnologie, een van de belangrijkste industriële ontwikkelingen van de 21e eeuw, bevindt zich momenteel op 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. Het bedrijf, gesteund door prominente investeerders zoals Peter Thiel, heeft meer dan honderd miljoen dollar opgehaald en claimt 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 waardeketen van halfgeleiders, de geopolitieke machtsverhoudingen en het economische evenwicht binnen deze industrie is fundamenteel en vereist een gedetailleerde economische analyse.

De economie van halfgeleiderlithografie: wanneer monopolies uitdagingen tegenkomen

De geschiedenis van industriële innovaties laat herhaaldelijk zien dat technologische ontwrichting zelden vanuit het centrum van gevestigde machtsstructuren komt, maar wordt geïnitieerd door buitenstaanders.

De huidige halfgeleiderindustrie kent een uitzonderlijke concentratie. ASML, gevestigd in Nederland, beheerst vrijwel de gehele markt voor geavanceerde lithografiesystemen en heeft een marktaandeel van 90 tot 100 procent in extreem ultraviolette lithografie. Deze machines, die tussen de 200 en 400 miljoen dollar per stuk 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 prijszettingsmacht van een feitelijke 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 ongeveer 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 dankzij strategische partnerschappen met Intel, Samsung en TSMC, die in 2012 samen 1,4 miljard euro in het bedrijf investeerden en zo 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 marktintroductie, die bijna twintig jaar later plaatsvond dan oorspronkelijk gepland, illustreert de enorme technische hindernissen.

Tegelijkertijd domineert het Taiwanese TSMC de wereldwijde chipfabricagemarkt 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 tussen de $ 38 en $ 42 miljard voor 2025. Een ultramoderne TSMC-fabriek van de volgende generatie kost tussen de $ 15 en $ 20 miljard. Deze cijfers illustreren de enorme toetredingsdrempels in deze sector.

Röntgenlithografie, die nu substraten als alternatief biedt, is geenszins een nieuwe uitvinding. Deze technologie werd al in de jaren 70 onderzocht en in de jaren 80 en 90 investeerden IBM, Motorola en andere Amerikaanse bedrijven fors in de ontwikkeling ervan. De technische uitdagingen bleken echter te groot. De fundamentele problemen waren onder meer de noodzaak van extreem stabiele maskers gemaakt van dure materialen zoals goud, de moeilijkheid om consistente röntgenbronnen te produceren en de complexiteit van secundaire elektronenverstrooiing, die de resolutie beperkte. Economische factoren speelden ook een rol: de industrie kon geen overeenstemming bereiken over gemeenschappelijke standaarden en financiering van verschillende bedrijven viel weg vanwege uiteenlopende zakelijke belangen.

Technologische ontwrichting: 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 met golflengten van minder dan vier nanometer wordt gegenereerd. 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 afmeting van twaalf nanometer en een tip-to-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 de huidige circa honderdduizend dollar naar ongeveer tienduizend dollar tegen het einde van dit decennium. Deze kostenreductie van negentig procent zou de economie van de halfgeleiderproductie fundamenteel veranderen. Het bedrijf stelt dat door het vermijden van het complexe multi-patroneerproces dat vaak nodig is bij EUV, het aantal productiestappen drastisch kan worden verminderd.

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

Een bijzonder kritiek probleem in de moderne lithografie zijn stochastische effecten, oftewel willekeurige variaties in het belichtingsproces. In EUV-lithografie kunnen deze effecten al meer dan de helft van de totale foutenmarge uitmaken en naar schatting zullen ze de industrie tegen 2030 jaarlijks meer dan tien miljard dollar aan verloren inkomsten kosten. Deze problemen vloeien voort uit de fundamentele natuurkunde van kleine structuren, waarbij het aantal fotonen, de verdeling van resistmoleculen en de verstrooiing van elektronen 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 fotolakken die specifiek geoptimaliseerd waren 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 EUV-fotolakmarkt. Deze materialen zijn gebaseerd op metaalhoudende verbindingen met elementen zoals tin, hafnium of zirkonium, die een hogere absorptie vertonen bij EUV-golflengten. Substrate zou niet alleen zijn eigen röntgencompatibele fotolakken moeten ontwikkelen, maar ook de massaproductie van deze materialen moeten opzetten. Evenzo zouden de uiterst nauwkeurige maskers voor röntgenstraling en de gespecialiseerde optica in grote hoeveelheden beschikbaar moeten zijn – een toeleveringsketen die momenteel niet bestaat.

De economische gevolgen: Wie wint, wie verliest?

De potentiële impact van een succesvolle röntgenlithografietechnologie op de halfgeleiderindustrie zou enorm zijn en de hele waardeketen hervormen.

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 heeft decennia en miljarden dollars gekost. Een functionerende concurrent zou niet alleen de prijszettingsmacht van ASML ondermijnen, maar zou ook kunnen leiden tot een heroverweging van de gehele investeringsstrategie. Het bedrijf investeert momenteel fors in EUV-systemen met een hoge numerieke apertuur (NA), die 380 miljoen dollar per stuk 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 systemen met een hoge NA fundamenteel op de proef stellen. Aandeelhouders, die ASML waarderen op meer dan 300 miljard dollar, zouden hun mening drastisch kunnen herzien.

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

Voor fabless chipontwerpers zoals Nvidia, AMD, Qualcomm en Broadcom zou een succesvolle substraattechnologie nieuwe mogelijkheden kunnen openen. 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 met AI-processoren. Elke diversificatie van de productiecapaciteiten zou het risico in de toeleveringsketen verkleinen en mogelijk hun onderhandelingspositie met chipfabrikanten versterken. Deze bedrijven zouden echter niet overstappen op een onbewezen leverancier totdat die leverancier gedurende meerdere jaren consistente kwaliteit en opbrengsten heeft aangetoond. Het overzetten van een chipontwerp tussen verschillende chipfabrikanten is complex en kostbaar, omdat elke fabrikant andere 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 kampt met problemen binnen zijn foundry-divisie, die in 2023 een verlies leed van zeven miljard dollar bij een omzet van 18,9 miljard dollar. Intels 18A-procestechnologie zou concurrentievoordelen moeten opleveren, maar vertragingen en technische problemen zijn berucht. Samsung staat voor vergelijkbare uitdagingen met opbrengstproblemen bij geavanceerde nodes. Een nieuwe, goedkopere lithografietechnologie zou beide bedrijven theoretisch kunnen helpen, maar beide hebben enorme investeringen gedaan in EUV-gebaseerde processen en zullen niet zomaar overstappen.

Ook leveranciers in de waardeketen van halfgeleiders zouden hierdoor worden getroffen. Zeiss, de Duitse fabrikant van uiterst precieze spiegels voor ASML-systemen, Trumpf, leverancier van de krachtige lasers, en Applied Materials, KLA en Lam Research, leveranciers van andere productieapparatuur, hebben allemaal fors geïnvesteerd in de ondersteuning van het EUV-ecosysteem. Een nieuwe technologie vereist nieuwe toeleveringsketens. Japanse fabrikanten van fotolakken zouden ofwel röntgenbestendige materialen moeten ontwikkelen, ofwel marktaandeel verliezen.

De geopolitieke dimensie: technologische soevereiniteit en economische veiligheid

De halfgeleiderindustrie is nauw verbonden met geopolitieke spanningen, en de aankondiging van het substraat komt op een strategisch belangrijk moment.

De Verenigde Staten hebben de afgelopen jaren steeds strengere exportbeperkingen opgelegd aan China om de toegang van dat land tot geavanceerde halfgeleidertechnologie te beperken. ASML mag zijn meest geavanceerde EUV-systemen niet aan China verkopen. Dit beleid is erop gericht China's mogelijkheden voor de ontwikkeling van AI en militaire toepassingen te beperken. Tegelijkertijd investeert de Amerikaanse overheid fors in de terugkeer van de halfgeleiderproductie naar de VS via de CHIPS Act, die voorziet in 39 miljard dollar aan directe subsidies en een investeringsaftrek 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, is ook investeerder in Substrate, wat het nationale veiligheidsaspect onderstreept.

De geschiedenis van röntgenlithografie laat echter zien dat nationale koplopers niet per se succesvol zijn. De VS probeerden in de jaren 80 en 90 hun leiderschap in de halfgeleiderindustrie te heroveren via samenwerkingen met SEMATECH, maar faalden uiteindelijk. ASML bereikte zijn doorbraak niet door nationaal industriebeleid, maar door geduldige technologische ontwikkeling, vakkundige 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 massale investeringen in binnenlandse halfgeleidertechnologie. Het initiatief 'Made in China 2025' geeft prioriteit aan zelfvoorziening. Mocht Substrate succesvol blijken, dan zou China toegang tot deze technologie willen verkrijgen of zelf alternatieven willen ontwikkelen. SMIC, de grootste chipfabrikant van China, heeft ondanks beperkingen vooruitgang geboekt met zeven-nanometerprocessen zonder EUV, 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 European Chips Act belooft 43 miljard euro 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.

Focusgebieden binnen de industrie: B2B, digitalisering (van AI tot XR), werktuigbouwkunde, logistiek, hernieuwbare energie en industrie

Meer informatie vindt u hier:

• Expert Business Hub

Een thematisch kenniscentrum met inzichten en expertise:

• Kennisplatform over mondiale en regionale economieën, innovatie en trends in specifieke sectoren
• Een verzameling analyses, inzichten en achtergrondinformatie over onze belangrijkste aandachtsgebieden
• Een plek voor expertise en informatie over actuele ontwikkelingen in het bedrijfsleven en de technologie
• Een informatiecentrum voor bedrijven die op zoek zijn naar informatie over markten, digitalisering en innovaties in de sector

De technologische hindernissen: Wat ligt er tussen het laboratorium en massaproductie?

De weg van indrukwekkende laboratoriumresultaten naar commerciële massaproductie is in de halfgeleiderindustrie notoir moeilijk en vol onvoorziene problemen.

De grootste uitdaging voor Substrate is schaalvergroting. De getoonde laboratoriumdemonstratie bewijst dat structuren in het relevante formaatbereik in principe geproduceerd kunnen worden. Commerciële lithografie vereist echter veel meer. Een ASML-machine belicht ongeveer 130 tot 170 wafers per uur. De overlaynauwkeurigheid, oftewel 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 lager zijn dan één defect per vierkante centimeter. Het tegelijkertijd voldoen aan al deze eisen, terwijl het systeem maandenlang stabiel draait, is een monumentale technische prestatie.

De deeltjesversneller die Substrate gebruikt, moet buitengewoon stabiel zijn. Elke fluctuatie in de bundelintensiteit of -positie zou de kwaliteit in gevaar brengen. ASML heeft jarenlang gewerkt aan de stabilisatie van zijn laserplasma-tinbron voor EUV. Deze bron vuurt 50.000 kleine tindruppeltjes per seconde af in een vacuümvat, waar ze tweemaal worden geraakt door een 30 kilowatt CO2-laser om het plasma te genereren dat EUV-licht uitzendt. De complexiteit van deze oplossing is het resultaat van jarenlange iteraties. Substrate beweert een compactere en kosteneffectievere oplossing te hebben, maar zonder jarenlange praktijktests blijft dit speculatief.

De optiek voor röntgenstraling is fundamenteel anders dan die voor EUV of DUV. Röntgenstraling kan niet door lenzen worden gefocusseerd omdat het door de meeste materialen wordt geabsorbeerd. In plaats daarvan zijn speciale spiegels met een schuine invalshoek nodig. Deze spiegels moeten met een 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 röntgenoptiek, is onduidelijk.

Fotogevoelige materialen voor röntgenlithografie zijn niet in commerciële hoeveelheden verkrijgbaar. Het ontwikkelen 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 etsbestendigheid bezitten 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 willen werken.

Dit is hiermee gerelateerd:

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

Het bedrijfsmodel: verticale integratie als Segen of vloek?

Substrate volgt een radicale strategie die afwijkt van de gevestigde industrie. In plaats van lithografiesystemen aan bestaande gieterijen te verkopen, is het bedrijf van plan om eigen halfgeleiderfabrieken te bouwen en te exploiteren.

Deze verticale integratie staat haaks op het dominante bedrijfsmodel van de afgelopen vier decennia. Sinds Morris Chang in 1987 TSMC oprichtte en het pure-play foundry-model introduceerde, is de industrie steeds meer gespecialiseerd geraakt. Fabless-ontwerpbureaus richten zich op chiparchitectuur en -ontwerp, foundries op de productie en leveranciers van apparatuur zoals ASML op specifieke technologieën. Deze specialisatie stelt elke speler in staat om wereldklasse te worden in zijn respectievelijke vakgebied.

Substrate betoogt 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 hoog. 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 compleet andere vaardigheden dan het ontwikkelen van lithografietechnologie. TSMC heeft meer dan 70.000 medewerkers in dienst, waaronder veel hooggespecialiseerde procesingenieurs. Het bedrijf heeft meer dan 40 jaar ervaring in opbrengstoptimalisatie, defectanalyse en klantrelatiebeheer. Elke nieuwe procestechnologie vereist duizenden experimenten en iteraties. De leercurve is steil en kostbaar.

De vraag is ook wie de klanten van Substrate zouden zijn. Grote fabless-bedrijven zoals Nvidia, AMD en Qualcomm hebben al jarenlang nauwe, geïntegreerde relaties met TSMC. Deze partnerschappen zijn gebaseerd op jarenlange samenwerking, gezamenlijk ontwikkelde procesontwerpkits en wederzijds vertrouwen. Een nieuwe foundry 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, maar heeft daar aanzienlijke moeite mee. Intel Foundry Services genereerde in het derde kwartaal van 2024 slechts acht miljoen dollar aan externe inkomsten. De verliezen zijn enorm. Dit laat zien hoe moeilijk het is, zelfs voor een gevestigde halfgeleidergigant, om de foundry-markt te betreden. 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 buitengewoon ambitieuze planning. Om van de huidige laboratoriumdemonstratie naar commerciële productie te gaan in ongeveer drie jaar tijd, moet alles perfect verlopen.

Ter vergelijking: ASML begon in 2006 met de eerste alfa-prototypes voor EUV, leverde in 2010 het eerste pre-productiesysteem af en bereikte pas in 2019 de massaproductie. Dat is dertien jaar van de eerste demonstratie tot massaproductie, en dat met een reeds gevestigd bedrijf dat uitgebreide ervaring had in lithografie.

Substrate zou niet alleen zijn lithografietechnologie binnen drie jaar productieklaar 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 planning onrealistisch.

Een realistischer tijdsbestek zou acht tot twaalf jaar zijn voordat er sprake is van significante commerciële productie. Dit zou betekenen dat de impact op de industrie op zijn vroegst pas halverwege de jaren 2030 merkbaar zou zijn. Tegen die tijd zal ASML zijn EUV-systemen met hoge numerieke apertuur (NA) hebben ontwikkeld, zal TSMC mogelijk werken aan processen van één nanometer of kleiner, en zou de hele industrie zich in een richting kunnen hebben ontwikkeld die de aanpak van Substrate achterhaald maakt.

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

De aankondiging van Substrate roept belangrijke vragen op, maar de meest waarschijnlijke scenario's variëren van een totale mislukking tot gedeeltelijke successen die de industrie subtiel beïnvloeden, maar niet revolutionair veranderen.

Het pessimistische scenario is dat Substrate de technische hindernissen niet zal overwinnen. De natuurkunde van röntgenlithografie zou te problematisch kunnen blijken, stochastische effecten zouden onbeheersbaar kunnen zijn, of de investeringskosten zouden te hoog kunnen oplopen. Het bedrijf zou dan failliet gaan of zich beperken tot een nichemarkt voor gespecialiseerde toepassingen. Historisch gezien zijn de meeste uitdagers van gevestigde technologieën gefaald. Nikon en Canon probeerden beiden met ASML te concurreren in de EUV-race en gaven het op.

Een tussenoplossing zou kunnen 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 geïnteresseerd kunnen 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 onderscheiden.

Een optimistisch scenario zou zijn dat Substrate inderdaad een werkende, kosteneffectievere lithografieoplossing ontwikkelt, maar de gieterijactiviteiten staakt en in plaats daarvan systemen verkoopt aan gevestigde fabrikanten. Dit zou de toetredingsdrempel verlagen en kunnen leiden tot gezondere concurrentie in de lithografieapparatuurmarkt. ASML zou onder druk komen te staan ​​om de prijzen te verlagen en sneller te innoveren. De hele industrie zou hiervan kunnen profiteren.

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

De bredere implicaties: de wet van Moore, de grenzen van miniaturisatie en alternatieve trajecten

Het verhaal rond Substrate roept ook fundamentele vragen op over de toekomst van de halfgeleiderindustrie. De wet van Moore, die stelt dat het aantal transistors op een chip ongeveer elke twee jaar verdubbelt, is sinds de jaren zestig de maatstaf voor de industrie. Maar steeds vaker klinken er stemmen die het einde van deze trend voorspellen.

Fysieke beperkingen worden steeds duidelijker. Transistors benaderen atomaire afmetingen. In structuren kleiner dan drie nanometer treden kwantumeffecten op, zoals tunnelen, waarbij elektronen ongecontroleerd door barrières springen. Warmteontwikkeling wordt problematisch. Elektronenlekstromen nemen toe. Sommige experts beweren dat de wet van Moore al in 2016 is beëindigd, 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 eveneens aanzienlijk. Volgens de wet van Rock verdubbelen de kosten voor de bouw van een halfgeleiderfabriek ongeveer elke vier jaar. 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 doen nog mee in de race om de meest geavanceerde productieprocessen. Alle andere bedrijven hebben zich teruggetrokken en richten zich op meer volwassen en winstgevende technologieën.

In deze context is de belofte van Substrate om de kosten drastisch te verlagen bijzonder aantrekkelijk. Als het bedrijf slaagt, zouden meer spelers de toonaangevende halfgeleiderproductiesector kunnen betreden, wat de concurrentie zou stimuleren. Zelfs met goedkopere lithografie blijven de totale kosten van een fabriek echter enorm, aangezien lithografie slechts ongeveer twintig procent van de totale apparatuurkosten uitmaakt.

Er wordt intensief onderzoek gedaan naar alternatieve benaderingen om de Wet van Moore voort te zetten. Nieuwe transistorarchitecturen, zoals gate-all-around FET's, die Samsung en TSMC introduceren in processen van drie nanometer, verbeteren de controle over de elektronenstroom. Driedimensionale stapeling van chips door middel van geavanceerde verpakkingstechnologieën zoals TSMC's CoWoS maakt het mogelijk om meer functionaliteit in kleinere volumes te integreren. Nieuwe materialen zoals galliumnitride of koolstofnanobuisjes zouden silicium kunnen aanvullen of vervangen. Neuromorfische computerarchitecturen en kwantumcomputers beloven fundamenteel andere rekenparadigma's.

Gerichte zelfassemblage van blokcopolymeren en nano-afdruklithografie zijn andere alternatieve lithografiemethoden die worden onderzocht. Deze technologieën zouden voordelen kunnen bieden voor bepaalde toepassingen, maar tot nu toe hebben ze de stap naar massaproductie nog niet gemaakt. De halfgeleiderindustrie is terughoudend als het gaat om proceswijzigingen, omdat de risico's te groot 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 het economische evenwicht in deze cruciale industrie is aanzienlijk.

Een nuchtere kijk op de zaken is echter geboden. De geschiedenis van de halfgeleiderindustrie zit vol veelbelovende technologieën die mislukten en aankondigingen die achteraf overdreven bleken. Röntgenlithografie werd in de jaren 80 en 90 al aangeprezen als de toekomst, maar faalde. De technische, economische en organisatorische uitdagingen waar Substrate voor staat, zijn gigantisch.

ASML en TSMC hebben hun dominante positie niet bij toeval verworven, maar door decennia van geduldig werk, enorme investeringen, slimme partnerschappen en technische uitmuntendheid. Deze bedrijven zullen niet passief toekijken hoe een nieuwkomer hun markten 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 met de zeer reële mogelijkheid van een totaal verlies. Voor de halfgeleiderindustrie als geheel geeft deze ontwikkeling een positief signaal af dat innovatie nog niet voorbij is en dat er nieuwe benaderingen worden onderzocht. Zelfs als Substrate faalt, kunnen de geleerde lessen toekomstige projecten inspireren.

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

Chipoorlog 2.0: Waarom de VS, China en Europa met zeer verschillende risico's te maken hebben

De dreiging beperkt zich geenszins 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 (met name ASML)

Voor Europa is de dreiging direct en existentieel.

ASML in het vizier: Substrate richt zijn pijlen op het hart van ASML, het Europese technologiebedrijf bij uitstek. Mocht röntgenlithografie succesvol blijken, dan zou dat een einde maken aan ASML's decennialange monopolie op geavanceerde lithografiesystemen.

Economische schade: Een succesvolle concurrent zou de enorme prijszettingsmacht en hoge marges van ASML 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 die rond ASML is opgebouwd, met name tot Duitse hightechbedrijven zoals Zeiss (optiek) en Trumpf (lasers).

Geopolitiek verlies: Europa verliest zijn belangrijkste geopolitieke troef. De controle over ASML geeft de EU (en Nederland) een unieke machtspositie in mondiale technologieconflicten, een positie die al wordt ingeperkt door 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: een strategische kans voor het land, maar een ontwrichtende bedreiging voor gevestigde Amerikaanse spelers.

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

Er dient zich een nieuwe concurrent aan op de binnenlandse markt: Substrate is niet alleen van plan machines te verkopen, maar ook een eigen chipfabriek te exploiteren. Dit zou hen een directe concurrent maken van Intels chipfabriekambities en Samsungs Amerikaanse fabrieken. 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 foundry-leverancier zou hun onderhandelingspositie versterken en de risico's in de toeleveringsketen verminderen. Hun "dreiging" zou alleen indirect zijn als Substrate faalt en waardevol investeringskapitaal vastlegt dat elders had kunnen worden ingezet.

Samenvattend voor de VS: het vormt geen bedreiging voor de nationale veiligheid of de economie (integendeel), maar wel een ontwrichtende 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.

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

De kloof wordt steeds groter: China worstelt om de achterstand in te halen op geavanceerdere processen (zoals het 7nm-proces van SMIC) met behulp van oudere DUV-technologie. Een nieuwe, veel goedkopere en krachtigere technologie uit het Westen zou de Chinese inspanningen jaren terugwerpen en de technologische kloof aanzienlijk vergroten.

Toenemende druk voor zelfvoorziening: 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 voertaal is Engels of Duits

☑️ NIEUW: Correspondentie in uw moedertaal!

 

Mijn team en ik staan ​​graag tot uw beschikking als uw persoonlijke adviseur.

U kunt contact met mij opnemen door hier het contactformulier in te vullen wolfenstein@xpert.digital:of door mij te bellen op +49 7348 4088 965. Mijn e-mailadres is

Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.

 

 

☑️ Ondersteuning van het MKB op het gebied van strategie, advies, planning en implementatie

☑️ Opstellen of herzien van de digitale strategie en digitalisering

☑️ Uitbreiding en optimalisatie van internationale verkoopprocessen

☑️ Wereldwijde en digitale B2B-handelsplatformen

☑️ Pionier in bedrijfsontwikkeling / marketing / PR / beurzen

Xpert.Digital beschikt over diepgaande kennis van diverse sectoren. Hierdoor kunnen we strategieën op maat ontwikkelen die precies aansluiten op de behoeften en uitdagingen van uw specifieke marktsegment. Door continu markttrends te analyseren en ontwikkelingen in de sector te volgen, kunnen we proactief handelen en innovatieve oplossingen bieden. De combinatie van ervaring en expertise genereert toegevoegde waarde en geeft onze klanten een doorslaggevend concurrentievoordeel.

Meer informatie vindt u hier:

• Profiteer van de 5 expertisegebieden van Xpert.Digital in één pakket – al vanaf €500 per maand