Versorgungsengpässe Nachschubprobleme bei Lithografie-Anlagen bremsen Chip-Wachstum aus

Von Sebastian Gerstl

Lieferprobleme bei Lithografiemaschinen drohen die Expansionspläne führender Chiphersteller nachhaltig auszubremsen. ASML-Chef Peter Wennink warnt, dass das Unternehmen mindestens zwei Jahre lang nicht in der Lage sein wird, die bestehende Nachfrage zu decken.

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Ansicht eines Silizium-Wafers durch ein spezielles Linsenelement während des Lithografieprozesses. Nach Angaben von ASML-Chef Peter Wennink wird es Jahre dauern, bis die Lithografiemaschinenbranche in der Lage sein wird, den gesteigerten Bedarf nach neuen Anlagen zur Chipfertigung in vergleichbarem Maß zu bedienen.
Ansicht eines Silizium-Wafers durch ein spezielles Linsenelement während des Lithografieprozesses. Nach Angaben von ASML-Chef Peter Wennink wird es Jahre dauern, bis die Lithografiemaschinenbranche in der Lage sein wird, den gesteigerten Bedarf nach neuen Anlagen zur Chipfertigung in vergleichbarem Maß zu bedienen.
(Bild: ASML)

Führende Chipfertiger planen in den nächsten Jahren mit einem massiven Ausbau ihrer Fertigungskapazitäten. Erst vergangene Woche hat Intel eine 19 Mrd. US-$ teure, topmoderne Chipfabrik in Deutschland angekündigt. Zusammen mit einer 20 Mrd. US-$ schweren Investition in einen Mega-Fab-Standort in Ohio will sich Intel mit diesen Anlagen in den nächsten Jahren als ein führender Auftragsfertiger für Fabless-Anbieter etablieren. Der aktuelle Marktführer in diesem Feld, die taiwanesische Foundry TSMC, plant in den nächsten drei Jahren 100 Mrd. US-$ in die Expansion seiner weltweiten Fertigungsaktivitäten zu investieren. Und auch Samsung, aktuell Maktführer auf dem Halbleitermarkt, hat vor, in den nächsten zehn Jahren bis zu 150 Mrd. US-$ in den Ausbau seiner Produktion investieren, wozu unter anderem der Aufbau einer neuen 3-nm-Anlage in Texas zählt. All diese geplanten Foundries haben selbstverständlich einiges gemein: Einen enormen Bedarf an fortschrittlichen Lithografie- und Maskierungsmaschinen zur Fertigung von Chips nach dem modernsten Stand der Technik.

In einem Gespräch mit der Financial Times hat ASML-CEO Peter Wennink dem Enthusiasmus über diese Expansionspläne einen Dämpfer verpasst. Der Chef des niederländischen Weltmarktführers für Lithografiemaschinen steht im direkten Kontakt mit den führenden Köpfen der erwähnten Foundries wie Intel-CEO Pat Gelsinger. Gegenüber der Zeitung sagte Wennink, er habe den Unternehmen mitgeteilt, dass es nach dem Bau ihrer neuen Produktionsstätten einige Zeit dauern werde, bis die notwendigen Maskierungsanlagen installiert werden können.

Nachfrage übersteigt Angebot deutlich

„Wir werden dieses Jahr mehr Maschinen ausliefern als letztes Jahr und [...] nächstes Jahr mehr Maschinen als dieses Jahr,“ zitiert die Financial Times den ASML-Geschäftsführer. „Aber das wird nicht ausreichen, wenn wir uns die Nachfragekurve ansehen. Wir müssen unsere Kapazität wirklich um deutlich mehr als 50 Prozent steigern. Das wird Zeit brauchen.“ Die aktuelle globale Supply-Chain-Lage gestaltet diese notwendige Expansion für das Unternehmen schwierig: Wennink sagt, dass sein Unternehmen 700 Lieferanten in seiner Lieferkette habe, von denen 200 kritisch seien. Ein Brand in einem EUV-Werk in Berlin Anfang des Jahres hat die Situation zusätzlich verkompliziert.

Der Weltmarkt für Maskierungs- und Lithografieanlagen hat nur wenig Konkurrenz zu bieten. ASML wird von Analysten häufig als Markt- und Technologieführer betrachtet. Kann das niederländische Unternehmen die aktuelle Nachfrage nicht bedienen gibt es nicht viele Alternativen, auf die Chiphersteller ausweichen könnten. Den anderen etablierten namhaften Anbietern wie KLA-Tencor, Lam Research oder Applied Materials dürfte es schwer fallen, die zusätzlich anfallenden Nachfragen aufzufangen – sofern sie überhaupt in der Lage sind, die benötigten Technologien für die angestrebten Fertigungsprozesse zu liefern.

Kapazitätsausbau stockt entlang der gesamten Lieferkette

Bevor die Lithografieanlagen in den geplanten Werken installiert werden können, muss deren Bau natürlich erst einmal weit genug fortgeschritten sein. Da es noch Jahre dauern werde, bis die angedachten Rohbauten in Ohio und Magdeburg stehen, könne Intel laut CEO Pat Gelsinger problemlos noch einige Jahre warten, ehe die EUV-Maschinen zur Installation benötigt werden. Bis dahin hoffe er, dass ASML in der Lage sein werde, die nötigen Anlagen zu liefern.

Ob TSMC, Globalfoundries, Samsung oder das im Entstehen befindliche Angebot von Intel: Die führenden Foundries haben seit 2020 damit begonnen, ihre Bemühungen zum Ausbau ihrer Chipfertigungskapazitäten massiv hochzufahren. Aufgrund der aktuellen Weltmarktlage sind einer im Januar diesen Jahres veröffentlichten Studie des US-Handelsministeriums die Kapazitäten der Wafer- und IC-Fertigungsstätten weltweit zu mehr als 90% ausgelastet, während die Nachfrage an IC-Bausteinen global weiter stark steigt. Parallel dazu sind auch die Anbieter von Lithografieanlagen schwer damit beschäftigt, ihrerseits die Produktionsmöglichkeiten so gut es geht hochzufahren – denn ohne Maskierungstechnologie keine Chips.

Doch die Komponenten- und Lieferkette auf dem Weg dorthin ist lang – und hochkomplex. ASML-Chef Peter Wennink nannte im Gespräch mit der Financial Times ein konkretes Beispiel: Eines der komplexesten Bauteile in seinen Maschinen sei die Linse. Diese Linse ist eine Spezialanfertigung, die von der deutschen Firma Carl Zeiss hergestellt. Wenn ASML mehr Linsen benötigt reicht es nicht aus, dass das Unternehmen bereit wäre, mehr Geld für Linsen auszugeben: Carl Zeiss muss erst einmal in der Lage sein, diese zusätzliche Menge an Linsen auch zu produzieren. Dafür bräuchten sie aber mehr Platz in der Fabrik, was bedeutet, dass sie „Reinräume bauen, Genehmigungen beantragen und den Bau einer neuen Fabrik organisieren müssen“. Er fuhr fort: „Sobald die Fabrik fertig ist, müssen sie die Produktionsanlagen bestellen; sie müssen Mitarbeiter einstellen. Und dann [...] dauert es mehr als 12 Monate, bis die Linse hergestellt ist.“ Für ASML selbst gilt dasselbe Problem: Es ist ja grundsätzlich erfreulich, dass Intel, Samsung, TSMC & Co. bereit und willig sind, mehr Geld für neue Lithografiemaschinen in die Hand zu nehmen. Doch müssen auch dafür erst einmal die notwendigen Produktionskapazitäten vorhanden sein – und die notwendigen Komponenten.

Chipmangel wohl noch bis 2024 – folgt dann das Überangebot?

Mit genügend Zeit lassen sich diese Probleme sicher lösen, aber eine kurzfristige Entlastung des Chipmarktes ist nicht in Sicht. Angesischts unterschiedlicher Prognosen wird es bis ins Jahr 2024 dauern, ehe sich die aktuelle Lage auf dem Chipmarkt wieder entspannt. Ähnlich äußerte sich vor kurzem auch TSMC's Leiter der Abteilung für Foschung und Entwicklung, Dr. Y.J. Mii, in einem Interview mit IEEE Spectrum. Intel-CEO Pat Gelsinger äußerte dagegen im Rahmen der angestrebten, bis zu 80 Mrd. US-$ schweren Investitionspläne in Europa, dass er noch 2023 mit einer Erholung des Chipangebots rechne.

Egal, wer Recht behält, die Lage bleibt angespannt - ehe sie schlagartig nachlassen dürfte: 2020 und 2021 haben Chiphersteller weltweit, während die Covid-19- Pandemie ihren Lauf nahm, Milliarden von US-$ in Expansionspläne und langfristige Lieferverträge gesteckt. Angesichts des erwähnten Zeitrahmens an Anlagen-Neubauten und Lieferkettenprobleme werden diese Bemühungen in drei bis vier Jahren erste Früchte tragen. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, dürfte eine radikale Kehrtwende eintreten: Einige Analysten sagen sogar voraus, dass ab diesem Zeitpunkt, wenn alle Chiphersteller ihre Kapazitäten erweitert haben, das Angebot die Nachfrage übersteigen könnte.

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