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China stellt erste eigene E-Beam-Lithografie-Anlage vor
China hat die Auslieferung seines ersten im eigenen Land entwickelten Elektronenstrahl-Lithographiesystems mit dem Namen Xizhi bekanntgegeben. Das System wurde an der Zhejiang-Universität in Hangzhou konzipiert und markiert einen wichtigen Fortschritt vor dem Hintergrund anhaltender Exportbeschränkungen, die besonders für hochentwickelte Extreme-Ultraviolett-(EUV)-Lithographiesysteme gelten – wie sie vor allem der niederländische Konzern ASML fertigt. Während Deep-Ultraviolet-(DUV)-Lithografieanlagen auf niedrigerem technologischem Niveau weiterhin importiert werden dürfen, setzt Xizhi ein Zeichen für Chinas Bestreben, eine unabhängige Infrastruktur für Halbleiterfertigung auszubauen.
Bedeutung der Lithografie: Fertigungsknoten, Wellenlängen und Transistordichte
Das Herzstück der heutigen Chip-Produktion bildet die Lithografie – das Verfahren, das Schaltkreismuster auf Siliziumscheiben überträgt. Abhängig von der verwendeten Technologie werden dabei unterschiedliche Strahlarten und Wellenlängen eingesetzt, um feinste Strukturen zu erzeugen. DUV-Systeme nutzen beispielsweise Licht mit 193 nm Wellenlänge, während bei EUV-Anlagen extrem kurzwelliges Licht von 13,5 nm zum Einsatz kommt, was die Fertigung von Strukturen unterhalb von 7 nm ermöglicht. Mit kleineren Fertigungsknoten und gesteigerter Transistordichte – also Millionen oder Milliarden Transistoren pro mm² – werden Chips leistungsfähiger und energieeffizienter. Marktführer wie TSMC und Samsung bewegen sich bereits im Bereich der 2-nm-Klasse. Dies verdeutlicht, wie groß der Vorsprung ist, den China ohne Zugang zu modernsten EUV-Systemen noch aufholen muss.
Was ist Xizhi und was kann das System?
Xizhi ist ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem, das gebündelte Elektronenstrahlen nutzt, um Schaltkreismuster entweder direkt auf Wafer oder auf Masken zu schreiben. Laut lokalen Berichten erreicht die Anlage Linienbreiten von bis zu 8 nm und eine Positionierungsgenauigkeit von ungefähr 0,6 nm, womit sie internationalen Standards für Forschungsgeräte entspricht. Da Xizhi an der Zhejiang-Universität entwickelt wurde, liegt der Anschaffungspreis unter dem vergleichbarer ausländischer Systeme. Erste chinesische Forschungseinrichtungen und spezialisierte Foundries zeigen bereits großes Interesse an der Technologie.
Produkteigenschaften
- Technologie: Gebündelter Elektronenstrahl für Direktbeschriftung und Maskenherstellung.
- Auflösung: Ätzungen von Strukturen bis etwa 8 nm sind möglich.
- Positionierungsgenauigkeit: Ungefähr 0,6 nm, optimal für Forschung und Prototypenentwicklung.
- Kosten: Preisgünstigere inländische Alternative zu importierten Elektronenstrahl-Systemen.
- Zielgruppe: Forschung & Entwicklung, Maskenherstellung, Pilotproduktion und Prozessentwicklung – kein Einsatz für Massenfertigung.
Vergleich: E-Beam gegen DUV und EUV
Jede Lithografie-Methode hat im Wertschöpfungsprozess der Halbleiterindustrie ihren festen Platz:
- Elektronenstrahl-Lithografie (E-Beam): Herausragende Feinzeichnung und Flexibilität für Direktbeschriftung und Maskenfertigung. Aufgrund der geringen Durchsatzrate ist sie für Prototypen und Kleinserien geeignet, aber ungeeignet für die Massenproduktion ganzer Wafer.
- DUV (193 nm): Ausgereifte und leistungsfähige Systeme für Knoten oberhalb von 7 nm, gerade durch Mehrfachbelichtungstechniken, in der Großserienfertigung verbreitet.
- EUV (13,5 nm): Aktuell die einzige sinnvolle Methode zur Einzelschritt-Belichtung von Designs unter 7 nm – jedoch sind EUV-Anlagen sehr teuer, technisch höchst anspruchsvoll und Exportbeschränkungen unterworfen.
Stärken und Grenzen von Xizhi
Vorteile:
- Ermöglicht Forschung an fortgeschrittenen Strukturierungstechniken ohne Abhängigkeit von internationalen Zulieferern.
- Geringere Investitionskosten als importierte Elektronenstrahl-Systeme, verbesserte Zugänglichkeit für Forschungseinrichtungen.
- Hochpräzises Direktbeschreiben für Maskenherstellung, Prototypenbau und Spezial-Halbleiteranwendungen.
Nachteile:
- Der niedrige Durchsatz verhindert einen Ersatz von DUV/EUV bei der Großserienfertigung moderner Logikchips.
- Die Integration in industrielle Großproduktionen erfordert Zeit, technische Infrastruktur und passende Software sowie Materiallösungen.
Anwendungsbereiche und Marktpotenzial
Der direkte Nutzen von Xizhi liegt in Forschung, Maskenschreiben und Pilotfertigung. Universitäten, nationale Labore und Spezialfoundries können mit dem System Prozessrezepte entwickeln, neue Gerätearchitekturen erproben und Masken für Spezialchips herstellen. Von strategischer Bedeutung ist zudem, dass China mit eigenen E-Beam-Systemen die Abhängigkeit von Importen verringert und die Entwicklung eigener Kompetenzen in der Halbleiter-Equipment-Fertigung beschleunigt.
Weitreichende Auswirkungen: Huawei, SMIC und das Rennen um EUV
Die Einführung von Xizhi reiht sich ein in eine Serie von Berichten, wonach große chinesische Unternehmen an Verbesserungen im High-End-Lithografie-Bereich arbeiten. So testet Huawei Berichten zufolge bereits einen EUV-Prototyp in Dongguan mit Versuchsläufen im laufenden Jahr; Überlegungen zur Massenproduktion könnten 2026 Realität werden. Falls dies gelingt, würde eine eigene EUV-Plattform die Chancen von SMIC, Huawei und weiteren chinesischen Akteuren auf fortschrittliche Fertigungsknoten erhöhen – und damit aufholen, was Apple, Qualcomm und Nvidia vormachen.
Einordnung in die Geschichte
Vor den US-Exportrestriktionen war Huaweis HiSilicon-Sparte einer der wichtigsten TSMC-Kunden für modernste Nodes. Das Kirin-9000-SoC, gefertigt auf TSMCs 5-nm-Node und verwendet im Huawei Mate 40 von 2020, zeigte das Integrationsniveau, das mit uneingeschränktem Zugang zu Spitzentechnologien möglich ist. Nach den Sanktionen musste Huawei auf alternative Bezugsquellen umstellen. Bemerkenswert: 2023 überraschte Huawei mit der Mate-60-Reihe, in der ein Kirin 9000S auf 7-nm-ähnlichem Prozess von SMIC 5G-Fähigkeiten zum Top-Gerät zurückbrachte.
Fazit: Ein Etappenziel, kein Start-Ziel-Sieg
Mit Xizhi feiert China einen wichtigen Etappenerfolg für Forschung und Prototypenentwicklung auf dem Halbleitermarkt. Der Bedarf an DUV- und EUV-Anlagen für logikbasierte Großserien-Chips in Sub-7-nm-Gruppen bleibt aber bestehen. Dennoch – eingebettet in langfristige Strategien, etwa durch Ausbau eigener EUV-Programme und kontinuierliche Investitionen – trägt Xizhi wesentlich dazu bei, heimische Kompetenzen zu stärken und die Lieferabhängigkeit zu verringern. Für Experten und Branchenbeobachter ist das System ein klares Signal für Chinas Fokus auf eine unabhängige, komplett eigene Halbleitertechnik.
Quelle: phonearena
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