Fotomasken als Kostenfalle bei Nano-Chips

Die US-Regierung hat die Bedeutung der Maskentechnologie für künftige Chipgenerationen erkannt. Damit besteht die Gefahr, dass europäische oder japanische Anbieter aus US-Kooperationen ausgeschlossen bleiben.

Wichtiges Werkzeug beim Übergang der Halbleiterfertigung in die Nanotechnologie sind die Lithographiemasken zur Chipbelichtung. DuPont Photomasks und Photronics, die beiden größten US-Hersteller, suchen im beschaulichen Round Rock (Texas) die Nachbarschaft zur Industriekooperative International Sematech und zu wichtigen Kunden wie Motorola oder AMD. Und könnten dort bald Keimzelle einer strategischen Initiative für künftige Maskentechnologien werden.
Die biedere Kleinstadt (74 000 Seelen) mitten im Grünen hat es in sich: 50 moderne Tech-Firmen mit 16 000 Jobs. Arbeitslosenquote: 3,8 %. Schulen, Services, alles tipptopp. Sogar ein Gesamtschul-Campus mit Universität ist im Werden. Round Rock ist eine der schnellst wachsenden Industriebasen der USA. Ungekrönter König und großzügiger Wohltäter ist Dell Computer. Dessen Hauptquartier in Round Rock beschäftigt 5000 Mitarbeiter im weltweiten PC-Telemarketing. Ebenso bedeutsam: Die 1986 eröffnete „Fab 2 Texas“ von Cypress Semiconductor aus dem kalifornischen San Jose.
Und natürlich DuPont und Photronics als Anbieter von Fotomasken. Sie sind die größten unabhängigen US-Anbieter mit je 16 % Marktanteil. Größter Anbieter, und im Urteil der Branche technologisch führend, ist Dai Nippon Printing mit 17 %. Dann folgt, ebenfalls japanisch, Toppan mit 12 %. Die „Captives“, also große Chipmacher mit eigener Maskenfertigung, halten immerhin 24 % in einem Markt von ca. 2.5 Mrd. $, der in der traumatisch langen Chipkrise nicht gewachsen ist.
Da die Masken immer teurer werden, sollten sie gesunde Margen bringen. Doch glaubt man dem lauten Klagen der US-Fachpresse, ist die Maskenindustrie dem Untergang geweiht: Die steigenden Maskenkosten bremsen die IC-Designer aus, mit höheren Markteintrittskosten für Chips mit geringen Stückzahlen. Nach einer weithin zirkulierenden Statistik kostete ein Maskenset in der älteren 0,50-µm-Technologie um die 25 000 $.
Doch die Masken der gängigen 130-nm-Geometrie können bis zu 600 000 $ kosten. Und vor der 90-nm-Chipgeneration, die dieses Jahr anlaufen soll, steht das Schreckgespenst von 1,5 Mio. $ für die 6 x 6 Zoll großen Glasplatten mit ihrer hauchdünnen Chromschicht, die mit tief ultraviolettem Laserlicht (248 nm oder 193 nm Wellenlänge) trickreich auf die Wafer aufbelichtet wird. Die Maskenhersteller sind in der Bredouille, weil auch sie für ihre Tools exponentiell höhere Anschaffungs- und Betriebskosten zahlen müssen.
Deswegen sind neue Geschäftsmodelle gefragt, um die hohen Forschungs- und Entwicklungskosten für die nächste Chipgeneration, die in zwei bis drei Jahren laut ITRS-Roadmap fällig ist, auf mehr Schultern zu verteilen. Kooperative Forschung und Entwicklung ist, wie bei der Automatisierung des Waferhandling durch Sematech bewerkstelligt, mal wieder hoch im Kurs. Überall entstehen neue Maskenclubs: Entwicklungspartnerschaften zwischen Kunden und Lieferanten.
DuPont steuert diesen Kurs seit Jahren: mit dem 1997 gegründeten Reticle Technology Center in Round Rock. Die Clubmitglieder: neben DuPont Motorola, Micron und AMD. Ende 2002 allerdings wurde das RTC von DuPont zur Fabrik umfunktioniert.
Also, auf ein Neues: Nach nur achtmonatiger Eilbauzeit geht gerade wieder eine Maskenkooperative in Betrieb: AMTC in Dresden. Die Gründungspartner AMD, Infineon und DuPont wollen über die nächsten fünf Jahre insgesamt 360 Mio. € in ihr Joint Venture (mit DuPonts-Maskenfab als Campus-Nachbar) investieren. „Die erste Maske geht gerade durch unseren Reinraum“, sagt AMTC-Direktor Dr. Markus Dilger. Mit 50-kV-Elektronenstrahl-Direktschreibern ist AMTC laut Dilger bestens für die „Nanolithographie“ aufgestellt. „Wir fokussieren auf die Sub-100-nm-Lithographie.“ Also zunächst auf den 65-nm-Node. Aber auch auf die folgenden Nodes bei 35 nm oder 30 nm. „Wir stellen uns auch EUV, das wir möglichst früh realisieren wollen.“ EUV, das ist die immer noch umstrittene Waferbelichtung mit extrem ultraviolettem Licht. Alles das, so Dilger, mit einem Fokus auf die Volumenproduktion von Speichern und Prozessoren der „Mütter“ Infineon und AMD.
Auch in den USA wächst, angesichts der eigenbrötlerischen japanischen Konsortien Selete, ASET und ASPLA, der Drang zur Kooperation. Seit Jahresfrist, seit dem Advanced Reticle Symposium 2002, geht da die Rede vom MIC (Mask Industry Consortium). DuPont und Photronics sind auf jeden Fall dabei, auch wenn es beiden schwer fällt. Eventuell aber auch die großen Chiphersteller mit eigener Maskenfertigung: Intel, Micron und IBM. Ob unter dem Dach von Sematech Austin (Süd) oder Albany (Nord), ist noch nicht heraus.
Das Problem: Mit Steuergeldern aus Washington käme auch wieder die Auflage „Buy American“ – Ausschluss nicht amerikanischer Firmen und Organisationen. Wie beim Anlauf von Sematech. Und wenn das Verteidigungsministerium mit Darpa die Führung des MIC übernimmt, könnten die Nanometer-Masken sogar zu strategischen Gütern werden. Die Folge: Export und Offshore-Kooperationen untersagt.
WERNER SCHULZ