Die Halbleiterindustrie bewältigt die zunehmende Komplexität Hand in Hand mit vielen anderen Technologieunternehmen
Die wirtschaftliche Spezialisierung auf die Produktion bestimmter Waren und Dienstleistungen ist einer der Grundpfeiler der Theorie des freien Marktes von Adam Smith. Die Halbleiterindustrie hat diese Bestimmung zur Perfektion getrieben. Während Unternehmen wie Apple Chips und Architekturen für ihre Notebooks und Mobiltelefone entwerfen, wird die Produktion häufig an Unternehmen wie die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ausgelagert. Sie haben sich auf den effizienten Betrieb von Chipfabriken mit hochautomatisierten Produktionslinien spezialisiert, die von Halbleiterherstellern geliefert werden. Die Motivation ist leicht zu verstehen: Der Prozess der Chipproduktion ist sehr komplex, kapitalintensiv und erfordert eine Menge Fachwissen über jedes einzelne Detail.
Eine Halbleiterfabrik kann zwischen 4 und 5 Milliarden Dollar kosten und muss rund um die Uhr laufen. Sie erfordert eine Reinraumumgebung, die 1000mal weniger Partikel in der Luft enthält als ein bereits sehr sauberer Operationssaal in einem Krankenhaus. Innerhalb des Reinraums sind hochautomatisierte Produktionsmaschinen von höchster Reinheit aufgereiht. Die wichtigsten Fertigungsschritte finden unter einer Vakuumatmosphäre statt, und die Wafer müssen automatisch zwischen verschiedenen Vakuumkammern transferiert werden, um die gesamte Produktion zu durchlaufen. Der gesamte Prozess enthält von Anfang bis Ende oft mehr als 1000 Schritte und dauert bis zu drei und mehr Monate. Bei jedem Schritt sind die Prozess- und Umgebungskontrolle entscheidend. Kein Unternehmen der Welt wäre in der Lage, dies allein mit firmeneigenem Know-how zu bewältigen.
Aber es gibt noch einen weiteren Grund für die tiefe Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie: In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich der Absatzmarkt für Halbleiterchips von einer spezialisierten Nachfrage nach Computer- oder Telefonkomponenten hin zu einer generischen Nachfrage in allen Branchen entwickelt. Dies wird auch durch den branchenweiten Aufschrei über die Chipknappheit nach der Covid-Krise im Jahr 2021 deutlich. Dieser Nachfragewandel bringt Herausforderungen mit sich: Während einige Industrie-4.0-Anwendungen einfache kostengünstige Chips für einige wenige intelligente Funktionen erfordern, sind Deep-Learning-Algorithmen in KI-Anwendungen auf die fortschrittlichste Chiptechnologie angewiesen. Darüber hinaus werden jedes Jahr neue funktionale Halbleiterbauelemente wie LEDs, Solarzellen oder Sensoren auf den Markt gebracht. Daher müssen die Anbieter von Halbleiterfertigungsanlagen eine wesentlich größere Vielfalt an Produktionsprozessen abdecken, die alle immer ausgefeilter und spezialisierter werden. Daraus ergibt sich ein vielfältiger Produktkatalog, der von High-End-Extrem-UV (EUV)-Lithographieanlagen für die Produktion der neuesten 5nm-Chips bis hin zu komplizierten Prozessanlagen für integrierte High-End-Schaltungen wie NAND-Flash und DRAM reicht.
VAT hilft Herstellern von Halbleiteranlagen, die zunehmende Komplexität zu bewältigen
VAT ist ein langjähriger Lieferant von Vakuumkomponenten und bedient seit vielen Jahren Hersteller von Halbleiteranlagen. "Wir haben den Trend der zunehmenden Komplexität von Halbleiterproduktionslinien vorausgesehen und sind Partnerschaften mit OEMs eingegangen, um sie in ihrem Streben nach der perfekten Produktionsanlage zu unterstützen. Statt nur einzelne Komponenten, wie z.B. UHV-Ventile oder Metall-Membranbälge, zu liefern, bringt VAT zunehmend sein Vakuum-Know-how ein, indem es komplette Vakuumsysteme oder zusammengestellte Funktionsgruppen an den Markt liefert", erklärt VAT-Produktmanager Michael Lamprecht. "Beispiele sind komplette Schleusen- und Transferkammern sowie ausgewählte Prozesskammern einschließlich Wafer-Handling-Systemen, Begasungs- und Entlüftungssystemen."
Bei keinem dieser Produkte handelt es sich um Standardkomponenten, sondern alle wurden an die spezifischen Anforderungen der OEMs angepasst. Die Aufgabe der Vorwärtsintegration brachte mehrere Herausforderungen mit sich: Die Produkte werden immer größer und komplexer. Darüber hinaus erfordern die strengen Anforderungen der OEMs an die Produktionsanlagen umfangreiche Qualifikationstests und eine Produktion in einer kontrollierten Umgebung. Aus diesem Grund hat VAT in den letzten Jahren erhebliche Investitionen in größere Reinraum-Produktionsanlagen und Testumgebungen getätigt.
Die Investitionen haben sich gelohnt. "Im Laufe der Jahre haben wir sehr vertrauensvolle Beziehungen zu unseren Kunden im Halbleitergeschäft aufgebaut. Inzwischen erkennen wir eine stark gestiegene Nachfrage nach fortschrittlichen Plug & Play-Funktionssystemen anstelle von Einzelkomponenten. Da VAT einen Teil der Entwicklungs- und Produktionslast übernimmt, können sich die Ingenieure unserer Kunden auf die Entwicklung, Montage und Inbetriebnahme der kompletten Produktionslinie konzentrieren. Dennoch behalten sie ihr geistiges Eigentum, indem sie die Kontrolle über das komplexe Zusammenspiel der einzelnen Teilsysteme behalten", weiß Michael Lamprecht.
VAT ist der Technologiepartner für Vakuumsysteme in der wachsenden Halbleiterindustrie
Die Nachfrage nach Halbleiterbauelementen mit immer vielfältigeren Spezifikationen wird im kommenden Jahrzehnt hoch bleiben. Aufgrund der daraus resultierenden komplexen Produktionsprozesse erfordert der Aufbau effizienter Produktionslinien bei gleichzeitigem Fortschritt in der Halbleiterfunktionalität die Zusammenarbeit der gesamten Branche. VAT hat seine Vakuumprodukte im Kern der Halbleiterproduktionsprozesse positioniert und wird OEMs jetzt und in Zukunft als aktiver Technologiepartner und Systemintegrator dienen. "Es ist eine inspirierende und schnelllebige Branche mit hohen Wachstumsraten, und wir betrachten die Industrie als ein wichtiges Geschäftsfeld für uns, wenn man bedenkt, dass das Zeitalter der Digitalisierung noch vor uns liegt", resümiert Michael Lamprecht. Noch wichtiger ist, dass der gestiegene Anteil der Hauptzulieferer an der Wertschöpfungskette als Blaupause für andere Branchen dient. "Wir erkennen auch in der Wissenschaft und anderen Industrien einen erhöhten Bedarf an spezialisierten Vakuumsystemen, z.B. für Vakuum-Beschichtungsprozesse. Hier können wir unsere Erfahrungen in der Vorwärtsintegration aus dem Halbleitermarkt effizient einbringen."