Quarzminen-Störung in Spruce Pine, NC, bedroht die Halbleiterfertigung

Artikel-Highlights

• Hurrikan Helene verursachte geschätzte Schäden von 20 bis 34 Milliarden US-Dollar im Südosten der USA.
• Spruce Pine, North Carolina, produziert 70–90 % des weltweit verwendeten Hochrein-Quarzes für Halbleiter.
• Sibelco und The Quartz Corp setzten ihren Betrieb in Spruce Pine vorübergehend aufgrund von Hurrikan-Schäden aus.
• Hochreiner Quarz ist essenziell für die Herstellung von Quarzglas, das im Produktionsprozess von Siliziumkristallen verwendet wird.
• Unternehmen erwarten, den kurzfristigen Bedarf decken zu können, aber anhaltende Störungen könnten die Halbleiterproduktion beeinträchtigen.

Hurrikan Helene könnte nominale Schäden von 20–34 Milliarden US-Dollar verursachen

Ende September fegte der Kategorie-4-Hurrikan Helene durch den Südosten der USA, verursachte großflächige Verwüstungen und forderte über 200 Todesopfer. Anfang Oktober galten weiterhin Hunderte als vermisst. 

Der Hurrikan brachte 40 Billionen Gallonen Wasser über die USA – das entspricht dem Volumen des Lake Tahoe – und überflutete Städte mit schwerem Hochwasser, Erdrutschen, Stromausfällen sowie weiteren Herausforderungen. Erste Schätzungen von Moody Analytics zufolge könnten sich die Gesamtschäden auf 20 bis 34 Milliarden US-Dollar belaufen, was Helene zu einem der zehn teuersten Hurrikane in der Geschichte der USA macht (neben der Tatsache, dass er bereits zu den tödlichsten zählt). 

Spruce Pine: Kleine Stadt, global führender Lieferant von Hochrein-Quarz

Besonders stark betroffen war die Stadt Spruce Pine in North Carolina. Die Kleinstadt mit etwas mehr als 2.000 Einwohnern verzeichnete innerhalb von 24 Stunden 24,12 Zoll Regen. Damit stellte die Stadt ihren bisherigen Niederschlagsrekord ein, der über ein Jahrhundert Bestand hatte (seit 1916).

Im Gegensatz zu anderen kleinen Städten, die nach Hurrikan Helene eher im Verborgenen mit den Folgen kämpfen, steht Spruce Pine aufgrund seiner entscheidenden Rolle für die Halbleiterfertigung im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.

Die Hochrein-Quarz-Minen von Spruce Pine: Auswirkungen im Überblick

In Spruce Pine befinden sich zwei Minen, die 70–90 % des weltweit verwendeten Hochrein-Quarzes fördern. Eigentümer sind Sibelco, ein global agierendes Materialunternehmen mit Sitz in Belgien, sowie The Quartz Corp, ein Joint Venture zwischen der französischen Imerys SA und Norsk Mineral AS.

Imerys zufolge bieten „die in Spruce Pine, North Carolina, USA, gewonnenen Quarze die weltweit reinsten Quarzvorkommen“.

Infolge des Hurrikans haben beide Unternehmen den Bergbaubetrieb eingestellt, um Schäden und potenzielle Auswirkungen auf die Mitarbeitenden zu beurteilen. In den Folgetagen veröffentlichten sie offizielle Mitteilungen zu den Auswirkungen des Hurrikans Helene auf ihre Produktion vor Ort.

Reaktionen der Unternehmen auf die Auswirkungen des Hurrikans auf den Quarzbergbau

Sibelco: Erste Stellungnahme zu den Auswirkungen auf die Minenaktivitäten

Sibelco teilte zunächst mit, dass die „Gemeinde Spruce Pine besonders schwer betroffen ist“ und „ab dem 26. September der Betrieb in den Spruce Pine-Anlagen vorübergehend eingestellt wurde“.

Ein späteres Update erklärte, dass „erste Bewertungen darauf hindeuten, dass unsere Betriebsstätten in der Spruce Pine-Region nur geringfügige Schäden erlitten haben“, die „detaillierte Prüfung aber noch andauert“. Zudem teilte das Unternehmen mit, dass Produktauslieferungen bisher nicht wieder aufgenommen wurden, man jedoch daran arbeite. Eine weiterhin bestehende Stromunterbrechung stellt ein zentrales Hindernis für die Wiederaufnahme des Bergbaubetriebs dar. 

The Quartz Corp: Erste Stellungnahme zu den Auswirkungen auf die Minenaktivitäten

In einer am 2. Oktober veröffentlichten Mitteilung erklärte The Quartz Corp, dass die „Schäden vor allem auf Nebeneinheiten konzentriert sind. Es ist noch zu früh, um abzuschätzen, wann TQC den Betrieb wieder aufnehmen kann, da dies auch vom Wiederaufbau der lokalen Infrastruktur abhängt.“

Das Unternehmen zeigte sich jedoch zuversichtlich, kurzfristige Lieferengpässe vermeiden zu können, dank „starker Rohstoffbestände in Norwegen für die Versorgung unserer Reinigungsbetriebe. Zusammen mit Sicherbeständen der Fertigprodukte und weiteren Vorräten entlang der Lieferkette erwarten wir keine kritische Situation für unsere nachgelagerten Industrien auf kurze oder mittlere Sicht.“ 

Wo wird Quarz im Halbleiterfertigungsprozess eingesetzt?

Hochreiner Quarz wird verwendet, um „Quarzglas (fused quartz) herzustellen – ein Material mit einzigartigen optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften, das in einer Vielzahl von Hightech-Anwendungen unverzichtbar ist“.

Quarz ist ein Schlüsselelement im Herstellungsprozess von Halbleiterchips, die in industriellen und kommerziellen Technologien zum Einsatz kommen – darunter Laptops, Smartphones, Industrieroboter und 5G-Netzwerkinfrastruktur. 

Einsatz von Quarzglas im Halbleiterfertigungsprozess

Quarzglas erfüllt mehrere zentrale Funktionen im Halbleiterfertigungsprozess:

Quarzglastiegel: Hochreiner Quarz wird in einem wichtigen Prozessschritt, dem Czochralski-(CZ-)Verfahren, eingesetzt – einer Methode zur Züchtung großer, hochwertiger Siliziumkristalle (sogenannter Siliziumbarren), die in Scheiben geschnitten und zur Herstellung von Halbleiterchips verwendet werden.

Quarzglastiegel sind ein unverzichtbares Element beim Czochralski-Verfahren:

„Silizium in Halbleiterqualität hat einen ungefähren Schmelzpunkt von 1.425°C und diese Temperatur muss während des gesamten Czochralski-Prozesses konstant gehalten werden, während ein an einer Stange befestigter Kristall in die Schmelze getaucht und langsam aus dem Tiegel gezogen wird. Quarzglastiegel sind aufgrund ihres minimalen Ausdehnungsverhaltens und ihrer außergewöhnlichen Temperaturwechselbeständigkeit eine der wenigen Komponenten, die sich für dieses Verfahren eignen. Sie sind zudem nicht leitend, mit einem spezifischen Widerstand von 1 x 10⁸ Ω·m bei 1.000°C.“

Quarzglasrohre und -barren: Hochreiner Quarz wird auch zur Produktion von Quarzglasrohren und -barren verwendet. Diese sind unverzichtbar für die Herstellung von Quarzglas-Ausrüstung oder Komponenten, die in diversen Schritten des Halbleiterfertigungsprozesses zum Einsatz kommen.

Obwohl Quarzglastiegel sehr widerstandsfähig sind, können sie nicht beliebig wiederverwendet werden. Ihre Lebensdauer hängt oft vom jeweiligen eingesetzten Czochralski-Verfahren ab. Nach mehrmaligem Gebrauch tritt eine zunehmende Verunreinigung des Tiegels auf, die eine weitere Nutzung zur Kristallzüchtung verhindert. 

Wo wird weltweit noch Quarz produziert?

Obwohl der meiste Hochrein-Quarz weltweit aus Spruce Pine stammt, wird er auch an anderen Orten gewonnen, darunter:

• Bovill Mine in Idaho, USA
• Lighthouse-Lagerstätte in Queensland, Australien
• White Springs und Quartz Hill Minen in Australien

Zudem gibt es Vorkommen in Mauretanien, Russland, Deutschland und Norwegen.

Bedeutung für Hersteller

Für Elektronikhersteller stellen die Schäden an den Hochrein-Quarz-Minen von Spruce Pine ein potenziell erhebliches Risiko für die Halbleiter-Lieferkette dar. Da Quarz für die Produktion von Halbleiterchips unerlässlich ist, könnte jede Beeinträchtigung der Quarzproduktion zu Verzögerungen bei der Chipfertigung führen. 

Obwohl sowohl Sibelco als auch The Quartz Corp auf ausreichende Bestände und eine Vermeidung kurzfristiger Lieferengpässe verweisen, könnten ein langwieriger Wiederaufbau oder umfangreiche Infrastrukturmaßnahmen die Produktionszeiten für Halbleiter letztlich doch beeinflussen. Da die aktuellen Bestände an Quarzglastiegeln nur begrenzt wiederverwendbar sind, verschärft ein längerer Betriebsstillstand der Minen die Kaskadeneffekte auf das gesamte Chip-Ökosystem zunehmend.