Dybt inde i en hollandsk fabrik står der en maskine, som 50.000 gange i sekundet skyder bittesmå tindråber ud, som drøner afsted med 100 meter i sekundet. Tindråberne bliver ramt af en kæmpe laser, der tilintetgør dem i et lysglimt varmere end solens overflade. De forvandles til en sky af glødende ioner. Som bruges til at tegne mikrochips med.

Sådan kunne beskrivelsen af en maskine i en Blockbuster-film af George Lucas måske lyde, men i modsætning til Star Wars er det her faktisk virkelighed. Og den maskine, der bliver beskrevet, er en EUV-litografimaskine hos den hollandske virksomhed ASML. For ASML er de eneste i verden, der kan bygge en sådan maskine. Maskinen er så avanceret, at selv George Lucas ville få svært ved at finde på de krumspring, der kræves for at producere det lys, som EUV-litografi bygger på.

I denne artikel vil jeg fortælle om nogle af de elementer, der ligger til grund for EUV-litografi, og hvordan det har gjort alt fra telefonen i din lomme til AI-revolutionen mulig.

Ideen ingen troede på

For at forstå, hvordan en af det 21. århundredes mest imponerende teknologiske bedrifter blev til, skal vi skrue tiden helt tilbage til 1980’erne. Dengang blev selve ideen om at tæmme lys med en bølgelængde på 13,5 nm betragtet som nærmest umulig. Idet EUV-lys absorberes af næsten alle materialer, mente de fleste forskere, at det var en teknologisk blindgyde. Da den japanske forsker Hiroo Kinoshita i 1986 præsenterede en ide om at bruge en ny type spejle til at reflektere lyset, nægtede hans kollegaer simpelthen at tro på det. 

Året efter præsenterede den amerikanske forsker Andy Hawryluk en lignende ide, med den tilføjelse, at teknologien potentielt kunne bruges til at lave mikrochips. Derefter blev han bogstaveligt talt grinet ned af scenen. 

Det var først 15 år senere, at de to forskeres idé blev taget op igen, og det var kun fordi hele mikrochipindustrien var i panik. Siden 1976 havde industrien været i stand til at fordoble antallet af transistorer på en mikrochip hvert andet år – en vækst kendt som Moores lov efter den amerikanske forretningsmand og ingeniør Gordon Moore. Men omkring årtusindeskiftet så Moores lov ud til at være døende. 

Problemet bundede i det, fysikere kalder Rayleigh-kriteriet. I sin mest simple form fortæller det os, at størrelsen på de detaljer, du kan tegne med lys, er direkte afhængig af lysets bølgelængde. Forestil dig, at du skal male et flot og detaljeret maleri. Hvis din pensel er en bred malerrulle, er det fuldstændig ligegyldigt, hvor rolig en hånd du har, det er fysisk umuligt at male noget som helst detaljeret. 
Før EUV-revolutionen brugte industrien lys med en bølgelængde på 193 nanometer. Men transistorerne var ved at blive så små, at lyset simpelthen var for “tykt” til at skære de fineste små detaljer.

EUV-litografi – fra malerrulle til spids pensel

Hvis den teknologiske udvikling skulle fortsætte, var der altså brug for helt ny teknologi, der brugte lys ved endnu mindre bølgelængder.

Teorien om de utrolige spejle og utæmmelige lys så derfor lige pludselig slet ikke så latterlig ud mere. For det lille firma ASML i den stille hollandske by Veldhoven, som lavede litografimaskiner til mikrochipindustrien, så ideen endda ganske glimrende ud. De begyndte i slutningen af 1990’erne at studere muligheden for at bygge en maskine, der udnyttede det sagnomspundne EUV-lys til at tegne mikrochips. Det lykkedes – men det var en svær nød at knække: Først i 2015 var de i mål. 

Da den første telefon med en EUV-chip kom på gaden i 2018, mærkede verden umiddelbart ingenting. Det var ikke en verdensomspændende sensation i nyhederne. Det var bare en telefon, marginalt hurtigere end den forrige.

Men i praksis var der tale om en revolutionerende teknologisk udvikling. Ved at tage det absurde spring til EUV-lys med en bølgelængde på kun 13,5 nanometer havde ASML groft sagt skiftet industriens malerrulle ud med en malerpensel, så spids, at ingen andre hidtil har kunnet gøre dem kunsten efter. Og i dag er det således ASML’s EUV-litografimaskiner, der tegner alle de mest avancerede chips, der står bag alt fra AI-revolutionen og dansende robotter til de iranske kamikaze-droner. 

Bliver monopolet brudt?

I mere end 10 år har en lille hollandsk by altså været det eneste sted i verden, hvor man ved, hvordan man bygger EUV-maskiner til at tegne mikrochips. Men konkurrencen i mikrochipindustrien er benhård, og stormagterne USA og Kina forsøger af al magt at gøre sig uafhængige af andre lande, når det gælder teknologi af kritisk strategisk betydning. Derfor investerer de mange ressourcer i at gøre sig uafhængig af maskiner fra ASML – enten ved at lave litografimaskiner, der bygger på anden teknologi end EUV-lys, eller simpelthen ved at gøre ASML kunsten efter. 

Det forlyder, at det faktisk nu er lykkedes kineserne at bygge en fungerende EUV-litografimaskine, så de indenfor de næste par år vil kunne begynde at tegne de mest avancerede mikrochips med egne maskiner.

Fremstillingen af mikrochips er øvrigt også ømfindtlig, fordi langt størstedelen foregår i Taiwan, som Kina gør krav på. Hvis det kommer til en voldelig konflikt om Taiwan i den nærmeste fremtid, er det derfor ikke godt at vide, hvad der sker med verdens mikrochip-produktion. 

Alt i alt går både ASML og resten af verden en spændende tid i møde!  ♦