Die USA haben es auf eine der wichtigsten Technologien Europas abgesehen. Nein, ich meine nicht das Faxgerät. Gemeint sind die Maschinen, mit denen die modernsten Computerchips der Welt hergestellt werden. Derzeit gibt es nur ein einziges Unternehmen mit Sitz in den Niederlanden, das in der Lage ist, sie zu konstruieren. Doch wenn man den Behauptungen aufstrebender Konkurrenten glauben mag, wird dieses Monopol bereits recht bald ins Wanken geraten. Wie viel Wahrheit steckt in diesen Behauptungen? Schauen wir uns das mal an!
Die niederländische Firma ASML, kurz für „Advanced Semiconductor Materials Lithography“, auf Deutsch etwa „Lithografie für fortgeschrittene Halbleitermaterialien“, stellt eine besondere Art von Maschine her, die für die Produktion von Mikrochips unverzichtbar ist. Fast alle großen Chiphersteller nutzen sie: TSMC, Samsung und Intel – also jene Unternehmen, die Chips für große Konzerne wie Nvidia, Apple, Google, Qualcomm oder AMD herstellen beziehungsweise selbst entwickeln und fertigen. Sie alle sind für ihre fortschrittlichsten Prozesse bei der Chipherstellung auf die Technologien von ASML angewiesen. Denn dem Unternehmen ist es praktisch als einzigem gelungen, extrem ultraviolettes Licht zu nutzen, um winzige Strukturen auf die Silizium-Wafer zu übertragen, aus denen die Mikrochips hergestellt werden. Bei diesem Verfahren handelt es sich übrigens um die bereits im Namen des Unternehmes erwähnte „Lithografie“. Oder genauer gesagt handelt es sich um Extrem-Ultraviolett-Lithografie.
Entscheidend ist dabei die extrem kurze Wellenlänge des Lichts. Bei ASMLs Maschinen beträgt sie nur etwa 13 Nanometer. Je kürzer die Wellenlänge, desto kleinere Details lassen sich abbilden und desto leistungsfähiger können die Chips werden. Die neuesten ASML-Maschinen zielen bereits auf noch feinere Strukturen von etwa acht Nanometern ab. Etablierte Konkurrenten im Lithografiemarkt arbeiten mit ihren klassischen Systemen hingegen meist noch mit deutlich längeren Wellenlängen von weit über 100 Nanometern.
Extrem schwierige Extrem-Ultraviolett-Lithografie
Aber was macht die Nutzung von ultraviolettem Licht so schwierig, dass es bislang kein anderes Unternehmen geschafft hat, marktreife Lithografiemaschinen mit vergleichbarer Präzision herzustellen? Nun, zunächst muss man dieses Licht überhaupt erst mal erzeugen. Extrem ultraviolettes Licht ist extrem energiereich und entsteht nicht einfach in gewöhnlichen Lichtquellen. Man muss dafür Atome in einen sehr energiereichen Zustand versetzen – so energiereich, dass ihnen viele Elektronen entrissen werden. ASML erreicht das, indem winzige Zinntropfen mit einem Laser beschossen werden. Die nächste Herausforderung besteht darin, dieses Licht zu kontrollieren. Gewöhnliche optische Systeme funktionieren hier nicht, da extrem ultraviolettes Licht von Luft, Glas und gewöhnlichen Spiegeln absorbiert wird. Deshalb muss das System im Vakuum arbeiten, und es braucht spezielle Spiegel, um das Licht zu lenken. Und all das muss mit höchster Präzision geschehen, ohne dabei den Energieverbrauch einer Kleinstadt zu verursachen.
