Uten denne maskinen stopper verden – kun ett firma kan bygge den

Alt starter med en generator som sender ut dråper av smeltet tinn. Dråpene måler 25 mikrometer i diameter – som en fjerdedel av et menneskehår – og slynges inn i et vakuumkammer med en hastighet på 70 meter i sekundet.

Tinndråpen er et slags utgangspunkt for det som etter hvert skal bli de mest avanserte brikkene som finnes. For å lage dem trengs en maskin som koster flere milliarder kroner, og som bare ett selskap i verden er i stand til å bygge: nederlandske ASML.

Når tinndråpene faller, treffes de først av en svak laserpuls som flater dem ut som en pannekake. Deretter fordamper en annen, kraftigere laser dem. Dette skaper et plasma – 40 ganger varmere enn solens overflate – som genererer en type lys med en bølgelengde på 13,5 nanometer. Det kalles EUV, eller ekstrem ultrafiolett stråling. Denne prosedyren skjer opptil 50.000 ganger i sekundet.

Tidlig skepsis

Omtrent samtidig, på den andre siden av kloden, hadde den japanske forskeren Hiroo Kinoshita klart å projisere de første EUV-bildene. Kinoshita bygget på russisk forskning på flerlagspeil. Han og andre EUV-forskere ble likevel møtt med skepsis. Kollegene forsto ikke poenget. Kunne EUV i det hele tatt være til noen praktisk nytte?

Som det eneste selskapet i verden satset ASML på 1990-tallet på at svaret på det spørsmålet var ja. Deretter tok det dem 17 år med forskning og utvikling, til en kostnad på mer enn seks milliarder euro, å bevise det.

Avanserte speil

Og det krevde mer enn bare tinndråper og plasma. For å utnytte EUV-strålene var det kanskje også nødvendig med verdens mest avanserte speilsystem. Lyset som dannes av plasmaet, reflekteres fremover mellom en rekke speil som fanger inn, dirigerer, jevner ut og skaper et mønster ved hjelp av en maske.

Speilene må være så polerte at bare avvik på 50 billiondeler av en meter eller mindre tolereres. Hvis man skalerer et slikt speil opp til et land på størrelse med Tyskland, ville den største ujevnheten være en tidel av en millimeter. Speil er for øvrig helt nødvendig: Alle optiske materialer vi kjenner, absorberer EUV.

Til slutt projiseres mønsteret på en silisiumwafer dekket av et lysfølsomt materiale. Bølgelengden – 13,5 nanometer, mer enn 14 ganger kortere enn lyset på 193 nanometer i eldre maskiner – gjør det mulig å skrive mønstre i størrelsesorden ti nanometer. Den er så liten at variasjoner på atomnivå begynner å få betydning.

Hva betyr nodenavnene?

Halvlederindustrien måler fremskritt i noder med betegnelser som 7 nm, 5 nm og 3 nm. Opprinnelig viste tallet til en faktisk fysisk dimensjon, men i dag er nodenavn mer som generasjonsbetegnelser. En 3 nm-prosess innebærer ikke nødvendigvis strukturer som er tre nanometer brede; navnet signaliserer omtrent hvilken transistortetthet og ytelse produsenten kan tilby.

ASMLs EUV-systemer brukes i volumproduksjon for klassene 7, 5 og 3 nanometer – og den nyeste generasjonen maskiner er bygget for å håndtere 2 nanometer. For å oversette nodenavn til omtrentlige dimensjonsmål bruker noen analytikere en tommelfingerregel der for eksempel en 3-nanometernode har en gatelengde på 9 nanometer og en halv pitch på 12 nanometer.

En eldre teknikk, DUV (dyp ultrafiolett), bruker lys med en bølgelengde på 193 nanometer. Lengre bølgelengder betyr grovere mønstre. Det er litt som å forsøke å male detaljer med en bred fasadepensel i stedet for en fin akvarellpensel.

KI-kappløp

Med flere transistorer på silisiumskivene får vi kraftigere brikker. Med kraftigere brikker får vi kraftigere KI-systemer. Landet med de beste KI-systemene kan bli spillets geopolitiske herre.

Dario Amodei, administrerende direktør i Anthropic, har tidligere sammenlignet morgendagens KI-systemer med «et land fullt av genier i et datasenter». I en tale på New York Times Dealbook Summit 3. desember ba Amodei oss om å forestille oss datasentergenier som jobber for et diktatur.

«Da kan de utmanøvrere oss på alle måter. Forsvars- og etterretningsarbeid, økonomisk verdi, forskning og utvikling. Og jeg er bekymret for at de vil undertrykke sitt eget folk, at de vil være i stand til å skape den perfekte overvåkingsstaten. Jeg har alltid følt at vi må ha overtaket her, det er et spørsmål om nasjonal sikkerhet.»

En håndfull aktører kontrollerer brikkeindustrien. Amerikanske selskaper som eier designverktøyene, japanske kjemiselskaper som leverer de lysfølsomme materialene, og taiwanske TSMC, der de mest avanserte kretsene produseres. Men bare ASML har evnen til å skrive de fineste mønstrene på silisiumskivene.

Stor som en skolebuss

Og når man hører spesifikasjonene for ASMLs EUV-litografisystem, kan man forstå at konkurrentene ga opp. Enheten er på størrelse med en skolebuss, veier 200 tonn og inneholder over 700.000 komponenter fra tusenvis av ulike leverandører (Zeiss produserer for eksempel speilene). Hver eneste komponent må kalibreres til perfeksjon.

Bare speilsystemet veier flere tonn og består av rundt 35.000 komponenter, noe som er mer enn i en typisk bil.

ASMLs EUV-litografisystemer er blitt kalt de mest avanserte maskinene som noen gang er bygget. I boken Focus – The ASML Way påpeker journalisten Mark Hijink at ingen enkeltperson fullt ut forstår alle aspekter ved hvordan maskinene fungerer.

Å sende ett av systemene til kunder som TSMC, Samsung eller Intel (som alle er minoritetseiere i ASML) krever minst tre fullt lastede fraktfly og 20 lastebiler.

Mot slutten av 2023 leverte ASML det nye Twinscan Exe 5000-systemet til sine første kunder. Maskinen koster rundt 3,5 milliarder svenske kroner, leveres i 250 kasser og tar 250 ingeniører seks måneder å installere og kalibrere. Deretter er minst én spesialutdannet tekniker på stedet døgnet rundt – i flere tiår.

Det siste høres kanskje merkelig ut, men ASML pleier å understreke at 95 prosent av alle systemene de har levert siden oppstarten for over 40 år siden, fortsatt er i bruk.

I praksis et monopol

Det vil anslagsvis ta 15 år å bygge en konkurrerende EUV-maskin fra bunnen av og koste minst 100 milliarder svenske kroner – hvis det i det hele tatt er mulig. ASMLs ledende posisjon handler ikke bare om patenter og kunnskap, men også om tiår med dype relasjoner til leverandører og kunder. ASML bygger bare rundt 15 prosent av komponentene i EUV-systemene sine selv. Resten kommer fra et nettverk av nesten 5.000 leverandører. Selskapet beskrives av og til som en arkitekt snarere enn en produsent. En dirigent som orkestrerer verdens mest komplekse forsyningskjede.

Vår digitaliserte verden krever teknologien ASML leverer. Selskapet har i praksis skapt et monopol. Situasjonen er ikke akkurat ideell: Hvis én enkelt underleverandør rammes av et cyberangrep, en brann eller geopolitiske sanksjoner, kan hele produksjonen stoppe opp.

Det samme gjelder TSMC i Taiwan, som anslås å produsere 90 prosent av verdens mest avanserte brikker. Hvis Kina skulle invadere Taiwan, ville den kapasiteten forsvinne – og det ville ikke finnes noen måte å erstatte den raskt på.

Kina holdes utenfor

Kina har vært forhindret fra å kjøpe ASMLs EUV-systemer siden 2019. USA har presset den nederlandske regjeringen til å nekte eksportlisenser. Uten EUV har kinesiske brikkeprodusenter som SMIC tydd til DUV. Det finnes likevel måter å presse DUV forbi det teknologien egentlig er designet for.

I starten av desember ble det pekt på et patent som det kinesiske teleselskapet Huawei leverte inn allerede i 2022, men som ble offentliggjort i januar 2025. Patentet beskriver en metode for å oppnå mønstre i 2-nanometerklassen utelukkende ved hjelp av DUV-utstyr. Metoden bygger på det som kalles multiple patterning: I stedet for å eksponere mønsteret én gang, kan den samme overflaten eksponeres flere ganger med ulike masker og gradvis bygge opp finere strukturer.

Huaweis variant kalles SAQP (self-aligned quadruple patterning) og krever fire eksponeringstrinn i stedet for EUVs ene. Hver ekstra eksponering øker imidlertid risikoen for feil. Flere trinn betyr flere defekter, lavere utbytte og høyere kostnader. Selv om metoden fungerer i laboratoriet, er det uklart om den kan nå volumene og marginene som kreves for kommersiell produksjon.

Men Huawei-patentet er bare én del av en bredere kinesisk strategi. Landet forsøker å omgå sanksjonene på flere fronter. Det handler om alt fra å hamstre eldre utstyr, bygge egne litografimaskiner og rekruttere kompetanse fra Europa.

I mellomtiden investerer ASML, som i dag er Europas største selskap målt i markedsverdi, tungt for å beholde sin ledende posisjon. I 2024 brukte selskapet 4,3 milliarder euro på forskning og utvikling.

Selskapets neste store steg er en teknologi kalt Hyper-NA EUV, som er planlagt rundt 2030. Systemet vil muliggjøre enda finere mønstre for prosessnoder på ångstrømskalaen. Parallelt utvikler ASML verktøy for avansert 3D-pakking – en teknologi som blir stadig viktigere i takt med at brikkeindustrien supplerer miniatyrisering med vertikal stabling av brikker.

Kontorbrakker og lav moral er fortid. I dag jobber 16.000 mennesker med forskning og utvikling i ASML, og det er en sterk konkurranseånd. Ifølge en artikkel fra den finansielle plattformen Quartr har ASML en tradisjon for å etse ansiktene til medarbeiderne som har bidratt med flest innovasjoner hvert år, inn på en silisiumwafer. Waferne stilles deretter ut på selskapets hovedkontor.

Hvorfor ble det tinn?

Til slutt: La oss avslutte der vi begynte. Hvorfor tinn?

At vi i dag skyter en laser mot en dråpe tinn, er resultatet av tiår med eksperimenter. Forskerne visste at de trengte ekstremt klart lys rundt 13,5 nanometer, fordi det er der speil fungerer best. Men hvilket stoff som kunne levere det, var langt fra opplagt. Xenon, litium og andre kandidater ble testet. Til slutt viste tinnplasma seg å gi det mest nyttige EUV-lyset, til tross for noen ulemper.

Så dette er noe som er uvanlig for ASML som et kompromiss: Det har krevd dråpegeneratorer og lasersystemer som må treffe hver eneste dråpe på nøyaktig riktig tidspunkt. 50.000 ganger i sekundet. Og på denne måten kan halvlederindustrien fortsette å utfordre fysikkens grenser.

Artikkelen ble først publisert på Ny Teknik for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for Digis abonnenter gjennom vår samarbeidsavtale.