Besøg på Nano-fabrikken

Af Jørgen Brock, Direktør, Salg & marketing

Det var en tirsdag i november 2005, og det skulle vise sig at blive en anderledes dag.
Normalt når vi er på Carl Zeiss, er det hele meget hektisk - lige til sidste minut - inden vi skal nå flyveren. Men for første gang i mange år havde jeg pludselig en eftermiddag til overs. I mange år er jeg kørt forbi den store mastodont af en optikfabrik, som ligger tilbagetrukket fra hovedvejen lige inden man når Carl Zeiss fabrikkerne i Oberkochen – 40 kilometer nord for Ulm. Alle har gennem tiden sagt: ”Verdens mest avancerede fabrik til fremstilling af linser til produktion af microchips” Men hvad laver de egentlig derinde?

I alle de 35 år jeg har arbejdet med Carl Zeiss, har jeg været dybt imponeret og fascineret af deres know-how og færdigheder indenfor finmekanik, optik, lys og bearbejdning. Men efter at have besøgt SMT (Semiconductor Manufacturing Tecnology) fabrikken, har jeg fået øjnene op for, hvor meget viden, og hvor mange generationers entusiastiske arbejdsindsats, der ligger gemt i navnet Carl Zeiss og alle deres unikke produkter.

Næste mål er 16 nm
På SMT-fabrikken laver de udelukkende linser til at fremstille microchips. En moderne microchip består af 20 til 35 lag pådampet en siliciumplade med beskyttende lag imellem og sammenhæng mellem de enkelte lag. Selve strukturen i de enkelte lag bliver litografisk påført fra et makrodesign gennem Carl Zeiss’ super optiksystemer

Et optiksystem består af selve objektivet, som er 1 – 1½ meter højt samt et belysningskondensorsystem, som måler omkring en tredjedel heraf. Systemerne bliver fremstillet i forskellige nøjagtighedsklasser, afhængig af, hvilke slags lag, der skal pådampes microchippen. Man opererede dengang med en opløsning i afbildningen på 65 nanometer (nm). En nanometer er en milliontedel af en millimeter eller en tusindedel af en µ. For at nå ned på disse ekstreme nøjagtigheder må man bruge lys med bølgelængder på 193 nanometer – altså nede i UV-området. Næste mål for SMT var 45nm. Det har man allerede nået i dag ved brug af EUV-teknik: Ekstremt Ultra Violette stråler.

Der er allerede leveret 2 EUV-systemer – 1 til USA og 1 til Belgien. Næste step er 32nm og 16 nm, som man endnu ikke præcis ved hvordan man skal opnå. Carl Zeiss beskæftiger sig ikke engang på kanten af det mulige, men ud over kanten. På nuværende tidspunkt er de ikke præcist klar over, hvordan de skal nå de 32 og de 16 nm udover at det skal ske ved hjælp af Røntgen stråler. Men der findes ingen optiske materialer, som kan gennemtrænges af røntgenstråler. Man må således operere med spejle med ekstrem nøjagtige overflader.

700 forskningsingeniører
Hele SMT fabrikken beskæftigede 2005 ca. 1.000 medarbejdere, hvoraf de 500 var forskningsingeniører. De 200 heraf beskæftigede sig alene med måling: De skal hele tiden kunne udvikle ny knowhow og nye målemetoder, som kan måle linsernes afbildning.

I dag er antallet af medarbejdere vokset til 2.200 med 700 forskningsingeniører.

Carl Zeiss over 50% markedsandel
Hvert linsesystem koster et sted mellem 600.000 og 7 millioner Euro og Carl Zeiss fremstiller - afhængig af verdensmarkedet for chips - mellem 200 og 300 stk. om året. Og verdensmarkedet er meget specielt.

Der findes i verden omkring 50 chipproducenter, heraf er de 20 store og kendte, hvor vi blandt andet kender store virksomheder som Samsung, Intel, IBM, HP, Texas og Sony.

Producenterne af microchips har typisk produktionshaller med 20 – 30 komplette maskiner pr. produktionslinie til chipproduktion. I hver maskine sidder der et komplet optiksystem. På verdensmarkedet er der tre leverandører af maskinerne til chipproduktion: Canon, Nikon og ASML. Sidst nævnte ligger i Holland og er tidligere opstartet af Phillips og efterfølgende solgt fra. ASML er i dag et børsnoteret selskab, og er Carl Zeiss’ samarbejdspartner. De anvender udelukkende Carl Zeiss optik i deres maskiner, og der står omkring 3.000 på verdensmarkedet. ASML og dermed Carl Zeiss har over 50% af verdensmarkedet i styk og over 65% målt på værdien af microchips. En virksomhed som Samsung har i alt over 200 maskiner fra ASML.

Hurtigere og stærkere
Alle de superrene medarbejdere i blå dragter, som løber rundt inde i renrummene i Carl Zeiss’ linsesystemfabrik og hele dette opbud af udvikling, ingeniører og højteknologisk måleteknik har det ene formål at lave nye chips til verdensmarkedet: så vi hurtigere og billigere kan tale i mobiltelefon og købe hurtigere og billigere computere, komponenter og instrumenter, hvor der er computere integreret.

Gennemløbstiden for en chip i produktionen er typisk 3 måneder. Hvis man på den samme tid kan producere dobbelt så mange, så har den industri som anvender computerteknologi opnået et væsentligt mål: nemlig at få hurtigere computere med større ydeevne til en lavere pris.

Chipproduktionsmaskinerne inklusive Carl Zeiss’ højteknologiske optik koster mellem 15 og 30 mill Euro. Produktionsudstyret bliver dyrere og dyrere, men produktionstiden og kapaciteten bliver større og chipprisen bliver mindre.

Hovedvejen blev flyttet
Hvert linsesystem består typisk af 20 – 30 enkeltlinser. Hver enkelt linse er klæbet fast til en linseholder, som Carl Zeiss også selv fremstiller i et specielt rustfrit stål. På grund af forskelle i udvidelseskoefficienten for den anvendte glasmasse og stålringen, hviler linsen på et stort antal fjedre, så der ikke opstår spændinger i linsen eller linsesystemet. På nær ganske få steder, er linseholderen tangentialt skåret over, således at linsens centrum efterfølgende kan justeres via elektromotorer. En total opjustering af et færdigt linsesystem tager 1½ måned.

I forbindelse med bygningen af fabrikken blev hovedvejen flyttet og fik en anden asfaltbelægning for at formindske svingninger i bygningen. Som fundament for hele bygningen, som måler i størrelsesorden 300 x 400 meter, ligger et fundament på 1½ meter ”specialgrus”.

Fra Norge til Italien inden for 6 mm
Selve bearbejdningsprocessen af de enkelte linser foregår ved, at man fra en interferrometermåling danner en topografisk model af linsens overflade. Ud fra et linsenulpunkt styres polermaskinen til at bearbejde de steder, hvor der er bjergtoppe. Denne proces fortsætter indtil den ønskede nøjagtighed er nået. Den sidste bearbejdning bliver foretaget i lukkede kabiner med en temperaturstyring på 1/10 grad, og bearbejdningen sker ved ion-bestråling. Den opnåede nøjagtighed kan anskueliggøres, ved, at en linie mellem Norges nordligste punkt og Italiens sydspids, skal bearbejdes så den ligger indenfor et toleranceområde på 6 mm.

Jørgen Brock
Direktør
Salg & marketing