Fotolithografie en EUV uitgelegd: zo worden de kleinste chips ter wereld gemaakt
Elk modern computerchip begint met licht. Fotolithografie is het proces waarmee patronen op siliciumschijven worden belicht — en EUV-lithografie duwt die techniek naar de grenzen van het fysisch mogelijke, met lichtgolven van slechts 13,5 nanometer.
Kernpunten
- Fotolithografie gebruikt licht om circuitpatronen op een met fotogevoelig materiaal bedekte siliciumschijf (wafer) te 'drukken'; de golflengte van het licht bepaalt hoe klein die patronen kunnen zijn.
- Extreem-ultraviolet (EUV) lithografie werkt met een golflengte van 13,5 nanometer — veel korter dan eerder gebruikte lichtbronnen — en maakt daarmee transistoren op schaal van enkele nanometers mogelijk.
- ASML is vanaf 2025 de enige producent en verkoper van EUV-systemen voor chipproductie, gericht op 5 nm- en 3 nm-procesknooppunten.
- In december 2025 meldde Reuters dat China een eigen EUV-prototype had ontwikkeld; werkende chips daaruit worden verwacht tussen 2028 en 2030.
Licht als gereedschap voor de kleinste patronen ter wereld
Fotolithografie is het meest gebruikte fabricageproces voor geïntegreerde schakelingen — chips zoals geheugens en microprocessors. Het principe: een fotogevoelige laag (fotoresist) wordt aangebracht op een siliciumwafer, waarna licht door een masker (fotomask) met het gewenste patroon schijnt. De belichte gebieden ondergaan een chemische verandering en worden vervolgens via etsen of andere technieken verwijderd of gevuld. Zo ontstaat laag voor laag een elektrisch circuit. Bij complexe chips kan de wafer dit proces tot wel 50 keer doorlopen.
De golflengte van het gebruikte licht is de cruciale variabele: hoe korter de golf, hoe smaller de lijnen die op de chip gezet kunnen worden, en hoe meer transistoren op dezelfde oppervlakte passen.
EUV-lithografie is de nieuwste stap in die evolutie. In plaats van zichtbaar licht of conventioneel ultraviolet gebruikt EUV licht met een golflengte van 13,5 nm — gegenereerd door laserstralen op vloeibare tindruppels te schieten, waardoor een plasma ontstaat dat EUV-straling uitzendt. Omdat EUV-licht door glas en lucht wordt geabsorbeerd, werkt het systeem in vacuüm en met spiegels in plaats van lenzen.
Wat betekent dit voor de BeNeLux?
Het Nederlandse bedrijf ASML is vanaf 2025 de enige producent en verkoper van EUV-machines voor chipproductie wereldwijd. Die monopoliepositie maakt ASML — en daarmee Nederland — tot een spilfiguur in de mondiale halfgeleiderindustrie. Nederlandse exportcontroles bepalen mede welke landen toegang krijgen tot deze technologie.
Van zichtbaar licht naar 13,5 nanometer: een historische lijn
In de jaren zestig werden geïntegreerde schakelingen nog belicht met zichtbaar licht, met golflengtes tot 435 nm (kwikdamplamp, G-lijn). Daarna volgde ultraviolet licht op 365 nm (I-lijn), gevolgd door diep-ultraviolet met excimerlasers: eerst 248 nm (kryptonfluoride), dan 193 nm (argonfluoride). Elke stap naar kortere golflengtes maakte kleinere structuren mogelijk.
Het idee voor EUV werd midden jaren tachtig voor het eerst geopperd door ingenieur Hiroo Kinoshita, werkzaam bij Nippon Telegraph and Telephone (NTT) in Japan. Hij demonstreerde de eerste EUV-beelden op een bijeenkomst van de Japan Society of Applied Physics in 1986. In 1991 publiceerden wetenschappers van Bell Labs een artikel over de mogelijkheid van 13,8 nm zacht-röntgen projectielithografie.
In de jaren negentig financierden de Amerikaanse nationale laboratoria Lawrence Livermore, Lawrence Berkeley en Sandia fundamenteel onderzoek naar de technische obstakels. Dit mondde uit in een publiek-privaat samenwerkingsverband, de Extreme Ultraviolet Limited Liability Company (EUV LLC), waarvoor Intel, Canon, Nikon, ASML en Silicon Valley Group (SVG) licenties aanvroegen. In 2001 nam ASML SVG over, wat zijn positie in de technologie versterkte.
Tegelijkertijd werd in Japan EUV-ontwikkeling voortgezet via de ASET- en EUVA-programma's.
Hoe een EUV-scanner werkt
Een EUV-systeem genereert licht door laserstralen op tindruppels te schieten. Het plasma dat zo ontstaat zendt EUV-straling uit op circa 13,5 nm. Omdat dit licht door elke stof — inclusief lucht en glas — wordt geabsorbeerd, vindt het hele optische traject plaats in vacuüm. Spiegels, geen lenzen, leiden het licht.
De spiegels in een EUV-scanner zijn opgebouwd uit meerdere lagen silicium-gebaseerd glas en molybdeen, die de EUV-straling reflecteren. Het licht treft via een reflectief masker de met fotoresist bedekte wafer. De belichte fotoresist reageert chemisch; secundaire elektronen die daarbij vrijkomen vergroten die reactie, maar zorgen ook voor een zekere ruis die de resolutie begrenst.
ASML werkte voor de optiek samen met de Duitse fabrikant Zeiss en lichttechnologie-leverancier Oxford Instruments. Het eerste EUV-prototype van ASML in 2006 produceerde één wafer in 23 uur; in 2022 kon een scanner tot 200 wafers per uur produceren.
In 2018 slaagde ASML erin de technologie uit het EUV LLC-intellectueel-eigendomsfonds operationeel in te zetten, mede dankzij het Europees gefinancierde EUCLIDES-programma. MIT Technology Review typeerde de machine als "the machine that saved Moore's law" — een verwijzing naar de langlopende trend waarbij het aantal transistoren op een chip regelmatig verdubbelt.
ASML: enige aanbieder, mondiale sleutelpositie
Vanaf 2025 is ASML de enige producent die EUV-systemen voor chipproductie verkoopt. De machines zijn gericht op 5 nm- en 3 nm-procesknooppunten — de technische aanduidingen voor de dichtheid van transistoren op een chip. In 2021 rapporteerde ASML een recordomzet van 27,4 miljard euro, wat concurrenten Canon en Nikon — die geen toegang kregen tot het EUV LLC-intellectueel eigendom — ver achter zich liet.
De strategische betekenis van deze monopoliepositie leidde ertoe dat de Verenigde Staten druk uitoefenden op Nederlandse autoriteiten om verkoop van EUV-machines aan China te beperken. ASML volgt de richtlijnen van de Nederlandse exportcontroles en heeft tot nader order geen toestemming om de machines naar China te verschepen.
China investeert intussen zwaar in een eigen EUV-project. Bedrijven als Huawei en SMEE hebben patenten ingediend voor alternatieve EUV-benaderingen. In december 2025 berichtte Reuters dat China in het geheim een EUV-prototype had voltooid in Shenzhen; werkende chips worden op basis van dat prototype verwacht tussen 2028 en 2030.
EUV naast andere technieken
EUV is geen vervanging van fotolithografie, maar een variant ervan. Fotolithografie omvat meerdere subklassen: ultraviolet, diep-ultraviolet, EUV en röntgenlithografie. Naast EUV wordt ook 'multiple patterning' ingezet — een techniek waarbij meerdere belichtingsstappen worden gecombineerd om kleinere structuren te realiseren. EUV en multiple patterning samen hebben de weg vrijgemaakt voor hogere transistordichtheden.
Fotolithografie concurreert op bredere schaal met alternatieve microstructureringstechnieken zoals elektronenbundellithografie, nano-imprinting en directed self-assembly, maar blijft de dominante methode voor de massaproductie van geïntegreerde schakelingen vanwege zijn snelheid, precisie en relatief lage kosten per wafer.
Veelgestelde vragen
- Wat is fotolithografie?
- Fotolithografie is een fabricageproces waarbij licht door een masker met een circuitpatroon wordt geschenen op een met fotoresist bedekte siliciumwafer. De belichte gebieden veranderen chemisch en worden via etsen of andere processen bewerkt, zodat laag voor laag een geïntegreerde schakeling ontstaat. Het is de meest gebruikte methode voor de productie van chips zoals geheugens en microprocessors.
- Waarom is de golflengte van het licht zo belangrijk bij chipproductie?
- De golflengte bepaalt hoe klein de patronen kunnen zijn die op een chip worden aangebracht. Een kortere golflengte maakt smallere lijnen en dus kleinere transistoren mogelijk. De overgang van zichtbaar licht (435 nm) via ultraviolet (365 nm) en diep-ultraviolet (248 nm, 193 nm) naar EUV (13,5 nm) heeft steeds kleinere chipstructuren mogelijk gemaakt.
- Hoe genereert een EUV-machine zijn licht?
- Een EUV-systeem schiet laserstralen op vloeibare tindruppels. Het plasma dat daarbij ontstaat zendt EUV-straling uit met een golflengte van circa 13,5 nm. Omdat dit licht door lucht en glas wordt geabsorbeerd, werkt het systeem volledig in vacuüm en gebruikt het spiegels — geen lenzen — om het licht te geleiden.
- Welke rol speelt ASML?
- ASML is vanaf 2025 de enige producent en verkoper van EUV-systemen voor chipproductie. De machines zijn gericht op 5 nm- en 3 nm-procesknooppunten. ASML bouwt voort op decennia van onderzoek, onder meer via het EUV LLC-samenwerkingsverband, en werkt voor de optica samen met Zeiss en Oxford Instruments.
- Heeft China ook toegang tot EUV-technologie?
- Nee, ASML mag zijn EUV-machines conform Nederlandse exportcontroles niet naar China verschepen. China investeert in een eigen EUV-project; Reuters berichtte in december 2025 dat China een prototype heeft voltooid in Shenzhen. Werkende chips op basis van dat prototype worden verwacht tussen 2028 en 2030.