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Diese Seite wurde zuletzt aktualisiert am 07.04.2009

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11.04.2002


HANNOVER MESSE 2002: Den Nanometern auf der Spur
 

Gordon Moore erkannte 1965, dass sich die Kapazität eines Mikrochips alle 18 Monate verdoppelt, und dies einem Vervierfachen der Speicherkapazität alle drei Jahre und einer Verzehnfachung der Geschwindigkeit alle dreieinhalb Jahre entspricht. Die Erkenntnis des Chemikers mündete ins so genannte Moore'sche Gesetz, das in 37 Jahren nichts von seiner Gültigkeit verloren hat. Bis heute ziehen industrielle und private Anwender Nutzen aus jener systematischen Vermehrung, die immer leistungsfähigere Rechnereinheiten ausstößt. Vor allem die im globalen Wettbewerb stehende Industrie profitiert davon. Zu der Zeit, als Moore sein Gesetz für die Ewigkeit schrieb, nahmen Computer noch ganze Wohnzimmer ein, während sie heute bequem in jede Aktentasche passen.

Das nach dem Mitbegründer und Ehrenvorsitzenden des Hightech-Konzerns Intel benannte Gesetz beschreibt aber nicht nur eine endlos scheinende Wachstums- und Vermehrungsgeschichte, sondern zeigt auch ihre naturwissenschaftlichen Grenzen auf. Nachdem in der industriellen Fertigung von Silizium-Chips zunächst die Quecksilberlampe für das Erzeugen von Lichtstrahlen im Bereich von 436 Nanometer (nm) Wellenlänge (1 Nanometer = ein Milliardstel Meter) verwandt wurde, folgten Ultraviolett-Laser mit 248 nm; zur Zeit wird an 157-nm-Fluor-Lasern gearbeitet. Um das Jahr 2010 herum wird es nicht mehr möglich sein, mit der heute verwendeten Technik mikroelektronische Strukturen auf die Halbleiter aufzutragen. Denn die Linsen, die das Licht zielgenau bündeln und dem Chip seine unverwechselbare Bestimmung einprägen, stoßen dann an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Unterhalb von 100 nm Wellenlänge müssen neue Verfahren her, um dem Moore'schen Gesetz entsprechend weiterhin noch winzigere Strukturgrößen fertigen zu können.

Daher zwingt die Frage, wie es weitergeht, wenn das Ende der Fahnenstange erreicht ist, Forscher der Laser- und Opto-Technologiesparte zur fieberhaften Entwicklung neuer optischer Belichtungstechniken. Die Zeit drängt. Auf der HANNOVER MESSE 2002 (15. bis 20. April) wird darüber gesprochen und in Fachzirkeln wie dem "Forum MicroTechnology", in Vorträgen und Podiumsdiskussionen und der Gemeinschaftspräsentation "Laser Technology" daran gearbeitet.

Theoretisch ist der rettende Schritt schon in greifbare Nähe gerückt. Allem Anschein nach dürfte sich die so genannte EUV-Litographie als Nachfolgetechnologie durchsetzen. EUV steht für "extrem ultraviolett". Sie kommt mit Wellenlängen von 11 bis 14 Nanometern daher und gewährleistet über den Tag X hinaus die Produktion der nachfolgenden Chip-Generationen. Für Entwickler und Ingenieure besteht die Herausforderung darin, für diesen Zweck Anlagen mit nie da gewesener Präzision zu entwerfen. Die Macher haben die Vision, die Industrie schon in fünf Jahren mit den ersten Systemen der so genannten post-optischen Lithographie ausstatten zu können.

Die Europäer, und die Deutschen speziell, haben gute Chancen, im weltweiten Konzert der Lasertechnik-Anbieter die erste Geige zu spielen. "Die Firmen ASML, Philips, Jenoptik und Zeiss verfügen im Verbund mit Forschungseinrichtungen, wie den Fraunhofer-Instituten in Aachen und Jena, über genügend Know-how, um eine international führende Rolle anvisieren zu können", heißt es bei der Fraunhofer-Gesellschaft, der führenden Trägerorganisation für Einrichtungen der angewandten Forschung in Europa. Jenoptik-Chef Lothar Späth fügt hinzu: "In der Elektronik können wir die USA nicht schlagen, aber in der Photonik." Diese Schlüsseltechnologie - die Licht- und Lasertechnik - eröffnet einen Markt mit jährlichen Wachstumsraten von bis zu 20 Prozent.

Lasertechnik wird heute längst schon in vielen Bereichen eingesetzt. In der Informations-, Kommunikations-, Druck- und Medizintechnik ebenso wie in der Unterhaltungselektronik und der Materialbearbeitung. In der Fertigung und Messtechnik ermöglicht Laser höhere Flexibilität, Präzision und Schnelligkeit gegenüber herkömmlichen Methoden. Die früher unsinnigerweise als "Laserkanonen" bezeichneten Strahlenquellen schweißen und schneiden Metalle und Kunststoffe ebenso präzise wie sie Oberflächen bearbeiten.

Rund 50 deutsche, zumeist kleine und mittelständische Unternehmen, die sich schwerpunktmäßig mit der Materialbearbeitung per Laser befassen, nehmen heute weltweit eine Spitzenposition ein. Nach Angaben des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) beträgt das Marktvolumen hier zu Lande rund 800 Millionen Euro, was einem Fünftel des weltweiten Umsatzes entspricht. Der Verband der feinmechanischen und optischen Industrie schätzt, dass das Weltmarktvolumen im Bereich Photonik in den nächsten zehn Jahren auf bis zu 800 Milliarden Euro ansteigt.

An der Vermarktung von EUV-Systemen maßgeblichen Anteil zu haben, darin sieht Dr. Eckhard Heybrock vom VDI-Technologiezentrum in Düsseldorf "eine enorme Stimulanz für die Optikindustrie als Komponenten- und Systemlieferant". Und Professor Gerd Herziger, Beiratsvorsitzender des Kompetenzfeldes "Optische Technologien" beim Verband Deutscher Ingenieure (VDI), sagt voraus: "Dieser Paradigmenwechsel wird nahezu alle Industriezweige beeinflussen und zu einer Vielzahl innovativer Produkte für neue Märkte führen."

Klein, kleiner, am kleinsten, fast unsichtbar - und dabei immer schneller, immer effizienter. Die rasante Entwicklung in der Lasertechnologie ist nur ein winziger Ausschnitt aus jener Mini-Welt, die die Aussteller der HANNOVER MESSE unter dem Schwerpunktthema MicroTechnology vorstellen. Disziplinen wie Mikrooptik und Mikrorobotik, Mikrowerkzeuge und Mikromontage, Mikropumpen und Mikrodosiersysteme, Mikroakustik und Mikrosensoren bestimmen den Takt der industriellen Zukunft. Schon heute erreichen Entwicklung und Einsatz mikrotechnologischer Produkte ein weltweites Marktvolumen von 45 Milliarden Euro. Für das kommende Jahr rechnen Experten schon mit einer Verdoppelung.

Der US-Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman erkannte schon früh die Notwendigkeit der Miniaturisierung, als er 1959 die Ingenieure in aller Welt aufrief, einen funktionierenden Elektromotor zu bauen, der in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als vier Zehntel eines Millimeters passt. Damals ein sensationeller Versuch. Dabei wurde das Rad gar nicht neu erfunden, sondern nur verkleinert. Vorgänge, wie sie aus der Mechanik vertraut sind, wurden nicht verändert, sondern lediglich miniaturisiert. Das Ergebnis: Heute produzierte Motoren sind tausend Mal kleiner als der von Feyman vor 43 Jahren geforderte.

Systematisch trieben Forschungsinstitute und Industrie-Unternehmen die Miniaturisierung voran. Zunehmend wurde deutlich, dass sie zu den spektakulärsten Errungenschaften gegenwärtiger technologischer Entwicklung zählt. Schrumpfende Dimensionen mit Hilfe der Nanotechnik, die Maschinen durch das Zusammensetzen einzelner Atome entstehen lässt, beflügelten den Ehrgeiz der Forscher. Die ersten Erfolge wurden aus den USA gemeldet, als Impulsgeber allen neuzeitlichen Fortschritts. Während hier zu Lande noch diskutiert wurde, zog Nordamerika mit Siebenmeilenstiefeln davon.

Ende der 80er Jahre entschloss sich die Bundesregierung, dem Fortschritt finanziell unter die Arme zu greifen. Der damals "Mikroperipherik" genannte Hilfskatalog ist mittlerweile zum "MST 2000+"-Programm geworden, das auch aus EU-Töpfen gespeist wird. Die mit Steuergeldern geförderte technologische Grundlagenentwicklung hat sich längst als Transfer in marktfähige Produkte ausgezahlt, die den Alltag der Bio-, Medizin- und Informationstechnik ebenso verändern wie der Telekommunikation, des Maschinen- und Automobilbaus und der chemischen Industrie.

Die Entwicklungserfolge erstrecken sich auf alle Disziplinen. Dabei wird deutlich, dass Inseldenken und das Suchen nach spezifischen Anwendungen mehr und mehr von branchenübergreifenden Lösungen abgelöst werden. So werden optische Mikrosensoren in Anlagen für die Medizintechnik ebenso wie in Systemen für die Umwelttechnik verwendet. Abstandssensoren übernehmen die Steuerung von Werkzeugmaschinen, Farbsensoren überwachen die Behandlung von Oberflächen. Bereiche wie Fertigungstechnik und Prozessmesstechnik sind ohne diese Systeme heute nicht mehr denkbar.

Was die Produkte für den Endverbraucher angeht, sind miniaturisierte Komponenten auch hier längst überall zu finden. Beispielsweise transportieren "intelligente" Pillen mit Hilfe winzigster Antriebe Wirkstoffe quer durch den menschlichen Körper, genau dorthin, wo sie gebraucht werden. Optische Mikrosensoren bestimmen das Leistungsvermögen von CD-Playern. So genannte Nanobots, die nur wenige milliardstel Meter klein sind, spüren Umweltgifte auf.

Eindrucksvollstes Beispiel für Miniaturisierung ist die Domäne der Deutschen, der Automobilbau. Autos sind mit winziger Technik nur so vollgestopft. Die Sicherheit der Auto-Insassen steht ebenso im Mittelpunkt von Forschung und Anwendung, wie die möglichst stau- und störungsfreie Fortbewegung an sich. So bewerkstelligen wenige Quadratmillimeter kleine Chips die Auslösetechnik eines Airbags. Neben der automatischen Navigation spielen künftig auch so genannte Fahrerassistenzsysteme eine zunehmend wichtigere Rolle.

Sie werden eines Tages wie selbstverständlich in alle erdenklichen Karosserieteile integriert und sind das unbeirrbare digitale Auge des Fahrers. Sie nehmen Informationen über die jeweilige Verkehrslage auf und geben sie an einen Rechner weiter, der in einer brenzligen Situation "entscheidet", was zu tun ist. Fährt der Fahrer achtlos auf einen Stau zu, bedient das System selbsttätig Bremse und Lenkrad, und bläht nur diejenigen Airbags auf, die die Insassen in der jeweiligen Situation am wirkungsvollsten schützen, ohne sie noch zusätzlich zu verletzen.

An Systemen wie diesen wird fieberhaft gearbeitet. Bleibt - trotz allem Safety first - die Frage nach dem individuellen Fahrvergnügen. Wahrscheinlich wird auch die eines Tages von einem wie Professor Feynman beantwortet.


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