Die weltweit einzigartige High-NA-EUV-Lithographie setzt neue Maßstäbe für die Produktion modernster Mikrochips. ZEISS hat mit dem optischen System das Herzstück dieser neuen Technologie entwickelt und hergestellt. Die erste Maschine für die High-NA-EUV-Lithographie wurde vor kurzem von dem strategischen ZEISS-Partner ASML ausgeliefert, wie ZEISS mitteilt. Ab 2025 sollen damit die ersten Mikrochips in Serie gefertigt werden.
Ob künstliche Intelligenz, autonomes Fahren, Smart Cities oder das Internet der Dinge: Für die bahnbrechenden Technologien und Entwicklungen der Zukunft wird eine enorme Rechenleistung benötigt und deshalb immer leistungsfähigere Mikrochips. Die ZEISS-Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT) hat nun gemeinsam mit ihrem strategischen Partner ASML, dem niederländischen Hersteller von Lithographiesystemen, die Grundvoraussetzung für die Fertigung von integrierten Schaltkreisen auf einem neuen Level geschaffen. Mit der sogenannten High-NA-EUV-Lithographie lassen sich auf den Trägern der Mikrochips – den Wafern – deutlich kleinere Strukturen und damit noch leistungsfähigere, energieeffizientere und kostengünstigere Chips realisieren. Die erste Serienfertigung mithilfe der neuen Technologie soll 2025 beginnen.
Weltweite Digitalisierung weiter vorantreiben
Die feinsten Strukturen, die präzisesten Optiken, die komplexeste Messtechnik: Wenn wir über High-NA-EUV-Lithographie sprechen, geht das nicht ohne Superlative, sagt Andreas Pecher, Mitglied im ZEISS-Vorstand und President & Chief Executive Officer der Sparte SMT. EUV steht für extreme ultraviolett, also extrem ultraviolettes Licht, NA für Numerische Apertur und damit für einen noch größeren Öffnungswinkel der ZEISS-Optiken als beim bisher modernsten Verfahren, der EUV-Lithographie. Passten 1970 auf einen Mikrochip rund 1000 Transistoren, sind es heute bereits mehr als 55 Milliarden. Die High-NA-EUV-Lithographie wird laut Pecher eine drei Mal so hohe Dichte an Transistoren auf Mikrochips ermöglichen wie bisher und so die Rechenleistung vervielfachen. Das von Intel-Mitbegründer Gordon Moore formulierte Moore‘sche Gesetz, demzufolge sich etwa alle zwei Jahre die Anzahl der Transistoren auf einem Mikrochip verdopple, werde damit fortgeschrieben.
Das ZEISS-Beleuchtungssystem für die High-NA-EUV-Lithographie wiegt rund sechs Tonnen und besteht aus mehr als 25 000 Einzelteilen (© ZEISS)
Eine Technologie der Superlative
ZEISS hat rund zehn Millionen Arbeitsstunden für Forschung und Entwicklung in die High-NA-EUV-Lithographie investiert. An der Entwicklung der Technologie sind zudem der strategische Partner ASML und viele weitere europäische Partner beteiligt. ZEISS arbeitet laut Pecher immer daran, die Grenzen des technisch Machbaren zu verschieben. Unser Anspruch ist es, die Digitalisierung weltweit mit unseren Innovationen aktiv zu gestalten, indem wir die Chipindustrie zu neuen Technologiesprüngen befähigen. Dafür setzt sich das Unternehmen ambitionierte Ziele. Der lange Atem über mehr als 25 Jahre habe sich nun bezahlt gemacht: Der neue Waferscanner von ASML für die High-NA-EUV-Lithographie ist die modernste, komplexeste und präziseste Maschine zur Mikrochipfertigung der Welt – und ZEISS sei sehr stolz darauf, mit dem optischen System das Herzstück für diese Maschine bereitzustellen, so Pecher.
Mehr Licht für mehr Details
Mikrochips werden im sogenannten Lithographieverfahren in Waferscannern hergestellt. Mit verschiedenen Photomasken werden die verschiedenen Lagen der Chipstruktur Schicht für Schicht auf den Wafer belichtet – ähnlich wie bei einem Diaprojektor. Essenzieller Bestandteil der Waferscanner ist das optische System von ZEISS. Darin sind Spiegel verbaut, die das Licht reflektieren und nanometergenau an die richtige Stelle lenken. Durch die größere numerische Apertur und die neuen Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie können wir mehr Licht einfangen und damit noch detailreicher und präziser belichten, sagt Dr. Peter Kürz, Leiter des Geschäftsfelds High-NA-EUV-Lithographie bei ZEISS SMT. Erfahrungsgemäß gelte: Je kleiner die Chipstrukturen werden sollen, desto größer sei das optische System aus Projektionsoptik und Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem für die High-NA-EUV-Lithographie besteht aus rund 25 000 Teilen und wiegt mehr als sechs Tonnen. Die Projektionsoptik kommt mit mehr als 40 000 Teilen auf rund zwölf Tonnen Gewicht und sorgt für die hochpräzise Fokussierung des Lichts im Waferscanner. Die Strukturen auf dem fertigen Mikrochip sind dagegen nur einige Nanometer groß. Zum Vergleich: Ein Nanometer entspricht 0,0000001 Zentimetern. Um solche Strukturen abzubilden, müssen die Spiegel sehr präzise sein. Dafür werden auf die Spiegeloberfläche mehr als 100 extrem dünne Silizium- und Molybdänschichten aufgedampft – jede Schicht nur wenige Atomlagen stark. Wie präzise die Spiegel sind lässt sich laut Kürz mit einem Gedankenexperiment erklären: Man stelle sich vor, der Spiegel werde so vergrößert, dass er die Fläche von Deutschland habe. In dieser Größe wäre die größte Unebenheit dann weniger als 100 Mikrometer groß. Das seien 0,01 Zentimeter – fast so fein wie ein menschliches Haar.
Um die Qualität der Spiegel zu prüfen, braucht es die präziseste Messtechnik der Welt. Eine solche Messtechnik gab es nach Aussage von Kürz nicht, also wurde sie gemeinsam mit ASML parallel zur High-NA-EUV-Lithographie entwickelt und damit Pionierarbeit weltweit geleistet. Das ist die komplexeste Maschine, die wir je bei ZEISS gefertigt haben. In Vakuumkammern mit rund fünf Metern Durchmesser prüft das insgesamt 150 Tonnen schwere Messgerät die Qualität der Spiegel nanometergenau.
In gigantischen Vakuumkammern mit einem Durchmesser von fünf Metern werden die hochpräzisen Spiegel von ZEISS für die High-NA-EUV-Technologie vermessen (© ZEISS)
Spitzentechnologie aus Europa
Die High-NA-EUV-Lithographie ist nach den Worten von Andreas Pecher Hightech Made in Europe. In der hochinnovativen Technologie stecken nach Mitteilung von ZEISS ein Vierteljahrhundert Forschung und Entwicklung, mehr als 2000 ZEISS-Patente, die Arbeit von rund 1200 Netzwerkpartnern, Investitionen in Milliardenhöhe von ZEISS SMT und ASML sowie Fördermittel der Bundesregierung Deutschland und der Europäischen Union für die technologische Souveränität Europas. Das Herzstück für die weltweite Mikrochipfertigung komme aus Europa, so Pecher weiter. Diese europäische Erfolgsgeschichte möchten wir noch lange fortschreiben. Dafür investieren wir an allen SMT-Standorten in Menschen, Maschinen und Infrastruktur, um die Megatrends der Zukunft zu ermöglichen.
- www.zeiss.de
Text zum Titelbild: Der präziseste Spiegel der Welt von ZEISS ist verbaut im optischen System für die High-NA-EUV-Technologie (© ZEISS)