Technologiesprung in der Chipfertigung

EUV-Lithographie erreicht Serienreife

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Lithographie-Optiken mit extrem ultraviolettem Licht (EUV) können Strukturen von weniger als 20 Nanometern auf Wafern abbilden.
Lithographie-Optiken mit extrem ultraviolettem Licht (EUV) können Strukturen von weniger als 20 Nanometern auf Wafern abbilden. (Bild: Carl Zeiss AG)

Erfolgreiche europäische Zusammenarbeit in Forschung, Industrie und Politik: Erste kommerziell mithilfe der hochmodernen EUV-Technik gefertigte Chips sollen 2019 auf den Markt kommen.

Im Jahr 1968 lieferte Zeiss erstmals ein Objektiv für einen Schaltkreisbelichter. Der Vorgänger der heutigen Waferscanner zur Chipherstellung bildete damals Strukturen von mehr als zehn Mikrometern ab. Heute ermöglichen die Lithographie-Optiken mit extrem ultraviolettem Licht (EUV) der Zeiss-Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT) bereits Strukturen von weniger als 20 Nanometern.

Eingesetzt in den Waferscannern des strategischen Partners ASML aus den Niederlanden ermöglichen sie die Produktion immer leistungsfähigerer, kleinerer, günstigerer und energieeffizienterer Chips. Diese schaffen die mikroelektronischen Voraussetzung für das Internet der Dinge, Industrie 4.0 oder Elektromobilität und autonomes Fahren.

EUV-Lithographie als Vorzeigebeispiel europäischer Zusammenarbeit

Die 50-jährige Entwicklung von Technologien zur Halbleiterfertigung von Zeiss sowie die seit 1984 von ASML entwickelten Lithographie-Systeme haben 2018 zur Serienreife der EUV-Lithographie geführt. Der Erfolg der EUV-Technologie ist ein Vorzeigebeispiel der europäischen Zusammenarbeit in Forschung, Industrie und Politik.

Die Bundesregierung, die Regierung der Niederlande und die Europäische Kommission fördern seit rund drei Jahrzehnten die Forschung und Entwicklung zur Lithographie. Das gemeinsam Erreichte mit Förderern, Projektpartnern und Stakeholdern zu feiern und in Strategiegesprächen über Zukunftsperspektiven der erfolgreichen Zusammenarbeit zu diskutieren, war Ziel der Veranstaltung von Zeiss "50 Years of Enabling the Semiconductor Industry" in Oberkochen. In seiner Begrüßungsrede betonte Zeiss Vorstandsvorsitzender Prof. Dr. Michael Kaschke: "Gerade mit einem umfassenden Netzwerk und vielen Partnern, von denen heute zahlreiche Vertreter versammelt sind, sind solch große Technologieschritte zu leisten."

Die Bedeutung der langjährigen Förderung betonte Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): "Mit der neuen ‚High-Tech-Strategie 2025‘ werden wir die Mikroelektronik in Deutschland weiter stärken. Wir sind davon überzeugt, dass Technologiesouveränität gerade in der heutigen Zeit ein hohes Gut ist. Und Zeiss und ASML zeigen, dass in Europa sehr überzeugend geforscht und innovativ produziert werden kann. Erst diese europäische Zusammenarbeit und die fortlaufende öffentliche Förderung waren die Schlüssel zum Erfolg." Seit 2005 hat das BMBF die Mikroelektronik mit insgesamt 900 Millionen Euro gefördert.

Erste kommerzielle EUV-Chips sollen 2019 auf den Markt kommen

Um die Digitalisierung weiter voranzutreiben, sind neue Technologien notwendig. Dr. Martin van den Brink, President und CTO von ASML, verdeutlichte den Beitrag der EUV-Lithographie zur Weiterentwicklung der Mikroelektronikindustrie: "Der Einführung von EUV in Chipfabriken auf der ganzen Welt gingen große wissenschaftliche Bemühungen und technische Innovationen voraus." Derzeit werde das EUV-System der vierten Generation, der NXE:3400B, bei mehreren Kunden in den Massenproduktionsprozessen eingeführt.

Bereits Anfang 2019 werde die erste Generation von Chips, die auf Grundlage der EUV-Lithographie hergestellt werden, auf den Markt kommen, ist Dr. Martin van den Brink, President und CTO von ASML, überzeugt. Und man arbeite bereits an der nächsten Lithographie-Plattform: EUV mit hoher numerischer Apertur. "Dieses System wird eine geometrische Chip-Skalierung über das nächste Jahrzehnt hinaus ermöglichen und eine um 70 Prozent bessere Auflösung und Positionierungsgenauigkeit bieten als die derzeit fortschrittlichsten EUV-Systeme."

3-nm-Chipstrukturen unter der Linse

Mehr als fünf Jahrzehnte lang standen klassische Lithographie-Systeme mit einer Belichtungswellenlänge von bis hinunter zu 193 nm an der Spitze der Chip-Produktion. Die Nachfrage nach diesen Systemen ist aufgrund des steigenden Bedarfs an Speicherchips ungebrochen.

Die EUV-Systeme mit einer Belichtungswellenlänge von 13,5 Nanometer ermöglichen darüber hinaus wesentlich feinere Chipstrukturen als klassische Lithographie-Systeme. Im Gegensatz zur klassischen Immersionslithographie, die beispielsweise Intel weiterhin auch für seine 10nm-FinFET-Prozesstechnologie nutzt, soll EUV für stabilere und weniger fehleranfällige Prozessknoten auch bei geringeren Strukturgrößen sorgen.

Branchengrößen wie TSMC und Samsung produzieren derzeit erste Chips mit Strukturgrößen von nur 7 nm – etwa Apples neues iPhone-Triebwerk, das System-on-a-Chip A12 Bionic - allerdings noch auf herkömmlichen Deep-Ultraviolett- (DUV) Systemen, die Licht der Wellenlänge 193 nm nutzen. EUV wird eine Belichtung von kritischen Strukturgrößen auch unterhalb von 7 nm ermöglichen. Aktuell arbeitet Samsung an einer weiteren Minimierung der Knotengrößen auf 3 nm. Erste 3-nm-Chips haben die Südkoreaner für 2023 angekündigt.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronik-Praxis übernommen.

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