High-NA-EUV-Lithographie für die Produktion modernster Mikrochips

Für immer leistungs­fähigere Mikrochips hat die Zeiss-Sparte Semiconductor Manu­facturing Technology (SMT) nun gemeinsam mit ihrem strategischen Partner ASML, dem niederländischen Hersteller von Lithographie-Systemen, die Grund­voraussetzung für die Fertigung von integrierten Schaltkreisen auf einem neuen Level geschaffen. Mit der High-NA-EUV-Lithographie lassen sich auf den Wafern deutlich kleinere Strukturen und damit noch leistungsfähigere, energie­effizientere und kosten­günstigere Chips realisieren. Die erste Serien­fertigung mithilfe der neuen Technologie soll 2025 beginnen.

„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. Passten 1970 auf einen Mikrochip rund 1000 Transistoren, sind es heute bereits mehr als 55 Milliarden. „Die High-NA-EUV-Lithographie wird eine drei Mal so hohe Dichte an Transistoren auf Mikrochips ermöglichen wie bisher und so die Rechenleistung vervielfachen“, so Pecher. „Das von Intel-Mitbegründer Gordon Moore formulierte Moore‘sche Gesetz, demzufolge sich etwa alle zwei Jahre die Anzahl der Transistoren auf einem Mikrochip verdoppelt, wird damit fortgeschrieben.“

Mikrochips werden im Lithographie-Verfahren 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. Erfahrungsgemäß gilt: je kleiner die Chipstrukturen werden sollen, desto größer ist das optische System aus Projektionsoptik und Beleuchtungssystem“, sagt Peter Kürz, Leiter des Geschäftsfelds High-NA-EUV-Lithographie bei Zeiss SMT.

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. Um solche Strukturen abzubilden, müssen die Spiegel sehr präzise sein. Dafür werden auf die Spiegeloberfläche mehr als einhundert extrem dünne Silizium- und Molybdän-Schichten aufgedampft – jede Schicht nur wenige Atomlagen stark. „Wie präzise die Spiegel sind, lässt sich mit einem Gedankenexperiment erklären: Man stellt sich vor, der Spiegel wird so vergrößert, dass er die Fläche von Deutschland hat. In dieser Größe wäre die größte Unebenheit dann weniger als einhundert Mikrometer groß“, so Kürz.

Um die Qualität der Spiegel zu prüfen, braucht es die präziseste Messtechnik der Welt. „Eine solche Messtechnik gab es nicht, also haben wir sie gemeinsam mit ASML parallel zur High-NA-EUV-Lithographie entwickelt und damit Pionierarbeit weltweit geleistet“, sagt Kürz. „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.

„Die High-NA-EUV-Lithographie ist Hightech ‚Made in Europe‘“, sagt Andreas Pecher. In der hochinnovativen Technologie stecken ein Vierteljahrhundert Forschung und Entwicklung, mehr als 2000 Zeiss-Patente, die Arbeit von rund 1.200 Netzwerkpartnern, Investitionen in Milliardenhöhe sowie Fördermittel der Bundesregierung Deutschlands und der Europäischen Union für die technologische Souveränität Europas. „Das Herzstück für die weltweite Mikrochipfertigung kommt aus Europa“, so Pecher weiter. „Diese europäische Erfolgsgeschichte möchten wir noch lange fortschreiben.“

ZEISS / JOL