Abbildung eines EUV-Spiegels | (c) Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz
Deutscher Zukunftspreis 2020

EUV-Lithographie

Neues Licht für das digitale Zeitalter

Heute die Technologien von morgen ermöglichen: Technologietrends wie Autonomes Fahren, 5G oder Künstliche Intelligenz stellen enorme Ansprüche an die Rechenkapazität und Leistungsfähigkeit von IT-Systemen. Eine Voraussetzung dafür sind immer kleinere, leistungsfähigere und energieeffizientere Mikrochips.

Logo des Deutschen Zukunftspreises 2020 mit dem Preisträger SMT

Die Grenzen des technologisch Machbaren verschieben

Nach über 25 Jahren intensiver, partnerschaftlicher Entwicklungsarbeit haben europäische Unternehmen und Forschungseinrichtungen eine revolutionäre neue Fertigungstechnik für leistungsfähige Mikrochips zur Serienreife gebracht: die EUV-Lithographie. EUV steht für „extrem ultraviolett“, also Licht mit extrem kurzer Wellenlänge. Während das bis dato führende optische Lithographie-Verfahren auf Lichtquellen mit einer Wellenlänge von 193 Nanometer setzt, arbeitet das neue Fertigungsverfahren mit nur noch 13,5 Nanometern. EUV ermöglicht so Chipstrukturen 5.000 Mal dünner als ein menschliches Haar.

Seit 2018 produzieren Weltmarktführer wie Samsung und TSMC ihre modernsten Chips auf Basis dieses neuen Verfahrens; Smartphones mit per EUV-Lithographie hergestellten Mikrochips sind seit Herbst 2019 auf dem Massenmarkt.

Preisverleihung Deutscher Zukunftspreis von Frank-Walter Steinmeier an SMT-TeamDeutscher Zukunftspreis / Bildschön
Deutscher Zukunftspreis / Bildschön

Verleihung Deutscher Zukunftspreis 2020

Das Forscher-Team von ZEISS, TRUMPF und Fraunhofer wurde für die Entwicklung der EUV-Lithographie mit dem Deutschen Zukunftspreis 2020 ausgezeichnet (v.l.): Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier, Dr. Peter Kürz, ZEISS Sparte SMT, Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) und Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing.

Team rund um den DZP 2020Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz
Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz

Das Team dahinter

Einen entscheidenden Beitrag beim Sprung vom Labor zur Marktreife haben Teams von ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF geleistet:

Sergiy Yulin ist Senior Principal Scientist am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena, wo er für die Entwicklung der EUV-Optiken verantwortlich ist.

Peter Kürz ist als Head of Field of Business High-NA-EUV  bei der SMT in Oberkochen verantwortlich für Entwicklung und Produkteinführung der nächsten Generation von EUV-Optiken.

Michael Kösters ist bei TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing in Ditzingen als Gruppenleiter mitverantwortlich für die Entwicklung des Hochleistungslasers, der die Erzeugung des EUV-Lichts ermöglicht.

TRUMPF – Laserquelle

Um für das neue Verfahren EUV-Licht zu erzeugen, haben ASML und TRUMPF eine einzigartige Lichtquelle konstruiert: In einer von ASML entwickelten Plasmaquelle werden 50.000 Zinn-Tropfen pro Sekunde in ein Hochvakuum geschossen und dabei jeweils von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen eines Hochleistungs-CO2-Lasers von TRUMPF getroffen.

Damit EUV-Licht erzeugt werden kann, muss das Plasma eine Temperatur von fast 220.000 Grad Celsius erreichen. Das ist fast 40 Mal heißer als die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Sonne. Der für diesen Vorgang erforderliche TRUMPF-Laser ist mit 30 kW Leistung der stärkste gepulste Industrielaser weltweit.

ZEISS SMT – Projektionsoptik und Beleuchtungssystem

Weil ultraviolettes Licht von allen Materialien – auch Luft – absorbiert wird, hat ZEISS SMT für die EUV-Lithographie-Maschine ein optisches System geschaffen, das im Hochvakuum betrieben wird und aus Spiegeln aufgebaut ist. Da die Spiegel während des Belichtungsvorgangs so stabil wie möglich in ihrer Position gehalten werden müssen, war für maximale Kippstabilität ein völlig neues mechatronisches Konzept erforderlich. Dessen Ergebnis spricht für sich: Würde ein Laserstrahl über einen dieser EUV-Spiegel umgelenkt und auf den Mond gerichtet, könnte man damit einen Golfball auf der Mondoberfläche treffen.

Fraunhofer Institut IOF – Spiegelbeschichtung

Wesentliche Innovationen stecken außerdem in den Spiegeln. Da selbst kleinste Unregelmäßigkeiten zu Abbildungsfehlern führen, wurde für die EUV-Lithographie der weltweit „präziseste“ Spiegel entwickelt. Vergrößerte man ihn auf die Größe Deutschlands, wäre die Zugspitze ganze 0,1 Millimeter hoch. Neben diesem Maß an Genauigkeit erfordern EUV-Spiegel höchste Reflexionsfähigkeit.

Das Fraunhofer Institut IOF fungierte hier als wichtiger Forschungspartner für die Entwicklung von EUV-Multilagenbeschichtungen, sogenannten Bragg-Spiegeln. Dabei wird ein Schichtsystem aus über 100, jeweils wenige Nanometer dicken Einzelschichten mit atomarer Präzision aufgebracht. Besonders herausfordernd ist es dabei, eine möglichst hohe Reflektivität über die gesamte Spiegeloberfläche sowie eine lange Lebensdauer der Beschichtung im späteren Belichtungsprozess zu erreichen.

Zahlen, Daten, Fakten zu EUV

  • 2.000

    Patente bei ZEISS, TRUMPF und Fraunhofer Institut IOF für EUV 

  • 25

    Jahre Forschung und Entwicklung an EUV 

  • 3.300

    Arbeitsplätze und 1 Mrd. Umsatz in 2019 bei ZEISS und TRUMPF

  • 100

    Verkaufte ASML-Maschinen mit ZEISS und TRUMPF inside

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