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Ein Mitarbeiter arbeitet im Reinraum an der neuesten Technologie - der High-NA-EUV-Lithographie von ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology
High-NA-EUV-Lithographie

Mehr Licht für mehr Details Der nächste Schritt für die EUV-Technologie: High-NA-EUV-Lithographie

Halbleiterfertigung für morgen

Mit der EUV-Lithographie ist ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), seinem strategischen Partner ASML und weiteren Partnern bereits ein Technologiesprung gelungen, der Moore’s Law bis in die zweite Hälfte dieses Jahrzehnts fortschreibt und die Basis für mehr Transistoren auf einem Mikrochip ist. Von 2025 an befähigt ZEISS SMT mit der Weiterentwicklung zur High-NA-EUV-Lithographie die Halbleiterindustrie die nächste Mikrochip-Generation zu realisieren – und unterstützt Moore’s Law damit über das Jahr 2030 hinaus. Für autonomes Fahren. Für Künstliche Intelligenz. Für die Digitalisierung unseres Alltags.

Extrem ultraviolett, extrem fein

Bei der EUV-Lithographie kommt extrem ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern zum Einsatz, um die feinen Strukturen auf den Wafer abzubilden. Spiegel von ZEISS SMT fangen dieses Licht ein und sorgen für die Projektion der Photomaske auf den Wafer. So werden die noch leistungsfähigeren Mikrochips für die weltweite Digitalisierung realisiert, die die Technologien und Innovationen von morgen ermöglichen.

Immer größer, immer kleiner

Um kleinere Strukturen abzubilden, wird Licht aus einem größeren Winkelbereich verwendet. Deshalb werden die optischen EUV-Systeme immer größer. Dieses Prinzip ist beispielsweise von Fotoobjektiven oder Teleskopen in der Astronomie bekannt – und findet sich so ähnlich auch in der Halbleiterfertigung wieder. Die entscheidende Messgröße des Winkelbereichs ist die numerische Apertur (NA). Je größer die Winkel sind, aus denen das optische System Licht aufnimmt, desto feinere Details werden dargestellt.

Größere NA, größere Systeme

Die etablierte EUV-Lithographie arbeitet mit einer numerischen Apertur von 0,33. Bei High-NA-EUV-Lithographie liegt die NA bei 0,55. Weil die NA größer geworden ist, müssen auch das Beleuchtungssystem und die Projektionsoptik deutlich größer sein. Gemeinsam mit dem strategischen Partner ASML und weiteren rund 1.200 Netzwerkpartnern hat sich ZEISS SMT dieser Herausforderung gestellt.

Ein Mitarbeiter von ZEISS SMT steht vor einem Spiegel der High-NA-EUV-Lithographie im Reinraum

Mehr Belichtungsfläche, mehr Transistoren

Bei der High-NA-EUV-Lithographie ist der Name Programm: Die numerische Apertur der High-NA-EUV-Technologie übertrifft mit 0,55 deutlich die aktuelle EUV-Lithographie mit 0,33. Das bedeutet auch eine neue Superlative für das Beleuchtungssystem und die Projektionsoptik: Die Lichtquelle inklusive des stärksten gepulsten Industrielasers der Welt bleibt dieselbe; das Beleuchtungssystem für die High-NA-EUV-Lithographie wiegt mit rund sechs Tonnen vier Mal mehr als bisher. Deutlich mehr als 40.000 Teile der Projektionsoptik für die High-NA-EUV-Lithographie mit einem Gewicht von etwa zwölf Tonnen sorgen für hochpräzise Fokussierung – in Volumen und Gewicht das Siebenfache zur etablierten EUV-Lithographie. 

Portrait von Dr. Peter Kürz

Die Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie sind in Größe und Präzision einmalig. Dafür haben wir ein völlig neues Systemdesign entwickelt.

Dr. Peter Kürz Head of Field of Business High-NA-EUV-Lithographie bei ZEISS SMT

Noch kleiner, noch leistungsfähiger, noch energieeffizienter

Mit der High-NA-EUV-Lithographie ist eine optische Auflösung von unter zehn Nanometern auf dem Mikrochip möglich – im Vergleich zur bisherigen EUV-Generation bedeutet dies rund dreimal mehr Strukturen auf der gleichen Fläche. ZEISS SMT arbeitet bereits an der Technologie für noch feinere Strukturen – damit Chiphersteller weltweit befähigt werden, noch kleinere, leistungsfähigere und energieeffizientere Mikrochips zu fertigen.

Im Reinraum befindet sich ein Spiegel der High-NA-EUV-Lithographie für die Halbleiterfertigung

Die präzisesten Spiegel der Welt

Die auf atomarer Präzision gefertigten und aus mehr als hundert Schichten bestehenden Spiegel sind das Herzstück der Maschine für die High-NA-EUV-Lithographie. Im Vergleich zu den bisherigen EUV-Lithographie-Spiegeln sind sie deutlich größer – und benötigen rund ein Jahr, um gefertigt zu werden.

Die Messtechnik der ZEISS SMT mit dem Eingang zur Vakuumkammer im Reinraum

150 Tonnen absolute Präzision

Ein Gedankenexperiment: Würde man die Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie auf die Größe von Deutschland vergrößern, dann muss die Messtechnik in der Lage sein, auf 100 Mikrometer genau zu messen. Eine solche, im subatomaren Bereich präzise Messtechnik existierte bislang nicht. Deswegen hat ZEISS SMT diese Messtechnik mit dem strategischen Partner ASML parallel zur High-NA-EUV-Lithographie entwickelt, um die Qualität der gefertigten Spiegel auch nachweisen zu können.

Portrait von Dr. Thomas Stammler

Die Spiegel-Messtechnik für die High-NA-EUV-Lithographie ist die komplexeste Maschine, die ZEISS je gebaut hat. Möglich war das nur dank der hervorragenden Zusammenarbeit mit unserem strategischen Partner ASML und unseren Netzwerkpartnern.

Dr. Thomas Stammler Chief Technology Officer ZEISS SMT
Zwei Mitarbeitende stehen im Reinraum der ZEISS Semiconductur Manufacturing Technology

Subatomar exakt messen

Die Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie werden in Vakuumkammern mit fünf Metern Durchmesser vermessen. Ein gewaltiger Aufwand, um die notwendige Messgenauigkeit zu erreichen. Das Messgerät, das sich in dem fünf mal zehn Meter großen Vakuumkessel befindet, wiegt rund 150 Tonnen. Ein Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie ist etwa doppelt so groß und zehnmal so schwer wie bisherige EUV-Spiegel. Während der Fertigung muss die Spiegeloberfläche mehrfach enorm präzise im Subnanometer-Bereich vermessen werden.

Gruppenbild aller Beteiligten bei der Auslieferung der Projektionsoptik bei ZEISS SMT

Tausende Köpfe schreiben Moore’s Law fort

Etwa 2.000 der aktuell mehr als 7.500 Mitarbeitenden von ZEISS SMT arbeiten an der High-NA-EUV-Technologie. Der nächste Technologiesprung ist eine Teamleistung von ZEISS SMT, dem strategischen Partner ASML und einem Netzwerk aus mehr als 1.200 Mitgliedern. In der EUV-Lithographie stecken mehr als 25 Jahre Entwicklung und Forschung, Investitionen in Milliardenhöhe von ZEISS SMT und ASML sowie Fördermittel der Bundesregierung Deutschland und der Europäischen Union für die technologische Souveränität Europas. Diese Zukunftstechnologie ist mit mehr als 2.000 ZEISS Patenten abgesichert.

Technologie-Highlights: High-NA-EUV-Lithographie

High-NA-EUV-Lithographie von ZEISS SMT: kein Vertrieb in Deutschland
  • Das Produktbild des Belechtungssystems der High-NA-EUV-Lithographie

    Beleuchtungssystem

    EUV-Licht wird von allen Materialien absorbiert – auch von Luft. Daher werden die Optiken für die High-NA-EUV-Lithographie mit Spiegeln aufgebaut und im Vakuum betrieben. Das mechatronische Konzept, das die Spiegel mit enormer Stabilität in Position hält, sowie die Integration des optischen Systems erfordern gänzlich neue Konzepte. Das Beleuchtungssystem für die High-NA-EUV-Lithographie besteht aus mehr als 25.000 Teilen und wiegt über sechs Tonnen.

  • Das Produktbild der Projektionsoptik der High-NA-EUV-Technologie von ZEISS SMT

    Projektionsoptik

    Die Projektionsoptik, bestehend aus mehr als 40.000 Teilen und mit einem Gewicht von zwölf Tonnen, sorgt für eine hochpräzise Fokussierung – in Volumen und Gewicht insgesamt das Siebenfache zur bisherigen EUV-Lithographie. Die noch bessere Auflösung der High-NA-EUV-Lithographie ermöglicht drei Mal mehr Transistoren wie bei der vorherigen Chipgeneration.

  • Die Vakuumkammer der Messtechnik im Reinraum der ZEISS SMT

    Messtechnik

    Für die große numerische Apertur der Optiken für die High-NA-EUV-Lithographie braucht es größere Spiegeloberflächen mit noch extremeren Krümmungen und dafür noch mehr Präzision. ZEISS SMT setzt mit den speziell für die Fertigung der Optiken für die High-NA-EUV-Lithographie entwickelten Messmaschinen neue Maßstäbe für die Messtechnik.

Häufig gestellte Fragen

  • Die High-NA-EUV-Lithographie ist die Weiterentwicklung der EUV-Lithographie. Durch die höhere numerische Apertur können Strukturen mit unter zehn Nanometern auf dem Mikrochip abgebildet werden. Dadurch wird Moore’s Law über das Jahr 2030 hinaus fortgeschrieben.

  • Die High-NA-EUV-Lithographie ist die Weiterentwicklung des EUV-Lithographie-Verfahrens. Mit 0,55 ist die numerische Apertur (NA) bei der High-NA-EUV-Lithographie deutlich größer als bei der bisherigen EUV-Generation mit 0,33. Weil so Licht aus einem größeren Winkelbereich für die Abbildung genutzt werden kann, können mit der High-NA-EUV-Lithographie bis zu dreimal mehr Strukturen auf einem Mikrochip abgebildet werden. Die größere NA bedeutet aber auch, dass Projektionsoptik und Beleuchtungssystem deutlich größer sind als beim etablierten EUV-System.

  • Aktuell plant ein Chiphersteller, die Maschinen für die High-NA-EUV-Lithographie ab 2025 in der Serienfertigung zu nutzen. ASML ist weltweit der einzige Hersteller von Maschinen für die EUV-Lithographie. ZEISS SMT liefert hierfür als strategischer Partner exklusiv die Optiken.

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