EUV-Lithographie

Ein europäisches Gemeinschaftsprojekt

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Lithographie auf Basis von extrem ultraviolettem Licht ermöglicht immer feinere Strukturen auf Computerchips. Damit erreichen diese kontinuierlich eine höhere Transistordichte und werden leistungsfähiger und energieeffizienter. Zusammen mit den strategischen Partnern ASML und TRUMPF ist ZEISS Weltmarktführer in der EUV-Technologie – dank rund 25 Jahren Forschung und Entwicklung von mehreren Tausend Mitarbeitenden.

EUV-Lithographie: Die Zukunft in neuem Licht

Das Herz des Fortschritts schlägt in einem Mikrochip. Das neue Handy und die nächste Videokonferenz, Industrie 4.0 und 5G-Netze, autonomes Fahren und nicht zuletzt auch innovative Medizintechnik – alles basiert auf immer leistungsfähigeren Mikrochips. Damit bildet die Mikro- und Nanoelektronik als Schlüsseltechnologie die Grundlage für den technologischen Fortschritt in wichtigen europäischen Anwendungsindustrien. Die deutsche und europäische Politik unterstützt die Branche, um den Zugang zu diesen strategisch wichtigen Gütern für Europa zu sichern. Zudem sollen die Innovationen durch Forschung, Entwicklung und Fertigung in Europa vorangetrieben werden. Die deutsche Bundesregierung fördert die EUV-Technologie bereits seit Ende der 1990er-Jahre. Auch europäische Fördergelder sind im Rahmen von sogenannten „Gemeinsamen Unternehmen (Joint Undertaking)“ eingeflossen. So wie bei „Important Projects of Common European Interest (IPCEI)“, für das sich fünf europäische Staaten zusammengetan haben. Sie unterstützen risikoreiche, aber höchst innovative Vorhaben von kleinen und großen Unternehmen der kapitalintensiven Halbleiterbranche. In Deutschland realisierte ZEISS mit Hilfe des Projekts die weltweit modernste Fabrik für EUV-Lithographie-Optiken. Damit konnte ZEISS seine internationale Spitzenstellung in dieser Technologie ausbauen und über Tausend Arbeitsplätze schaffen.

zeiss smt deutscher zukunftspreis © Deutscher Zukunftspreis / Bildschön
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.

Ein langer Anlauf für einen weiten Sprung

Bereits vor 25 Jahren haben Forscher und Visionäre bei ZEISS und weiteren Unternehmen die Grundlagen für EUV-Lithographie gelegt. Gemeinsam mit seinen Entwicklungspartnern hat ZEISS dieser Technologie mit einem langen Atem zum Durchbruch verholfen. Zu diesen Partnern zählt beispielsweise TRUMPF. Das schwäbische Unternehmen stellt den für EUV notwendigen stärksten gepulsten Industrielaser der Welt her. Das Fraunhofer-Institut hat darüber hinaus die reflektierende Beschichtung der EUV-Spiegel mitentwickelt. Die niederländische Firma ASML zeichnet für das Gesamtsystem verantwortlich und baut die einzelnen Elemente zur komplexesten Produktionsanlage der Welt zusammen. ASML ist weltweit der einzige Anbieter von EUV-Lithographie-Anlagen und kooperiert mit rund 1.200 Partnern in einem Entwicklungsverbund. 2020 wurde das Team von TRUMPF, Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) und ZEISS, stellvertretend für die gesamte Forschungsgemeinschaft, vom Bundespräsidenten mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Die EUV-Lithographie ist damit ein Beispiel für den erfolgreichen Transfer zwischen der Wissenschaft und der Industrie – und eine europäische Erfolgsgeschichte.


Thomas Stammler
Dr. Thomas Stammler Chief Technology Officer of the SMT segment

Mit der Schlüsseltechnologie EUV ernten wir die Früchte der wissenschaftlichen, unternehmerischen und politischen Entschlusskraft der letzten 25 Jahre.

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EUV im Laufe der Zeit

Das Smartphone in der Hosentasche ist heute leistungsstärker als alle Rechner, mit denen die NASA vor fünfzig Jahren Menschen auf den Mond und wieder zurückgebracht hat. In dieser Ära postulierte Gordon Moore das nach ihm benannte Gesetz: Der Mitbegründer von Intel sagte voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Computerchip alle zwei Jahre verdoppeln würde. Zur Zeit der Mondflüge besaß ein durchschnittlicher Mikrochip gerade einmal 1.000 Transistoren, heute sind es mehr als fünfzehn Milliarden. Moore hat recht behalten – weil rund um den Globus engagierte Teams kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Rechenleistung arbeiteten und arbeiten.
Eine Schlüsseltechnologie dafür ist die optische Lithographie. Mit diesem Verfahren werden wie in einem Diaprojektor die Strukturen einer Photomaske durch Licht auf die lichtempfindliche Schicht einer Siliziumscheibe, den sogenannten Wafer, abgebildet. Je kürzer die Wellenlänge des Lichts, desto feiner werden die Muster auf dem Wafer, aus dem später Mikrochips entstehen. Damit steigen die Anzahl der Transistoren auf der gleichen Fläche sowie die mögliche Rechenleistung.

Hightech mit den genauesten Spiegeln der Welt

EUV steht für extrem ultraviolettes Licht. Mit einer Wellenlänge von nur noch 13,5 Nanometern können Strukturen erzeugt werden, die winzige 15 Nanometer klein sind – 5.000-mal feiner als ein menschliches Haar. Die damit produzierten Mikrochips sind nicht nur kompakter und insgesamt leistungsfähiger, sie verbrauchen auch rund 30 Prozent weniger Energie als die vorhergehende Chip-Generation, die mit einer größeren Wellenlänge von 193 Nanometern hergestellt wird. Die Herausforderungen für die EUV-Lithographie sind jedoch enorm: Weil Luft und Glas EUV-Licht absorbieren, muss die Belichtung im Vakuum stattfinden – und dabei dürfen statt optischen Linsen nur noch hochpräzise Spiegel verwendet werden. EUV-Spiegel von ZEISS sind heute die genauesten Spiegel der Welt. Auf die Größe Deutschlands skaliert, würde die größte Unebenheit gerade einmal ein Zehntel Millimeter betragen. Die Sensoren und Aktuatoren in einer ZEISS Projektionsoptik arbeiten derart präzise, dass ein reflektierter Laserstrahl zielgenau einen Golfball auf dem Mond treffen könnte. Diese Technologie hat ZEISS mit mehr als 2.000 Patenten abgesichert.

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Zukunftsmacher gesucht

TRUMPF und ZEISS erzielen im EUV-Bereich rund eine Milliarde Euro Umsatz. Mehr noch: Die beiden Unternehmen haben mehr als 3.300 sichere Hightech-Arbeitsplätze geschaffen. So wächst die ZEISS Sparte SMT seit Jahren – auch während der Coronazeit – kontinuierlich weiter Richtung Erfolg. Aktuell werden bei der SMT mehr als 700 Fachleute gesucht. Vom Mechatroniker über Feinoptikerinnen und Software-Entwickler bis hin zu promovierten Physikerinnen bietet ZEISS zahlreiche attraktive Stellen in der Halbleiterfertigung.


Thomas Stammler
Autor
Dr. Thomas Stammler

Chief Technology Officer of the SMT segment


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DZP 2020 Still Key Visual
EUV-Lithographie – Neues Licht für das digitale Zeitalter

Preisträger 2020: Deutscher Zukunftspreis