Ein Mitarbeiter blickt auf den beschichteten Spiegel der High-NA-EUV-Lithographie im Reinraum der ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology

Nach aktueller Planung werden ab 2025 die Mikrochips der Zukunft mit High-NA-EUV-Lithographie produziert. Dr. Peter Kürz erläutert die Technologie, ihre Bedeutung für unsere Wirtschaft und Gesellschaft und ordnet sie in die Geschichte der Halbleiter-Entwicklung ein.

Ein Mitarbeiter arbeitet im Reinraum an der neuen High-NA-EUV-Technologie

Neue Technologie-Führerschaft

Mikrochips sind die Motoren des Fortschritts. Ihre Rechenkraft und Energieeffizienz treiben die Digitalisierung unserer Wirtschaft und Gesellschaft voran. Die Roadmap für diesen Fortschritt wird von ZEISS und seinen Partnern mitgeschrieben. Denn für die Produktion der aktuellen wie auch der kommenden Mikrochip-Generationen braucht es Technologien und Innovationen für die Halbleiter-Industrie: Technologien und Innovationen von ZEISS. Unsere optischen Systeme der EUV-Lithographie sind präzise genug, um Milliarden Transistoren auf eine fingernagelgroße Siliziumfläche zu belichten – und mit der neuen High-NA-EUV-Technologie kommen noch mehr dazu! Damit beträgt der Vorsprung vor unseren Wettbewerbern am Markt mehrere Jahre. Wir arbeiten mit Hochdruck daran, unsere Technologie-Führerschaft weiter auszubauen. Unser Antrieb ist klar definiert: Wir ermöglichen die Mikrochips von morgen für noch leistungsfähigere und energieeffizientere IT-Systeme der Zukunft. Medizinische Systeme zum Beispiel, die Ärzte bei lebensrettenden Operationen unterstützen, bei der Krebserkennung oder auch bei der Augenvermessung. Im Energiesektor werden mit ZEISS Technologien produzierte Halbleiter die Stromerzeugung und -verteilung nachhaltiger gestalten, in der Produktion Menschen bei belastenden Arbeiten unterstützen. Autonomes Fahren oder KI-Anwendungen sind ohne leistungsfähige Mikrochips nicht realisierbar.

Das Produktbild der Projektionsoptik als Teilkomponente der High-NA-EUV-Technologie

Kleine Strukturen, großartige Optik

Das Verfahren für die Produktion der nächsten Mikrochip-Generation nennt sich High-NA-EUV-Lithographie. Auf Basis dieser Technologie werden Halbleiterstrukturen auf einer Photomaske mit einer Lichtquelle belichtet. Spiegel der ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT) fangen das von der Maske reflektierte Licht ein und bündeln es für die Projektion auf eine Siliziumschicht, den sogenannten Wafer. Je kürzer die Wellenlänge des eingesetzten Lichts, desto mehr Transistoren passen auf einen Mikrochip. Die Größenordnung beträgt inzwischen nur noch wenige Nanometer. Dafür kommt extrem ultraviolettes Licht (EUV-Licht) mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern zum Einsatz.

Die Maschine von ASML zur Herstellung modernster Mikrochips mit zwei Mitarbeitern am Bedienpanel

Je feiner die Strukturen, desto größer das Gesamtsystem

Ab 2025 werden nach aktueller Planung die ersten Anlagen für die High-NA-EUV-Lithographie unseres strategischen Partners ASML die Serienfertigung aufnehmen. „High-NA“ steht für eine hohe numerische Apertur. Diese Messgröße beschreibt den Winkelbereich, aus dem ein optisches System Licht aufnehmen kann. Je größer der Winkel, desto feinere Details werden dargestellt. Die numerische Apertur bei der High-NA-EUV-Lithographie übertrifft mit 0,55 deutlich die aktuelle EUV-Lithographie mit 0,33. Das bedeutet auch eine neue Superlative für das Gesamtsystem: Die Projektionsoptik besteht aus deutlich mehr als 40.000 Teilen und wiegt circa zwölf Tonnen. Beim Beleuchtungssystem sieht es ähnlich aus. Das System für die High-NA-EUV-Lithographie wiegt mehr als sechs Tonnen und besteht aus mehr als 25.000 Teilen. Damit ist die Optik für die High-NA-EUV-Lithographie in Volumen und Gewicht ungefähr siebenmal größer als derzeit eingesetzte EUV-Optiken.

Zwei Mitarbeiter arbeiten an einem Spiegel der High-NA-EUV-Technologie im Reinraum

Subatomare Präzision

Die für die High-NA-EUV-Lithographie eingesetzten Spiegel wiegen mehrere hundert Kilogramm – sie sind damit etwa doppelt so groß und zehnmal so schwer wie bisherige EUV-Spiegel. Die neue Spiegelgeneration wird in der SMT-Produktion monatelang bearbeitet, bis sie die erforderliche Präzision aufweist. Würde man sie auf die Abmessungen von Deutschland vergrößern, betrüge die Abweichung nur einen zehntel Millimeter. Damit sind das die präzisesten Spiegel der Welt.
Entsprechende im subatomaren Bereich arbeitende Messsysteme gab es bislang für solche Spiegel nicht. Deshalb haben wir die gesamte Messtechnik zusammen mit unserem strategischen Partner ASML völlig neu entwickelt. Dazu zählt vor allem die komplexeste Maschine, die ZEISS je gebaut hat: ein fünf auf zehn Meter großer Vakuumkessel; bestehend aus mehr als hunderttausend Teilen und einem Gesamtgewicht von mehr als 150 Tonnen. Aber nur hier im luftleeren und absolut erschütterungsfreien Raum können unsere Spiegeloberflächen präzise genug im Subnanometer-Bereich vermessen werden.
 

Profilbild von Dr. Peter Kürz

Das Messgerät für die Oberflächeninspektion der Spiegel für die High-NA-EUV-Lithographie arbeitet in einem fünf auf zehn Meter großen Vakuumkessel. Die gesamte Anlage wiegt circa 150 Tonnen. Vereinfacht gesagt sind das 150 Tonnen Know-how.

Dr. Peter Kürz

Head of Field of Business High-NA-EUV-Lithographie bei ZEISS

Zwei Mitarbeiter stehen vor der gigantischen Messtechnik für die Spiegel der High-NA-EUV-Technologie

Die Zukunft ist Teamarbeit

Etwa 1.500 der aktuell mehr als 7.500 Mitarbeitenden von ZEISS SMT arbeiten an der Entwicklung und Realisierung von High-NA-EUV-Lithographie. Mehr als 25 Jahre Entwicklung und Forschung, Investitionen in Milliardenhöhe von ZEISS und ASML sowie Fördermittel der Bundesregierung Deutschland und der Europäischen Union stecken in dieser Zukunftstechnologie. Rund 2.000 ZEISS Patente belegen und sichern unseren technologischen Vorsprung.
Zusammen mit unseren Partnern befähigen wir Chiphersteller, dass die ersten mit der High-NA-EUV-Technologie gefertigten Mikrochips ab 2025 vom Band laufen können. Zu unserem Netzwerk zählen rund 1.200 nationale und internationale Unternehmen. Gemeinsam schreiben wir Moore's Law fort. Bereits 1965 postuliert besagt dieses, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt. Die High-NA-EUV-Lithographie ist ein Wegbereiter, um Moore's Law und damit die Digitalisierung unserer Wirtschaft und Gesellschaft auch über das Jahr 2030 hinaus fortzuschreiben. Für die Schlüsseltechnologien der Zukunft – und für Anwendungen, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können.
 

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Autor

Dr. Peter Kürz

Head of Field of Business High-NA-EUV-Lithographie bei ZEISS


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