Licht der Zukunft: Wie funktioniert EUV-Lithographie?

Neues Licht für die Digitalisierung: Ohne die EUV-Lithographie wären moderne Mikrochips nicht vorstellbar – und ohne Optiken von ZEISS keine EUV-Lithographie.

Mikrochips werden im Lithographie-Verfahren hergestellt. Das heißt: Die auf dem Chip gewünschten Strukturen werden zuerst wie bei der Projektion eines Dias von einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht übertragen. Die belichteten Strukturen werden im nächsten Arbeitsschritt chemisch fixiert und anschließend die unbelichteten Flächen ausgewaschen. Dieser Vorgang wird mit verschiedenen Masken bis zu hundertmal wiederholt, wodurch nach und nach ein immer komplexeres dreidimensionales Gebilde aus winzigen elektrischen Bauelementen wie Transistoren und Leiterbahnen entsteht – ein funktionierender Mikrochip.

Um die Rechenleistung eines Chips zu erhöhen, packen Ingenieure immer mehr Transistoren auf die Wafer. Die Mikrochips in der Mondkapsel von Apollo 11 besaßen lediglich rund 1.000 Transistoren, heute kommt der zentrale Chip eines Smartphones bereits auf mehr als 57 Milliarden Transistoren. Diese kontinuierliche Leistungssteigerung hat Gordon Moore, Mitbegründer von Intel, schon 1965 vorausgesagt. Das von ihm postulierte „Mooresche Gesetz“ besagt, dass sich die Leistungsfähigkeit der jeweils aktuellen Chipgeneration alle zwei Jahre verdoppelt, wobei diese Steigerung durch die Miniaturisierung der Chipstrukturen getrieben ist. Eine Prognose, die zum Maßstab der Halbleiterindustrie geworden ist.

Die Größe der Chips ist im Laufe der Zeit nicht gewachsen, viel mehr die Anzahl der Transistoren. Das wurde durch die zunehmende Leistungsfähigkeit des Lithographie-Verfahrens möglich, welches immer feinere Strukturen auf die Wafer belichtet. Die Qualität dieser Strukturen hängt von vielen Faktoren ab, wie von der Maske (oder um im Bilde zu bleiben: vom Dia), von der eingesetzten Mechanik und Optik – vor allem aber vom eingesetzten Licht. Denn je kürzer die Wellenlänge, desto winziger sind die belichteten Strukturen.

Der Einsatz von EUV-Licht erfordert einen immensen technischen Aufwand – von der Lichtquelle über die gesamte eingesetzte Optik bis hin zur Mechatronik. Das EUV-Licht entsteht innerhalb einer weltweit einzigartigen Lichtquelle. Dabei wird im Vakuum ein winziger Tropfen aus Zinn von einem Laserstrahl getroffen, wodurch dieser aufquillt. Nach diesem sogenannten Vorpuls verwandelt der darauffolgenden Hauptpuls das Zinn in ein 200.000 °C heißes Plasma – das ist fast vierzigmal heißer als die Oberfläche der Sonne. Das so gezündete Zinnplasma gibt daraufhin die gewünschte EUV-Strahlung ab – dieser Vorgang wird 50.000-mal in der Sekunde wiederholt. Der dafür eingesetzte Laser ist der stärkste gepulste Industrielaser der Welt – zehnmal stärker als alle derzeit verfügbaren Systeme, die zum Stahlschneiden verwendet werden.