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Mittwoch, 20. Februar 2019

Halbleitertechnik

EUV erreicht Chipfertigung

Von Jens D. Billerbeck | 7. Februar 2019 | Ausgabe 06

Lithografie mit extremem UV-Licht drängt in den Massenmarkt. Chipzulieferer ASML arbeitet bereits an der nächsten Generation seiner Lithografiesysteme.

BU EUV Maschine
Foto: ASML

Blick ins Innere: In diesem Scanner wird der Wafer Chip für Chip belichtet. Dabei ist auch mechanische Präzision bei der Bewegung des Wafers gefragt.

Peter Wennink ist überzeugt: „Die ersten Chips, die mit unseren EUV-Scannern produziert werden, kommen in diesem Jahr auf den Markt.“ Der Chef des niederländischen Halbleiterausrüsters ASML muss es wissen, denn er hat alleine im letzten Jahr 18 Lithografiesysteme für die Belichtung von Chipstrukturen mit extremem UV-Licht (EUV) an seine Kunden ausgeliefert. „Und für 2019 erwarte ich eine Nachfrage nach weiteren 30 Systemen.“

Schon seit vielen Jahren arbeitet ASML mit Partnern wie den deutschen Unternehmen Zeiss und Trumpf sowie dem belgischen Chipforschungszentrum Imec an der Technik, dieses extreme UV-Licht mit nur noch 13,5 nm Wellenlänge für die Chipfertigung zu nutzen. Denn alle Strukturen, die auf einem Speicher- oder Logikschaltkreis in diversen Fertigungsschritten entstehen, müssen zunächst durch einen fotolithografischen Prozess auf die Halbleiterscheibe, den Wafer, belichtet werden.

Bei minimalen Strukturgrößen im niedrigen zweistelligen oder aktuell sogar einstelligen Nanometer-Bereich kommen bisher genutzte Lithografiesysteme mit Licht von 193 nm Wellenlänge an ihre Grenzen, da Beugungseffekte die Übertragung der Geometrie von der Maske auf den Chip erschweren. Aufwendige Berechnungsverfahren und zeitraubende Mehrfachbelichtungen konnten bisher die Physik überlisten, doch sie treiben die Kosten hoch.

Den kommerziellen Einsatz von EUV habe man schon früher erwartet, erklärt Christophe Fouquet, Leiter des EUV-Programms bei ASML. Aber es war vor allem eine kritische Komponente, die länger als geplant auf sich warten ließ: die Lichtquelle. Zunächst gab es mit dem US-Anbieter Cymer und der bei Aachen ansässigen Xtreme Technologies zwei Anbieter, die unterschiedliche Ansätze bei der Erzeugung von EUV-Licht verfolgten (s. VDI nachrichten 8/2013). Doch mit der Akquisition von Cymer Ende 2012 hat sich ASML entschieden und die Entwicklung der EUV-Technik in der Folge stark forciert.

Der Durchbruch zu wirklich in der Chipfertigung profitabel einsetzbaren Systemen, so berichtet Fouquet, kam, als erstmals 250 W Leistung auf der Chipoberfläche zur Verfügung standen. Und das stabil über einen längeren Zeitraum. Denn die Entscheidung für eine neue Lithografietechnik sei bei den großen Chipherstellern eine rein wirtschaftliche: Ist das neue System effizienter und kostengünstiger als das alte? Und hier habe man im Laufe des vergangenen Jahres mit der Marke 125 Wafer pro Stunde einen wichtigen Meilenstein erreicht.

Auch die bereits an Kunden ausgelieferten EUV-Systeme werden übrigens laut Fouquet permanent weiter ausgebaut. Die Grenze zwischen Systemen zur Entwicklung der Technologie und solchen, die produktiv in der Fertigung arbeiten, sei da fließend. Sowohl bei Kunden als auch beim Entwicklungspartner Imec werden in diesem permanenten Verbesserungsprozess andere Komponenten wie die lichtempfindlichen Schichten und die Masken weiterentwickelt.

Da ist bei EUV vieles Neuland, denn aufgrund der niedrigen Wellenlängen muss der Prozess im Vakuum stattfinden und statt Linsen kommen in der Optik spezielle Spiegel zum Einsatz. Hier setze ASML seit Beginn auf die Expertise des Partners Zeiss in Oberkochen, wie CEO Wennink bekräftigt. Zeiss wird auch einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung der EUV-Technik leisten, denn mit der Einführung der ersten Generation der EUV-Lithografie ist noch nicht Schluss.

Um noch kleinere Strukturen zu schaffen, arbeiten die Partner bereits an „High-NA-EUV“. Dazu wird die sogenannte numerische Apertur (AN) der Optiken von derzeit 0,33 auf 0,55 erhöht, was eine deutlich verbesserte Auflösung zur Folge hat.

Doch erst mal gilt es für Wennink und seine Mitarbeiter, das schwierige erste Halbjahr 2019 zu überstehen. Denn derzeit investieren die Chipmacher aufgrund wirtschaftlicher Unsicherheiten vorsichtig, wie der CEO bei der Vorstellung des Jahresergebnisses vor wenigen Tagen mitteilte. Das fiel mit rund 11 Mrd. € Umsatz und 2,6 Mrd. € Nettogewinn erfreulich aus. Deshalb zeigt sich Wennink optimistisch: Langfristig werde der Bedarf an leistungsfähigen Chips weiter wachsen und damit auch sein Geschäft vorantreiben.