50 Jahre Halbleiterfertigungstechnologien von ZEISS

Oberkochen | 14. September 2018 | ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology

Im Jahr 1968 lieferte ZEISS erstmals ein Objektiv für einen Schaltkreisbelichter. Der Vorgänger der heutigen Waferscanner zur Chipherstellung bildete damals Strukturen von mehr als zehn Mikrometern ab. Heute ermöglichen die Lithographie-Optiken mit extrem ultraviolettem Licht (EUV) der ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT) bereits Strukturen von weniger als 20 Nanometern. Eingesetzt in den Waferscannern des strategischen Partners ASML aus den Niederlanden ermöglichen sie die Produktion immer leistungsfähigerer, kleinerer, günstigerer und energieeffizienterer Chips. Diese schaffen die Voraussetzung für mikroelektronische Innovationen wie das Internet der Dinge, Industrie 4.0 oder Elektromobilität und autonomes Fahren.

Die 50-jährige Entwicklung der Technologien zur Halbleiterfertigung von ZEISS sowie die seit 1984 von ASML entwickelten Lithographie-Systeme gipfeln 2018 in der Serienreife der EUV-Lithographie. Der Erfolg der EUV-Technologie ist ein Vorzeigebeispiel der europäischen Zusammenarbeit in Forschung, Industrie und Politik. Die Bundesregierung, die Regierung der Niederlande und die Europäische Kommission fördern seit rund drei Jahrzehnten die Forschung und Entwicklung zur Lithographie. Das gemeinsam Erreichte mit Förderern, Projektpartnern und Stakeholdern zu feiern und in Strategiegesprächen über Zukunftsperspektiven der erfolgreichen Zusammenarbeit zu diskutieren, war Ziel der Veranstaltung von ZEISS „50 Years of Enabling the Semiconductor Industry“ in Oberkochen.

In seiner Begrüßung betonte ZEISS Vorstandsvorsitzender Prof. Dr. Michael Kaschke: „Gerade mit einem umfassenden Netzwerk und vielen Partnern, von denen heute zahlreiche Vertreter versammelt sind, sind solch große Technologieschritte zu leisten.“

Die Bedeutung der langjährigen Förderung betonte Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): „Mit der neuen ‚High-Tech-Strategie 2025‘ werden wir die Mikroelektronik in Deutschland weiter stärken. Wir sind davon überzeugt, dass Technologiesouveränität gerade in der heutigen Zeit ein hohes Gut ist. Und ZEISS und ASML zeigen, dass in Europa sehr überzeugend geforscht und innovativ produziert werden kann. Erst diese europäische Zusammenarbeit und die fortlaufende öffentliche Förderung waren die Schlüssel zum Erfolg.“ Seit 2005 hat das BMBF die Mikroelektronik mit insgesamt 900 Mio. Euro gefördert.

Um die Digitalisierung weiter voranzutreiben, sind neue Technologien notwendig. Dr. Martin van den Brink, President und CTO von ASML, verdeutlichte den Beitrag der EUV-Lithographie zur Weiterentwicklung der Mikroelektronikindustrie: „Der Einführung von EUV in Chipfabriken auf der ganzen Welt gingen große wissenschaftliche Bemühungen und technische Innovationen voraus. Das EUV-System der vierten Generation, der NXE:3400B, wird derzeit bei mehreren Kunden in den Massenproduktionsprozessen eingeführt. Die erste Generation von Chips, die auf Grundlage der EUV-Lithographie hergestellt wird, wird Anfang nächsten Jahres auf den Markt kommen. Und wir arbeiten bereits an der nächsten Lithographie-Plattform: EUV mit hoher numerischer Apertur. Dieses System wird eine geometrische Chip-Skalierung über das nächste Jahrzehnt hinaus ermöglichen und eine um 70% bessere Auflösung und Positionierungsgenauigkeit bieten als die derzeit fortschrittlichsten EUV-Systeme.“

Mehr als fünf Jahrzehntelang standen klassische Lithographie-Systeme mit einer Belichtungswellenlänge von bis hinunter zu 193 Nanometer an der Speerspitze der Chipproduktion. Die Nachfrage nach diesen Systemen ist aufgrund des steigenden Bedarfs an Speicherchips ungebrochen. Die EUV-Systeme mit einer Belichtungswellenlänge von 13,5 Nanometer ermöglichen darüber hinaus noch feinere Chipstrukturen als klassische Lithographie-Systeme. Dieser Technologiesprung ist der größte in der Geschichte zur Chipfertigung und lässt das für die Halbleiterelektronik so wichtige Moore’sche Gesetz weiter gelten, welches besagt, dass sich die Anzahl der integrierten Schaltkreise, die auf einem Mikrochip Platz haben, in Zeitabständen von rund zwei Jahren verdoppelt.

Neben innovativen Technologien wie der EUV-Lithographie basiert die Fortführung des Moore’schen Gesetzes auch auf einer entsprechenden strategischen Ausrichtung der Halbleiterbranche. Prof. Dr. Dieter Kurz, Vorsitzender des Aufsichtsrats der Carl Zeiss AG und Vorsitzender des Stiftungsrats der Carl-Zeiss-Stiftung, führte in seiner Rede aus, dass die Erfolgsgeschichte der Halbleiterentwicklung und -produktion gerade auch durch die Stiftungsstruktur von ZEISS ermöglicht wurde: „Dadurch entsteht erst die Möglichkeit, komplexe Projekte über viele Jahre durchzuhalten, Rückschläge zu verkraften, Marktschwankungen durchzustehen und eine Unternehmenskultur hoher Innovationskompetenz zu etablieren. Das war einer der Schlüssel zu dieser überragenden Unternehmensleistung.“