Ein ZEISS SMT Mitarbeiter hält, die für die DUV-Technologie wichtige Komponente in Form einer dünnen scheibenförmigen Siliziumscheibe – den sogenannten Wafer – in der Hand.

SMT Magazin

DUV – Licht, das Digitalisierung schafft

23. Januar 2025 6 Min. Lesedauer

Seit mehr als 50 Jahren ermöglicht die DUV-Technologie die steigende Nachfrage nach leistungsstarken Mikrochips mit kosteneffizienter Produktion zu kombinieren – und legt damit die Grundlage für die Digitalisierung. Zusammen mit der EUV- und High-NA-EUV-Lithographie ist sie der Taktgeber für eine vernetzte, digitale Zukunft.

Präzision im Nanometerbereich

Allein die nackten Zahlen sind beeindruckend: 80 Prozent aller weltweit gefertigten Mikrochips werden mit den Optiken der ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT) hergestellt. Mehr als 95 Prozent ihrer Strukturen entstehen mit DUV-Licht (deep ultraviolet light) bei Wellenlängen von 193, 248 oder 365 Nanometern. Damit sind optische Auflösungen von bis zu unter 40 Nanometern auf Mikrochips möglich. Die derzeit am Markt erhältlichen modernsten und leistungsstärksten Mikrochips weisen bis zu 100 Schichten – sogenannte Layer – auf. Dabei enthalten alle Mikrochips Layer, die mithilfe von DUV-Licht entstehen. Bei einigen High-End-Chips nutzen Chiphersteller für weitere Lagen zusätzlich EUV-Lithographie (extrem ultraviolettes Licht) – die derzeit fortschrittlichste Technologie in der Serienfertigung.

Mit dem extrem-ultravioletten Licht (EUV-Licht) von nur 13,5 Nanometern sind feinste Strukturen im niedrigsten Nanometerbereich möglich. So kann die Halbleiterindustrie immer kleinere und leistungsfähigere Strukturen auf dem Wafer abbilden – einer dünnen, scheibenförmigen Siliziumplatte, die die Basis für die Mikrochips ist. Voraussichtlich ab 2025 befähigt ZEISS SMT die Halbleiterindustrie mit der Weiterentwicklung zur High-NA-EUV-Lithographie die nächste Mikrochip-Generation zu realisieren

Schlüsseltechnologie DUV

Zusammen mit der EUV- und High-NA-EUV-Lithographie ist die DUV-Technologie der Taktgeber für die vernetzte, digitale Zukunft.

Die Infografik zeigt die DUV-Lithographie als eine Schlüsseltechnologie, die in den vergangenen mehr als 50 Jahren die Grenzen des technologisch Machbaren immer wieder verschoben hat.

Zwei Mitarbeitende arbeiten an einem DUV-Objektiv der Starlith®-19xyi-Serie im Reinraum der ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology.

DUV ist fest etabliert

Die meisten Layer hingegen fertigen Chiphersteller nach wie vor mit DUV-Licht. Das zeigt sich auch in der nach wie vor hohen Nachfrage nach DUV-Optiken von ZEISS SMT. Denn die für DUV-Licht eingesetzten sogenannten Excimerlaser oder Hochdruck-Quecksilber-Dampflampen sind im Betrieb deutlich günstiger als der Hochleistungs-CO2-Laser für EUV-Licht. Auch wenn wegen des Technologiesprungs von der EUV- zur High-NA-EUV-Lithographie diese in den vergangenen Monaten im Rampenlicht stand: Die DUV-Lithographie ist und bleibt ein stabiler und relevanter Faktor in der Halbleiterfertigung.

DUV-Lithographie

Eine Mitarbeiterin der ZEISS SMT bei der Entwicklung der DUV-Objektive mit 436 Nanometer.

Immer kleiner, immer feiner

Um immer kleinere und leistungsfähigere Strukturen auf den Wafer abbilden zu können, hat die DUV-Technologie in den vergangenen 50 Jahren beeindruckende Fortschritte erzielen können. Drei Hebel sind entscheidend, um die Grenzen des Machbaren kontinuierlich zu verschieben: der Einsatz immer kürzerer Wellenlängen, eine höhere numerische Apertur (NA, Öffnungswinkel des Objektivs) und ein verringerter Prozessfaktor, durch den sich die Auflösungsgrenze des Objektivs verbessert. Äußerlich sichtbar wird dies anhand der Größe der DUV-Lithographie-Optiken: Je kleiner die Auflösung, desto größer die Optik.

Ein DUV-Produkt der Trocken-Lithographie im Reinraum der ZEISS SMT.

Entwicklung der Lithographie-Technologie

Begonnen hat alles 1972 mit der G-Linie, die mit 436 Nanometern Wellenlänge Strukturen von 1000 Nanometern fertigen konnte. Die I-Linie mit einer Wellenlänge von 365 Nanometern markierte 1984 den Umstieg auf für den Menschen unsichtbares ultraviolettes Licht. Mit dem KrF-System 1990 waren dann bei einer Lichtwellenlänge von 248 Nanometern Strukturen von 80 Nanometern möglich, sechs Jahre später folgte das ArF-System mit 193-Nanometer-Optiken, die Strukturen von 55 Nanometern ermöglichten. Beide Systeme nutzen Gaslaser (Excimerlaser) als Lichtquelle, einmal mit Kryptonfluorid (KrF) und einmal Argonfluorid (ArF) für 193 Nanometer.

Ein ZEISS SMT DUV-Immersionsobjektiv im Reinraum.

Trockene und Immersions-Lithographie

Seit 2007 setzt ZEISS SMT auf Immersions-Lithographie. Das Prinzip der Immersion hatte sich bereits in der Mikroskopie bewährt. Dabei wird Immersionsflüssigkeit zwischen Optik und Wafer eingebracht. Der Clou: Flüssigkeiten haben einen höheren Brechungsindex als Luft, wodurch der Lichtstrahl stärker umgelenkt wird. Als Folge erhöht sich die Numerische Apertur – also der Winkelbereich, aus dem ein optisches System Licht aufnehmen kann – und die Auflösung verbessert sich. So sind mit Lichtwellenlängen von 193 Nanometern Auflösungen von unter 40 Nanometern möglich.

Die Trocken-Lithographie (dry lithography) ist der technologische Vorgänger zur Immersions-Lithographie – weniger relevant ist sie deshalb aber nicht. Im Gegenteil: Dry DUV wird vor allem in der Volumenfertigung eingesetzt, überzeugt durch kostengünstige Produktion und wartungsarme Maschinen. Dry DUV heißt die Technologie deshalb, weil sich zwischen der letzten Linse und Wafer Luft statt Flüssigkeit befindet. Beide Produktlinien sind fest im Portfolio von ZEISS SMT etabliert und werden mit Produktneuheiten kontinuierlich weiterentwickelt.

Ein Mitarbeiter im Reinraum fertigt am ZEISS Standort in Wetzlar hochmoderne DUV-Komponenten.

Mehr Kapazitäten für höhere Bedarfe

Denn der Bedarf nach Halbleitern wächst, das zeigt die steigende Anzahl an smarten Haushaltsgeräten, Lifestyle-Produkten oder die wachsende Elektromobilität. In einem Elektroauto finden mehrere Tausend Mikrochips Platz – die meisten davon entstehen mit DUV-Technologie. Deshalb investiert ZEISS SMT kontinuierlich in Mitarbeitende, Infrastruktur und Maschinen. Beispielsweise werden die Produktionsflächen am Standort Wetzlar durch eine neue Multifunktionsfabrik mit 150 Mitarbeitenden und einer Produktionsfläche von 12.000 Quadratmetern erweitert. Dort entstehen künftig hochmoderne DUV-Komponenten.

DUV-Produktion in Wetzlar (Pressemitteilung 2024)

Mit der DUV-Lithographie gestaltet ZEISS SMT die Zukunft der Mikrochips und bietet effiziente Lösungen für eine Welt mit wachsendem Technologiebedarf.

Dr. Andreas Knipp Head of Business DUV bei ZEISS SMT

DUV: Basis der Digitalisierung

Die DUV-Technologie hat den Grundstein für immer feinere Strukturen gelegt. Mit Innovationen in Optik, Maskentechnik und Prozessoptimierung ebnete sie den Weg für immer kleinere, leistungsstärkere und energieeffizientere Mikrochips. Ohne DUV wäre Digitalisierung – heute und in Zukunft – undenkbar. Die EUV- und High-NA-EUV-Lithographie verschieben die Grenzen des technologisch Machbaren weiter – und sind essentiell für die Fertigung hochkomplexer, höchstleistungsfähiger Mikrochips. Für einfachere Chipstrukturen – etwa für die Touchscreen-Steuerung in Smartphones, Speicherchips oder Automotiv-Anwendungen wie Navigationssysteme – kommt nach wie vor die DUV-Lithographie zum Einsatz. Und weil der Bedarf dieser „einfachen“ Mikrochips weiter steigt, wird ZEISS SMT die DUV-Lithographie kontinuierlich weiterentwickeln – Seite an Seite mit EUV und High-NA-EUV-Lithographie.