EUV-Lithographie: Ein europäisches Gemeinschaftsprojekt

Lithographie auf Basis von extrem ultraviolettem Licht ermöglicht immer feinere Strukturen auf Computerchips. Damit erreichen diese kontinuierlich eine höhere Transistordichte und werden leistungsfähiger und energieeffizienter. Zusammen mit den strategischen Partnern ASML und TRUMPF ist ZEISS Weltmarktführer in der EUV-Technologie – dank rund 25 Jahren Forschung und Entwicklung von mehreren Tausend Mitarbeitenden.

Das Herz des Fortschritts schlägt in einem Mikrochip. Das neue Handy und die nächste Videokonferenz, Industrie 4.0 und 5G-Netze, autonomes Fahren und nicht zuletzt auch innovative Medizintechnik – alles basiert auf immer leistungsfähigeren Mikrochips. Damit bildet die Mikro- und Nanoelektronik als Schlüsseltechnologie die Grundlage für den technologischen Fortschritt in wichtigen europäischen Anwendungsindustrien. Die deutsche und europäische Politik unterstützt die Branche, um den Zugang zu diesen strategisch wichtigen Gütern für Europa zu sichern. Zudem sollen die Innovationen durch Forschung, Entwicklung und Fertigung in Europa vorangetrieben werden. Die deutsche Bundesregierung fördert die EUV-Technologie bereits seit Ende der 1990er-Jahre.

Auch europäische Fördergelder sind im Rahmen von sogenannten „Gemeinsamen Unternehmen (Joint Undertaking)“ eingeflossen. So wie bei „Important Projects of Common European Interest (IPCEI)“, für das sich fünf europäische Staaten zusammengetan haben. Sie unterstützen risikoreiche, aber höchst innovative Vorhaben von kleinen und großen Unternehmen der kapitalintensiven Halbleiterbranche. In Deutschland realisierte ZEISS mit Hilfe des Projekts die weltweit modernste Fabrik für EUV-Lithographie-Optiken. Damit konnte ZEISS seine internationale Spitzenstellung in dieser Technologie ausbauen und über Tausend Arbeitsplätze schaffen.

Das Smartphone in der Hosentasche ist heute leistungsstärker als alle Rechner, mit denen die NASA vor fünfzig Jahren Menschen auf den Mond und wieder zurückgebracht hat. In dieser Ära postulierte Gordon Moore das nach ihm benannte Gesetz: Der Mitbegründer von Intel sagte voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Computerchip alle zwei Jahre verdoppeln würde. Zur Zeit der Mondflüge besaß ein durchschnittlicher Mikrochip gerade einmal 1.000 Transistoren, heute sind es mehr als fünfzehn Milliarden. Moore hat recht behalten – weil rund um den Globus engagierte Teams kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Rechenleistung arbeiteten und arbeiten.

Eine Schlüsseltechnologie dafür ist die optische Lithographie. Mit diesem Verfahren werden wie in einem Diaprojektor die Strukturen einer Photomaske durch Licht auf die lichtempfindliche Schicht einer Siliziumscheibe, den sogenannten Wafer, abgebildet. Je kürzer die Wellenlänge des Lichts, desto feiner werden die Muster auf dem Wafer, aus dem später Mikrochips entstehen. Damit steigen die Anzahl der Transistoren auf der gleichen Fläche sowie die mögliche Rechenleistung.

EUV steht für extrem ultraviolettes Licht. Mit einer Wellenlänge von nur noch 13,5 Nanometern können Strukturen erzeugt werden, die winzige 15 Nanometer klein sind – 5.000-mal feiner als ein menschliches Haar. Die damit produzierten Mikrochips sind nicht nur kompakter und insgesamt leistungsfähiger, sie verbrauchen auch rund 30 Prozent weniger Energie als die vorhergehende Chip-Generation, die mit einer größeren Wellenlänge von 193 Nanometern hergestellt wird. Die Herausforderungen für die EUV-Lithographie sind jedoch enorm: Weil Luft und Glas EUV-Licht absorbieren, muss die Belichtung im Vakuum stattfinden – und dabei dürfen statt optischen Linsen nur noch hochpräzise Spiegel verwendet werden. EUV-Spiegel von ZEISS sind heute die genauesten Spiegel der Welt. Auf die Größe Deutschlands skaliert, würde die größte Unebenheit gerade einmal ein Zehntel Millimeter betragen. Die Sensoren und Aktuatoren in einer ZEISS Projektionsoptik arbeiten derart präzise, dass ein reflektierter Laserstrahl zielgenau einen Golfball auf dem Mond treffen könnte. Diese Technologie hat ZEISS mit mehr als 2.000 Patenten abgesichert.