EUV-Lithographie – wie funktioniert sie?

Mehr als 170 Wafer pro Stunde belichtet die ASLM-Anlage mit extremer ultravioletter (EUV) Strahlung. Belichten heißt hier, photoaktiven Lack auf Wafern durch eine optische Maske in rund hundert Belichtungsdurchgängen so präzise zu strukturieren, dass sieben Nanometer (nm) feine Strukturen entstehen. Damit ermöglicht es die EUV-Lithographie, zehn Milliarden Transistoren auf der Fläche eines Fingernagels zu realisieren. Schlüssel dazu ist der Sprung von bisher in der Chipbelichtung üblichen 193 nm auf 13,5 nm Wellenlänge.

Der technologische Kern

Herzstück der Anlage ist das Laseroptische System, dessen Hauptkomponenten ASML mit ZEISS, TRUMPF und dem Fraunhofer IOF entwickelt hat. In Vakuum schießt ein gepulstes 30 kW-Lasersystem von Trumpf 100.000 Laserpulse pro Sekunde auf winzige Zinntröpfchen. Jedes Tröpfchen wird zweimal getroffen. Der erste Puls macht aus den Tropfen hauchdünne Scheiben. Der zweite Puls erhitzt diese auf 220.000 °Celsius, das ist 40 Mal heißer als die Sonnenoberfläche. Das Zinn verdampft zu Plasma, das die EUV-Strahlung freisetzt. Diese Strahlung bündelt ein Kollektorspiegel und lenkt sie über mehrere hochgenaue Spiegel – laut Zeiss die „präzisesten Spiegel der Welt“ – auf den Wafer. Die Sensorik und Aktorik dieser Projektionsoptik arbeiten so präzise, dass ein damit umgelenkter Laserstrahl einen Golfball auf dem Mond treffen würde. Im Sinne maximaler Reflektivität sind die Spiegel aus rund 100 jeweils wenige nm dünnen Silizium- und Molybdänschichten aufgebaut. Würde man sie auf die Fläche Deutschlands skalieren, betrüge die größte Abweichung von ihrer Sollform laut Zeiss nur 0,1 mm. Zum Vergleich: Bei hochgenauen Spiegeloptiken für Weltraumteleskope wären es 2 cm. Eine weitere zentrale Voraussetzung der Nano-Präzision ist es, dass sich das in Kooperation mit Jenaer Fraunhofer-IOF-Forschern entwickelte Spiegelmaterial unter Hitzeauswirkung praktisch nicht ausdehnt.

Der Effekt

Per EUV-Lithographie erzeugte Chips weisen eine um 40 Prozent höhere Flächeneffizienz und einen um 50 Prozent geringeren Energiebedarf auf, als die vorige mit 193-nm-Strahlung strukturierte Chipgeneration.

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Eine sehenswerte Dokumentation findet sich unter Youtube.