Schwerpunkte

Trumpf, Zeiss und Fraunhofer

Zukunftspreis für EUV-Technik

26. November 2020, 07:20 Uhr   |  Heinz Arnold

Zukunftspreis für EUV-Technik
© Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz

Die Gewinner des Deutschen Zukunftspreises 2020 vor dem weltweit stärksten gepulsten Industrielaser, der für die Licht-Erzeugung eingesetzt wird, um die EUV-Lithographie zu ermöglichen (v.l.): Dr. Peter Kürz, Zeiss Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), Dr. Michael Kösters, Trumpf, und Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena.

Für die Entwicklung einer weltweit konkurrenzlosen Schlüsseltechnik für die Fertigung vom ICs gibt es den Deutschen Zukunftspreis 2020.

Ingenieure und Ingenieurinnen aus Deutschland haben eine bahnbrechende Technik entwickelt, die die Produktion von Chips der neusten Generationen erst ermöglicht: Die EUV-Technik. Ohne diese Technik könnten die Chips nicht hergestellt werden, die genügend leistungsfähig und energieeffizient sind, um in den neusten Smartphones und Servern arbeiten zu können. Genauso wenig könnten die Systemhersteller die Infrastruktur für den Mobilfunk, für große Rechenzentren, für KI-Systeme und autonomes Fahren ohne die Chips der neusten Generationen entwickeln. Denn diese Geräte benötigen ICs, deren Strukturgrößen bei 7 und 5 nm, demnächst sogar darunter liegen werden.

Für die Entwicklung dieser konkurrenzlosen Schlüsseltechnologie übergab Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier Deutschen Zukunftspreis 2020 an ein Experten-Team um Dr. Peter Kürz, Zeiss Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), Dr. Michael Kösters, Trumpf, und Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena.

Wie die Strukturen in die Chips kommen

Um die winzigen Strukturen in ICs zu bringen, setzen die IC-Hersteller sogenannte Lithografiegeräte ein, die als Werkzeug Licht benutzen, um die winzigen Strukturen auf die Wafer zu projizieren. Diese Lithografieschritte bilden die Grundlage für die weitere Verarbeitung der Wafer.  

Das dazu eingesetzte Licht hatte bisher eine Wellenlänge bis hinunter zu 193 nm. Das ist für 5-nm-Strikturen viel zu grob. Deshalb entwickelten Zeiss, Trumpf und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF ein System, das „Licht“ der Wellenlänge von 13,5 nm einsetzt. Dieses „Licht“, „Extreme Ultraviolett“ (EUV) genannt, verhält sich anders als gewöhnliches Licht: Es gibt kein Material, das dafür durchsichtig wäre, Linsen kommen für die Optik des Lithografiegeräts nicht in Frage.

EUV ist der Durchbruch für die digitale Transformation

Deshalb musste Zeiss ein Spiegelsystem entwickeln, das die Linsen ersetzt. Die Spiegel sind kompliziert aufgebaut und müssen hochgenau sein: Würde man die Oberfläche auf die Gesamtfläche von Deutschland hochrechnen, dann dürfte die maximale Abweichung von der Idealform nur 0,1 mm betragen.

Mindestens ebenso große Schwierigkeiten machte die Entwicklung des Hochleistungslasers. Über beharrliche jahrelange Arbeit gelang es den Ingenieuren von Trumpf, die Leistung der Quelle so hochzuschrauben, dass das erzeugte „Licht“ genügend Wafer pro Stunde belichten kann, um eine wirtschaftliche Serienfertigung in den Fabs der IC-Hersteller zu ermöglichen.

»In den fast drei Jahrzehnten der Forschung waren Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler maßgeblich an der Entwicklung der ersten EUV-Spiegel und Strahlquellen beteiligt. Dass die EUV-Lithographie nun in der Anwendung angekommen ist, ist auch der intensiven Kooperation von Wissenschaft und Wirtschaft sowie dem Forschergeist und dauerhaften Engagement aller Beteiligten zu verdanken«, sagt Fraunhofer-Präsident Prof. Reimund Neugebauer.

Eingebaut wird die Optik von Zeiss und die Laserquelle von Trumpf in die Lithografiemaschinen des niederländischen Herstellers ASML. Als Integrator hat ASML die Architektur des Gesamtsystems entworfen. Derzeit gibt es auf der Welt keinen anderen Hersteller, der EUV-Maschinen bauen kann. Dass es sich um eine wahre Wundermaschine handelt, zeigt schon der Preis: Rund 150 Mio. Dollar muss ein IC-Hersteller für ein EUV-System aufbringen.

Damit haben Unternehmen aus Deutschland und den Niederlanden eine weltweit führende Fertigungstechnologie entwickelt, die die Voraussetzung für die Digitale Transformation ist. Sie ist über 2.000 Patente abgesichert. Dank EUV haben Zeiss und Trumpf bis heute mehr als 3.300 Hochtechnologiearbeitsplätzen geschaffen und 2019 ein Jahresumsatz von mehr als einer Milliarde Euro erwirtschaftet – Tendenz steigend. Das stärkt die deutsch-europäische Position im globalen Halbleitergeschäft.

Im abgelaufenen dritten Quartal hat ASML 57 Lithografiegeräte ausgeliefert, darunter 10 EUV-Systeme. Der Jahresumsatz soll 2020 bei 13,3 Mrd. Dollar landen. Im kommenden Jahr erwartet Peter Wennink, President und CEO von ASML, ein Wachstum im zweistelligen Prozentbereich.

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