Entwicklungen in der HL-Technologie EUV kommt sicher, vielleicht, gar nicht?

Zwei Techniker des niederländischen Lithographie-Spezialisten ASML legen Hand an einem EUV-Prototypen an. Wann die Technik marktreif ist, steht noch nicht fest.  Bild: ASML
Zwei Techniker des niederländischen Lithographie-Spezialisten ASML legen Hand an einem EUV-Prototypen an. Wann die Technik marktreif ist, steht noch nicht fest. Bild: ASML

Die Markt&Technik hat Experten aus Industrie und Forschung eingeladen, um mit ihnen über die Weiterentwicklungen in der Halbleitertechnologie zu diskutieren. Dabei ging es auch um die Frage, ob EUV (Extreme Ultra Violet Lithography) überhaupt noch kommt, und wenn ja, wann?

Dass sich die Experten auf keinen Zeitpunkt einigen können, liegt auch daran, dass schon so lange auf diese Technologie gewartet wird: ASML arbeitet immerhin schon zig Jahre an den Lithographie-Systemen, und auch Finanzspritzen von Intel, TSMC und Samsung in Milliardenhöhe führten bislang nicht zum erhofften Durchbruch.

Zwar gibt es mittlerweile diverse Beta-Systeme in Forschungseinrichtungen und bei Halbleiterherstellern, aber der Durchsatz, den diese Maschinen erreichen, ist für eine wirtschaftliche Nutzung zu niedrig. Doch sind sich die Experten ziemlich sicher, dass EUV den Weg in die Fertigung noch finden wird – schon deshalb, weil man niemals nie sagen sollte, so die Ansicht von Dr. Stefan Finkbeiner, CEO von Bosch Sensortec, und Jürgen Weyer, Vice President Automotive Sales EMEA bei NXP Semiconductors. Dr. Andreas Mai, Dept Head Technology bei IHP, weist darauf hin, dass der Aufwand, der bislang schon in EUV steckt, zeigt, wie relevant die Technologie ist. Olaf Höhne, Regional Business Manager von Intel, fügt hinzu, dass EUV genau dann kommen wird, wenn die Kosten für alternative Technologien schlichtweg zu hoch werden – die Kosten für Double/Triple/Quadruple-Belichten und -Ätzen sind exorbitant und steigen weiter.

Der Durchsatz von EUV-Systemen ist laut Dr. Wolfgang Buchholtz, Manager Project Coordinator von Globalfoundries, aber nicht der einzige Punkt, der bei der EUV-Technik negativ ins Gewicht fällt: Er verweist auf den hohen Energieverbrauch und macht das am Beispiel „Globalfoundries“ deutlich. Wollte Globalfoundries in Dresden mit kleinsten Strukturen fertigen, müsste das Unternehmen eines der drei Fertigungsmodule komplett mit EUV-Anlagen bestücken. »Um dieses Modul mit Strom versorgen zu können, bräuchten wir noch ein Atomkraftwerk daneben«, so Buchholtz. Dennoch ist auch er überzeugt, dass EUV kommen wird. Er glaubt sogar, dass es noch vor 2020 erste kommerzielle Einsätze geben wird: für ganz kritische Ebenen in sehr fortschrittlichen Prozessen – denn auch die Mehrfachbelichtung führt zu einer enormen Verringerung des Durchsatzes.

Die Frage, »bei welchem Knoten die EUV-Technik erstmals kommerziell genutzt wird?«, beantwortet Buchholtz so: »Der Knoten spielt in diesem Fall keine Rolle. Wir nutzen schon bei 22-nm-FD-SOI für die ersten zwei Metallisierungsebenen Double-Patterning/Double-Etch-Verfahren.« Wäre also die Lichtquelle der EUV-Anlage so gut, dass der Durchsatz akzeptabel ist, würden mit EUV die Kosten für diese zwei Lagen sinken, und in dem Moment, wo sie unter den Kosten der Doppelbelichtung und Doppelätzung lägen, hätte EUV seine Berechtigung, ganz unabhängig vom Knoten.

Mit dem Einsatz von EUV ist außerdem ein Qualitätssprung gegenüber Mehrfachbelichtung/-Ätzen möglich. Für selbstverständlich hält Buchholtz das aber nicht und verweist darauf, dass mit EUV-Systemen für die Masken keine Pellicle (schützen die Maske vor Verunreinigungen) mehr benutzt werden können, weil damit die Dämpfung zu groß ist.

Wenn die EUV-Technik kommt, wird sie aus der Sicht von Prof. Dr. Peter Kücher, Leiter Business Development Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien beim Fraunhofer EMFT, bei weitem nicht mehr den Umbruch in der Halbleiterindustrie zur Folge haben, den andere große technologische Veränderungen mit sich brachten. Das liegt seiner Meinung nach auch daran, dass zwar alle Komponenten für EUV-Systeme existieren, aber wichtige wie beispielsweise die Lichtquelle alles andere als perfekt sind. Kücher weiter: »Das Fenster für EUV wird klein, weil es nur wenige Applikationen gibt, die die Technik brauchen, wodurch auch das Volumen gering ausfällt. Hinzu kommt, dass auch die Anzahl der Kunden für diese Lithographie-Systeme immer kleiner wird.«

Dass beim Wechsel von 200- auf 300-mm-Wafer ähnliche Bedenken geäußert wurden, weiß auch Kücher, dennoch hat sich gezeigt, dass der Umstieg für viele von Vorteil war. Kücher mahnt abschließend: »Zeitgleich mit dem Übergang auf 450-mm-Wafer auch mit EUV anzufangen, halte ich für nicht machbar.« Apropos 450-mm-Wafer: Kommt dieser Wechsel überhaupt noch? Wie die Experten hierzu stehen und welche spannenden Themen aus der Halbleitertechnologie sonst noch diskutiert wurden, lesen Sie in einer der nächsten Ausgabe.