Halbleiterfertigung 26.10.2012, 19:55 Uhr

ASML: Milliarden für die Lichtquellen der Chiplithografie von morgen

ASML, Hersteller von Lithografiemaschinen für die Chipfertigung, kauft für 1,95 Mrd. $ das US-Unternehmen Cymer. Ein strategischer Schritt, um für die Zukunft der Chipfertigung gerüstet zu sein: die Belichtung kleinster Chipstrukturen mit extremem UV-Licht (EUV)

Verkleinerung stößt an physikalische Grenzen.

Verkleinerung stößt an physikalische Grenzen.

Foto: Werkfoto

Bei der stetigen Verkleinerung der Chipstrukturen stoßen die Ingenieure langsam, aber sicher an die Grenzen der Physik: Beim Belichten der Chips, deren kleinste Strukturen im zweistelligen nm-Bereich angekommen sind, greifen sie zu immer neuen Tricks. Denn das Licht, mit dem diese Strukturen heute produziert werden, hat eine Wellenlänge von 193 nm, deutlich mehr als die großtechnisch gefertigten Strukturen.

ASML: „Innovationen in der Lithografie sind der Motor des Verkleinerungsprozesses“

„Innovationen in der Lithografie sind der Motor des Verkleinerungsprozesses“, ist Peter Jenkins, Vice President Marketing beim niederländischen Unternehmen ASML überzeugt. Der Marktführer bei Lithografiegeräten für die Chipindustrie hat in den letzten 30 Jahren die Verkleinerung der Strukturen von 1200 nm bis zu weniger als 20 nm begleitet und mitgetrieben.

Reichte es anfangs aus, zu immer kurzwelligerem Licht überzugehen, so ist mit 193 nm die untere Grenze des optisch nutzbaren Spektrums erreicht. Weitere Verbesserungen brachte der Übergang zur Immersionslithografie. Dabei wird zur Verbesserung der Auflösung eine Flüssigkeit zwischen Lithografieobjektiv und zu belichtendem Wafer aufgebracht. Auch trickreiche Doppel- und Mehrfachbelichtungen bringen Fortschritte in Sachen Verkleinerung. Zusätzlich begegnen die Ingenieure den unvermeidlichen Beugungseffekten durch aufwändig optimierte Masken und entsprechende Designregeln.

Das alles ist nicht billig und kostet während des Halbleiterfertigungsprozesses Zeit. Deswegen wird weltweit mit Hochdruck an der nächsten Lithografiegeneration gearbeitet: der Belichtung mit noch kurzwelligerem „Licht“ im extremen UV-Bereich. Diese EUV-Lithografie mit einer Wellenlänge von 13,5 nm würde Mehrfachbelichtungen und andere „Tricks“ vermeiden und damit Kosten- und Zeitersparnis bringen.

EUV-Lithografie: Es bleibt noch viel zu tun

Doch die Tücke steckt im Detail: EUV-Licht – eigentlich schon im Bereich langwelliger Röntgenstrahlung – wird von Luft und anderen Materialien absorbiert. Herkömmliche Glasoptiken funktionieren also nicht mehr, es wird vielmehr mit reflektiven Optiken gearbeitet, und zudem muss der gesamte Lithografieprozess im Vakuum stattfinden. In den letzten Jahren hat die Entwicklung dieser Lithografie dank gewaltiger Investitionen deutliche Fortschritte gemacht.

Kurt Ronse, Direktor des Lithografieprogramms am belgischen Forschungsinstitut Imec in Leuven, ist Besitzer eines „Pre-Production“-Gerätes von ASML. Seit Ende 2011 ist der NXE:3100 beim Imec im Einsatz und hat seither mehr als 3000 Wafer belichtet. „Die EUV-Lithografie nähert sich stetig dem Stadium der Pilotfertigung, aber es bleibt noch viel zu tun“, resümiert Ronse den bisherigen Erfolg, der erst kürzlich auf einem internationalen Symposium in Brüssel diskutiert wurde.

Noch zu lösende Probleme bis zur Massenfertigung gibt es viele: Neben Fragen der Maskengüte und der zu verwendenden Fotoresiste (der lichtempfindlichen Schichten, aus denen die Chipstrukturen entstehen) sind es vor allem die EUV-Lichtquellen, die derzeit noch nicht den Anforderungen der industriellen Chipproduktion genügen.

Die in Aachen ansässige Xtreme Technologies GmbH, eine Tochter des japanischen Ushido-Konzerns, hat im Frühjahr auf einem Symposium des Branchenverbandes Semi das Konzept einer EUV-Lichtquelle nach dem LDP-Prinzip (s. Kasten) vorgestellt. Seinerzeit brachte es diese Lichtquelle bei 13,5 nm Wellenlänge auf eine Leistung von 20 W bis 40 W – ein durchaus mit Stolz präsentierter Wert. Für die effektive Massenfertigung von Chips aber braucht es laut Ronse mittelfristig Lichtquellen mit bis zu 200 W.

ASML: Cymer-Kauf bringt Kontrolle über Anbieter von EUV-Lichtquellen nach dem LPP-Prinzip

Nun hat ASML mit dem kalifornischen Laserspezialisten Cymer – einem Wettbewerber von Xtreme bei EUV-Lichtquellen – die Übernahme vereinbart. Für rund 1,95 Mrd. $ wollen die Niederländer alle verfügbaren Aktien von Cymer aufkaufen und so die Kontrolle über einen Anbieter von EUV-Lichtquellen nach dem LPP-Prinzip (s. Kasten) bekommen.

Eine Vorentscheidung für eine der EUV-Technologien ist damit aber nicht verbunden. „Unser Ziel ist es, unseren Kunden ein EUV-System zur Verfügung zu stellen, das für die Massenproduktion von Chips geeignet ist. Alle am Markt verfügbaren Lichtquellen werden an unsere EUV-Systeme gekoppelt werden können“, sagt ASML-Sprecher Niclas Mika.

Dies sei bereits heute so: Von den sechs NXE:3100 EUV-Systemen, die bereits bei Chipfabrikanten im Einsatz sind, habe eines eine Lichtquelle von Xtreme. ASML nutze eine Xtreme-Quelle für Forschung und Entwicklung. Die übrigen Systeme arbeiten mit Cymer-Quellen. Mika: „Unsere Kunden treffen die Entscheidung, welche Lichtquelle sie gebrauchen wollen, und wir liefern daraufhin das Lithografiesystem in der entsprechenden Konfiguration.“

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