EUV-Lithografie: ASML beschießt Zinntropfen künftig 300.000-mal pro Sekunde
Belichtungssysteme von ASML sollen 2030 rund 50 Prozent mehr Wafer belichten können als bisher. Das erfordert komplexe Technik.
Renderbild eines offenen Lithografie-Systems von ASML. Abgebildet ist ein Twinscan NXE:3800E (Low-NA EUV).
(Bild: ASML)
ASML hat einen neuen Forschungsmeilenstein erreicht: Ein Vorserien-Lithografie-System mit extrem-ultravioletter (EUV-)Lichtquelle erhöht die Belichtungsleistung von 600 auf 1000 Watt. Das wiederum verkürzt die Zeit, die ein System zur Belichtung von Chipstrukturen auf einem Silizium-Wafer benötigt.
Ab 2030 soll die Technik serienreif sein. Ein Lithografie-System soll dann 330 Wafer pro Stunde belichten können – 50 Prozent mehr als bisherige Modelle wie der Twinscan NXE:3800E. Chip- beziehungsweise Speicherhersteller wie TSMC, Samsung, SK Hynix, Intel und Micron könnten so die Produktivität auf gleicher Reinraumfläche erheblich erhöhen.
Und bei den 1000 Watt soll nicht Schluss sein: ASML sieht einen klaren Pfad für 1500 Watt und keinen fundamentalen Grund, warum nicht auch 2000 Watt möglich sein sollten.
Aufwendige Lichtquelle in der EUV-Lithografie
Bei den 1000 Watt handelt es sich um die Leistung an der Lichtquelle. Die Laser inklusive vorgeschalteten Verstärkern kommen schon heute auf eine Leistung bis 40 Kilowatt, können selbst aber nicht das notwendige Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern emittieren.
Stattdessen leiten heutige EUV-Systeme 50.000 Zinntropfen pro Sekunde in eine Kammer. Auf jeden dieser Tropfen schießt ein Laser zweimal, also 100.000-mal pro Sekunde: einmal zum Vorformen in eine pfannkuchenähnliche Form und dann zum Erhitzen. So entsteht aus dem Zinn ein Plasma, das Licht mit der gewünschten Wellenlänge von 13,5 nm emittiert.
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Zur Erhöhung der Leuchtleistung verdoppelt ASML die Anzahl der Zinntropfen auf 100.000 pro Sekunde. Gleichzeitig erhöht der Hersteller die Laserimpulse auf drei Schüsse pro Tropfen: zwei zum Vorformen und einen zum Erhitzen. Das ergibt 300.000 Laserimpulse pro Sekunde.
Das bringt eine Reihe eigener Probleme mit sich, darunter mögliche Verunreinigungen durch Zinnspritzer. Solche waren ein Grund, warum EUV jahrelang nicht reif für die Serienproduktion war. Heutzutage entstehen zum einen durch das Vorformen per Laser weniger Zinnspritzer und zum anderen ist die Kammer modular aufgebaut, sodass eine Reinigung möglich ist.
Mehrere hochreine Spiegel und Linsen leiten das Licht zum Wafer. Weil jedes Optikbauteil Licht schluckt, kommt am Wafer nur ein Bruchteil der Energie an; wie viel genau verrät ASML nicht. Das Optiksystem steuert die deutsche Firma Zeiss bei. Die Laser und Verstärker kommen vom ebenfalls deutschen Zulieferer Trumpf.
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Tests bereits erfolgreich
Tests mit der 1000-Watt-Lichtquelle liefen schon 2025 in einer Forschungseinrichtung im kalifornischen San Diego, USA. Über das kommerzielle Ziel bis 2030 berichtete zunächst die Nachrichtenagentur Reuters.
Auf Nachfrage von heise online betonte ein ASML-Sprecher, dass die bisherigen Tests einen Forschungsmeilenstein und keinen kommerziellen darstellen. In den nächsten Jahren macht sich der Hersteller an die Industrialisierung: Außer der Lichtquelle erfordern andere Bauteile wie der Scanner Anpassungen. Er muss dauerhaft der höheren Leistung standhalten und die Belichtungsmasken schneller bewegen.
„Es handelt sich nicht um einen Taschenspielertrick oder etwas Ähnliches, bei dem wir für kurze Zeit demonstrieren, dass es funktionieren kann“, sagte Michael Purvis, leitender Technologe für EUV-Lichtquellen bei ASML gegenüber Reuters. „Es ist ein System, das unter denselben Anforderungen, die Sie bei einem Kunden sehen könnten, 1000 Watt erzeugen kann.“
Der Test erfolgte mit einem sogenannten Low-NA-Lithografie-System, also einem mit niedriger numerischer Apertur, wie es TSMC und Co. seit Jahren einsetzen. Das Prinzip ist aber auch auf noch komplexere Systeme mit hoher numerischer Apertur (High-NA EUV) übertragbar, die ab 2027 in der Serienproduktion zum Einsatz kommen. Beide Typen nutzen weitgehend identische Lichtquellen, bloß mit unterschiedlichen Ausrichtungen.
Im Bestfall lassen sich die notwendigen Module in bestehenden Lithografie-Systemen austauschen. Mit Upgrade-Modulen macht ASML mehrere Milliarden Euro Umsatz pro Jahr. Ob in dem Fall Upgrades möglich sind, kann der Hersteller aktuell aber noch nicht bestätigen.
(mma)
