EUV-Lithografie

ASML nutzt stärkere Laser und schießt 300.000 Mal auf Zinntropfen

Die Herstellung moderner Halbleiterchips mit Milliarden von Transistoren auf kleinstem Raum und bei kleinsten Strukturen ist technisch eine enorme Herausforderung. Die Belichtungssysteme von ASML sind dahingehend branchenweit ungeschlagen, sind aber auch extrem komplex und kosten mehrere hundert Millionen Euro.

Für die moderne EUV-Lithografie kommt Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm zum Einsatz. Doch dieses Licht wird nicht einfach von einer Lichtquelle erzeugt. In der aktuellen Umsetzung schießt ein Laser mit einer Leistung an der Lichtquelle von 400 bis 500 W auf flüssiges Zinn, welches in Tropfenform in eine Kammer geleitet wird.

Jeder Tropfen wird zweimal beschossen – einmal, um aus der Tropfenform eine flache Scheibe zu machen, und einen zweiten Schuss, um das Zinn zu ionisieren – aus dem dann ein Plasma entsteht. Dies geschieht 50.000 Mal pro Sekunde mit 100.000 Laserimpulsen. Ein Kollektorspiegel fängt die vom Plasma in alle Richtungen emittierte EUV-Strahlung ein, bündelt sie und übergibt sie schließlich an das Lithografiesystem (wie den Twinscan von ASML) zur Belichtung des Wafers. Die verwendeten Laser kommen von TRUMPF aus Deutschland.

In der Weiterentwicklung der Lithografiesysteme hat ASML in einer Forschungseinrichtung in San Diego in den USA einen neuen Meilenstein erreicht. Die Lichtquelle erreichte hier eine Belichtungsleistung von bis zu 1.000 W. Diese Leistung soll laut eines Berichts von Reuters ab 2030 in den Belichtungsscannern zum Einsatz kommen. ASML arbeitet aber schon an größeren Leistungen. 1.500 und sogar 2.000 W sollen möglich sein.

Um auf die höhere Belichtungsleistung zu kommen, muss ASML aber auch mehr Plasma erzeugen. Dazu verdoppelt man die Anzahl der Zinntropfen auf 100.000 pro Sekunde. Auch die Anzahl der Laserimpulse wird erhöht, denn zukünftig werden die Zinntropfen zweimal beschossen, um die gewünschte Form zu erzeugen. Ein dritter Schuss verdampft diese dann. Somit kommt man auf insgesamt 300.000 Laserimpulse pro Sekunde.

Gegenüber Heise Online betonte ein ASML-Sprecher, dass die Lichtquelle nur eine Komponente ist und es noch weiterer Anpassungen bedarf. Die Belichtungsmasken müssen sich schneller bewegen und Pellicles müssen diese womöglich noch effektiver schützen.

Letztendliches Ziel ist ein höherer Wafer-Output. Statt wie aktuell 220 Wafer pro Stunde sollen über 300 Wafer pro Stunde erreicht werden. Zunächst wird erwartet, dass die stärkeren Lichtquellen für die aktuellen EUV-Systeme umgesetzt werden, die theoretisch auch umgerüstet werden können. Aber auch für die komplexere High-NA-EUV-Fertigung wäre dies denkbar. Über Chancen und Risiken dieser Fertigung haben wir vor einiger Zeit einen gesonderten Artikel verfasst.