Bei der Fertigung von modernen Hochleistungschips gibt es zwei kritische Arbeitsbereiche: Einerseits sind bis zu 40 Milliarden Transistoren auf einer fingernagelgroßen Siliziumfläche zu platzieren, zu verdrahten und mehrere hundert zusätzliche Restriktionen einzuhalten. Das Forschungsinstitut für Diskrete Mathematik realisiert diesen Prozess seit mehr als 30 Jahren mit weltweit anerkanntem Erfolg. Der zweite relevante Bereich ist die Lithographie. Bisher war die Wellenlänge des Lichts wesentlich größer als die Strukturen, die abgebildet werden müssen. Ein riesiger Durchbruch war hier, auch Strukturen belichten zu können, die wesentlich kleiner sind.
Durch das Erzeugen eines Zinnplasmas – nämlich durch Beschießen von Zinn-Tröpfchen mit Laserlicht - wird Licht von der Wellenlänge 13,5 nm emittiert. Dies ist deutlich besser als alle bisherigen Belichtungsverfahren. Zu einem weltweit einzigartigen Firmenkonsortium, das Belichtungsgeräte, Laserquellen und Optik zusammenbringt, zählt ZEISS, das das optische Lithographiesystem liefert. Belichtungsverfahren mit Linsen scheiden aus, weil sie das benötigte extrem ultra-violette Licht (EUV) nicht durchlassen würden. EUV steht für extrem ultraviolettes Licht. Vielmehr wird ein System aus mehreren Spiegeln eingesetzt. Die Fertigung muss extrem präzise sein. Techniker sprechen vom Atombereich: würde ein solcher Spiegel auf die Größe der Bundesrepublik Deutschland vergrößert, dürfte die größte Unebenheit geringer als 0,1 mm sein. Es handelt sich um das präziseste Optikelement, das je hergestellt wurde, erklärt Prof. Dr. Ina Prinz, Direktorin des Arithmeums.
Lithographie-Optik und EUV: Die Schlüsseltechnologie
Die Lithographie ist einer der Schlüsselprozesse bei der Herstellung von Mikrochips. Mit Hilfe der Lithographie werden Strukturen für die Leiterbahnen auf die mit lichtempfindlicher Substanz beschichtete Siliziumscheibe, Wafer genannt, aufgebracht. Daraus entstehen in weiteren Prozessschritten die Schaltkreise. Lithographie-Systeme der niederländischen Firma ASML führen diesen entscheidenden Schritt bei der Produktion von Chips mit Optiken von ZEISS durch.
2018 startete die Volumenproduktion von Mikrochips mit der EUV-Lithographie, wofür extrem ultraviolettes (EUV) Licht genutzt wird. Mikrochips stecken in jedem Smartphone oder Computer, in einer Vielzahl anderer technischer Geräte oder auch im Auto. Das von ZEISS entwickelte und hergestellte Halbleiterequipment bietet die Grundlage für die Produktion von Mikrochips. EUV-Lithographie ebnet heute den Weg für Fortschritte in den Bereichen Virtual Reality, 5G-Konnektivität, Künstliche Intelligenz, selbstfahrende Autos, Big Data und weiteren Herausforderungen.