Als Weihnachtsgeschenk

Erster High-NA EUV-Scanner von ASML geht zu Intel

Die technischen Herausforderungen werden nicht geringer, der technische Aufwand ist enorm. Sozusagen als vorgezogenes Weihnachtsgeschenk wird Intel von ASML den ersten EUV-Scanner für High-NA erhalten. Der erste Scanner wird nach Hillsboro im US-Bundesstaat Portland gehen, wo Intel die Forschung und Entwicklung seiner Fertigung vorantreibt. Die Auslieferung des ersten EUV-Scanners für High-NA an Intel ist Teil einer Abmachung beider Unternehmen, die bereits 2018 mit der entsprechenden Bestellung beschlossen wurde.

High-NA steht für hohe numerischer Aperaturen und bezieht sich auf die Anzahl und Größe der verwendete der anamorpher Linsen. Auf die Frage, warum eine EUV-Lithografie mit High-NA für zukünftige Prozesse wichtig sein wird, sagte ein Mitarbeiter eines Halbleiterunternehmens einst: "Weil es keine bessere Alternative gibt". ASML hat sich als quasi Monopol-Ausstatter in diesem Bereich auf diese technische Umsetzung festgelegt und entsprechend wird man in den Halbleiterwerken ab 2025 den EUV-Scanner Twinscan EXE:5200 im Einsatz sehen, wenn es um die modernste Fertigung geht.

Intel wird den ersten Twinscan EXE:5200 in Hillsboro dazu nutzen, die nächsten Fertigungsprozesse auf EUV mit High-NA einzustellen. Es ist nicht so, dass die entsprechenden Maschinen aufgestellt werden können und dann hinten fertig belichtete Wafer herauskommen. Jede Fertigung bedarf einer eigenen Justierung der Maschinen. Selbst die Schritte dahin müssen von einer theoretischen Ausführung im Entwicklungsprozess in die gewünschte Massenfertigung überführt werden. Es vergehen Wochen und Monate, bis eine solche Belichtungsmaschine ihre Arbeit aufnehmen kann.

Ein Twinscan EXE:5200 besteht auch nicht nur aus einem Container, wie ASML ihn hier zu Publicitygründen mit einer Schleife versehen hat. Insgesamt reden wir von gut einem Dutzend solcher Container mit zahlreichen größeren und kleineren Bauelementen und Einzelteilen. Die Belichtungsmaschinen erreichen letztendlich eine Höhe von drei Stockwerken, was einer der Gründe ist, warum die neuen Fabs mit Reinräumen mit einer größeren Deckenhöhe gebaut werden.

Ab 2025 sollen die ersten Twinscan EXE:5200 dann die Massenproduktion aufnehmen. Intel wird aufgrund der frühen Lieferung des ersten Pilotscanners auch zu den ersten Halbleiterherstellern gehören, die die diese Technik zum Einsatz bringen. ASML geht davon aus, dass sie bis 2027/28 etwa 20 dieser Scanner pro Jahr ausliefern werden. Die Anzahl der Auslieferungen wird sich ab 2024 in diese Richtung steigern.

Samsung und TSMC werden von ASML ebenfalls mit diesen Belichtungsmaschinen beliefert werden. Abgesehen von der Forschungseinrichtung in Hillsboro werden sie bei Intel vor allem in den Werken für die Massenproduktion von Chips zum Einsatz kommen. Unter anderem im US-Bundesstaat Ohio, wo Intel gerade ein neues Werk baut, aber auch im geplanten Werk bei Magdeburg ist der Einsatz wahrscheinlich.

Technische Umsetzung ist atemberaubend

Die technische Umsetzung alleine der Lichtquelle ist bereits ein technologisches Wunderwerk. Zur Belichtung wird eine Wellenlänge des Lichts von 13,5 nm benötigt. Dieses wird jedoch nicht in einer einfachen Lichtquelle erzeugt, sondern mittels eines Lasers, der Tropfen aus flüssigem Zinn jeweils zweimal beschießt – 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. Ein Kollektorspiegel fängt die vom Plasma in alle Richtungen emittierte EUV-Strahlung ein, bündelt sie und übergibt sie schließlich an das Lithografiesystem (wie dem Twinscan EXE:5200) zur Belichtung des Wafers. Die verwendeten Laser kommen von TRUMPF in Deutschland.

Aber auch der Spiegel bedarf einer besonderen Güte. Er hat einen Durchmesser von 1 m. Von Zeiss in Deutschland gefertigt hat er eine maximale Rauheit von 20 pm (Pikometer, 10¹²) liegt. Die höchste Erhebung auf dem Spiegel ist damit auf die Größe der Erde hochgerechnet so, als seihen die höchsten Berge nicht einmal einen Meter hoch.

Dies sind nur zwei Punkte, welche die technischen Herausforderungen in der Belichtung von Halbleiterbauelementen unterstreichen sollen.

Update: 5. Januar 14:15 Uhr

Das "Geschenk" ist im US-Bundesstaat Oregon bei Intel in Hillsboro angekommen. Nun wird es darum gehen die aufwändige Maschine aufzubauen und dann für den Prozess einzurichten, was einige Monate in Anspruch nehmen kann.