Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der

Revolutionäre Optik für die Herstellung
des Computerchips der Zukunft
Dr. Peter Kürz (Sprecher)
Winfried Kaiser
Dr. Martin Lowisch
Carl Zeiss SMT
Nominiert zum Deutschen Zukunftspreis 2007
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Die Halbleiterindustrie als Motor des
technischen Fortschritts
Mikroprozessor:
Anzahl Transistoren
100.000.000.000
Moore‘s Law:
Die Anzahl der Transistoren auf
einem Chip verdoppelt sich
alle zwei Jahre
Speicherchip:
Preis pro MBit [€]
100000
10.000.000.000
10000
1.000.000.000
1000
100.000.000
100
10.000.000
10
1.000.000
1
100.000
0,1
10.000
0,01
1.000
0,001
100
1970
1980
1990
2000
2010
0,0001
2020
ermöglichte …
… PC, Internet, Handy, Digitalkameras ...
Im nächsten Jahrzehnt:
Die heutige
Fertigungstechnologie für
Halbleiterchips
stößt an ihre Grenzen.
Eine grundlegend
neue Technologie
wird benötigt.
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Wie werden Computerchips heute hergestellt?
Der Schlüssel zur Chipherstellung
ist die optische Lithographie
Maske mit Chipstrukturen
Projektion der
Maske auf den
Wafer mit einer
ultrapräzisen
Optik
+
Entwicklung des
belichteten
Photolacks und
weitere
chemischphysikalische
Prozesse
Mikroprozessor
oder
Speicherchip
=
1/1,000 mm
mit Photolack beschichtete
Siliziumscheibe (Wafer)
Quelle: ASML
Ablauf wird mit verschiedenen Masken ca. 40 mal wiederholt
Quelle: ICE
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Ultrapräzise Spiegeloptiken
sichern den Fortschritt
Heute:
Optische Lithographie
Wellenlänge: 193 nm
Im nächsten Jahrzehnt:
Extreme UltraViolet Lithographie
Wellenlänge: 13.5 nm
ASML Belichtungsmaschine (Waferstepper)
mit ZEISS Optik
Mitte der 90er Jahre:
Start der EUV-Entwicklung
bei Carl Zeiss SMT
Im letzten Jahrzehnt:
ASML, NL und Carl Zeiss SMT steigen
zum Marktführer in der Lithographie auf
(Marktanteil > 60%)
Linsensysteme
Auflösungsgrenze: 30 nm
Dezember 2005:
Carl Zeiss SMT liefert die
Optik für ein erstes EUVPrototypensystem an ASML
Designbeispiel
Spiegelsysteme
Auflösungsgrenze: << 20 nm
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
EUV-Lithographie:
Die technischen Herausforderungen sind groß…
Kein Material oder Gas ist transparent für EUV-Licht der Wellenlänge 13.5 nm.
Eine EUV-Optik besteht daher
im Gegensatz zu herkömmlichen, aus Linsen aufgebauten Lithographieoptiken,
nur aus Spiegeln, die im Vakuum betrieben…
… und mit „atomarer Präzision“ bearbeitet werden.
EUV Spiegel
Maske
Formgenauigkeit und Oberflächenrauheit
100 mm
entspricht
Deutschland
1000 km
Wafer
Designbeispiel
von 0.15 nm
“Bergen” von
1.5 mm Höhe auf der Fläche
Deutschlands
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
… aber es funktioniert
Dezember 2005:
Carl Zeiss SMT liefert die erste Optik für ein sog. EUV Alpha Demo Tool an ASML.
Das EUV Alpha Demo Tool ist der erste Prototyp für EUV-Seriengeräte.
August 2006:
Lieferung von zwei EUV Alpha Demo Tools an
• das belgische Institut IMEC
EUV Alpha Demo Tool von ASML mit ZEISS Optik
32 nm
32 nm
Partner: Intel, Samsung, Matsushita/Panasonic,
Philips, Micron, STMicroelectronics, Texas
Instruments, TSMC, Qimonda
• das amerikanische Forschungszentrum
Albany Nanotech
Mit dem Alpha Demo Tool erzeugte Strukturen
Partner: IBM, Qimonda, Micron, AMD, Sony,Toshiba
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Wir können 32 nm Strukturen herstellen:
Was bedeutet das?
Die Auflösung eines Druckers wird in dots/inch angegeben:
Normale Druckqualität: 300 dots/inch  1 dot (Punkt) ist 84667 nm groß
Wir können mit dem Alpha Demo Tool 32 nm „dots“ herstellen!
(84667 / 32)2 / 24500
=286
Brockhaus: 24.500 Seiten
Mit dem EUV Alpha
Demo Tool könnte
(theoretisch) der
komplette Brockhaus
286 mal auf eine
einzelne DIN A4 Seite
„gedruckt“ werden
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Status und Ausblick
• Die EUV-Lithographie ist das Herstellungsverfahren für Hochleistungscomputerchips
des nächsten Jahrzehnts.
- Mit den EUV Alpha Demo Tools haben ASML und Carl Zeiss SMT einen zentralen
Meilenstein bei der Einführung dieser Technologie erreicht.
- Mit dem Bau des Nachfolgegeräts wurde begonnen: hierfür liegen feste Aufträge
von führenden Chipherstellern vor.
• Die EUV-Lithographie sichert den technologischen Fortschrittt
in der Halbleiterindustrie (Umsatz in 2006: ca. 200 Milliarden €)
und in der Elektronikindustrie (Umsatz in 2006: ca. 1000 Milliarden €) …
… und ermöglicht damit völlig neue Anwendungen
in Informationstechnologie (Sprach- und Bilderkennung), Haushalt („digital home“),
Verkehrssicherheit, Medizintechnik, Telekommunikation, Unterhaltungselektronik ….
Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der Zukunft
Vielen Dank an das Team
EUV-Team bei Carl Zeiss SMT
und unsere Partner:
ASML, PTB, Fa. Heidenhain, Fraunhoferinstitut IWS,
FOM Institut Rijnhuizen, TNO Delft, Philips
Gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projekt „Grundlagen der EUV-Lithographie“
13N8088 and 13N8837
MEDEA Projekte „EXTATIC“ und EAGLE“
European Commission Projekte EUCLIDES und 507754 „More Moore“