Revolutionäre Optik für die Herstellung des Computerchips der
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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“