Miniaturtechnik
Technik für Chips der Zukunft

Chipstrukturen mit wenigen Nanometern: Eine Innovation aus dem Schwabenland sichert die Produktion der Computerchips von morgen: Entwickler der Zeiss-Tochter Carl Zeiss SMT haben mehr als zehn Jahre an der Entwicklung der Miniaturtechnik geforscht – jetzt können noch mehr elektronische Bauelemente auf einem Computerchip platziert werden.

DÜSSELDORF. Die Carl-Zeiss-Forscher Peter Kürz, Winfried Kaiser und Martin Lowisch haben eine optische Technik entwickelt, mit der die Miniaturisierung der Mikroelektronik über Jahre hinweg gesichert ist. Mit ihr können Chipstrukturen mit wenigen Nanometern (1 Millionstel Millimeter) hergestellt und noch mehr elektronische Bauelemente auf einen Computerchip gepackt werden.

Die Entwickler der hundertprozentigen Zeiss-Tochtergesellschaft Carl Zeiss SMT haben mehr als zehn Jahre an dieser Technik geforscht. Das Unternehmen hat mehr als 100 Mill. Euro in ihre Arbeit investiert. 2005 war es dann soweit: Das erste optische System für die Chipproduktion der Zukunft wurde an den Entwicklungspartner ASML, einen niederländischen Hersteller von Belichtungsmaschinen, so genannten Wafersteppern, ausgeliefert. Dieser hat damit den Prototypen einer neuen Produktionsmaschine gebaut, die mit dem so genannten EUV-Lithographieverfahren Strukturen von 35 Nanometern und weniger auf einem Chip herstellen kann.

Die EUV-Lithographie (EUV: extremes Ultraviolett) funktioniert ähnlich wie die Fotolithographie – das Verfahren, das bis heute zur Fertigung von Mikrochips genutzt wird. Damit werden winzige Strukturen von Transistoren und elektrischen Leiterbahnen erzeugt. Als Rohmaterial dient eine dünne Siliziumscheibe, der so genannte Wafer. Die Chipstrukturen sind auf einer Maske vorgezeichnet und werden von der Optik des Lithographiegeräts verkleinert auf dem Wafer abgebildet. In weiteren Bearbeitungsschritten werden dann die dreidimensionalen Komponenten von Mikroprozessoren und Speicherchips generiert.

Je kürzer die Wellenlänge des Lichts, desto kleinere Strukturen lassen sich erzeugen. Damit passen mehr Bausteine auf einen Computerchip, der dadurch leistungsfähiger wird. Bislang ist es gelungen, die Zahl der Transistoren auf den jeweils modernsten Chips alle zwei Jahre zu verdoppeln – wie es Intel-Mitbegründer Gordon Moore 1965 vorhergesagt hat (Moore's Law). Damit verbunden war eine stetige Senkung der Kosten pro Funktionseinheit. Das ermöglichte den Siegeszug der PCs, von Internet, Mobiltelefonen und digitaler Unterhaltungselektronik.

Bei der Produktion heutiger Chips setzt die Industrie Lithographiegeräte ein, die ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern nutzen. Damit können die Chipfirmen aber nur Strukturen bis zu 45 Nanometern Größe herstellen. „Das reicht bei den heutigen Innovationszyklen nur noch bis Ende dieses Jahrzehnts“, sagt der Sprecher des nominierten Projektteams Peter Kürz. Spätestens dann müssten die Hersteller auf die EUV-Lithographie wechseln. Bei der Entwicklung ihrer optischen Komponenten mussten die Carl-Zeiss-Forscher zahlreiche Hürden nehmen. Da Licht der Wellenlänge 13,5 Nanometer von keinem Material oder Gas hindurchgelassen wird, kann ein EUV-System – im Gegensatz zu konventionellen Systemen, die vorwiegend aus Linsen bestehen – nur mit Hilfe von Spiegeln gebaut werden.

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