EUV-Laser und EUV-Lithografie: Definition, Anwendungsgebiete, Beispiele

Aufgrund der immer weiter fortschreitenden Digitalisierung sind Technik und Wirtschaft auf stetigen Fortschritt angewiesen. Einer der dabei wichtigsten Bereiche ist die Computerleistung. Eine starke Computerleistung ermöglicht besseres autonomes Fahren, mobile Endgeräte oder Fortschritte in dem Gebiet der künstlichen Intelligenz. Die Herausforderung in der Verbesserung besteht darin, immer mehr Transistoren auf kleinen Chips zu platzieren.

Auf kleinen Mikrochips in Smartphones befinden sich derzeit 10 Milliarden Transistoren. Diese besitzen bereits das millionenfache der Rechenleistung, die der Computer für die Mondlandung 1969 aufweisen konnte. In den Anfangsjahren der 1970er beinhalteten Mikrochips mit gleicher Größe etwa 2000 Transistoren. Gordon Moore, der Mitbegründer des Unternehmens Intel, sagte im Jahr 1965 voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren in Chips alle zwei Jahre verdoppeln würde. In den darauffolgenden Jahrzehnten zeigte sich, dass er Recht behielt. Bekannt wurde dieses Gesetz als „Moore’s Law“. Dennoch werden Schritte, die zur Verbesserung führen nach einer gewissen Zeit bei exponentiellen Verläufen immer komplizierter.

Die Herstellung von Mikrochips erfolgt seit 40 Jahren mit der Technologie der optischen Lithografie. Strukturen von elektronischen Bauelementen werden dabei von einer Maske auf einen Wafer übertragen, der aus Silizium besteht. Das Verfahren wird um die 100 Mal wiederholt, während verschiedene Masken benutzt werden. Anschließend entsteht ein dreidimensionales Gebilde aus Leiterbahnen und Transistoren. Dabei hängt eine scharfe Abbildung von kleinen Strukturen von kleinen Wellenlängen und großen Öffnungswinkeln der Optik ab.

In den letzten Jahren geriet dieses Verfahren durch die zunehmenden Anforderungen von Technik und Wirtschaft an ihre Grenzen. Die EUV-Lithografie bietet neue Chancen und könnte diese Grenzen verschieben, was besonders interessant ist für die größten Elektrounternehmen in Deutschland. Vereinfacht gesagt, besteht ein EUV-Lithografie System aus drei wesentlichen Komponenten: Einer Strahlungsquelle mit Schutz vor Rückständen und einem Kollektor, ein Wafer mit Fotolack und eine abbildende Optik und Maske. Das neue Verfahren setzt auf andere Bereiche der Wellenlängen und fokussiert sich auf stark ultraviolettes Licht als Strahlungsquelle. Ultraviolett ist sehr kurzwellig. Zusätzlich ermöglicht die Orientierung an ausgefeilten Optik- und Spiegelsystemen die Wiedergabe von winzigen Strukturen. Der Kollektor fungiert als Sammeloptik, damit die Strahlung für den Belichtungsprozess nutzbar gemacht werden kann. Anschließend wird die Strahlung in Richtung der Lithografie-Anlage reflektiert. Eine ASLM-Anlage belichtet mehr als 170 Wafer pro Stunde. Der Lack wird durch eine optische Maske auf Wafern präzise strukturiert. Dies ermöglicht die Entstehung von feinsten Strukturen mit sieben Nanometern. Eine Veranschaulichung bietet folgender Vergleich: Das herkömmliche System arbeitete mit Wellenbereichen des Lichts von 193 Nanometern, während die EUV-Lithografie im Bereich von 13,5 Nanometern arbeitet. Durch die EUV-Lithografie werden Mikrochips hergestellt, die zehn Milliarden Transistoren beinhalten aber nur die Größe eines Fingernagels haben.

Die Technik ist nicht nur zukunftsweisend und platzsparend, sondern auch energieeffizient. Im Vergleich zu der älteren Technik mit 193 Nanometer Wellenlänge, kommt das neue Verfahren mit 50 Prozent geringerem Energiebedarf aus. Die Effizienz im Hinblick auf die Platzausnutzung konnte um 40 Prozent verbessert werden.

Eine stetige Fortentwicklung im Bereich der Computerleistung kann garantieren, dass immer kleinere und schnellere Schaltkreise hergestellt werden. Gerade Sektoren wie die Wirtschaft profitieren von effizienteren Herstellungsverfahren.

Im Straßenverkehr kann es schnell zu unvorhersehbaren und gefährlichen Situationen kommen. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Sicherheit bietet langfristig autonomes Fahren. Dabei ist es wichtig, dass die Software nicht nur automatisch bremsen und lenken kann. Programme müssen Situationen eigenständig einschätzen können, um vorausschauend zu handeln und potenzielle Gefahren erkennen zu können. Diese Art des selbstständigen Fahrens ist noch kein Standard im heutigen Straßenverkehr. Die EUV-Techniken sind aber eine vielversprechende Möglichkeit zur dauerhaften Realisierung und Verbesserung solcher Projekte. Wichtig für das automatisierte Fahren sind Kameras und Sensoren, die helfen, Situationen auszuwerten. Dabei wird die Umgebung detailliert aufgezeichnet und analysiert. Neue Information wird mit einer hinterlegten Datenbank verglichen, um eine angemessene Reaktion zu berechnen. Verbesserte Mikrochips sind in der Lage, immer größere Datenbanken anzulegen und die vielen Informationen schnell zu verarbeiten. Das verbessert Reaktionsgeschwindigkeit und Genauigkeit.

EUV-Laser ermöglichen modere Smartphones und sämtliche enthaltenen Spezialfunktionen. Zunehmend sicherer vor Diebstahl wurden Handys durch die Einführung von Gesichtserkennung. Verschiedene spezielle Merkmale des Gesichts werden dabei von der Frontkamera an das Smartphone übermittelt, wie beispielsweise der Abstand von einem zum anderen Auge. Das eingebaute Programm gleicht die erhaltenen Daten mit den gespeicherten Informationen ab und entsperrt das Handy, wenn der Besitzer erfolgreich identifiziert werden konnte. Die Tatsache, dass Chips in den letzten Jahren immer leistungsstärker wurden, trug zur deutlichen Verbesserung der Gesichtserkennung bei. Ähnliche Softwareprogramme finden Anwendung an beispielsweise Flughäfen.

In unterschiedlichen Dienstleistungsbereichen werden Sprachassistenten und Chatbots eingesetzt, um Arbeiten zu vereinfachen. Benutzt werden diese künstlichen Intelligenzen beispielsweise im Kundenservice. Programme werden auf Webseiten angeboten und können Fragen von Konsumenten beantworten. Wenn die Software in der Datenbank keine geeignete Antwort finden kann, werden reale Mitarbeiter benötigt. Die EUV-Technik ermöglicht verbesserte Chatbots und KIs. Durch Verbesserungen sind Programme dazu in der Lage, mögliche doppeldeutigen Wörter zu erkennen und richtig zu interpretieren. Auch Wörter die falsch geschrieben wurden, können richtig erkannt und zugeordnet werden. Erweiterte Rechenleistung ermöglicht immer größere Datenbanken, auf die die KI zurückgreifen kann, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Am 25. November 2020 in Berlin wurden die Gewinner des Deutschen Zukunftspreises 2020 bekanntgegeben. In einer offiziellen Feier wurden die Sieger des Projekts „EUV-Lithografie – Neues Licht für das digitale Zeitalter“ von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier geehrt. Mit dem Preis in den Bereichen Technik und Innovation wurde das Team aus Experten um Dr. Peter Kürz, Dr. Michael Kösters und Dr. Sergiy Yulin ausgezeichnet.

Seit dem Jahr 1997 wird der Deutsche Zukunftspreis, der zu den wichtigsten wissenschaftlichen Auszeichnungen in Deutschland gehört, vergeben. Im Fokus steht die Auszeichnung anwendungsreifer Produkte in den Bereichen Technik, Ingenieurwesen und Naturwissenschaft. Bei der Vergabe konzentriert sich die Jury auch auf das gesellschaftliche und wirtschaftliche Potenzial der innovativen Projekte. Ausgewählt werden jährlich nur drei Teams und ihre Innovationen.