EUV-Lithografiesystem für die Halbleiterfertigung

Ein Mikrochip besteht aus einer Vielzahl winziger Bauelemente. Grundlage für elektronische Bauelemente sind Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe wie Silizium, die im Normalzustand den elektrischen Strom sehr schlecht leiten. Erst wenn man sie erwärmt, mit Licht bestrahlt oder Fremdatome einbringt, nimmt ihre Leitfähigkeit zu.

Reines Silizium wird aus Quarzit gewonnen und besitzt vorteilhafte Materialeigenschaften zur Halbleiterproduktion. Aus einer Siliziumschmelze wird ein nahezu perfekter Einkristallstab gezogen. Dieser wird in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten. Auf den Wafer wird eine dünne Isolationsschicht und zusätzlich eine lichtempfindliche Schicht aufgetragen. Die elektronischen Bauelemente unter seiner Oberfläche entstehen, indem man gezielt andere Atome in den Wafer einbringt. Aufgedampfte Leiterbahnen verbinden diese Elemente untereinander.

Mit EUV-Licht (Extreme Ultraviolet) werden Schaltkreise durch eine Maske auf den Wafer projiziert. EUV-Lithografiesysteme werden in der Halbleiterfertigung eingesetzt, um extrem feine Strukturen auf Wafer zu projizieren. Das System nutzt ultrakurzwelliges Licht. Dadurch lassen sich wesentlich kleinere Transistoren herstellen als mit älteren Verfahren.

Gemeinsam mit unserem Technologiepartner Starrag haben wir auf einer Heckert T45 erfolgreich ein hochkomplexes Bauteil für ein EUV-Lithografiesystem gefertigt. Ein Lithografiesystem besteht aus Tausenden von hochpräzisen Aluminium- und Edelstahlkomponenten. Die Fertigungsanforderungen sind extrem hoch, da die Komponenten in einer Vakuumkammer eingesetzt werden. 

Die Erfordernisse Vakuumdichtheit, Reinheit, Präzision und Stabilität mache EUV-Systeme so anspruchsvoll. Nur die besten Bearbeitungslösungen erfüllen die Standards der Mikrochip-Produktion.

Bei der Fertigung des Bauteils für das EUV-Lithografiesystem wurden unterschiedliche Pokolm Premiumtools eingesetzt. 

Der Planfräser Mirroworx® steht für hohe Oberflächenqualitäten. Er wurden speziell für die Herstellung von absolut glatten und ebenen Oberflächen entwickelt. Unter optimalen Bedingungen sind in kurzer Bearbeitungszeit spiegelglatte Oberflächen mit Oberflächengüten von Rz < 0,2 µm erreichbar. Vorteilhaft für das EUV-Lithografiesystem ist zusätzlich, dass Mirroworx® die Bauteiloberfläche bei der Bearbeitung durch den entstehenden Druck abdichtet. Somit konnten mit Mirroworx® makellose Oberflächen erreicht werden, die durch das Spiegelfinish gut sauber zu halten und vakuumdicht sind. 

Zur Anwendung kam die schwingungsdämpfenden Variante von Mirroworx® um die Oberflächenqualität noch weiter zu steigern. Neben dem positiven Einfluss auf die Oberflächenqualität ist diese Variante maschinenschonend. Sie reduziert den Spindelverschleiß und beugt dem Werkzeugbruch vor. 

An dünnen Wänden wurde ein VHM-Schaftfräser eingesetzt. Der neue „Benchmark für dünne Wände“ ermöglicht im Finishing von Strukturbauteilen aus Aluminium exzellente Oberflächen und Genauigkeiten mit unerreichter Performance.

Ein Transistor ist ein winziges elektronisches Bauelement, das als Schalter oder Verstärker für elektrische Signale dient. Er besteht im Wesentlichen aus Halbleitermaterial, das den Stromfluss je nach angelegter Spannung steuern kann. Milliarden solcher Transistoren bilden die Grundlage moderner Mikroprozessoren und Speicherchips. Durch diese kleinen Transistoren sind Computer und Smartphones heute extrem leistungsfähig und zugleich energieeffizient.

In den Wafer werden Fremdatome eingebracht, um die Leitfähigkeit einzustellen. Die gezielte Verunreinigung der Halbleiter mit Fremdatomen nennt man Dotierung. Eingebracht werden Fremdatome, die mehr oder weniger Außenelektronen als der Kristallverbund aufweisen. Das freie Elektron ist im Halbleiter beweglich und so kann elektrische Ladung transportiert werden. 

Um Leiterbahnen und Transistoren zu verbinden, werden in nachfolgenden Schritten abwechselnd Metallschichten und Isolationsschichten aufgetragen. Die Schritte Lithografie, Dotieren und Schichten werden dutzende Male wiederholt, bis die gesamte Chipstruktur fertig ist. Abschließend wird der Wafer in einzelne Chips zersägt, getestet und in ein Gehäuse eingebaut, damit er später in Geräten verwendet werden kann.