Halbleiterfertigung ASML skaliert auf 1.000 Watt bei EUV-Lithografie und steigert Wafer-Durchsatz um 50 Prozent

Von Manuel Christa 2 min Lesedauer

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Ein massiver Leistungssprung bei der EUV-Lichtquelle soll die Halbleiterfertigung bis 2030 deutlich beschleunigen. Durch eine optimierte Plasmaerzeugung will ASML die Leistung von 600 auf 1.000 Watt gesteigert haben.

Merchandise: Wer sich die echte Twinscan nicht leisten kann oder will, kann die Lithographiemaschine bei ASML auch als Klemmbaustein-Modell erwerben.(Bild:  ASML)
Merchandise: Wer sich die echte Twinscan nicht leisten kann oder will, kann die Lithographiemaschine bei ASML auch als Klemmbaustein-Modell erwerben.
(Bild: ASML)

Der niederländische Lithografie-Spezialist ASML hat einen entscheidenden Durchbruch bei der Erzeugung von extrem ultraviolettem Licht (EUV) erzielt. Wie das Unternehmen in einem Interview mit Reuters bestätigte, konnte die Leistung der EUV-Lichtquelle unter produktionsnahen Bedingungen auf 1.000 Watt skaliert werden. Bisherige Spitzenmodelle der Industrie arbeiten mit maximal 600 Watt. Für Halbleiterfertiger bedeutet dieser Leistungssprung vor allem eines: kürzere Belichtungszeiten und damit ein massiv erhöhter Durchsatz in der Massenproduktion.

Die Technik dahinter: Das neue Zwei-Puls-Shaping

Die Erzeugung von EUV-Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern ist ein technologischer Kraftakt. ASML nutzt dafür das Laser-Produced-Plasma-Verfahren (LPP). Dabei feuert ein CO₂-Laser im Vakuum auf winzige, flüssige Zinntröpfchen, die sich in ein extrem heißes Plasma verwandeln und dabei die begehrte EUV-Strahlung abgeben.

Um die Leistung auf 1.000 Watt zu hieven, reichte es nicht aus, lediglich die Laserenergie per "Brute-Force" zu erhöhen. ASML hat stattdessen den gesamten Prozess der Plasmaerzeugung modifiziert:

  • Erhöhte Tröpfchenfrequenz: Die Schussrate auf die Zinntröpfchen wurde von bisher 60 kHz auf 100 kHz (100.000 Tröpfchen pro Sekunde) drastisch erhöht.
  • Zwei-Puls-Laserformung: Der entscheidende Hebel liegt im "Pre-Shaping" der Tröpfchen. Anstatt das Zinn vor dem eigentlichen Haupttreffer mit einem einzigen Laserimpuls in Form zu bringen, nutzt ASML nun einen Ansatz mit zwei aufeinanderfolgenden, kleineren Vorimpulsen.
  • Höhere Konversionseffizienz: Durch diese mehrstufige Pulsarchitektur wird das Zinntröpfchen präziser verformt (es bildet eine Art Pfannkuchen- oder Schirmform), was die Ausbeute der EUV-Strahlung beim finalen Treffer durch den Hauptlaser deutlich steigert.

Laut Michael Purvis, Lead Technologist bei ASML, handele es sich dabei um keinen reinen Taschenspielertrick, sondern um ein robustes, reproduzierbares System. Die 1.000 Watt ließen sich unter exakt den gleichen industriellen Anforderungen abrufen, die auch beim Kunden vor Ort in der Fabrik gelten.

330 Wafer pro Stunde bis 2030

Für die Fab-Planung der Chiphersteller ergeben sich daraus handfeste wirtschaftliche Vorteile: Teun van Gogh, Executive Vice President für die NXE-Linie bei ASML, rechnet damit, dass der Durchsatz auf den Maschinen bis zum Ende des Jahrzehnts von derzeit etwa 220 auf rund 330 Wafer pro Stunde (wph) steigen wird.

Ein Durchsatzplus von 50 Prozent senkt die Stückkosten pro Chip erheblich und adressiert die rasant wachsende Nachfrage nach hochleistungsfähigen KI-Halbleitern. Da die EUV-Scanner den größten Flaschenhals in der modernen Halbleiterfertigung darstellen, sinkt durch den höheren Output pro Maschine auch der relative Energie- und Flächenbedarf in den ohnehin knappen Reinräumen.

Ausblick: Der Weg zu 2.000 Watt ist frei

Mit der erfolgreichen Validierung der 1.000-Watt-Marke sieht ASML keine fundamentalen physikalischen Hürden mehr für weitere Skalierungen. Die aktuellen Entwicklungen im Laser-Shaping ebnen laut Unternehmensangaben bereits den Weg für künftige Generationen mit 1.500 oder gar 2.000 Watt EUV-Leistung.

Damit untermauert das Unternehmen seine Monopolstellung im High-End-Lithografie-Markt und setzt ein klares Zeichen an aufstrebende US-Startups wie xLight oder Substrate, die derzeit mit dreistelligen Millionenbeträgen an alternativen EUV-Technologien forschen, um die Vormachtstellung der Niederländer anzugreifen. (mc)

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