Smart Home, lernfähige Roboter oder autonome Fahrzeuge: Für immer mehr Anwendungen braucht es immer bessere Mikrochips, um die stetig steigende Datenmenge schnell genug zu verarbeiten. Forscher und Entwickler von der Carl Zeiss SMT GmbH, von der TRUMPF Lasersystems for Semiconductors Manufacturing GmbH und vom Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF haben dafür eine innovative Technologie entwickelt. Ihr Verfahren der EUV-Lithographie wurde 2020 mit dem Deutschen Zukunftspreis, dem Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation, ausgezeichnet. Jetzt wurde das neue Modul zu dieser Innovation in der Ausstellung zum Deutschen Zukunftspreis im Deutschen Museum eingeweiht.

„Die Entwicklung der EUV-Lithographie ist ein Paradebeispiel für die Innovationskraft in diesem Land, die im Besonderen auch durch die Zusammenarbeit von Industrie und Forschung zum Erfolg führt“, sagte Wolfgang M. Heckl, der Generaldirektor des Deutschen Museum, bei der Einweihung des neuen Moduls in der Ausstellung zum Deutschen Zukunftspreis. 2020 wurden die Carl Zeiss SMT GmbH, die TRUMPF Lasersystems for Semiconductors Manufacturing GmbH und das Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF mit dem mit 250.000 Euro dotierten Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation für ihre Entwicklung ausgezeichnet. Wegen der Corona-Pandemie konnten die Preisträger erst jetzt mit dem neuen Modul in der Ausstellung im Deutschen Museum geehrt werden. Dort werden normalerweise immer die preisgekrönten Innovationen der letzten zehn Jahre in eigenen Modulen präsentiert und sämtliche Zukunftspreisträger seit Einführung der Auszeichnung 1997 an einer digitalen „Wall of Fame“ vorgestellt.  

Die Preisträger 2020, Dr. Peter Kürz, Dr. Michael Kösters und Dr. Sergiy Yulin konnten mit ihren Teams ein schwerwiegendes Problem bei der Herstellung von Mikrochips lösen: Die fortschreitende Digitalisierung erzeugt immer mehr Daten, die immer schneller verarbeitet werden müssen. Dafür sind neue Mikrochips erforderlich, deren Leistungsfähigkeit weit über das bisher Mögliche hinausreicht. Sie lassen sich mit herkömmlicher Technik aber nicht herstellen. Durch die Entwicklung der EUV-Lithographie, die auf extrem ultraviolettem Licht basiert, ist das jetzt gelungen.

Unter anderem durch ein neuartiges optisches System und eine Lasertechnik, die das Herzstück der neuen Anlagen für die EUV-Chipproduktion sind, haben die Zukunftspreisträger die Grenzen des bisher technisch Machbaren drastisch verschoben. Mit ihrer Innovation haben sie einen wesentlichen Beitrag dazu geleistet, dass sich mikroelektronische Bauteile mit extrem feinen Strukturen fertigen lassen. Gordon Moore, einer der Mitbegründer von Intel, hat 1965 in seinem Satz „Die Anzahl der Transistoren auf einem Mikrochip verdoppelt sich alle zwei Jahre“ postuliert. Bis heute gilt das „Mooresche Gesetz“ – nicht zuletzt dank der EUV-Lithographie.

Präzision, Leistung, Exzellenz – das definiert das Ergebnis der Arbeiten dieser Preisträger und das spiegelt sich in drei herausragenden Werkstücken, die in der Wandvitrine des Moduls zu sehen sind. Raumgreifend der „Resonator“, ein Bestandteil der Plasma-Lichtquelle, mit der in der EUV-Lithographiemaschine das für die Produktion der neuartigen Chips notwendige EUV-Licht mit der Wellenlänge von 13,5 nm erzeugt wird.

Oberhalb dieser faszinierenden Entwicklung ist ein großer EUV-Spiegel positioniert, der eine besondere Beschichtung aufweist, sodass er extremes UV-Licht reflektieren kann. EUV-Lithographiemaschinen arbeiten nicht mit Linsen, sondern mit Spiegeln, die das EUV-Licht mit bisher nicht erreichter extremer Präzision von der Lichtquelle lenken. „Wenn man einen dieser Spiegel auf die Fläche von Deutschland aufblasen würde, dann wären die größten Abweichungen von der Sollform gerade mal 0,1 Millimeter groß“, sagt Peter Kürz, Sprecher der Preisträger. Und mit diesen extremst genauen Spiegeln werden die Strukturen einer Fotomaske, die letztlich die Beschaffenheit der Chips definieren, außerordentlich exakt auf den Wafer abgebildet.

Mit dem dritten Objekt erfolgt der Rückgriff in die historische Entwicklung der Technologie: Man sieht ein „Micro Exposure Tool“ aus dem Jahr 2000, eine erste EUV-Projektionsoptik für kleine Belichtungsfelder.

Im Modul selbst wird der aufwendige Prozess der EUV-Lithographie ausführlich anhand der verschiedenen Komponenten, hier auch kleinerer Exponate, erläutert. Mit einem Hands-on-Exponat können die Besucherinnen und Besucher erfahren, wie wichtig die Beschichtung eines Spiegels für seine Funktion in der EUV-Lithographie ist. Statements der drei Preisträger, im Medienterminal des Moduls verortet, geben Aufschluss darüber, wie langwierig und komplex der Entwicklungsprozess war und wie man gemeinsam zum Erfolg gekommen ist.

Die Ausstellung zum Deutschen Zukunftspreis befindet sich auf Ebene 0+, direkt in der neuen Eingangshalle des Deutschen Museums, erreichbar über zwei Treppenaufgänge neben dem Auditorium oder barrierefrei per Lift.