Mikroelektronik : Der Schlüssel zu Schlüsseltechnologien

Die EUV-Technologie ist das Herstellungsverfahren für die modernsten, leistungsfähigsten und energieeffizientesten Mikrochips. Diese finden aktuell und in naher Zukunft immer mehr Verbreitung in den elektronischen Alltagsbegleitern wie Smartphones und Notebooks, aber auch in Servern und Kommunikationsnetzwerken. Mikroelektronik ist eine der Schlüsseltechnologien, die die Bundesregierung fördert, um unsere technologische Souveränität zu sichern. Ja man kann sagen: Mikroelektronik ist DIE Schlüsseltechnologie der Schlüsseltechnologien. Denn sie ermöglicht durch ihre exponentielle Leistungssteigerung enormes Wachstum in vielen weiteren Anwendungsfeldern wie Künstliche Intelligenz, Autonomes Fahren, 5G- und 6G-Netze, Materialforschung und nachhaltige Energieerzeugung. Ein Fortschritt auf all diesen Feldern ist ohne Digitalisierung undenkbar. 

Mikrochips treiben dank ihrer Leistungsentwicklung die Digitalisierung voran, sie sind ihr Herz und Hirn. Intel-Mitbegründer Gordon Moore hat das 1965 weitsichtig in dem nach ihm benannten Gesetz formuliert: Die Zahl der Transistoren auf Mikrochips verdopple sich alle zwei Jahre. Wesentlich dafür ist die stetige Verkleinerung der Schaltkreise, die immer dichter gepackt und intelligent integriert werden. Das ist möglich, weil die zur Herstellung von Mikrochips genutzten optischen Technologien immer leistungsfähiger werden. Die Chip-Strukturen werden nämlich in einem lithographischen Prozess auf die Silizium-Wafer projiziert. Dabei bestimmen die Wellenlänge des eingesetzten Lichts und der Öffnungswinkel der Optik die Detailauflösung des projizierten Bildes. 

Totgesagtes Gesetz lebt länger

Aktuelle Verfahren nutzen Deep-UV-Licht – im Lichtspektrum der kurzwellige Anteil des UV-Lichts. Die Grenze damit erreichbarer Strukturgrößen haben wir nun praktisch erreicht. Das war seit Jahrzehnten absehbar und ein Grund dafür, dass das Mooresche Gesetz immer wieder totgesagt wurde, nicht zuletzt von Gordon Moore selbst.

Doch das Gesetz wird nun fortgeschrieben: Um die Grenzen des Machbaren zu verschieben, musste ein komplett neues Verfahren entwickelt werden. Es setzt auf extrem ultraviolettes Licht (EUV), das eine um den Faktor 15 kürzere Wellenlänge hat – ein Riesensprung.

Weltweit einziger Hersteller für EUV-Lithographie-Maschinen ist die niederländische Firma ASML, die die EUV-Quelle sowie die Architektur des Gesamtsystems entworfen hat und alle Module zur komplexesten Fertigungsmaschine der Welt zusammenbaut. Für die Erzeugung und industrielle Nutzung von EUV-Licht in der Chipfertigung braucht es den weltweit stärksten gepulsten Industrielaser von Trumpf sowie die im Vakuum betriebene Optik mit den weltweit präzisesten Spiegeln von Zeiss, deren maximal reflektierende Beschichtung von der Fraunhofer-Gesellschaft mitentwickelt wurden.

Mit langem Atem investieren

Ein derart komplexes Entwicklungsprojekt wie die EUV-Technologie kann niemand allein stemmen. Wir haben hier in Europa, in Deutschland und in unserem internationalen Entwicklungsverbund mit über 1200 Partnern mehr als 25 Jahre an der EUV-Entwicklung gearbeitet. Nach Höhen und Tiefen haben wir gemeinsam mit ASML den Durchbruch geschafft und eine auf dem Weltmarkt einzigartige Technologie in die Serienfertigung der globalen Chip-Hersteller gebracht. Alle anderen Konkurrenten, die auch in die Entwicklung eingestiegen waren – zum Beispiel asiatische Unternehmen – sind unterwegs ausgestiegen. Heute kann man fraglos sagen, dass wir in Europa eine Schlüsseltechnologie der Digitalisierung entwickelt haben und beherrschen.

Im global vernetzten Geschäft mit Chips sollte es unser Ziel sein, partnerschaftlich auf Augenhöhe zusammenzuarbeiten. Wir können das, wenn wir einen langen Atem haben, die nötigen Mittel und vor allem die Köpfe zusammenbringen und uns nicht beirren lassen. Aus gemeinsamem Know-how entsteht dann Technologie, die unseren Alltag bereichert und unsere Lebensqualität verbessert. Insofern ist die EUV-Technologie ein Musterbeispiel für technologische Souveränität, die uns auf wichtigen Gebieten frei agieren lässt.

Marathonlauf im Team

Wie sichern wir unsere Wettbewerbsfähigkeit und Mitarbeit auf Augenhöhe langfristig? Am besten durch weitsichtiges Agieren. Der EUV-Durchbruch zeigt: So schnelllebig technologischer Fortschritt auf den ersten Blick wirken mag – die fundamentalen Innovationen vollziehen sich langfristig. Mit der Schlüsseltechnologie EUV ernten wir die Früchte der wissenschaftlichen, unternehmerischen und politischen Entschlusskraft von vor 25 Jahren. Das drückt sich im wirtschaftlichen Erfolg aus und in signifikanten Beschäftigungseffekten: Allein bei Zeiss und Trumpf sind hierzulande über 3.300 neue High-Tech-Arbeitsplätze entstanden und wir suchen bei Zeiss aktuell 600 weitere Fachkräfte für die Halbleitersparte.

Es gibt einige Politikfelder, in denen langfristig und über die Legislaturperiode weit hinausgedacht werden muss. Renten- oder Klimapolitik sind naheliegende Beispiele. Innovationspolitik gehört eindeutig ebenfalls dazu. Mit konsequentem Fokus, beispielsweise in der Förderung der EUV-Technologie durch BMBF und EU in mehr als zwei Jahrzehnten oder der Förderung durch das BMWi im jetzt anstehenden zweiten IPCEI-Programm für Mikroelektronik (Important Project of Common European Interest), bleibt die Politik an der Seite der Wissenschaft und Unternehmen auf diesem Feld. Echte Innovation ist Marathonlauf im Team und es ist gut, dass das politische Engagement darauf ausgelegt ist.

Bei ASML, Zeiss und unseren Partnern arbeiten wir längst an der nächsten Generation lithographischer Systeme für die Chipherstellung, um die wirtschaftliche Weiterentwicklung der Mikroelektronik zu ermöglichen. Denn es gilt, die technologische Führungsposition immer wieder mit Innovationen und neuen, noch leistungsfähigeren Fertigungstechnologien abzusichern und auszubauen. Das ist der Schlüssel zu den Schlüsseltechnologien der nächsten 25 Jahre.

Peter Kürz leitet die Entwicklung der nächsten Generation optischer Systeme für die Halbleiterfertigung – High-NA EUV – bei der Zeiss-Sparte Semiconductor Manufacturing Technology in Oberkochen. Gemeinsam mit Michael Kösters von Trumpf und Sergiy Yulin vom Fraunhofer IOF wurde er von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier mit dem Deutschen Zukunftspreis 2020 für die Entwicklung der EUV-Lithographie ausgezeichnet. Heute um 12 Uhr diskutiert er mit Bundesforschungsministerin Anja Karliczek über technologische Souveränität. Hier geht es zum Livestream.