Fertigungstechnik: Der lange Weg zu EUV

Auf der SPIE Advanced Lithography Conference wird in diesen Tagen über den aktuellen Stand von Lithografie- und Fertigungsverfahren informiert. Im Fokus steht dabei an erster Stelle die neue EUV-Lithografie, auf die alle großen Chiphersteller setzen, welche jedoch weiterhin mit Herausforderungen kämpft.

Das Konferenzprogramm ist insbesondere zu der Thematik EUV extrem umfassend, alle namhaften Hersteller von TSMC, Intel, Samsung, Globalfoundries und natürlich auch ASML, Toshiba, Canon und weitere Hersteller der benötigten Werkzeuge sind in den Ausführungen involviert. Während in vielen Bereichen in den letzten beiden Jahren sehr gute Fortschritte gemacht wurden und auch die Produktivität bereits auf einem hohen Niveau angelangt ist, sind es die Nebenschauplätze, die weiterhin Sorgen bereiten.

Ein großer Problempunkt ist bei EUV die Wartung, aber auch die Fehlerrate in bestimmten Bereichen sowie die Fehlererkennung und -behebung, unter anderem mit der Aktinischen Inspektion (actinic patterned mask inspection, APMI), die für die Serienfertigung extrem wichtig ist, um die Kosten niedrig und die Ausbeute an funktionstüchtigen Chips (Yield) hoch zu halten.

Fortschritte bei Intel und TSMC

Intel führte diese zusammen mit TSMC auf, die die EUV-Lithografie in Zukunft für das High Volume Manufacturing (HVM), also die Massenfertigung, einsetzen wollen. Bei der Lichtquelle wurden zuletzt schnell große Fortschritte gemacht, die 2015er-Geräte arbeiten maximal mit einem 80-Watt-Laser, ASML hat im Labor aber bereits 185 und 200 Watt gezeigt. Angepeilt wird deshalb für den Zeitrahmen 2016/2017 ein bis zu 250 Watt starkes Modell. Ab 2018/2019, wenn die Serienproduktion in greifbare Nähe rückt, soll die Leistung noch über die 250-Watt-Marke gesteigert werden.

Die Verfügbarkeit der Geräte und Masken ist zusammen mit der Zuverlässigkeit ein weiteres Sorgenkind. Intels EUV-Maschine, eine NXE:3300 von ASML, läuft 21 Stunden am Tag in einer 14-nm-Testproduktion, drei Stunden sind für die Wartung reserviert. Bei einer Verfügbarkeit von rund 70 Prozent bei einem 80 Watt starken Laser kann die Maschine 2.000 bis 3.000 Wafer pro Woche belichten. In den letzten sieben Monaten im „Dauerbetrieb“ sei das Prozedere weiter optimiert worden, erklärte Intel parallel dazu im Unternehmens-Blog.

Sowohl die Verfügbarkeit als auch die Laufzeit pro Tag müsse nun aber weiter erhöht werden, erklärt Intel. Zusammen mit einem 250 Watt starken Laser wären bis zu 170 Wafer pro Stunde möglich und damit allmählich die Ausstoßrate erreichbar, die aktuelle Maschinen mit Immersions-Lithografie bieten, berichtet SemiWiki von der Konferenz.

Einsatz ab 7 nm – aber nur wenn möglich

EUV für die 10-nm-Fertigung zu nutzen, ist offiziell bereits länger vom Tisch, der Plan für 7-nm-Chips steht bestenfalls auf wackeligen Beinen. Fest im Blick haben alle großen Foundries deshalb die 5-nm-Fertigung, je nach Fortschritt in den einzelnen Bereichen eventuell aber auch bei gewissen Teilschritten bei einigen 7-nm-Produkten. Während TSMC und Intel ihren Weg mehr oder weniger allein gehen, hat sich Globalfoundries erst vor zwei Wochen mit dem SUNY Polytechnic Institute zusammgeschlossen, um gemeinsam mit IBM und Tokyo Electron an einem zweiten NXE:3300 von ASML die Forschung und Entwicklung auszubauen und den Einsatz von EUV bereits ab 7 nm zu ermöglichen. Zusammen mit der vermehrten Nutzung der neuen Lithografie-Maschinen könnte so die Lernkurve für vollständige Serienfertigung weiter angepasst werden und der Übergang zur kompletten Nutzung bei 5-nm-Chips ohne größere Probleme vonstatten gehen.