Chipfertigung: China präsentiert eigenen EUV-Laser-Prototyp

Das Ökosystem zur Herstellung von modernen Chips mit extrem-ultravioletter (EUV-)Belichtungstechnik wächst allmählich in China. Das zwei Jahre junge Unternehmen Langdao Silex will eine passende Lichtquelle für heimische Lithografie-Systeme liefern. Die Firma orientiert sich dabei an ASML und dessen deutschem Laserlieferanten Trumpf: Auch in chinesischen Maschinen soll Plasma das EUV-Licht erzeugen (Laser-Produced Plasma, LPP).

Laut zahlreichen asiatischen Medienberichten hat Langdao Silex einen Prototyp seiner EUV-Lichtquelle auf der 26. China International Industry Fair (CIIF) gezeigt. Die Herstellerseite nennt bereits grobe Spezifikationen zum sogenannten FlintNano LPP-OXXO. Demnach soll der Laser eine Leistung von 1000 Watt aufweisen und Zinntröpfchen bis zu 20.000-mal pro Sekunde beschießen. Aus dem erhitzten Zinn entsteht das Plasma.

Die Firma nennt eine „EUV-Power“ von mehr als 15 Watt. Vermutlich ist damit das Licht gemeint, das die erhitzten Plasmatröpfchen emittieren. Eine Lichtwellenlänge gibt die Firma bislang nicht an. Bei ASML sind es 13,5 Nanometer und damit nahe an Röntgenstrahlung. Mit den Lithografie-Systemen stellen die Chipfertiger TSMC, Intel und Samsung Chips ab der 7-nm-Generation her. Bei der aktuellen 2-nm-Generation sind die Maschinen unerlässlich. ASML ist weltweit der einzige Hersteller von EUV-Systemen. Aufgrund von Exporteinschränkungen darf die niederländische Firma nur ältere Typen nach China verkaufen.

ASML und Partner sind weit voraus

Mit Trumpf-Lasern für ASML-Systeme sind die chinesischen Werte nicht vergleichbar. Ein CO₂-Laser läuft da mit wenigen Watt an, fünf Verstärkerstufen erhöhen die Leistung dann auf 40.000 Watt. Aktuell fallen 50.000 Zinntröpfchen pro Sekunde in eine Kammer, jedes wird zweimal beschossen. Der Laser muss also 100.000 Hertz schaffen. Das reicht für 600 Watt EUV-Lichtleistung.

Zahlreiche Spiegel lenken das Licht über eine reflektierende Maske mit der Transistorblaupause zum Silizium-Wafer. Weil jedes Optikelement Licht schluckt, kommen am Wafer nur noch wenige Watt an. Für schnellere Belichtungszeiten will ASML in Zusammenarbeit mit seinen Partnern daher zunächst auf 1000 und dann 1500 Watt emittierter Lichtleistung erhöhen. Die Frequenz steigt dann auf 300.000 Laserschüsse pro Sekunde.

Im Vergleich ist fraglich, ob der FlintNano LPP-OXXO mit seinen 15 Watt Ausgangsleistung für Produktionssysteme geeignet ist. Interessanter könnte die folgende „High Power“-Version werden, die sich aktuell aber lediglich in der Konzeptphase befindet.

Jahre von der Serienreife entfernt

Mitarbeiter von Langdao Silex sollen am Messestand eingeräumt haben, dass die Serienreife des FlintNano LPP-OXXO noch drei bis fünf Jahre entfernt sei. Die stärkere Version dürfte noch länger brauchen. In bisherigen Test-Lithografie-Systemen verwendet China daher wahrscheinlich Komponenten aus ASML-Geräten. Die Laser von Langdao Silex sollen zu 90 Prozent aus chinesischen Komponenten bestehen.

Einige Zeit nimmt schließlich auch die Integration in ein Lithografie-System in Anspruch. ASML und seine Partner benötigten mehrere Jahre allein dafür, EUV-Lithografie langzeittauglich zu machen. Vor allem zwei Probleme bereiteten Kopfzerbrechen: Verunreinigungen durch Zinnspritzer und der hohe Verschleiß der Belichtungsmasken.

Langdao Silex kämpft offenbar mit ähnlichen Problemen: Als größte Baustellen nannten Mitarbeiter am Messestand die Ausgangsleistung und die Langzeitstabilität. Die Herstellerseite nennt eine ununterbrochene Arbeitszeit von mehr als 100 Stunden. Bis China alle Komponenten in Serie herstellen kann und die Produktionsprobleme gelöst hat, könnten noch 15 Jahre vergehen, sagt Frank Rohmund, Chef von Zeiss SMT. Die Firma stellt als einzige weltweit die hochreinen Spiegel her, die ASML benötigt.