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Halbleiter : Vier Chips ersetzen eine Festplatte

Zeiss arbeitet an der Zukunft Bild: Carl Zeiss

Die nächste Generation von Halbleitern wird auf der Schwäbischen Alb entwickelt - schon seit 20 Jahren. Allmählich bekommt die Sache Kontur.

          Wer mitreden will bei den Zukunftsthemen, spricht über Big Data und künstliche Intelligenz, es geht um Industrie 4.0 und autonomes Fahren und individualisierte Medizin. Realität wird das alles wohl nur, wenn die Chips noch einmal viel leistungsfähiger werden als heute. Damit das gelingt, ist wiederum eine ganz neue Technik nötig: die Extreme-Ultra-Violet (EUV)-Lithographie. Das Wort „Extreme“ kann locker auf die ganze Technik übertragen werden. Ein Beispiel dafür sind die großen Spiegel, die für die Chipherstellung mit der EUV-Technik nötig sind. Sie müssen in einer wirklich extremen Weise glatt sein. Mehr als 0,05 Nanometer Abweichungen sind nicht erlaubt. Versucht man diese Präzision auf halbwegs nachvollziehbare Dimensionen umzurechnen, ergibt sich dieses Bild: Wäre der Spiegel so groß wie Deutschland, dürfte selbst die Zugspitze nicht einmal 0,2 Millimeter hoch aufragen. Mit Schleifpapier ist da nichts zu wollen, als Poliermittel dienen den Spiegellieferanten Ionen.

          Susanne Preuß

          Wirtschaftskorrespondentin in Stuttgart.

          Die Sache ist also extrem. Canon und Nikon, die japanischen Optikkonzerne, die auch Chipfabriken ausstatten, waren an der Technik auch dran, sind aus dem Experiment EUV aber ausgestiegen, vor Jahr und Tag schon. Jetzt hängt alles an einem einzigen Konsortium. Die zentrale Technik für das EUV-Zeitalter, nämlich die Optik, kommt von Zeiss aus Oberkochen auf der Schwäbischen Alb.

          Den Laser, der für die Belichtung der lichtempfindlichen Wafer sorgt, liefert Trumpf aus Ditzingen bei Stuttgart. Und die ebenfalls extrem anspruchsvolle Wafer-Maschine, welche die Chips der Zukunft produzieren soll, wird von ASML in den Niederlanden hergestellt. Vielleicht, sinniert Zeiss-Chef Michael Kaschke, ist es gerade der Vorteil, in einer solchen Partnerschaft und nicht in einem Konzern zusammenzuarbeiten - man treibt sich gegenseitig an, fordert Verbesserungen hier und da ein und wird selbst wieder mit Ansprüchen konfrontiert. Mittlerweile bekommt die Sache offenbar Kontur. „Wir sehen da deutliche Bewegung“, sagt der Zeiss-Vorstandsvorsitzende Michael Kaschke im Gespräch mit dieser Zeitung: „Es sind aber schon noch viele, viele Hausaufgaben zu machen.“ Die kommerzielle Anwendung sei jetzt für 2018 oder 2019 vorgesehen. Die Chipsätze könnten dann 2020 auf den Markt kommen und für den entsprechenden Schub in der Welt der Elektronik sorgen.

          Dass Moore'sche Gesetz mit neuen Lichtwellen retten

          Bisher schon wird der Fortschritt quer durch alle Branchen durch die ständig verbesserten Chips angetrieben, und zwar immer schneller, wie der Intel-Mitbegründer Gordon Moore es schon vor fünf Jahrzehnten vorhersah. War der erste Transistor anno 1947 noch dreidimensional und in Zentimetern gemessen, packt Intel heute 16 Millionen Transistoren auf jeden Quadratmillimeter eines Xeon-Broadwell-Chips. „Die Zahl der Transistoren auf einem Chip wird sich ungefähr alle 24 Monate verdoppeln, während gleichzeitig die Kosten entsprechend sinken“, lautet das Mooresche Gesetz, das im Großen und Ganzen bis heute Bestand hat.

          Gelungen ist dies, weil die Chemie für das Belichten der Siliziumscheiben immer besser wurde und immer feinere Strukturen herausgeätzt werden konnten. Nur noch 20 Nanometer breit sind die Strukturen auf den heutigen Halbleitern - ein Haar ist 3500-mal so dick. Irgendwann, so schien es zumindest logisch, wird das Mooresche Gesetz ein Ende haben, weil nicht noch feinere Strukturen hergestellt werden können. Indes gibt es noch einen weiteren Stellhebel: die Wellenlänge des für die Lithographie verwendeten Lichts. Während die aktuellen Immersionslithographie-Systeme mit Laserlicht mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern arbeiten, hat das extrem ultraviolette Licht (EUV) nur noch eine Wellenlänge von 13,5 Nanometern. Das Problem: Diese EUV-Strahlung wird beinahe von allen Materialien stark absorbiert. Seit mehr als zwei Jahrzehnten wird nun daran gearbeitet, ein optisches System zu realisieren, das damit zurechtkommt - eben mit jenen extrem glatten Spiegeln im Vakuum. Allein bei Zeiss sind 1000 Beschäftigte mit der EUV-Technik befasst, bei ASML ist es ein Vielfaches davon, bei Trumpf sind es 250.

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