Marc Staples Der Lichtmeister

„Wir bekommen das Design und machen es zum Produkt“, sagt Marc Staples, Manager für Operations und Lithographie. Die Technologen in der Integrationsabteilung haben die Layout-Daten der Designer so weit verfeinert, dass die für die Massenfertigung so wichtigen Masken aus Glas und Chrom geschnitten werden können. Mit Hilfe dieser Schablonen werden in der Fertigung die winzigen Schaltstrukturen auf den Wafer aufgetragen. Dabei werden sie wie eine Art Dia eingesetzt, mit dem der gesamte Architekturplan der Schaltung des Chips durch ein fototechnisches Belichtungsverfahren Schritt für Schritt auf die Siliziumscheibe aufgetragen werden kann. Für einen einzigen Mikroprozessor sind bis zu 60 verschiedene Masken nötig. Die müssen bis auf die Größe von acht Nanometern, das entspricht dem Tausendstel einer Blutzelle, aufeinander abgestimmt sein, soll der Chip am Ende funktionieren.

Um aus einer Siliziumscheibe einen Chip zu machen, wird auf sie zunächst ein lichtempfindlicher Lack aufgetragen und gleichmäßig verteilt. Dann wird die erste Schalt-Struktur-Maske auf den Wafer gelegt. Das Ganze kommt in einem nächsten Schritt in eine riesige hochpräzise Belichtungsmaschine. Dort wird der Wafer samt Maske mit energiereichen Laserstrahlen beschossen. „Dieser Vorgang ist ein Schlüsselprozess in der gesamten Chip-Fertigung“, sagt Staples. Er studierte in den achtziger Jahren in Köln Fotoingenieurwissenschaften, seine Karriere begann in den Hightech-Abteilungen von Philips in den Niederlanden. Vor zwölf Jahren ging er nach Dresden. „Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Beherrschung des Lichts“, sagt er. Denn mit dem Beschuss durch Laserstrahlen werden durch die Maske hindurch Teile des Wafers belichtet und andere nicht. Da die belichteten Teile der Lackpartie löslich sind, können sie durch bestimmte Lösungen und Verfahren entfernt werden. Damit entstehen erste Muster auf der Siliziumscheibe. Diese hauchdünnen und winzigen Strukturen werden mit Hilfe chemischer Substanzen verfeinert, geätzt und geglättet.

Im Rahmen dieses mehrmals und immer wieder mit neuen Masken wiederholten Prozesses bilden sich im Siliziumkristallgitter des Wafers Millionen von kleinen elektrischen Schaltern heraus, die Transistoren. Von der Lithographie gehen die Wafer zur sogenannten Ionen-Implantation. Dort nehmen Staples und die Lichtmeister seiner Mannschaft die Feinjustierung vor. Dabei nutzen sie die Eigenschaft von Silizium, die Leitfähigkeit über den Einbau von Fremdatomen zu verändern. So werden die Siliziumstrukturen mit fremden Atomen erst beschossen und dann erhitzt, was sie in die gewünschten Positionen bringt. In einem letzten großen Schritt werden die Hunderte von Millionen Transistoren, die im Siliziumgitter implantiert worden, über feinste Kupferverbindungen miteinander verbunden. Diese können Längen von bis zu 5 Kilomtern auf einem einzigen daumennagelgroßen Chip erreichen. So ist nach einem wochenlagen Prozess ein funktionierender Schaltkreis entstanden.