Die jeweils über 350 Millionen Euro teuren Maschinen sollen ab 2030 in der Massenproduktion zum Einsatz kommen. Parallel dazu feiert Intel einen Meilenstein mit über einer Million belichteten Wafern in den USA.
TSMC setzt künftig auf die modernsten und teuersten Lithografiemaschinen von ASML
Der Halbleitersektor treibt die technologische Grenze im Jahr 2026 weiter voran. Wie berichtet, hat sich der taiwanesische Konzern nach anfänglichem Zögern dazu entschlossen, die sogenannten High-NA-EUV-Geräte zu ordern.
Bisher hatte TSMC als ASMLs größter Einzelkunde den wirtschaftlichen Nutzen dieser Investition angesichts des enormen Anschaffungspreises angezweifelt, weil der Konzern aus Taiwan den Produktivitätsgewinn in Relation zum höheren Preis als zweifelhaft ansah. Nun steht fest, dass der taiwanische Branchenprimus im Jahr 2030 die ersten Geräte dieser Art für die Massenproduktion nutzen wird. Samsung hat die Einführung der gleichen Technologie für 2028 in Aussicht gestellt. Im Juli schätzte das südniederländische Unternehmen, es werde in diesem Jahr 65 EUV-Geräte ausliefern – die High-NA-Variante nicht eingerechnet.
Intels Rekord bei High-NA-EUV und der US-Prozessorserie
Intel Foundry setzt diese Systeme ein, um die feinsten Transistorstrukturen zu fertigen
Während TSMC den Einsatz für das Ende des Jahrzehnts plant, arbeitet Konkurrent Intel bereits im Serienbetrieb mit den Spezialmaschinen aus Veldhoven. Im US-amerikanischen Bundesstaat Oregon setzt Intel Foundry diese Systeme ein, um die feinsten Transistorstrukturen zu fertigen. Hier spart sich Intel die Mehrfachbelichtungen entsprechender Chiplagen.
Intel feierte einen technologischen Meilenstein, als die Sparte über eine Million Wafer mit High-NA EUV belichtet hat. Dies schließt alle Prozessstadien von der frühen Systemzertifizierung über Forschungstests bis hin zur Serienproduktion der Mobilprozessoren Core Ultra 300 alias Panther Lake ein. Die Ankündigung erfolgt im Rahmen der Konferenz „SPIE Photomask Technology + Extreme Ultraviolet Lithography“. Intel ist der einzige Chipfertiger, der aktuell High-NA-EUV-Systeme in der Serienproduktion einsetzt. Das Compute-Die der Core Ultra 300 mit den CPU-Kernen hat Intel für zwei unterschiedliche Herstellungsarten entworfen, wobei der Hersteller betont, dass die High-NA-EUV-Varianten elektrisch mindestens genauso gut laufen wie die Low-NA-EUV-CPUs, eventuell sogar besser.”
Die Maschinen selbst gehören technisch zur absoluten Spitzenklasse. ASML aus den Niederlanden ist die einzige Firma, die solche Systeme herstellen kann, zuletzt den Twinscan Exe:5200B. Der Stückpreis liegt nach Unternehmensangaben „deutlich über 350 Millionen Euro“ und damit etwa doppelt so viel wie vorherige Low-NA-EUV-Systeme. Finanzvorstand Roger Dassen nannte vor drei Jahren im F.A.Z.-Gespräch etwas mehr als 160 Millionen Euro als ihren Preis. Die Stückzahl der technisch extrem komplizierten Geräte, die so groß sind wie ein Linienbus, ist gering.”
Technische Hürden und die Umstellung auf Zwölf-Zoll-Masken
Der enorme technologische Sprung bringt erhebliche physikalische Herausforderungen mit sich. Bei High-NA EUV steigt die numerische Apertur vom Wert 0,33 auf 0,55. Dafür sind größere Optiken notwendig, die mehr Licht aus der Plasmaquelle einfangen, wodurch bei gleichzeitig steilerem Belichtungswinkel die Auflösung von 13,5 auf 9 Nanometer steigt. Wegen des steileren Belichtungswinkels ist eine anamorphe Linse notwendig, die das Bild – also die Chipblaupause – vertikal doppelt so stark staucht wie bisher, da sich andernfalls die einfallenden und die reflektierenden Lichtkegel überlagern würden und eine präzise Belichtung unmöglich wäre.
Dies halbiert die maximale Fläche bei einem einzelnen Belichtungswinkels (Reticle Limit) von 26 × 33 mm auf 26 × 16,5 mm, wodurch Chips auf eine Größe von 429 statt 858 mm² limitiert sind. Chipfertiger nehmen die Halbierung erst einmal in Kauf, um nicht das komplette Ökosystem rund um Belichtungsmasken umstellen zu müssen, da die gesamte Lieferkette, die Lithografie-Systeme und Begleitmaschinen auf 6 × 6 Zoll (152 × 152 mm) große Masken ausgelegt sind. Um dennoch größere Chipgrößen zu ermöglichen, sieht Intel sogenanntes Chip-Stitching vor, bei dem zwei Felder auf einem Silizium-Wafer so präzise nebeneinander belichtet werden, dass sie sich wie ein großer Chip verhalten, was jedoch gegenüber einem einzelnen Belichtungsvorgang die Fehleranfälligkeit erhöht.
Um diese Einschränkungen langfristig zu umgehen, arbeiten ASML, Intel, Maskenhersteller, Anbieter von Designtools, andere Chipfertiger und weitere Zulieferer an einem neuen Technikstandard für die Geräte. Dabei geht es um eine Schlüsselkomponente im Fertigungsprozess, nämlich Fotomasken, welche die Vorlage für eine Chipschicht darstellen. Intel dürfte ein besonders großes Interesse an dem Wechsel haben, weil der Firma auch die Mehrheit an IMS Nanofabrication gehört, welche Elektronen-Multistrahl-Maskenschreiber zur Herstellung von Belichtungsmasken produziert.
Gemeinsamer Technologiestandard bis zum Jahr 2033
TSMC spricht sich in einer eigenen Mitteilung für die Verwendung von 6 × 12 Zoll großen Masken aus
Die Konzerne wollen vom jetzigen Sechs-Zoll-Standard auf Zwölf-Zoll-Versionen (6 × 12 Zoll große Masken) wechseln, die das Reticle-Limit wieder auf 858 mm² anheben, um die Produktion zu beschleunigen und Kosten zu senken. TSMC spricht sich in einer eigenen Mitteilung für die Verwendung von 6 × 12 Zoll großen Masken aus; demnach ist 2031 eine entsprechende Pilotlinie geplant, und 2033 soll die Serienproduktion entsprechender Chips beginnen.
Getrieben wird die Entwicklung vor allem durch den Nachfrageschub, den Künstliche Intelligenz (KI) hervorbringt. In der Heimatregion machte ASML am Dienstag einen weiteren Schritt zur Expansion und setzte im benachbarten Eindhoven den ersten Spatenstich für einen großen Campus. Die Aktie von ASML gewann am Dienstag zwei Prozent an Wert auf knapp 1530 Euro, während alle vier Unternehmen an diesem Tag die genannte gemeinsame Initiative bekannt gaben.
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