Hightech-Material Quarzglas ermöglicht Nanolithografie

Ende März wurde der Quarzglasspezialist Heraeus Quarzglas von der Carl Zeiss SMT AG als einer von zwei Zulieferern mit dem erstmals vergebenen Supplier Award 2006 ausgezeichnet. Seit 1989 beliefert Heraeus Quarzglas das Optikunternehmen mit hochwertigen Quarzglasscheiben, die in der Mikrolithografie in den Optiken der Excimer-Laser Stepper für die industrielle Chipfertigung zum Einsatz kommen. Carl Zeiss stellt an seine Zulieferer höchste Ansprüche an Produkt- und Leistungsqualität.

Von der Notwendigkeit einer engen und funktionierenden Kunden-Lieferanten-Beziehung ist Dr. Andreas Dorsel, Vorstand für Lithographie-Optik bei Carl Zeiss SMT, überzeugt. „Mit den stetigen Optimierungen der Qualitätsmerkmale von Quarzglas hilft uns Heraeus, unsere Technologieführerschaft zu erhalten und auszubauen sowie die hohen Marktanforderungen an unsere Lieferfähigkeit zu erfüllen.“ Die starke Kundenorientierung zeigt sich unter anderem darin, dass Heraeus im 14-tägigen Rhythmus die gemeinsame Planung und Entwicklungsprogramme mit der Carl Zeiss SMT AG bespricht.

Carl Zeiss SMT stellt modernste Optiksysteme für die Lithografie her. Die bis zu einem Meter hohen, komplexen Linsensysteme sind das Herzstück von Waferscannern, speziellen Produktionsanlagen, ohne die Mikrochips für elektronische Geräte wie Laptops, Mobiltelefone oder Spielekonsolen nicht hergestellt werden könnten.

Die Objektive enthalten bis zu 100 Kilogramm Quarzglas höchster Reinheit, mit Verunreinigungen im sub-ppb-Bereich. Für die Entwicklung der ersten Immersionsoptiken für die industrielle Chipfertigung vom Typ „Starlith 1700i“ wurde Carl Zeiss SMT Anfang des Jahres mit dem Innovationspreis der deutschen Wirtschaft für 2006 ausgezeichnet. Bei der preisgekrönten Optik kommt das Quarzglas Suprasil 401 von Heraeus zum Einsatz.

Alle zwei bis drei Jahre verdoppelt sich die Speicherdichte von Mikrochips. Entsprechend werden immer neue Generationen von Objektiven benötigt. Mit dieser Entwicklung müssen auch die synthetischen Quarzgläser mithalten. Mit Suprasil 501 hat Heraeus bereits die nächste Generation entwickelt, die nun in den neuesten Optiken von Carl Zeiss Verwendung finden. Zwei bis drei Jahre dauert es, bis eine neue, noch reinere Quarzglassorte entwickelt und marktreif ist. Entscheidend ist hierbei auch ein auf hoher Vertrauensbasis aufgebautes Kunden-Lieferanten-Verhältnis.

200 Milliarden hochenergetische Laserpulse muss Quarzglas schadlos überstehen
Die Entwicklung und Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Mikrolithografie birgt noch viel Potenzial, ist sich Andreas Dorsel sicher: „Neue Lithografiesysteme werden auch weiterhin wesentlich durch neue Materialien in ihrem Erfolg bestimmt werden. Hier denke ich insbesondere an die Belastbarkeit der optischen Materialien gegenüber der beim Lithografieprozess verwendeten Laserstrahlung. Mit noch homogeneren Quarzglassorten können in den nächsten Jahren noch feinere Strukturen auf den Mikrochips erzeugt werden – vermutlich bis unter 30 Nanometer.“

Heraeus hat diese Aufforderung verstanden. „Die hervorragenden optischen Eigenschaften unseres Linsenmaterials wie die Strahlenbeständigkeit müssen über die gesamte geforderte Einsatzdauer eines Objektivs – also meist über mehr als 10 Jahre – praktisch unverändert bleiben“, nennt Dr. Bruno Uebbing, Key Account Manager bei Heraeus Quarzglas für Carl Zeiss SMT, eine entscheidende Anforderung an das Hightech-Material. In seinem Leben als Linsenmaterial in Stepperoptiken muss Quarzglas beispielsweise den Beschuss von über 200 Milliarden Laserpulsen vollkommen unbeschadet überstehen und darf dabei nur geringste Abweichungen im Brechungsindex oder Transmissionsverluste aufzeigen.

Quarzglasscheiben sind ein sehr kritisches optisches Material für diese Anwendung und müssen den höchsten Ansprüchen bezüglich Transmission, Spannungsdoppelbrechung, Homogenität des Brechwertes und Beständigkeit gegenüber der energiereichen Laserbestrahlung genügen. Die Herstellung eines solch hochreinen Werkstoffs ist eine große Anforderung. Parallel dazu gilt es, die Produktqualität während der Produktionsprozesse und am Produkt durch analytische Verfahren zu sichern und nachzuweisen. Heraeus entwickelt neben neuen kundendefinierten Quarzglas-Qualitäten daher auch neue physikalische Methoden zur Sicherstellung der Eigenschaften, beispielsweise zur Messung der optischen Homogenität.

Hintergrund 1: Quarzglas in der Immersionslithografie

Bei der Mikrolithografie, bei der über verschiedene Fotomasken die nur Nanometer kleinen, hochkomplexen integrierten Schaltungen auf den Silizium-Wafer projiziert werden, bilden Linsensysteme aus blasenfreiem, optisch höchst homogenem Quarzglas die winzigen Chip-Struk-turen ab und verkleinern diese konturenscharf nochmals um das 4-fache. Quarzglas spielt auch bei der aktuellen Evolutionsstufe der Mikrolithografie, der Immersionslithografie, eine grundlegende Rolle. Die Immersionslithografie ist ein spezielles Verfahren der Mikrolithografie. Heraeus hat für diese Technik neue synthetische Quarzgläser entwickelt, die sich durch eine verbesserte Laserbeständigkeit, höhere Homogenität sowie optimierte Spannungsdoppelbrechung auszeichnen und sich vor allem für Lithografieanwendungen im Bereich von 193 Nanometern eignen. Die Besonderheit der Immersionstechnik besteht darin, dass zwischen der Optik und dem Wafer ein Film aus hochreinem Wasser eingebracht wird. Dies ermöglicht eine noch bessere optische Auflösung, so dass auf diese Weise noch kleinere Strukturbreiten (kleiner als 45 Nanometer), als bisher erzeugt werden können. Nicht ohne Grund spricht die Fachwelt heute daher schon von der Nanolithografie.

Hintergrund 2: Heraeus und Quarzglas

Quarzglas ist einer der außergewöhnlichsten Werkstoffe in Industrie und Forschung. Zahlreiche Hightech-Anwen-dungen verdanken Quarzglas ihren Durchbruch: etwa die Chip-Herstellung, die optische Datenübertragung mittels Lichtleitfasern oder die moderne Präzisionsoptik und Lasertechnik. Äußerlich kaum von herkömmlichem Glas zu unterscheiden, besitzt Quarzglas jedoch signifikant andere Eigenschaften, wie chemische, Temperatur- sowie Strahlungsbeständigkeit und optische Durchlässigkeit. Heraeus ist weltweit einer der wenigen Spezialisten, der diesen außergewöhnlichen und faszinierenden Werkstoff in allen Facetten beherrscht und ihn in Qualitäten erzeugt, die weltweit einzigartig sind. Mit über 5000 Standardprodukten für die Halbleiterbranche zählt der Quarzglasspezialist zu den Technologieführern bei Anwendung, Produktengineering, Reinigung, Reparatur, Messtechnik und Recycling von Quarzglas.

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen, dessen Geschäftsfelder die Bereiche Edelmetalle, Dentalwerkstoffe, Sensoren, Quarzglas und Speziallichtquellen umfassen. Mit einem Umsatz von über 9 Milliarden Euro und weltweit mehr als 10.600 Mitarbeitern in über 100 Gesellschaften ist Heraeus seit mehr als 150 Jahren ein weltweit anerkannter Edelmetall- und Werkstoffspezialist.

Weitere Informationen:
Heraeus Holding GmbH
Dr. Jörg Wetterau
Manager Technologiekommunikation
Konzernkommunikation
Tel: +49-6181-35 5706
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