Den ersten elektrischen Schaltkreisen wurde eine Art Stempel aufgedrückt: eine Maske, die den Silizium-Wafer berührte und von der die Strukturen eins zu eins übertragen wurden. Mit den von Generation zu Generation kleiner werdenden Dimensionen der Schaltkreise erwies sich diese Herstellungstechnik bald als unbrauchbar. Stattdessen ging man über zu einer verkleinerten Abbildung der Schaltmuster durch Projizieren der Maske auf den Wafer. Dafür waren präzise geschliffene Linsen mit nahezu fehlerfreien Abbildungseigenschaften nötig.
Als Lichtquelle für diese lithographische Herstellung dienten rund 15 Jahre lang Quecksilberdampflampen, die sichtbares blaues Licht mit Wellenlängen von rund 400 Nanometern aussandten. Erst Mitte der neunziger Jahre ersetzte man die Quecksilberlampen durch Kryptonfluorid-Laser mit einer Wellenlänge von 248 Nanometern (DUV, tiefes Ultraviolett). Mit der neuen Generation von Mikrochips kommen erstmals Argonfluorid-Laser zum Einsatz, die Licht mit 193 Nanometer Wellenlänge abstrahlen und damit die Erzeugung noch kleinerer Strukturen ermöglichen. Für jede neue Generation von Lichtquellen mussten stets auch neue Masken und Photolacke entwickelt werden.
Die Lithographie mit 193-Nanometer-Lasern soll mindestens zwei, vielleicht sogar drei Chip-Generationen lang genutzt werden. Ob es danach zum Einsatz von Fluor-Lasern mit 157 Nanometer Wellenlänge kommt, ist ungewiss. Lange galt die Verwendung dieser Technologie in der Branche als beschlossene Sache und in ihre Entwicklung floss reichlich Geld. Im Mai 2003 gab Marktführer Intel allerdings bekannt, auf die 157-Nanometer-Lithographie verzichten und stattdessen durch etliche technische Tricks die Möglichkeiten der 193-Nanometer-Belichter bis zum Äußersten ausreizen zu wollen.
Klar ist dagegen, dass spätestens 2009, wenn Mikrochips mit Strukturen von 32 Nanometer Größe produziert werden sollen, der nächste Technologiesprung kommen muss. Wahrscheinlich führt er zur EUV-Lithographie (EUV bedeutet extremes Ultraviolett) bei einer Wellenlänge von 13 Nanometern. Ihre Entwicklung stellt enorme Anforderungen: So absorbiert Luft das kurzwellige UV-Licht, weshalb die Chipfertigung im Vakuum erfolgen muss. Zudem existiert kein Material, aus dem sich Linsen zum Fokussieren des Lichts bauen ließen. Die Projektion der Strukturen auf den Wafer muss daher über ein System von Spiegeln erfolgen. Auch bei der Entwicklung geeigneter Lichtquellen gibt es noch reichlich zu tun.
Ralf Butscher
