de.wedoany.com-Bericht: Das Institut für Angewandte Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften hat gemeinsam mit einer spezialisierten Einrichtung der staatlichen Atomenergiegesellschaft Rosatom im Mai 2026 offiziell einen technologischen Durchbruch bekannt gegeben, der direkt auf den Lebensnerv der nächsten Generation der Halbleiterfertigung abzielt: Eine neuartige Lichtquellenlösung, die ein Gasgemisch aus Xenon, Krypton, Lithium und anderen Gasen als Targetmaterial verwendet und mittels Femtosekunden-Laseranregung „hartes ultraviolettes Licht" mit einer Wellenlänge von 6,7 Nanometern erzeugt, wurde erfolgreich validiert. Dies markiert die Erschließung einer völlig neuen technologischen Bahn für die globale Lithographie jenseits der von ASML aus den Niederlanden monopolisierten 13,5-Nanometer-EUV-Technologie.
Gegenwärtige EUV-Lithographiesysteme sind auf hochenergetische CO₂-Laser angewiesen, die auf flüssige Zinntröpfchen treffen und EUV-Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern erzeugen. Während die globale Spitzenklasse der Chip-Fertigung auf Strukturgrößen unter 3 Nanometer zusteuert, stößt die Beugungsgrenze der 13,5-Nanometer-Wellenlänge an ihre physikalischen Grenzen. Sie kann fortschrittliche Fertigungsprozesse von 1 Nanometer und darunter nicht nur kaum unterstützen, sondern die durch die Ionisierung der Zinntröpfchen entstehenden Fragmente verschmutzen zudem die Spiegel im Strahlengang erheblich, was zu hohen Wartungskosten und Ausfallzeiten führt. Um den jahrelangen Technologiesanktionen des Westens zu begegnen, verwarfen die Wissenschaftler des russischen Forschungszentrums die traditionellen Targets aus flüssigen Metalltröpfchen und setzten stattdessen auf eine Gascluster-Quelle. Konkret wird Xenon-, Krypton- oder Lithiumgas mit einem Puffergas gemischt, durch eine Überschalldüse in eine Vakuumkammer injiziert, wo es zu „Gaseisperlen" mit einem Durchmesser von 50 bis 100 Nanometern kondensiert. Anschließend werden diese Cluster mit Femtosekunden-Laserpulsen beschossen, um ein Plasma zu erzeugen.
Der Gascluster-Ansatz überwindet das traditionelle Zinntröpfchen-Verfahren in mehreren Dimensionen. Die Arbeitswellenlänge springt drastisch von 13,5 Nanometer auf 6,7 Nanometer. Gemäß der Formel für die Beugungsgrenze kann eine Halbierung der Wellenlänge die Beugungsgrenze um ein Vielfaches komprimieren, wodurch theoretisch die in einer Einfachbelichtung realisierbaren Transistorstrukturen in den Bereich von 1 Nanometer und darunter vorgeschoben werden können. Hinsichtlich der Kontaminationskontrolle können die von den Gasclustern erzeugten minimalen Verunreinigungen direkt von der Vakuumpumpe abgesaugt werden, was den kostspieligen Prozess der „Zinnasche"-Entfernung herkömmlicher Systeme grundlegend eliminiert. Bei der für die Lithographiekosten zentralen Energieumwandlungseffizienz wird die Femtosekunden-Laserenergie fast vollständig für die „instantane Explosion" der Nanocluster genutzt, anstatt dicke Tröpfchen zu erhitzen, wodurch die Effizienz der Umwandlung von Lichtenergie um das Drei- bis Vierfache gesteigert wird. Durch die Steuerung der Laserparameter und der Gaszusammensetzung kann dieser Ansatz zudem die Erzeugung von Strahlung höherer Harmonischer anregen und unter bestimmten Bedingungen kohärente Strahlung mit Wellenlängen von 3,4 Nanometern oder sogar 1,7 Nanometern erzeugen, womit offiziell der Bereich der weichen Röntgenstrahlung betreten wird. In Laser-Prototypenexperimenten in Nischni Nowgorod und Moskau wurde diese Technologie wiederholt validiert. Im Mai dieses Jahres gaben die zuständigen Forschungseinrichtungen offiziell die erfolgreiche „Zündung" ihres Funktionsmusters bekannt und vollendeten damit den Proof-of-Concept von Null auf Eins.
Obwohl der Proof-of-Concept auf Laborebene geglückt ist, bestehen vom Funktionsmuster bis zu einem Produktionswerkzeug, das im 24/7-Dauerbetrieb in einer Halbleiterfabrik läuft, noch erhebliche ingenieurtechnische Herausforderungen. Im Bereich des optischen Systems stellt die 6,7-Nanometer-Wellenlänge extrem hohe Präzisionsanforderungen an die Vielschichtspiegel. Die derzeit weltweit verfolgten Mo/Be- oder Mo/Y-Beschichtungskonzepte erfordern die präzise, abwechselnde Abscheidung von mehreren hundert Metallschichten auf einem 300-Millimeter-Substrat, wobei jede Schicht etwa 3 Nanometer dick ist und die Rauigkeit der Grenzflächen zwischen den Schichten auf atomarem Niveau kontrolliert werden muss. Die Fähigkeit, diese Tausenden von atomdünnen Filmen kostengünstig und in großem Maßstab industriell zu produzieren, ist die primäre Herausforderung dafür, ob diese Technologie das Labor verlassen kann. Darüber hinaus erfordern die Sicherstellung der Gleichmäßigkeit der Gasdichte zur Vermeidung von Lichtquellenflimmern, wenn der Laser die Gascluster mit einer Hochfrequenz von 100.000 bis 200.000 Schüssen pro Sekunde beschießt, sowie der Schutz vor thermischen Schocks und Ionenbeschuss durch das mehrere Millionen Grad heiße Mikroplasma systematische ingenieurtechnische Anstrengungen.
In der aktuellen Landschaft der russischen Eigenentwicklungen hat das Nanotechnologiezentrum Selenograd in Moskau Ende 2025 das erste inländische Lithographiesystem Progress STP-350 vorgestellt. Dieses auf der i-Line-Stepper-Technologie basierende Gerät für den 350-Nanometer-Prozess ist in das russische Mikroelektronik-Ökosystem eingeführt und erste Auslieferungen erfolgt. Bemerkenswert ist, dass das von der Russischen Akademie der Wissenschaften geleitete 6,7-Nanometer-Gastarget-Lithographieverfahren sich noch in einem frühen Stadium der Laborvalidierung befindet und nicht in das nationale Industrieverzeichnis aufgenommen wurde. Die Entscheidung der russischen Wissenschaftler, auf das höherdimensionale „Beyond-EUV"-Spektrum zu setzen, bildet zusammen mit dem Progress STP-350 eine zweigleisige Strategie aus „ausgereift und kontrollierbar" und „bahnbrechendem Fortschritt", die eine diversifizierte mikroelektronische Unterstützung für Szenarien mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen bietet.
Aus der Perspektive der globalen Halbleiterindustrie könnte dieser Durchbruch, sobald die ingenieurtechnischen Hürden überwunden sind, die Struktur der Industriekette tiefgreifend verändern. Einerseits senkt er durch den Wechsel zur Gastarget-Lichtquelle die Wartungskosten und Komplexität der Lithographieanlagen, ohne das bestehende optische Projektionssystem grundlegend zu verändern. Andererseits bedeutet diese Erweiterung der technologischen Pfade, dass die zukünftige Chipproduktion potenziell die absolute Abhängigkeit von einem einzigen Technologiepfad und einem einzigen Kernausrüstungslieferanten innerhalb der bestehenden Industrieketten und physikalischen Theorien durchbrechen kann, was ein neues theoretisches Fenster für die langfristige, diversifizierte Evolution der globalen Halbleiterindustrielandschaft öffnet.
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