Berlin/Bad Hönningen. Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier hat in Berlin das Projekt „EUV-Lithographie – neues Licht für das digitale Zeitalter“ mit dem Deutschen Zukunftspreis 2020 ausgezeichnet und die beiden weiteren nominierten Projekte gewürdigt.

Vor der Preisverleihung sagte der Bundespräsident: „Die beim Zukunftspreis vorgestellten Projekte belegen, welch herausragende Innovationskraft in Deutschland steckt. Im vergangenen Jahr haben Staat und Unternehmen so viel Geld wie noch nie in Forschung und Entwicklung investiert: insgesamt 110 Milliarden Euro. In der rasanten Impfstoffentwicklung gegen das Coronavirus sind auch mehrere deutsche Unternehmen in der ersten Liga vertreten. Sie lassen uns und die Welt im Kampf gegen die Pandemie hoffen. Auf diese Leistungen in Forschung und Entwicklung können wir sehr stolz sein. Gleichzeitig müssen Wirtschaft und Staat weiter darin investieren, Deutschland als leistungs- und wettbewerbsfähigen Forschungs- und Industriestandort zu stärken, z.B. in der Medizin- und Biotechnologie, der Pharmaforschung und der Entwicklung besserer Technologien für den Klimaschutz.“

Bei der Preisverleihung überreichte der Bundespräsident den Entwicklern Dr. rer. nat. Peter Kürz, Dr. rer. nat. Michael Kösters und Dr. rer. nat. Sergiy Yulin den mit 250.000 Euro dotierten Zukunftspreis 2020. Das Team hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung einer Technologie geleistet, mit der sich mikroelektronische Bauteile mit äußerst feinen Strukturen fertigen lassen. Durch die Nutzung von Licht im extremen Ultraviolett (EUV) haben die Wissenschaftler die in der Chipfertigung etablierte Methode der optischen Lithographie auf eine neue Stufe gebracht. Entstanden ist ein optisches System aus Spiegeln mit einer besonderen Beschichtung. Ein weiterer Bestandteil ist der derzeit stärkste industrielle CO2–Laser, mit dem das Plasma für die EUV-Strahlung erzeugt wird.

Auf diese Weise lassen sich Mikrochips herstellen, die besonders leistungsfähig, energieeffizient und kostengünstig sind. Die Mikrochips dieser neuen Generation werden von den führenden Herstellern von Smartphones und Halbleiterprodukten bereits eingesetzt. Es ist absehbar, dass sich ihre Anwendung in den Bereichen der Informationstechnik als Standard etablieren wird. Auf diese Weise lassen sich Mikrochips herstellen, die besonders leistungsfähig, energieeffizient und kostengünstig sind. Die Mikrochips dieser neuen Generation werden von den führenden Herstellern von Smartphones und Halbleiterprodukten bereits eingesetzt. Es ist absehbar, dass sich ihre Anwendung in den Bereichen der Informationstechnik als Standard etablieren wird.

Dr. rer. nat. Peter Kürz ist Vice President Geschäftsbereich EUV High-NA bei ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology in Oberkochen, Dr. rer. nat. Michael Kösters Gruppenleiter bei TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing in Ditzingen und Dr. rer. nat. Sergiy Yulin ist Senior Principal Scientist am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena.

Der Bundespräsident würdigt mit dem Deutschen Zukunftspreis herausragende Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Wesentlich für die Entscheidung der Jury sind der wissenschaftlich-technische Innovationsgrad sowie das Potenzial, diese Leistung in zukunftsfähige Arbeitsplätze umzusetzen.

Ebenfalls für den Deutschen Zukunftspreis 2020 nominiert waren: Prof. Dr. med. Andreas Raabe, Inselspital Bern, Universitätsklinik für Neurochirurgie, Bern, Schweiz, Dr.-Ing. Michelangelo Masini und Frank Seitzinger, MBA, Carl Zeiss Meditec AG, Oberkochen, für ihr „Robotisches Visualisierungssystem – Effizienz für die Mikrochirurgie“ sowie Dipl.-Ing Friedbert Scharfe, Franken Maxit Mauermörtel GmbH & Co., Kasendorf, Prof. Dr.-Ing. Thorsten Gerdes, Universität Bayreuth, Keylab Glastechnologie, Bayreuth, und Dr. rer. nat. Klaus Hintzer, Dyneon GmbH, Burgkirchen, mit ihrem Projekt „Spritzbare Fassadendämmung mit Glass Bubbles – nachhaltige, energieeffiziente Isolation von Gebäuden“. Sie wurden von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier mit einer Urkunde geehrt und durch die Jury in den „Kreis der Besten“ des Deutschen Zukunftspreises aufgenommen.

Weitere Informationen zu allen Arbeiten sowie Bild- und Videomaterial gibt es unter www.deutscher-zukunftspreis.de

Im Fachgesprächmit den Wissenschaftlern

Ein Gespräch mit Michael Kösters, geboren in Bad Hönningen. Er studierte in Bonn und Kalifornien und steht heute gemeinsam mit seinen Kollegen Dr. rer. nat. Peter Kürz und Dr. rer. nat. Sergiy Yulin Rede und Antwort zu ihrer aktuellen Arbeit.

Dr. rer. nat. Peter Kürz: Wenn wir über die Halbleiterindustrie reden, dann müssen wir über Moore’s law, sprechen. Wir haben ein Smartphone auf dem Tisch liegen mit einem Mikrochip von der Größe eines Fingernagels. Darauf befinden sich 10 Milliarden Transistoren, eine unglaubliche Zahl. Wenn wir zurückdenken, so befanden sich Anfang der 1970er Jahre ca. 2000 Transistoren auf einem Mikrochip. Diese enorme Steigerung wird durch das Mooresche Gesetz beschrieben. Gordon Moore, ein Mitbegründer von Intel, hat 1965 vorausgesagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Mikrochip alle zwei Jahre verdoppeln wird.

Seit mehr als 40 Jahren ist der Treiber dieser Entwicklung die optische Lithographie. Dies ist ein Projektionsverfahren, mit dem man eine sogenannte Maske, auf der die Strukturen des Mikrochips vorgezeichnet sind, mithilfe einer Projektionsoptik auf den Wafer, eine Siliziumscheibe, die mit Fotolack beschichtet ist, abbildet, woran sich die, Entwicklung des Lacks und verschiedene chemische und physikalische Prozesse anschließen. Der Gesamt-Prozess wird ca. 100 Mal wiederholt, es entsteht ein komplexes dreidimensionales Gebilde aus Transistoren und Leiterbahnen, ein Mikrochip. Dabei gilt: je kleiner die Wellenlänge und je größer die numerische Apertur, also der Öffnungswinkel der Optik ist, desto besser die Auflösung. Und mit diesen beiden Hebeln hat man es geschafft, immer kleinere Strukturen zu erzeugen und damit die fantastische Leistungssteigerung bei Mikrochips ermöglicht. Allerdings stößt die klassische optische Lithographie zunehmend an Grenzen; man braucht ein grundsätzlich neues Verfahren.

An dieser Stelle kommt die EUV-Lithographie ins Spiel. Das Besondere daran ist, dass man eine sehr kurze Wellenlänge verwendet. Die aktuell verwendete Wellenlänge beträgt 193 Nanometer, und jetzt haben wir 13,5 Nanometer bei EUV – das ist ein enormer Sprung mit entsprechendem Potenzial, die Miniaturisierung von Mikrochips abermals deutlich zu verbessern. Das klingt zunächst mal sehr attraktiv, aber die Kehrseite ist, dass die technischen Anstrengungen, die man machen muss, gewaltig sind.

Jetzt sind wir bei Ihrer Innovation. Erläutern Sie doch bitte die einzelnen Schritte der Entwicklung, an der Sie ja alle beteiligt sind.

Dr. Kürz: Schauen wir uns zunächst das Gesamtsystem an: Der einzige Hersteller von EUV-Lithographie-Maschinen ist die niederländische Firma ASML. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Die ASML-EUV-Maschine ist so groß wie ein Schulbus, wiegt 180.000 Kilogramm und besteht aus über 100.000 Teilen: „The EUV scanner ist the most technically advanced tool of any kind that has ever been made“, so ein Zitat von Intel. Das Herzstück dieser hochkomplexen Maschine ist das optische System von ZEISS, dazu kommen wir gleich. Zunächst aber muss man EUV-Licht erzeugen, was eine enorme Herausforderung darstellt.

Dr. rer. nat. Michael Kösters: Zur Erzeugung des EUV-Lichts haben ASML und TRUMPF eine einzigartige Lichtquelle entwickelt. In der Plasmaquelle von ASML, dem sogenannten „Vessel“, werden 50.000 Zinntropfen pro Sekunde in ein Hochvakuum geschossen. Anschließend treffen zwei aufeinanderfolgende Pulse eines besonders leistungsfähigen CO2-Lasers von TRUMPF auf die Tröpfchen. Es handelt sich hierbei um den stärksten industriellen Pulslaser der Welt. Er besitzt eine optische Ausgangsleistung von 30 Kilowatt. Wenn wir uns vor Augen halten, dass die Laser zum Schneiden von mehreren Zentimeter dicken Schiffsstahlblechen zirka 10 Kilowatt Ausgangsleistung besitzen, lässt sich erahnen, wie stark diese neue Laserquelle ist. Dass wir für die Plasmaerzeugung einen Laser einsetzen, liegt neben der Ausgangsleistung aber auch an weiteren grundlegenden Eigenschaften des Lasers: Wir erzeugen mit einem Laser ein sehr paralleles Strahlenbündel. Wenn Sie eine Taschenlampe anschalten, erhalten Sie einen relativ breiten Lichtkegel. Bei einem Laserpointer hingegen ist der Punkt selbst in großer Entfernung ausgesprochen klein. Mit einem gepulsten Laser lässt sich die Energie auch auf eine sehr kurze Zeitspanne konzentrieren – auf etwa eine Zehntausendstelsekunde. Diese Eigenschaften nutzen wir aus, um die winzigen Zinntröpfchen mit dem Laserstrahl exakt zum richtigen Zeitpunkt zu treffen. Wenn sie der erste Laserpuls erreicht, ist ihr Durchmesser kaum größer als der eines menschlichen Haars. Der erste Puls des Lasers verformt das Tröpfchen zu einer Art Pfannkuchen mit deutlich größerem Durchmesser, sodass der leistungsstarke zweite Puls über das Plasma eine optimale EUV-Ausbeute erzielt. Die Tröpfchenerzeugung und die Steuerung des Gesamtprozesses der EUV-Lichterzeugung sind das Kern-Know-how von ASML. Auch hier kommt bereits eine wichtige Komponente von ZEISS zum Einsatz, nämlich der Kollektorspiegel. Es sammelt das EUV-Licht ein, um es in die Belichtungsoptik zu überführen.

Dr. Kürz: Mit dem ZEISS Zeiss-Kollektor wird möglichst viel Licht eingesammelt, denn das sind sehr, sehr wertvolle Photonen. Über einen Zwischenfokus gelangt das EUV-Licht in ein Beleuchtungssystem. Mit diesem werden die Chipstrukturen auf der Maske sehr gleichmäßig beleuchtet. Von da aus geht es in eine Projektionsoptik hinein – das ist eine nahezu perfekte Optik –, die die Strukturen der Maske dann in der Wafer-Ebene abbildet. Für diese Hochleistungsoptik haben wir die weltweit präzisesten Spiegel entwickelt. Zum Vergleich: Wenn man einen dieser Spiegel auf die Fläche von Deutschland aufblasen würde, dann wären die größten Abweichungen von der Sollform gerade mal 0,1 Millimeter groß. Gleichzeitig müssen die Spiegel mit größter Präzision stabil gehalten werden; und auch da hilft ein Vergleich zum besseren Verständnis: Wenn man einen Laserstrahl ablenken und über diesen Spiegel zum Mond schicken würde, dann steht der Spiegel so stabil, dass man dort einen Tischtennisball treffen könnte. Und dass der Spiegel überhaupt zu einem solchen Spiegel wird, dazu braucht man eine Spiegelschicht. Bei der EUV-Schichtenentwicklung hatten und haben wir eine intensive Zusammenarbeit mit externen Instituten. Ein wichtiger Partner ist dabei das IOF, und da kommt Sergiy Yulin ins Spiel.

Dr. rer. nat. Sergiy Yulin: EUV-Spiegelschichten müssen mit atomarer Präzision hergestellt werden. Eine dünne Doppelschicht aus Molybdän und Silizium reflektiert weniger als 1 Prozent der einfallenden EUV-Strahlung mit der Wellenlänge von 13,5 Nanometern. Durch das Aufeinanderstapeln einer Vielzahl solcher Paare, die jeweils nur wenige Nanometer dick sind, und die dadurch erzeugte konstruktive Interferenz entsteht ein hochreflektierender EUV-Spiegel, auch Bragg-Spiegel genannt. Obwohl die präzise Herstellung solch dünner Schichten an sich schon herausfordernd ist, mussten weitere Anforderungen erfüllt werden, beispielsweise höchste Reflektivität und Stabilität der optischen Eigenschaften unter extremen Bedingungen, insbesondere für die Kollektorspiegel. So wurden superdünne Diffusionsbarrieren zwischen den Wechselschichten eingefügt, die die natürliche Durchmischung der Molybdän- und Siliziumschichten auf atomarer Ebene unterdrücken. Auf diese Weise können einerseits Reflektivitäten von über 70 Prozent – dies ist ein Wert nahe an der theoretischen Grenze – erreicht werden, und andererseits lässt sich die Stabilität selbst bei hohen Temperaturen bis 600 °C sicherstellen. Schließlich musste diese Beschichtungstechnologie mit höchster Schichtdickenpräzision noch auf die großen Dimensionen der EUV-Spiegel übertragen werden.

Dieser Innovationsverbund, den Sie abbilden, ist ja mehr als die in Deutschland stattfindende Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft. Dahinter steht ein unternehmerischer Aspekt, eine volkswirtschaftliche Intention. Chips werden weltweit produziert. Asien und Amerika sind die „Chip-Länder“, doch nun gibt es eine in Europa entwickelte Technologie, die dieser Dominanz etwas entgegensetzen will. Kann man das so interpretieren?

Dr. Kürz: Was man in jeden Fall sagen kann, ist, dass bei dieser Schlüsseltechnologie der Digitalisierung Europa die zentrale Rolle spielt.

ASML ist auf dem Gebiet der Lithographiemaschinen Marktführer und weltweit der einzige Anbieter von EUV-Anlagen. Der deutsche Anteil an der Wertschöpfung ist erheblich, zentrale Module wie die Optik von ZEISS und der TRUMPF-Hochleistungslaser, aber auch weitere wichtige Komponenten kommen aus Deutschland. Wir können hier Stärken, die wir in Deutschland und in Europa haben, zum Tragen bringen, ob jetzt in der Photonik, in der Mechanik/Mechatronik oder in der Messtechnik. Und das alles hat dann gemeinsam mit ASML auf europäischer Ebene dazu geführt, dass man eine weltmarktführende Position erreichen konnte.

Dr. Kösters: ZEISS hat ja auch schon bei den Vorgängergeneration der Lithographie, der sogenannten DUV-Lithographie bei 193 Nanometern Wellenlänge und weiteren, die Belichtungsoptik an ASML geliefert. Diese Optiken werden in die ASML-Maschine eingebaut und als Komplettsystem von ASML verkauft. Europa und auch Deutschland spielen also heute schon eine große Rolle bei der Chipherstellung. Jetzt kommt die neue Generation der Lithographie hinzu, eben die EUV-Lithographie. Und wiederum sind ASML und ZEISS verstärkt durch TRUMPF als Laserspezialist und ein großes deutsches Netzwerk an Unternehmen und Forschungsinstituten, die Treiber dieser Technologie. Wir liefern zwar nicht die Computerchips oder die Endgeräte, aber mit unserer Technologie sind wir, neudeutsch gesprochen, „Enabler“, die den weiteren Fortschritt in der Chipentwicklung überhaupt erst ermöglichen. Das ist eine deutsche beziehungsweise europäische Erfolgsgeschichte.

Das Ganze ist auch eine Frage der Zusammenarbeit und der Arbeitsorganisation in Ihrem Netzwerk. Wie viele Partner sind noch weiter daran beteiligt?

Dr. Kürz: Wir haben bei ZEISS und TRUMPF einen großen Kreis von Partnern und Zulieferern, sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft, hier zum Beispiel die Fraunhofer-Institute. Wenn wir alle zusammennehmen, haben wir mehr als tausend Partner. Die Stärke des Netzwerks ist erfolgsentscheidend.

Ein wesentlicher Punkt ist weiterhin, dass man einen langen Atem hat, also dabeibleibt. Denn wir schauen auf eine sehr lange Entwicklung zurück mit ersten Versuchen in den 1980er-Jahren, gefolgt von einer sehr intensiven Phase seit Ende der 1990er-Jahre. Und die ersten Smartphones, die so bestückt sind, kann man seit etwa einem Jahr kaufen, also nach mehr als drei Jahrzehnten.

Also Durchhaltevermögen lautet das Schlagwort, bezogen auf dieses Netzwerk und die Positionierung hier in Europa. Bleibt der Standort auch hier in Europa?

Dr. Kürz:

Hier ist die Infrastruktur geschaffen worden, die enorm wertvoll ist. Noch wertvoller ist das Know-how der Mitarbeiter, die diese Infrastruktur bedienen, und das ist definitiv nicht transferierbar. Unsere Technologie hängt entscheidend vom Wissen und Können der lokal ansässigen Mitarbeiter ab. Es dauerte viele Jahre, bis das Know-how der Mitarbeiter so weit gewachsen ist, dass man EUV-Optiken herstellen kann. Diese Art von Technologie ist sehr fest an diesen Standort hier gebunden.

Wie sieht die Arbeitsmarktsituation bei Ihnen aus? Haben Sie genügend Personal, das zu Ihnen kommen will? Die Fraunhofer-Institute sind ja beliebt, wie sieht diese Situation hier aus?

Dr. Kösters: Die Voraussetzungen sind für uns natürlich schon unterschiedlich, allein aufgrund der geografischen Gegebenheiten. ZEISS sitzt hier auf der Ostalb, TRUMPF in Ditzingen bei Stuttgart. Das bedeutet, wir konkurrieren als Arbeitgeber mit noch viel größeren Unternehmen wie Porsche, Bosch oder Daimler. Aus meiner Perspektive würde ich für die Entwicklung trotzdem sagen: Wir finden die Leute, die wir brauchen, und das durchaus auch im eigenen Land. Schließlich sind es ja auch hochspannende Aufgaben, auf die Fachkräfte in unserem Bereich treffen – wir entwickeln die Zukunft mit.

Das gilt nicht nur für Akademiker, sondern auch für den Facharbeiterbereich?

Dr. Kürz: Absolut. Wir stellen enorm komplexe Produkte her, da spielt das Know-how der Facharbeiter eine entscheidende Rolle. Wir sind ein populärer Arbeitgeber in dieser Region und bekommen auch auf nationaler Ebene Nachwuchs. Wir suchen selbst in der aktuellen Situation weitere Mitarbeiter, in unserem Bereich gibt es derzeit 150 offene Stellen. Das heißt, die Technologieentwicklung geht weiter, der Erfolg von Technologien wie der EUV-Technologie geht weiter, und wir suchen und finden sehr gute Mitarbeiter.

Dr. rer. nat. Sergiy Yulin: An diesem Projekt beteiligt sich nicht nur unser Institut, sondern auch das Fraunhofer IWS aus Dresden und das Fraunhofer ILT aus Aachen. In diesen Fraunhofer-Instituten sind für dieses Projekt unterschiedlichste Arbeitsplätze geschaffen worden. Nach Abschluss des Forschungsprojekts sind mehr als 20 unserer Experten aus dem Bereich der EUV-Optik zu ZEISS gegangen und konnten ihre hier erworbene Expertise erfolgreich im industriellen Umfeld einsetzen. Im Jahr 2013 haben fünf unserer Mitarbeiter die auf EUV-Optiken spezialisierte Fraunhofer-Ausgründung optiX fab ins Leben gerufen. Es hat ein wichtiger Wissenstransfer aus der Forschung in die Industrie stattgefunden.

Sie sprechen jetzt bereits von Weiterentwicklung der Innovation. Wird die Beschichtung, die mithilfe der Fraunhofer-Kompetenz entstanden ist, auch weiterentwickelt? Oder ist das ein Level, das jetzt so bleibt?

Dr. Kürz: In dieser Technologie hat eigentlich nichts einen Level, der so bleiben könnte. Insbesondere die Beschichtung nicht, denn je besser die Beschichtung, das heißt je höher die Reflexion der Spiegel, desto höher die Transmission des Tools, und das wirkt sich unmittelbar in mehr Photonen und mehr Wafern aus. Konkret haben wir also einen unmittelbaren Zusammenhang von Beschichtung, Produktivität und dem Wert des Tools. Die ständige Weiterentwicklung ist ein elementares Thema bei dieser Technologie, und natürlich werden auch die Anstrengungen immer größer, denn mit jedem Schritt muss man mehr leisten.

Dr. Yulin: Die Anforderungen an die Beschichtung entwickeln sich immer weiter. 2005 war die maximale Größe der EUV-Optiken noch 40 Zentimeter im Durchmesser, und heute müssen wir Kollektoroptiken mit einem Durchmesser von mehr als einem Meter beschichten. Aber mit der zunehmenden Größe der Substrate steigen auch die Anforderungen an die Qualität der Schichten, Grenzflächen und Schutzschichten. Diese haben großen Einfluss auf die Entwicklung der Beschichtungstechnologie.

Dr. Kösters: Zur Produktivität trägt natürlich auch die Leistung der Lichtquelle bei. Hier arbeiten TRUMPF und ASML ebenfalls kontinuierlich daran, die Ausgangsleistung zu steigern. Dies geschieht zum einem direkt über eine Erhöhung der Laserleistung, zum anderen aber auch über die Prozessoptimierung der EUV-Erzeugung, speziell in Bezug auf Rückkopplungseffekte zwischen dem Beschuss des Tröpfchens und der Laserstrahlerzeugung.

Lautet Ihre Devise also: kein Stillstand, sondern immer weiter …?

Dr. Kürz: Ja, denn bezogen auf Moore’s Law braucht man alle zwei Jahre doppelt so viele Transistoren. Das heißt, die Anforderungen nehmen ständig zu, und damit müssen alle Technologien diesen neuen Anforderungen entsprechen. Man sieht, wie sich die Elektronikindustrie und die Halbleiterindustrie entwickelt haben. In der Elektronikindustrie reden wir über einen Markt von rund zwei Billionen Dollar. Und der wird angetrieben vom Fortschritt in der Halbleiterindustrie, die einen jährlichen Umsatz von mehr als 400 Milliarden Dollar macht. Der Fortschritt in der Halbleiterindustrie wird wiederum durch Gerätehersteller wie ASML und ihre Partner ermöglicht. Die Halbeleiterzulieferindustrie ist ebenfalls eine sehr große Industrie mit mehr als 50 Milliarden Dollar Umsatz. Man sieht, welche wirtschaftliche Bedeutung dies hat und dass es sich lohnt, in den weiteren Fortschritt in diesen Bereichen zu investieren.

Der technologische Aufwand und auch das Durchhaltevermögen müssen allerdings auch finanziert werden. Wie ist das bei Ihnen gelungen?

Dr. Kürz: ASML und ZEISS arbeiten schon seit den 1980er-Jahren auf dem Gebiet der optischen Lithografie sehr eng zusammen. ASML und wir beschreiben diese Partnerschaft mit dem Begriff „Two Companies, One Business“. Anfang der 2000er-Jahre ist der Aufstieg zum Marktführer auf dem Gebiet der Lithographie gelungen, auch wiederum im Verbund und als Partner. Die Entwicklung der EUV-Lithographie erforderte sehr große finanzielle Ressourcen. 2012 haben sich Intel, Samsung und TSMC, also die Endkunden aus der Chipindustrie, an ASML beteiligt und Entwicklungskosten von mehr als einer Milliarde Euro übernommen, um die EUV-Entwicklung hin zur Serienreife zu unterstützen. ASML unterstützt seinerseits die EUV-Entwicklung bei ZEISS. 2016 beteiligte sich ASML mit 24,9 Prozent an der Carl Zeiss SMT GmbH. Außerdem übernimmt ASML Forschungs- und Entwicklungskosten und finanziert Investitionen für die Entwicklung der nächsten Generation von EUV-Optiken, der High-NA EUV-Optiken, in einem Umfang von mehr als einer Milliarde Euro. Es gibt also eine enge Verzahnung von ASML mit Endkunden, aber dann auch von ZEISS mit ASML.

Dr. Kösters: TRUMPF ist ein Familienunternehmen. Das bedeutet, wir sind unabhängig vom Druck der Investoren. Außerdem sind wir technologisch vielseitig aufgestellt. Wir haben also einen langen Atem und können eine solche Technologieentwicklung über viele Jahre hinweg tragen. Das Gleiche gilt für etliche der anderen deutschen Unternehmen und Zulieferer, die involviert sind. Sie sind ebenfalls mittelständisch geprägt und denken in langfristigen Zeitskalen.

In USA hätten Sie diese Zeit nicht bekommen, vielleicht fünf Jahre, aber keine 15 oder mehr.

Dr. Kürz: Wir haben uns bei ZEISS seit Mitte der 1990er-Jahre mit der EUV-Technologie befasst, sie seit Ende der Neunziger mit wirklich substanziellen Programmen weiterentwickelt, dann auch gemeinsam mit ASML. Und es hat doch fast zwei Jahrzehnte gedauert, bis man die Serienreife erreicht hat. Dazu braucht man, wie Michael Kösters gerade gesagt hat, Durchhaltevermögen und langfristiges Denken. Und das zeichnet Firmen wie TRUMPF, ZEISS und ASML aus. ZEISS besteht seit der Unternehmungsgründung nun schon 174 Jahre: Man hat einen langen Atem und geht auch Themen an, die diesen langen Atem erfordern.

Eine langwierige, aber erfolgreiche Entwicklung. Trotzdem – gab es irgendwann einen Punkt, an dem es fraglich war, ob das Ganze weiterzuverfolgen ist?

Dr. Kürz: Die EUV-Technologie ist eine enorm anspruchsvolle Technologie. An einigen Herausforderungen, zum Beispiel an der Steigerung der Quellenleistung, aber auch an der Verbesserung der Optik wurde über viele Jahre intensiv geforscht und entwickelt. Es gab Schwierigkeiten und Rückschläge, aber wir haben auch immer wieder Zwischenerfolge gefeiert: Wir wussten, jetzt haben wir einen weiteren Schritt geschafft. Und wir haben das Ziel immer gesehen, auch wenn es sicher so ist, dass dem Mooreschen Gesetz folgend die Latte immer wieder höher gelegt wird. Das heißt, bei einer späteren Einführung der Technologie muss dann eine leistungsfähigere EUV-Maschine mit einer entsprechend leistungsfähigeren Quelle und Optik zur Verfügung gestellt werden. In der Konsequenz sind wir alle dabeigeblieben. Und: Es hat sich gelohnt, dass wir dabeigeblieben sind.

Und die potenziellen Kunden haben ungeduldig auf die Ergebnisse Ihrer Arbeiten gewartet – das war auch für die eine lange Zeit?

Dr. Kürz: Wenn wir 20 Jahre zurückdenken, so haben sich die Endkunden wie Intel, aber auch wir die Serieneinführung der EUV-Technologie deutlich früher vorgestellt. Moore’s Law wurde stattdessen mit der Immersionslithographie in Verbindung mit Mehrfachbelichtungsverfahren fortgeschrieben. Die Immersionslithographie mit 193 Nanometern, bei der ASML und ZEISS mit weitem Abstand Marktführer sind, stößt nun aber zunehmend an technologische und kommerzielle Grenzen. Gleichzeitig wurde das noch fehlende Puzzlestück der EUV-Lithografie realisiert: Von 2014 bis 2019 wurde ein großer Fortschritt in der Quellenleistung erzielt, wodurch die Anzahl der Wafer, die pro Stunde mit einer EUV-Maschine produziert werden, um den Faktor 17 gesteigert werden konnte. So wurde vor zwei Jahren die für die Serienreife kritische Grenze von 125 produzierten Wafern pro Stunde überschritten.

Dr. Kösters: Ich würde die Zeit, bis wir die erforderliche Produktivität der Technologie zeigen konnten, durchaus als „Zeit der Ungewissheit“ beschreiben. Ich habe 2010 bei TRUMPF im EUV-Projekt angefangen, und wir haben uns über mehrere Jahre bei der Leistung des EUV-Lichts auf einem niedrigen, nicht wirtschaftlichen Niveau bewegt. Im Jahr 2014 gab es dann eine neue Systemgeneration, und 2016 wurde das sogenannte Seed-Isolation-Module eingeführt, das verhindert, dass die Wechselwirkung zwischen Laser und Tröpfchen den Prozess der EUV-Lichterzeugung stört. Das hat dann den von Peter Kürz genannten entscheidenden Leistungsschub gegeben.

Dr. Yulin: Neben der Quellenleistung ist für die Steigerung der Produktivität auch die Beschichtungstechnologie der Mo/Si-Spiegel von Bedeutung. Jedes Prozent an Reflektivitätsgewinn der Mo/Si-Spiegel ist enorm wertvoll und setzt sich direkt in mehr Wafer pro Stunde um. Wenn das optische EUV-System aus beispielsweise zehn reflektierenden Spiegeln besteht, kann die Verbesserung des Reflexionsvermögens des Mo/Si-Spiegels um nur ein Prozent die Transmission von EUV-Licht um zehn Prozent erhöhen.

Der Halbleitermarkt 2019 war 430 Milliarden Dollar schwer, jetzt wird eine kleine Delle prognostiziert, die verschwindet, wenn Digitalisierung und KI weiter Fahrt aufnehmen. Welches Marktpotenzial zeichnet sich jetzt für Sie ab?

Dr. Kürz: Für uns gab es – auch dank der Einführung der EUV-Technologie – weiteres Wachstum. 2019 haben wir mit EUV-Optiken bei ZEISS einen Umsatz von 650 Millionen erzielt. Sehr substanziell waren in der Vergangenheit die hohen Wachstumsraten bei EUV. Wir sehen auch vorwärtsgerichtet sehr gute Zukunftsaussichten und werden, damit verbunden, weitere Arbeitsplätze schaffen. Schon heute gibt es mehr als 2.000 EUV-Arbeitsplätze, allein bei der ZEISS Halbleitersparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT).

Dr. Kösters: Für TRUMPF geht es in eine ähnliche Richtung. Wir haben im Geschäftsjahr 2019/2020 mit mehreren Hundert Mitarbeitern einen Umsatz von über 400 Millionen Euro erwirtschaftet. Hier kommt das zum Tragen, was Sergiy Yulin bereits erwähnt hat: Mit gesteigerter Wirtschaftlichkeit eröffnen sich weitere große neue Märkte. Aktuell wird die EUV-Technologie vor allem für die Herstellung von Mikroprozessoren eingesetzt, wo man hochperformante Chips braucht. Wenn die Technologie aber günstiger wird, also mehr Wafer pro Stunde als Durchsatz, dann eröffnen sich Chancen für den Speicherchipmarkt. Es gibt bereits erste Aussagen, dass Unternehmen die Technologie auch dort einsetzen wollen, und das führt dann nochmals zu einem größeren Absatz an Systemen.

Wie viele dieser chipproduzierenden Maschinen, dem Endprodukt von ASML, sind bereits am Markt? 2019 wurden ja 26 an Endkunden geliefert …

Dr. Kürz: …, ja, 2019 wurden 26 Maschinen ausgeliefert, dieses Jahr werden es nochmals mehr sein, sodass bis Ende 2020 voraussichtlich rund 90 Maschinen bei Endkunden in Betrieb sein werden. Und jede dieser Maschinen hat einen Preis von deutlich über 100 Millionen Euro.

Dr. Yulin: Das Marktpotenzial ist sehr wichtig in der Industrie. Und die EUV-Technologie hat ein sehr großes Marktpotenzial. Die von ZEISS und uns entwickelte Beschichtungstechnologie kann auch problemlos Nutzen für verschiedene andere Anwendungen erbringen. Das ist ebenfalls sehr wichtig. Die Themen der Projekte, an denen wir gerade arbeiten, sind sehr unterschiedlich. Wir entwickeln Optiken für die Mikroskopie im Wasserfenster und haben erste Projekte für Optiken für die Anwendung von noch kürzeren Wellenlängen. Ich bin sehr zuversichtlich, dass unsere Innovation, die wir in diesem Projekt entwickelt haben, vielen neuen Anwendungen im EUV-Spektralbereich die Tür öffnen wird.

Ihre neue Technologie ist bahnbrechend, trotzdem die Frage: Gibt es Wettbewerb?

Dr. Kürz: Für diese Technologie gab es ursprünglich noch japanische Mitbewerber. Die meisten sind allerdings schon vor mehr als einem Jahrzehnt ausgestiegen, die wenigen verbleibenden in den vergangenen Jahren. Das heißt, es gibt nur die ASML-EUV-Maschine mit ZEISS und TRUMPF inside. Und diese Technologie entwickeln wir gemeinsam weiter, damit wir die Kundenanforderungen gemäß Moore’s Law auch in diesem Jahrzehnt und darüber hinaus erfüllen.

Anforderungen von Kundenseite heißt wieder Weiterentwicklung. Wohin entwickelt sich die Technologie noch?

Dr. Kürz: Neben der Wellenlänge ist die Numerische Apertur (NA) entscheidend für das Auflösungsvermögen der Optik. Die Serieneinführung ist mit der NA von 0,33 gelungen, und diese optischen Systeme werden in den nächsten Jahren konsequent weiterentwickelt. Wir entwickeln aber auch schon seit geraumer Zeit ein optisches System mit einer numerischen Apertur von 0,55, eine sogenannte High-NA-EUV-Optik. Diese Systeme werden dann in einigen Jahren die Fortschreibung von Moore’s Law ermöglichen. Das heißt, man denkt immer schon an den übernächsten Schritt und arbeitet mit Hochdruck daran.

Sie haben eine umwälzende Entwicklung auf einer langen Zeitschiene betrieben. Dann kam der entscheidende Durchbruch. Woher kommt dieser Innovationssprung?

Dr. Kürz: Es war schon seit einiger Zeit klar, dass man mit der konventionellen Lithographie irgendwann an Grenzen stößt, und wir haben gesehen, dass man an einem bestimmten Punkt dann etwas wirklich Neues braucht. Es hat, wenn man zurückblickt, verschiedene Ansätze gegeben, wie man diese Aufgabe lösen könnte. Ein Ansatz, das war immer klar, war dieser ganz große Sprung in der Wellenlänge auf 13,5 Nanometern, damit würde man ein sehr großes Potenzial gewinnen. Deswegen war es auch attraktiv, an diesem Konzept festzuhalten. Bei der evolutionären Vorgehensweise werden die technischen Schwierigkeiten und die ökonomischen Herausforderungen mit der Zeit immer anspruchsvoller, und irgendwann kommt der Punkt, an dem der Einsatz einer neuen Technologie vorteilhaft ist.

Eine Innovation, aber auch dieses Durchhaltevermögen, braucht den Anzünder, den Bannerträger. Wer war denn das?

Dr. Kürz: Bannerträger, wenn sie dies so nennen wollen, sind die Teams von Entwicklern und Fertigungsmitarbeitern, die die EUV-Entwicklung möglich gemacht haben. Dies ist eine derart umfangreiche Entwicklung, dass das Zusammenspiel aller Teile und die gemeinsame Leistung entscheidend ist.

Die Ideen und ersten Experimente zur EUV-Technologie gab es bereits Mitte der 1980er-Jahre, zuerst in Japan, dann zeitgleich in den USA. In den 1990er-Jahren hat ein von Intel gegründetes Konsortium die Technologieentwicklung weiter vorangetrieben.

Bei ZEISS fand 1995 ein Workshop zur EUV-Technologie statt, das war der eigentliche Startschuss der Technologieentwicklung in Europa. Natürlich haben wir in den folgenden Jahren durch viele Vorträge auf verschiedenen Konferenzen rund um den Globus EUV bekannt gemacht – auch für die Endkunden in der Chipindustrie. Die intensive Zusammenarbeit zwischen ASML und -ZEISS begann bei der EUV-Lithographie mit dem Alpha-Demo-Tool-Programm ab 1999.

Damals habe ich die Leitung einer Truppe von 20 Mitarbeitern übernommen, sechs Jahre später bei der Auslieferung der Optik waren wir dann schon ein Team von 100 Mitarbeitern. Und jetzt arbeite ich an der neuesten Generation von EUV-Optiken, den High-NA-EUV-Optiken, mit einer Mannschaft von mehr als 1.000 Mitarbeitern allein bei ZEISS. Parallel arbeitet ein sehr großes Team an der Weiterentwicklung der aktuellen EUV-Serienoptiken. Aber all dies machen wir bei ZEISS nicht allein, sondern zusammen mit unserem Netzwerk. Dieses starke deutsche und europäische Netzwerk repräsentiert Sergiy Yulin im Kreis der Nominierten.

Und natürlich spielt ASML, das über all die Jahre die Entwicklung der Maschine und der benötigten Technologien vorangetrieben hat, eine entscheidende Rolle.

Sie lächeln jetzt, da merkt man, dass auch ein echtes „Wollen“ hinter dem Ganzen steckt.

Dr. Kürz:

Natürlich ist es ein schwieriger Weg, aber eben auch mit vielen großen Zwischenerfolgen, so der Bau des Alpha-Tools oder die Fertigstellung der ersten Optik, die dann tatsächlich serientauglich war. Es gab ein großes Fest hier mit den ASML-Vertretern, und gemeinsam haben wir den Lastwagen mit der Optik über die Ziellinie gezogen. Das sind Momente, die einem wieder den Schwung geben, die nächsten Herausforderungen anzugehen.

Dr. Kösters: Lassen Sie mich dazu Folgendes ergänzen: Was braucht es, um so eine Idee auszuprobieren und dann in einen industriell nutzbaren Prozess zu transformieren? Aus meiner Sicht vor allem zwei Dinge: Zunächst eine starke Grundlagenforschung an Forschungseinrichtungen und auch in Unternehmen, denn da entstehen die Ideen für viele dieser disruptiven Ansätze und werden im Labormaßstab untersucht. Und wir brauchen die Fähigkeit, daraus eine Maschine zu bauen, die wir im industriellen Umfeld einsetzen können. Das ist für mich der Kernerfolg dieses Projekts, allen voran von TRUMPF, ZEISS und ASML. Vor diesem Hintergrund macht es mich nachdenklich, dass beim EU-Gipfel im Juli ausgerechnet das Forschungsbudget gekürzt wurde.

Dr. Kürz: Ein wichtiger Punkt, der eine große Rolle gespielt hat, war die Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie durch die Europäische Union. Diese haben immer wieder eine zusätzliche Hilfestellung gegeben, sodass wir den nächsten Schritt machen konnten.

Was bedeutet denn diese Art der Zusammenarbeit für Sie drei persönlich?

Dr. Kürz: Wir beide, Michael Kösters und ich, arbeiten nicht direkt zusammen. Quelle und Optik sind zwei große Entwicklungsstränge in der EUV-Technologie. ZEISS und TRUMPF arbeiten auch zusammen, aber die Koordination der Quellenentwicklung und Optikentwicklung und die Optimierung des Gesamtsystems läuft über ASML.

Dr. Yulin: Bei Fraunhofer arbeiten drei Institute mit ZEISS zusammen, entsprechend viele Mitarbeiter sind beteiligt. Wir treffen uns auch auf Tagungen und diskutieren, das ist relativ oft passiert.

Dr. Kürz: Es ist nicht dieser ganze enge direkte Kontakt, sondern unsere Arbeiten gehen in die Stränge der jeweiligen Innovation hinein.

Das ist, glaube ich, ein wesentlicher Punkt: Es ist eine Technologie, die riesige Anstrengungen von vielen Firmen und innerhalb der Firmen von einer großen Anzahl von Ingenieuren, von Wissenschaftlern und von Facharbeitern erfordert. Wir repräsentieren die jeweiligen Teams und dieses Netzwerk.

Wir wollen gerne etwas von Ihnen persönlich erfahren. Hier sind Physiker versammelt. Was hat Sie bewogen, sich für dieses Studium zu entscheiden? Gab es jemanden, der Sie beeinflusst hat?

Dr. Kösters: In der Kindheit hat mich eigentlich eher die Biologie interessiert, vor allem Natur und Tiere. Gleichzeitig war die Begeisterung für die anderen Naturwissenschaften groß. Als es dann in Richtung Studium ging, wurde mir klar, dass es in der Biologie eigentlich keinen Beruf für mich gibt. Zumindest nicht in der Form, wie sie mich reizt. Als Physiker hingegen sah ich im Berufsleben sehr viele Optionen und spannende Möglichkeiten, die Technologie voranzubringen – das hat dann den Ausschlag in diese Richtung gegeben.

Wie hat sich dieser Beruf, dieses Fachgebiet, jetzt über die Zeit verändert? Was würden Sie einem jungen Menschen heute sagen, warum er sich diesen Bildungsweg aussuchen sollte?

Dr. Yulin: Ich habe immer mit jungen Leuten gearbeitet und kann sagen, auch weil ich in den vergangenen Jahren viele Diplomanten und Doktoranden hatte, dass sie alle bis heute sehr zufrieden mit dieser Arbeit, diesem Beruf sind. Ein Teil von ihnen arbeitet bei ZEISS in der Industrie, zwei, drei Leute in den Niederlanden bei ASML. Sie alle haben ein sehr großes Interesse an den dünnen Schichten und an den EUV-Optik. Das ist ein interessantes Gebiet in der Beschichtungstechnologie, weil wir nicht nur mit Schichten, sondern mit Grenzflächen arbeiten. Wir wollen genau wissen, was zwischen dünnen Schichten der verschiedenen Materialen passiert. Es ist eine spannende Arbeit, und alle, die bisher auf diesem Gebiet tätig waren, haben diesen Weg weiterverfolgt.

Dr. Kürz: Die EUV-Technologie ist ein Beispiel dafür, welche technischen Herausforderungen man in der Industrie angehen kann. Wenn man sich für Technik und Naturwissenschaften interessiert, würde ich zu einer entsprechenden Berufsausbildung oder einem Studium absolut zuraten.

Und wenn dieser junge Mensch eine Frau ist, die sagt, ich würde das gerne machen?

Dr. Kösters: Ich sehe überhaupt keine Gründe, warum Frauen das schlechter können sollten als Männer. Nicht das Geschlecht oder irgendein anderes Merkmal zählen, sondern die Leistung, das Ergebnis. Und da stehen die Kolleginnen ihren Kollegen in nichts nach. Deshalb steigt auch der Anteil der Kolleginnen in der Entwicklung, aber auch in Produktion und Service. Von privater Seite kann ich noch hinzufügen, dass meine Partnerin ebenfalls Naturwissenschaftlerin ist, mittlerweile sogar Professorin. In ihrem Bereich steigt der Frauenanteil immer stärker an – in meinen Augen völlig zu Recht.

Dr. Kürz: Bei ZEISS nimmt der Frauenanteil ebenfalls zu, auch in Führungspositionen. Und auch von mir noch eine private Bemerkung hierzu: Meine Frau ist auch Physikerin, und ich habe sie hier bei ZEISS kennengelernt.

Dr.Yulin: In den zurückliegenden 20 Jahren habe ich in vielen Projekten mit Frauen gearbeitet. Ich hatte nur positive Eindrücke von unserer gemeinsamen Arbeit.

Dr. Kösters: Ihre Frage ging ein wenig in die Richtung: Sollte man nicht eher etwas „Moderneres“, zum Beispiel Informatik, studieren? Das wird ein immer größerer Markt. Aber ich sage dann immer: Mit einem C64 kann ich vermutlich keine künstliche Intelligenz implementieren. Ich brauche auch die entsprechende Hardware – also eine Maschine, die das Potenzial umsetzen kann. Und da brauchen wir immer Physiker, die ein großes Verständnis und ein breites Wissen für Technologie mitbringen.

Das Thema Durchhaltevermögen bestimmt die Innovation, aber auch Ihre beruflichen Wege. Sie sind schon sehr lange bei Ihren Arbeitgebern. Was hat Sie denn dazu bewogen, in diese Institution, in diese Unternehmen zu gehen?

Dr. Kösters: Ich habe meine Promotion Anfang 2010 beendet, meine Bewerbungszeit lag damit am Ende der Finanzkrise. Das war ein schwieriger Bewerbermarkt, nur wenige Unternehmen haben Stellen im Bereich der Hochtechnologie angeboten. Und TRUMPF war ein Unternehmen, das trotz Kurzarbeit ein Programm aufgelegt hat, um neue Mitarbeiter ins Unternehmen zu bringen. Auch in schwierigen Zeiten wollte TRUMPF in Köpfe investieren. Das hat für mich den Ausschlag gegeben, zusammen mit der Perspektive, an Hochtechnologie mitzuarbeiten.

Ganz zum Schluss: Was gibt es denn außerhalb der Physik und außerhalb von Optik und Laser für Sie – womit entspannen Sie sich?

Dr. Kösters: Bei mir ist es viel Sport: Radfahren, Laufen, seit Mitte vorigen Jahres auch das Bouldern. Einige Kollegen machen das schon länger. Ich bin dann mal mitgegangen und muss sagen: das macht wirklich Spaß. Da ich regelmäßig zu meiner Partnerin pendle, sind die Wochenenden häufig recht voll – auch mit Besuchen von Familie und Freunden. Das hilft mir aber trotzdem ganz gut, abzuschalten.

Vielen Dank für das Gespräch.

Das Interview führte das
Büro Deutscher Zukunftspreis