Mithilfe von extrem kurzwelligem Licht könnten künftig ultrafeine Strukturen in Halbleiterchips geätzt werden. Ein 20.000 Grad heißes Plasma ist die Quelle dieser Extrem-Ultraviolett-Strahlung, von der sich Forscher einen Durchbruch in der Miniaturisierung versprechen.
Immer kleiner, immer schneller: Computerchips für Handys, Digitalkameras und Rechner sind winzige „Powereinheiten“, die eine ständig wachsende Flut an Daten auf minimalem Raum verarbeiten. Um die Speicherdichte und Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, gilt es, immer feinere Strukturen in die
Chips zu ätzen. Dies geschieht derzeit mit Präzisionsmaschinen: Sie verwenden kurzwellige Laserstrahlen mit 193 Nanometern Wellenlänge und belichten damit 50 Nanometer kleine Strukturen auf Siliziumrohlinge.
Doch diese Technologie stößt an ihre physikalischen Grenzen. Um die von der Chipindustrie gewünschte Leistungskapazität der Rechner- und Speicherchips zu erhöhen, ist ein radikaler Technologiewechsel bei der Produktion erforderlich, bei der extrem kurzwelliges Licht mit nur noch 13,5 Nanometern Wellenlänge aus neuartigen Lichtquellen eingesetzt werden soll.
Wissenschaftler der RWTH Aachen, des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) Aachen und der Firma Philips setzen dafür nun eine so genannte EUV- Strahlenquelle ein. EUV ist Abkürzung für die englische Bezeichnung Extreme Ultra Violet – diese Lichtquelle hat beste Chancen, als Strahlungsquelle die Nachfolge der derzeitigen Lasertechnik anzutreten.
20.000 Grad heißes Plasma als Strahlenquelle
Die Wissenschaftler erzeugen EUV-Licht, indem sie Zinn in einem Plasma derart stark aufheizen, dass dieses entsprechende Strahlung abgibt. Sie müssen dabei das 200.000 Grad heiße Plasma so beherrschen, dass die EUV-Quelle eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer hat. „Die Strahlungsquelle wird in der Chipherstellung ununterbrochen im Einsatz sein“, erläutert Willi Neff, Leiter der Plasmatechnologie am Aachener Lehrstuhl. „Ungeplante Produktionsstopps wegen defekter Komponenten sind teuer. Daher dürfen bis zum nächsten Wartungsintervall keine Verschleißerscheinungen auftreten.“
Bereits 2013 sollen in der Halbleiterindustrie die chipproduzierenden Maschinen neuen Typs stehen und 30 Nanometer kleine Strukturen erzeugen. „Weltweit entwickeln diverse Arbeitsgruppen mit Hochdruck die verschiedenen Komponenten weiter“, berichtet Professor Peter Loosen vom Lehrstuhl für Technologie optischer Systeme der RWTH Aachen. Mit ihrem Industriepartner Philips feilen die Aachener Wissenschaftler an der EUV-Lichtquelle, mehrere Prototypen sind bereits im Einsatz. Sie werden im belgischen Leuven und in Albany nahe New York in den beiden ersten Forschungsmaschinen getestet.
Spiegel statt Linsen
Um die Strukturen in der Halbleiterindustrie zu verkleinern, muss allerdings nicht nur die Strahlungsquelle ausgetauscht werden. Das gesamte Herstellungssystem wird verändert, denn EUV-Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern ist nicht mehr sichtbar. Der erforderliche Belichtungsprozess findet im Vakuum statt. Die kurzwellige Strahlung lässt sich nicht wie bisher
durch Linsen auf den Rohling lenken, um diesen wie bei einer Fotografie zu belichten und dabei mit Leiterstrukturen zu versehen. Bei der Chip-Produktion der nächsten Generation ersetzen hochreflektierende Spiegel die Linsen, die den EUV-Strahl auf den Rohling lenken.
Auch das Zusammenspiel der Spiegel und der EUV-Lichtquelle wird derzeit getestet und optimiert. „Um die EUV-Strahlen zielgerichtet auf einen Träger zu bringen, kommen Mehrschichtspiegel aus Molybdän/Silizium-Schichten zum Einsatz“, beschreibt Loosen. Diese reflektieren allerdings nur etwa 70 Prozent des kostbaren Lichts, was zu den hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Lichtquellen führt.
(RWTH Aachen, 27.05.2008 – NPO)
