UV-Strahlung soll Halbleiter schneller machen
Chiphersteller auf der Suche nach neuer Produktionstechnik

Noch fünf Jahre soll es dauern, bis die Technik, mit der die großen Chiphersteller produzieren, am Limit ist. Um auch langfristig die Leistung der Halbleiter zu erhöhen, arbeiten die Konzerne schon heute an neuen Fertigungsmethoden. Die große Hoffnung heißt extreme ultraviolette Strahlung.

HAMBURG. Immer schnellere Chips dank immer kleinerer Strukturen - mit diesem Rezept wollen die großen Prozessorhersteller wie Intel, Infineon oder AMD ihre wirtschaftliche Zukunft sichern. Experten gehen jedoch davon aus, dass in etwa fünf Jahren die derzeit angewandte Technologie der optischen Lithografie für die Belichtung von Silizium-Rohlingen endgültig ausgereizt ist: Strukturen von weniger als 70 Nanometern Breite scheinen unmöglich. Ein Verfahren, das mit extremem ultravioletten Licht (EUV) arbeitet, soll dann weitere Fortschritte bringen. "EUV ist derzeit die einzige Option für die Herstellung von hoch dichten Halbleiterelementen", sagt Peter J. Silverman, Leiter der EUV-Lithografie-Gruppe bei Intel.

Die EUV-Methode könnte die Transistordichte pro Chip mit einem Schlag vervielfachen - und damit die Geschwindigkeit der Prozessoren deutlich steigern. Speicherchips mit mehr als 64 Gigabit und Prozessoren mit mehreren Gigahertz Taktfrequenz könnten gebaut werden.

Bei der EUV-Lithografie werden wie bei dem aktuellen Verfahren Chiprohlinge mit einem feinen Strukturmuster belichtet, worauf dann in mehreren Arbeitsschritten die dicht gepackten Schaltkreise geätzt werden können. Doch anders als bei den gängigen optischen Verfahren, die Laserstrahlen mit Wellenlängen von 248, 193 oder 157 Nanometern nutzen, lässt sich das Licht bei der EUV-Methode nicht mehr mit klassischen Linsen bündeln. Ein komplexes System aus hoch reflektiven Spiegeln muss an die Stelle der Linsen treten.

Einen wichtigen Schritt in Richtung EUV-Technik hat jüngst Exitech getan: Im November beauftragte das britische Unternehmen die Carl Zeiss SMT AG in Oberkochen damit, zwei optische Systeme zu bauen, die das Herzstück der so genannten Microstepper bilden sollen. Diese EUV-Belichtungsautomaten für die Chipherstellung entwickelt Exitech für Sematech, die internationale Vereinigung der Hersteller von Halbleitern. In Zusammenarbeit mit der Physikalisch Bundesanstalt-Technischen (PTB) in Berlin nimmt Zeiss weltweit eine Spitzenstellung bei der Herstellung der so genannten asphärischen Spiegel ein.

"Mindestens 100 Wafer mit 300 Millimeter Durchmesser pro Stunde" - auf diese knappe Formel bringt Intel-Experte Silverman die Anforderungen der Industrie an die EUV-Technologie. Wenn diese Stückzahl nicht gelinge, sei der Milliarden Euro teure Aufbau einer EUV-Chipfabrik nicht wirtschaftlich. Damit dieses Ziel erreicht werden kann, muss das Licht möglichst intensiv auf den Silizium-Wafer gelenkt werden. Um Leistungsverluste zu vermeiden, werden die Spiegel mit Beschichtungen aus Silizium und Molybdän bis auf den Bruchteil eines Nanometers exakt geschliffen.

Die zweite Hürde bildet die Belichtungsmaske, die die Chipstruktur auf dem Rohling vorgibt. Hier unterstützen die PTB-Forscher die Firmen SchottLithotec und Infineon, um entsprechende Prototypen zu entwickeln.

Doch trotz perfekter Spiegel und fehlerfreier Masken steht und fällt die ambitionierte EUV-Technologie mit einer intensiven 13-Nanometer-Lichtquelle. Einen ersten Ansatz bilden Wolken aus ionisierten Xenon-Atomen, die über einen Laser angeregt werden und dann das gewünschte Licht senden. "Eine Schlüssel-Technologie für große Lichtausbeuten liegt im so genannten Pinch-Effekt", sagt Rainer Lebert, Geschäftsführer der Aachener Technologiefirma Aixuv, die sich mit der Entwicklung von EUV-Quellen beschäftigt.

Dabei komprimiert das Eigenmagnetfeld einer Entladung das Gasplasma und heizt es auf Temperaturen von über 200 000 Grad auf. "Diese Lichtquellen müssen allerdings noch um einen Faktor 30 intensiver werden und die 100fache Lebensdauer erreichen", so Lebert. Der EUV-Experte ist optimistisch, dass das bald gelingt: "Allein im vergangenen Jahr konnte die Leistung der Lichtquellen um einen Faktor 100 verbessert werden."

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