Von Fraunhofer-Forschern entwickelte Strahlquelle erlaubt Produktion winziger Halbleiter
Lichttechnik für die nächste Chip-Ära

Hersteller von Computerchips setzen auf eine Technik, die am Fraunhofer-Institut in Aachen entwickelt wurde. Eine neue Lichtquelle, die Strahlen mit einer Wellenlänge im Nanometer-Bereich erzeugt, könnte die nächste Generation von Halbleitern prägen. Sie erlaubt es, Bauteile mit winzigen Strukturen herzustellen.

DÜSSELDORF. Forscher am Fraunhofer für Lasertechnik-Institut (ILT) in Aachen haben eine Lichtquelle entwickelt, mit der sich deutlich kleinere Computerchips als bislang möglich fertigen lassen. Die Lampe erzeugt extrem ultraviolette Strahlen (EUV) mit Wellenlängen von elf bis 14 Nanometern. "Das könnte die Belichtungstechnologie für den Chip der Zukunft sein", sagt Prof. Reinhart Poprawe. Der Leiter des ILT hofft darauf, dass die Halbleiterhersteller, die in Aachen entwickelte Lichtquelle bei der Erzeugung immer kleinerer Strukturen nutzen werden. Die Firmen sind zurzeit auf der Suche nach Techniken, die die Miniaturisierung voranbringt.

Die Herstellung von Siliziumchips basiert auf dem Prinzip der Belichtung: Licht strahlt durch eine Maske auf eine Siliziumscheibe, die mit einem lichtempfindlichen Fotolack bedeckt ist. Auf diese Weise wird ein ganzer Schaltplan mikroelektronischer Strukturen auf die Scheibe übertragen. Will man kleinere Strukturen herstellen, müssen Lampen verwendet werden, die Licht mit immer kürzeren Wellenlängen aussenden können.

Derzeit setzt die Industrie in der Serienfertigung Ultraviolett-Laser mit einer Wellenlänge von 248 Nanometern ein. Ab 2003 will sie mit 157 Nanometer-Lasern produzieren. Doch auch diese Lichtquellen werden schnell ihre Grenze von 90 Nanometern erreichen. Noch kürzere Wellenlängen können die Linsen nicht passieren. Nur mit neuen Verfahren ist es möglich, noch kleinere Chips mit feineren Strukturen zu bauen.

Technologische Hürden

Eine Weile lang galten noch eine ganze Reihe von Verfahren als aussichtsreiche Kandidaten für die Lithographie der nächsten Generation. Inzwischen sind sich Halbleiterhersteller weltweit einig, dass die Elektronenstrahl-Lithographie und die Lithographie mit extrem ultravioletter Strahlung sich am besten eignet. Bereits 1997 gründeten die Chiphersteller Intel, Motorola und AMD ein Konsortium, um die EUV-Technik serienreif zu machen. Heute haben mit IBM, Infineon und Micron weitere wichtige Halbleiterkonzerne die Technologie aufgegriffen.

Extremes Ultraviolett mit Wellenlängen von elf bis 14 Nanometern liegt weit unterhalb des sichtbaren Lichts und nahe bei den Röntgenstrahlen. Im Vergleich zum sichtbaren und zum langwelligen ultravioletten Licht gibt es gravierende Unterschiede. Die kurzwellige EUV-Strahlung wird von allen Materialien, selbst von Gas, absorbiert. Daher muss der gesamte Belichtungsprozess im Vakuum stattfinden. Außerdem kann EUV-Licht nur über hoch reflektierende Spiegel geführt werden. Die technologischen Hürden liegen also auch bei den Spiegeloptiken.

Durchbruch durch die "Aachener Lampe" möglich

Die "Aachener Lampe", wie die Entwicklung am ILT inzwischen genannt wird, könnte den Durchbruch bei der Belichtungstechnik bringen. Die Entladungslampe gilt bei den Herstellern als kompakt und leistungsfähig. Die Schlüsselkomponente der Lichtquelle - die Plasmakammer - ist nur so groß wie eine Hutschachtel.

Derzeit bereitet das ILT zusammen mit zwei Partnerfirmen die Vermarktung der neuen Technik vor. Während die Aixuv GmbH in Aachen - eine Ausgründung des ILT - noch in diesem Jahr eine Version der Lampe für Labortests auf den Markt bringen wird, entwickelt die neu gegründete Philips EUV die Technik zu einem kompletten System für die EUV-Lithographie weiter.

Bevor die EUV-Lampen jedoch in der Chipfertigung genutzt werden können, muss noch eine völlig neue Spiegeloptik entwickelt werden. Diese muss auf die Wellenlänge abgestimmt sein. Erste Masken für extrem ultraviolettes Licht hat IBM kürzlich vorgestellt. In Deutschland arbeiten die Firmen Zeiss und Jenoptik ebenfalls an optischen Komponenten für die EUV-Lithographie. Auch am Fraunhofer für Werkstoff- und Strahltechnik-Institut IWS in Dresden wurden bereits Spiegel für den EUV- und Röntgenbereich entwickelt.

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