Fraunhofer: Grundlage für sehr kleine Chip-Struktur

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT Aachen haben in den vergangenen Jahren wichtige Fortschritte bei der Entwicklung neuer Lithografie-Verfahren für die Chip-Produktion gemacht. Ihre Arbeit bildet die Grundlage für eine weitere Verkleinerung der Architekturen. Um immer kleinere Strukturen in die Halbleiter-Wafer zu brennen, müssen die Wellenlängen des eingesetzten Lichts verringert werden. Nur so lässt sich bei sehr kleinen Strukturbreiten ausreichend Schärfe umsetzen, um Ungenauigkeiten im Design zu verringern. Um zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden, plant die Halbleiterindustrie die Belichtung mit 193 Nanometer Wellenlänge auf nur noch 13,5 Nanometer umzustellen.

Das kann nur mit völlig neuen Strahlungsquellen erreicht werden. Favorit der Next Generation Lithographie ist dabei EUV - Licht mit Wellenlängen weit im ultravioletten Bereich. Die Forscher aus Dresden und Jena, die in diesem Bereich wichtige Fortschritte erzielten, wurden jetzt mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2012 ausgezeichnet.

Die Leistungsfähigkeit der Strahlquelle ist ein Schlüssel, um EUV wirtschaftlich zu nutzen. Das Team um Klaus Bergmann vom Fraunhofer ILT entwickelte bereits 2006 erste Prototypen der EUV-Quelle. Mittlerweile gibt es eine Betaversion, die bereits zum Belichten von Chips im industriellen Umfeld im Einsatz ist. "Das Konzept ist eine schnelle gepulste Entladung elektrisch gespeicherter Energie. Dabei wird eine kleine Menge Zinn mit dem Laser verdampft und mit einem hohen Strom zur Emission bei 13,5 Nanometern angeregt - viele Tausend Mal pro Sekunde", so Bergmann.

Damit die Strahlung auch gezielt auf die Belichtungsmaske trifft, ist die Qualität des Kollektorspiegels entscheidend. Die Beschichtung gewährleistet, dass die Verluste gering bleiben und die Qualität der gerichteten EUV-Strahlung hoch ist.

"Unsere Herausforderung war es, ein mehrlagiges Schichtsystem auf der stark gekrümmten Kollektorfläche aufzubringen, das extrem hitzebeständig und hoch reflektierend ist", erläuterte Torsten Feigl vom Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena. Ergebnis ist der mit 66 Zentimetern Durchmesser weltweit größte, multilayer-beschichtete EUV-Spiegel.

Ein Anlagentyp zur großflächigen Präzisionsbeschichtung ist bereits im industriellen Einsatz. Deutschland ist in der EUV-Technologie Vorreiter. Mit ihrer Forschungsarbeit haben sich die Fraunhofer-Institute als wichtige Partner für die Ausrüsterindustrie im In- und Ausland etabliert. Die Einführung der neuen Lithografiesysteme in der industriellen Fertigung ist ab 2015 zu erwarten.