Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Licht für die nächsten Chipgenerationen

08.10.2001



In wenigen Jahren sind die Grenzen der optischen Belichtungstechnik endgültig ausgereizt. Als aussichtsreichster Kandidat für eine neue Lithographie gilt extreme ultraviolette (EUV) Strahlung mit Wellenlängen von 11 bis 14 Nanometern. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat weltweit die Nase vorn bei der Entwicklung von EUV-Strahlungsquellen, zwei Firmen wurden bereits mit Partnern gegründet. Dies berichtet das Fraunhofer-Magazin in seiner neuen Ausgabe.


"EUV ist die Belichtungstechnologie für den Pentium 10", behauptet Prof. Reinhart Poprawe, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Denn er ist überzeugt, dass die in Aachen entwickelte Lichtquelle eine neue Ära der Lithographie in der Halbleiterindustrie einläuten kann. Die bisherige optische Lithographie stößt in wenigen Jahren an Grenzen, die nicht weiter hinausgeschoben werden können. Will die Chipindustrie aber an ihrem raschen Tempo zu immer kleineren Strukturen festhalten, muss sie den großen Technologiesprung hin zu einer neuen Lithographie wagen. Den Takt schlägt seit 37 Jahren mit erstaunlicher Regelmäßigkeit das Moore’sche Gesetz: Es besagt, dass sich alle 18 Monate die Kapazität der Mikrochips verdoppelt, während sich gleichzeitig die Fertigungskosten halbieren.

Begrenzt wird die stetige Verkleinerung der Chipstrukturen durch die Wellenlänge der dazu verwendeten Lichtquellen. Mit sichtbarem Licht kommen die Halbleiterhersteller schon lange nicht mehr aus. Derzeit werden Ultraviolett-Laser eingesetzt, doch auch sie erreichen demnächst ihre untere Grenze von 90 Nanometern. Dann geht die Ära der lichtoptischen Lithographie zu Ende. Bis vor kurzem galten eine ganze Reihe von Verfahren als mögliche Kandidaten für die Lithographie der nächsten Generation. Nach einer Evaluation Ende vergangenen Jahres blieben nur noch die Elektronenstrahl-Lithographie und die EUV-Lithographie in der engeren Wahl.


Obwohl sie die jüngste der Lithographietechnologien ist, scheint derzeit die EUV-Lithographie technologisch die größten Chancen als Nachfolger der bisherigen Lithographie zu haben. EUV löst voraussichtlich die heutige Prozesstechnologie ab. Bereits 1997 gründeten Intel, Motorola und AMD ein Konsortium, um EUV serienreif zu machen - inzwischen sind mit IBM, Infineon und Micron alle wichtigen Halbleiterhersteller im Club der Extremen Ultravioletten vertreten.

Die EUV-Lithographie setzt den Trend zu kürzeren Wellenlängen konsequent fort. Extremes Ultraviolett mit Wellenlängen von 11 bis 14 Nanometern liegt weit unterhalb des sichtbaren Lichts nahe bei den Röntgenstrahlen. Die kurzwellige EUV-Strahlung bringt allerdings gravierende Unterschiede, denn sie wird von allen Materialien, selbst von Gas, absorbiert. Daher muss der gesamte Belichtungsprozess im Vakuum stattfinden. Außerdem können nicht wie bisher transparente Masken oder refraktive Optiken wie Linsen eingesetzt werden, EUV-Licht kann nur über hochreflektierende Spiegel geführt werden.

Die technologischen Hürden liegen sowohl in der Entwicklung neuer leistungsfähiger und wirtschaftlicher EUV-Strahlungsquellen wie auch darauf angepasster Spiegeloptiken zur Strahlformung und -führung. EUV-Strahlung kann auf unterschiedliche Arten erzeugt werden: Zwei Verfahren konkurrieren derzeit weltweit um die Führung: laserproduzierte Plasmen und Gasentladungsplasmen - beide Richtungen werden auch am ILT verfolgt.

Im Prinzip geht es darum, bestimmte Materialien in einem Plasma so stark aufzuheizen, dass sie EUV-Strahlung emittieren. Zurzeit arbeiten die Forschergruppen vor allem mit Xenon, aber auch Sauerstoff und Lithium geben die charakteristische EUV-Strahlung ab. Die Technik der laserproduzierten Plasmen ist nicht einfach zu beherrschen. Daher nimmt das Interesse an gasentladungsbasierten EUV-Strahlungsquellen zu. Gasentladungsplasmen erzeugen das Xenon-Plasma durch eine gepulste Entladung elektrisch gespeicherter Energie. In einer weltweit vergleichenden Untersuchung der fünf EUV-Strahlungsquellen, die den höchsten Entwicklungsstand erreicht haben, schaffte nur die EUV-Lampe des ILT als einzige außerhalb der USA den Sprung unter die Besten.

Die neuartige Entladungslampe, die von der Plasmatechnologie-Gruppe am ILT entwickelt, patentiert und als "Aachener Lampe" bekannt wurde, ist wesentlich einfacher, kompakter und preisgünstiger als alternative Verfahren. Die Schlüsselkomponente, die Plasmakammer, hat nur die Größe einer Hutschachtel. Hinter dem Erfolg stecken jahrelange Forschungsarbeiten in der Plasmatechnik und ein Projekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde, um Deutschland auf diesem Gebiet eine Spitzenstellung zu sichern. Mit den heute schon erreichbaren Strahlungsleistungen von mehreren 100 mW liegt diese Quelle weltweit an der Spitze der gasentladungsbasierten Quellen und im Bereich der besten laserproduzierten Strahlungsquellen. "Im Vergleich zu den anderen Konzepten hat diese Strahlungsquelle ein wesentlich höheres Potenzial, die Anforderungen der EUV-Lithographie zu erfüllen", ist sich Dr. Neff, Leiter der Abteilung Plasmatechnologie, sicher.

Mit zwei Partnerfirmen wird die Vermarktung vorbereitet. Während die AIXUV GmbH in Aachen, eine Ausgründung des ILT, schon in diesem Jahr eine Version für Labortests anbietet, wird in der neugegründeten Philips EUV GmbH, an der auch die Fraunhofer-Gesellschaft beteiligt ist, ein komplettes System für die EUV-Lithographie entwickelt. Schon im nächsten Jahr sollen erste Prototypen verfügbar sein. Für 2005 ist eine EUV-Quelle geplant, die alle notwendigen Parameter erreicht, denn ab dem Jahr 2007 wollen die Halbleiterhersteller die EUV-Lithographie zur Serienfertigung von integrierten Schaltkreisen einsetzen. Das ILT beteiligt sich in den nächsten Jahren intensiv an der Weiterentwicklung dieser EUV-Quellen hin zu den für die Chipfertigung benötigten Leistungen.

Vor der Einsatzreife der EUV-Lithographie stehen aber noch weitere Hürden, vor allem muss eine völlig neue Spiegeloptik entwickelt werden, die auf diese Wellenlänge angepasst ist. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena und das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden forschen an optischen Komponenten für die EUV-Lithographie.

Ein riesiges Wachstumspotenzial steckt in der Lithographie zur Chipherstellung: Das Weltmarktvolumen wird derzeit allein für Laser auf etwa 800 Mio Mark geschätzt und bis zum Jahr 2005 ist mit einer Verdoppelung zu rechnen. Das Marktvolumen für die Optik beträgt sogar 1,6 Mrd Mark; das Volumen für die Waferbelichter rund 6,2 Mrd Mark.

"Auf das Jahrhundert des Elektrons, folgt nun das Jahrhundert des Photons", sagt Prof. Poprawe in der berechtigten Hoffnung, dass Deutschland zur alten Stärke zurückfindet. Und Lothar Späth bringt es, nicht nur an Jenoptik denkend, auf den Punkt: "In der Elektronik können wir die USA nicht schlagen, aber in der Photonik".

Dr. Johannes Ehrlenspiel | idw
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/german/publications/df/df2001/mag3-2001.pdf

Weitere Berichte zu: EUV EUV- EUV-Lithographie EUV-Strahlung ILT Lithographie Wellenlänge

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Kompakte Rangierfelder für RJ45-Module
26.09.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Sicherungsklemmen für unterschiedliche Einsatzgebiete
18.09.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Im Spannungsfeld von Biologie und Modellierung

26.09.2017 | Veranstaltungen

Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

26.09.2017 | Veranstaltungen

Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Europas erste Testumgebung für selbstfahrende Züge entsteht im Burgenland

26.09.2017 | Verkehr Logistik

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie