Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit atomarer Präzision: Technologien für die übernächste Chipgeneration

24.05.2016

Im Projekt »Beyond EUV« entwickeln die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Aachen und für angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena wesentliche Technologien zur Fertigung einer neuen Generation von Mikrochips mit EUV-Strahlung bei 6,7 nm. Die Strukturen sind dann kaum noch dicker als einzelne Atome und ermöglichen besonders hoch integrierte Schaltkreise zum Beispiel für Wearables oder gedankengesteuerte Prothesen.

Gordon Moore formulierte 1965 das später nach ihm benannte Gesetz, wonach sich alle ein bis zwei Jahre die Komplexität integrierter Schaltungen verdoppelt. Er galt damals als Visionär und Vordenker. Heute sind wir über 50 Jahre weiter und sehen, dass die Integrationsdichte elektronischer Schaltkreise immer noch weiter wächst.


Bild 1: Das Foto zeigt ein entladungsbasiertes Plasma.

©Fraunhofer ILT, Aachen


Bild 2: Am Fraunhofer IOF in Jena werden Spiegelschichten mit atomarer Präzision hergestellt.

© Fraunhofer IOF, Jena

Inzwischen können wir ganze Bibliotheken auf einem Chip im Smartphone speichern. Möglich wurde das vor allem durch revolutionäre Fortschritte in den optischen Technologien und in der Materialwissenschaft. Und obwohl physikalische Grenzen sichtbar werden, ist die Entwicklung noch nicht am Ende: Wissenschaftler an Fraunhofer-Instituten in Jena und Aachen arbeiten an der nächsten Technologiestufe für noch kleinere Strukturen.

Neue Targetmaterialien für die 6.7 nm-Strahlquelle

Ein entscheidender Parameter für die lithografische Erzeugung immer kleinerer Strukturen ist die verwendete Lichtwellenlänge. In den siebziger Jahren reichte das UV-Licht einer Quecksilberdampflampe, in den Neunzigern kamen Excimerlaser bei 193 nm dazu.

Mit diesen Strahlquellen und ausgefeilten Methoden der optischen Lithografie werden heute Strukturgrößen von bis zu 14 nm industriell gefertigt.

In den letzten 10 Jahren wurde mit der EUV-Lithografie eine völlig neue Technik entwickelt, die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm arbeitet. Dafür wird ein Zinntröpfchen mit einem Hochleistungslaser beschossen, die entstehende Strahlung im Extrem-UV (EUV) soll in den nächsten Jahren Strukturgrößen von 10 nm und darunter ermöglichen.

Wissenschaftler am Fraunhofer ILT haben an der EUV-Technologie maßgeblich mitgearbeitet und konzentrieren sich jetzt auf den nächsten Schritt: Die Technologie für Strahlung von etwa 6,7 nm Wellenlänge. Statt mit Zinn arbeiten sie mit Targets aus Gadolinium- oder Terbiumlegierungen, die entsprechend kürzere Wellenlängen ermöglichen.

Zur Charakterisierung der Strahlquelle wurde gemeinsam von Teams beider Fraunhofer-Institute ein neues Optiksystem entwickelt. Damit lassen sich Parameter wie die Lichtleistung räumlich und spektral hochaufgelöst messen.

Die Strahlquelle produziert inzwischen genügend Leistung, um damit Versuche an neuen Spiegelschichten oder lichtempfindlichen Lacken (Resists) zu unternehmen. Für die nötige Leistungsskalierung wird sie kontinuierlich weiterentwickelt.

Spiegelschichten mit atomarer Präzision

Im Unterschied zur klassischen optischen Lithografie arbeitet die EUV-Lithografie ausschließlich mit reflektiver Optik, wobei die Spiegel extrem hohen Anforderungen gerecht werden müssen. Die Dicke der Spiegelschichten muss inzwischen im Bereich von 10 Pikometern stimmen. Das ist weniger als ein Atomdurchmesser.

Die Erzeugung der EUV-Strahlung ist aufwändig und teuer, entsprechend zählt jedes Prozent an Reflektivität. Bei den Spiegeln für 13 nm konnte mit Silizium- und Molybdänschichtsystemen etwa 65% Reflektivität erreicht werden. Für 6,7 nm haben die Experten vom Fraunhofer IOF in Jena spezielle Systeme aus Lanthan- und Borverbindungen entwickelt. Und auch hier kämpfen sie darum, die theoretische Grenze von etwa 70% zu erreichen.

Anwendungen in vielen Bereichen

Schon heute gibt es mehr Mobiltelefone als Menschen auf der Erde, möglich wurde das unter anderem durch die enormen Fortschritte der Mikrolithografie. Sie bleibt auch für die nächsten Jahre und für neue Themen wie Industrie 4.0 oder das Internet der Dinge von größter Bedeutung.

Deshalb arbeiten die Experten der Fraunhofer-Institute für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF und für Lasertechnik ILT seit Anfang 2014 daran, die Grundlagen für Lithografieverfahren bei noch kürzeren Wellenlängen zu erarbeiten. Begleitet durch Industriepartner von Carl Zeiss SMT und ASML arbeiten Sie im Projekt »Beyond EUV« noch bis Ende 2016 an der Entwicklung von wesentlichen Komponenten für die Technologie bei 6,7 nm.

Mit den neuen Lithografietechnologien werden Strukturen mit der Dicke von wenigen Atomen möglich. Für Schaltkreise aus solchen Strukturen gibt es schon heute viele Ideen: Neben noch höheren Speicherkapazitäten für Cloudanwendungen und Big-Data-Prozesse könnten sie auch für gedankengesteuerte Prothesen oder eine stärker personalisierte Medizin genutzt werden.

Ansprechpartner

Dr. rer. nat Klaus Bergmann
Gruppenleiter EUV-Technik
Telefon +49 241 8906-302
klaus.bergmann@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen

Prof. Dr. Norbert Kaiser
Abteilungsleiter Optische Schichten
Telefon +49 3641 807-321
norbert.kaiser@iof.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für angewandte Optik
und Feinmechanik IOF, Jena

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de/
http://www.iof.fraunhofer.de/

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik
17.02.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

nachricht Verborgene Talente: Mit Bleistift und Papier Wärme in Strom umwandeln
16.02.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zukunft wird gedruckt

19.02.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer HHI präsentiert neueste VR- und 5G-Technologien auf dem Mobile World Congress

19.02.2018 | Messenachrichten

Stabile Gashydrate lösen Hangrutschung aus

19.02.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics