EUV-Technologie Technologien für die übernächste Chipgeneration

Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Mithilfe der EUV-Lithografie sollen Strukturen mit einer Dicke von wenigen Atomen erzeugt werden und somit besonders hoch integrierte Schaltkreise, zum Beispiel für Wearables oder gedankengesteuerte Prothesen ermöglichen.

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Die EUV-Strahlung zur Belichtung der Halbleiterstrukturen wird üblicherweise erzeugt, indem ein kW-Laserstrahl auf ein Jet aus flüssigen Metalltröpfchen im Vakuum fokussiert wird. Das Foto zeigt ein entladungs-basiertes Plasma.
Die EUV-Strahlung zur Belichtung der Halbleiterstrukturen wird üblicherweise erzeugt, indem ein kW-Laserstrahl auf ein Jet aus flüssigen Metalltröpfchen im Vakuum fokussiert wird. Das Foto zeigt ein entladungs-basiertes Plasma.
(Bild: Fraunhofer ILT)

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.

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 arbeiten an der nächsten Technologiestufe für noch kleinere Strukturen: 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.

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 zu unternehmen. Für die nötige Leistungsskalierung wird sie kontinuierlich weiterentwickelt.

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