Chip-Lithografie mit Röntgenstrahlung will ASML und TSMC herausfordern
Peter Thiel finanziert ein Startup, das Halbleiter in den USA billiger fertigen will als TSMC – dank Strahlung aus dem Beschleuniger.
(Bild: c't)
Das Start-up "Substrate" will die Vereinigten Staaten wieder zur Dominanz bei der Halbleiterfertigung führen. Dazu plant Substrate den Bau kompletter Halbleiterwerke (Fabs), die eine neue, selbst entwickelte Form der Röntgenlithografie nutzen. Die soll billiger sein als die etablierte EUV-Lithografietechnik, für die ASML Maschinen produziert, die unter anderem TSMC einsetzt.
Dieser Kostenvorteil soll Chipfertigung in den USA wirtschaftlich machen und auch die Position gegen China stärken.
Zu den Geldgebern von Substrate gehört Peter Thiels Founders Fund, weshalb die Ankündigung relativ viel Aufmerksamkeit erregte.
Videos by heise
Substrate-CEO James Proud soll ein Team von rund 50 Experten für Halbleiterfertigung und Lithografie leiten. Die Firma verrät bisher nur wenige technische Details über seine besondere Röntgenlithografie und nennt keinen konkreten Zeitplan.
Substrate beschreibt Teile des Verfahrens auf seiner Website und veröffentlicht zwei Mikrografien von Wafern, die Strukturen zeigen, die mit solchen aus klassischen Fertigungsmethoden der Klassen 3 und 2 Nanometer (N3/N2) vergleichbar sein sollen.
Beschleuniger statt Plasmaquellen
Die "Advanced X-Ray Lithography" (Advanced XRL) von Substrate soll Röntgenstrahlung nicht genannter Wellenlänge aus einem Teilchenbeschleuniger nutzen. Letzterer ist direkt in die Lithografiemaschine eingebaut, die auch "ein komplett neues optisches System und ein mechanisches Hochgeschwindigkeitssystem" enthält.
(Bild:Â Substrate)
Bei der Entwicklung des Teilchenbeschleunigers greift Substrate nach eigenen Aussagen auf "Jahrzehnte des Fortschritts amerikanischer Nationallabore" wie Lawrence Livermore (LLNL) und Stanford (SLAC) zurĂĽck sowie auf KĂĽnstliche Intelligenz (KI).
In EUV-Lithografiesystemen von ASML sitzt hingegen eine komplizierte Quelle für weiche Röntgenstrahlung mit 13,5 Nanometer Wellenlänge, in der Laserstrahlung ein Zinnplasma anregt.
Außerdem erwähnt Substrate, dass das Lithografiesystem 300-Millimeter-Wafer bearbeitet und sehr hohe Beschleunigungswerte erreicht. Absolute Werte werden abermals nicht genannt, aber zum Vergleich: Die Spiegelmasken (Reticles) in High-NA-EUV-Systemen von ASML beschleunigen mit rund 32 g (314 m/s2), damit die Maschinen mehr als 200 Wafer pro Stunde belichten können.
Röntgenlithografie
Es gibt unterschiedliche XRL-Ansätze, etwa das bereits 1982 am damaligen Kernforschungszentrum Karlsruhe entwickelte X-Ray LIGA mit Synchrotronstrahlung. Oder Deep X-ray Lithography (DXRL), die am Synchrotron Elettra in Triest entwickelt wurde.
Firmen wie General Atomics arbeiten an vergleichsweise kompakten Teilchenbeschleunigern fĂĽr die Industrie.
Es gibt aber auch Ansätze, Freie-Elektronen-Laser (FEL) für die Halbleiterlithografie zu nutzen. Den 3,4 Kilometer langen Röntgenlaser European XFEL in Schenefeld bei Hamburg verwenden Forscher etwa für die Mikrostrukturanalyse.
Maskenlose Lithografie?
Belichtungsmasken erwähnt Substrate nicht, was darauf hindeuten könnte, dass es um sogenannte maskenlose Lithografie geht. Dabei schreibt ein eng fokussierter Strahl die gewünschten Muster direkt auf den Fotolack (Direct Write).
Elektronenstrahllithografie fĂĽr die Chipherstellung (E-Beam Lithography) wird seit mehr als 20 Jahren entwickelt. Sie gilt bisher als zu langsam fĂĽr die Serienproduktion. Sogenannte Multi Beam Mask Writer (MBMW) dienen zur Anfertigung von Lithografiemasken und arbeiten mit Hunderttausenden Elektronenstrahlen gleichzeitig.
Radikaler Ansatz
Bisher lässt sich nicht einschätzen, ob sich die Ideen von Surface in sinnvoller Zeit umsetzen lassen. Ganz ohne Beispiel ist ein dermaßen radikaler Ansatz nicht: Auch die japanische Firma Rapidus versucht, die Chipfertigung völlig anders als bisher zu konzipieren.
(ciw)
