UV-Lithografie für Chipstrukturen mit 29,9 Nanometer

IBM-Wissenschaftler am Almaden-Forschungslabor im kalifornischen San José zeigten, dass mit konventioneller Technik Halbleiterstrukturen mit einem Abstand von 29,9 Nanometer möglich sind. Damit unterboten sie die bislang für die Herstellung per optischer Halbleiter-Lithografie geltende untere Grenze von 32 Nanometern. Die IBM-Forscher nutzten dazu ultraviolette Laserstrahlung (Deep Ultraviolet, DUV) mit einer Wellenlänge von 193 Nanometer sowie neue Materialen von JSR Micro.

Die Strukturen werden mittels Laserlicht durch eine Maske auf die lichtempfindlich beschichteten Silizium-Wafer fokussiert. Anschließend wird die Lackschicht chemisch entwickelt, an den belichteten Stellen weggeätzt und der Wafer an diesen Stellen mit Materialen angereichert (dotiert). Der Vorgang muss bis zum endültigen Produkt einige Male wiederholt werden.

Zur Erzeugung immer kleinerer Strukturgrößen verwendeten die Chiphersteller immer kürzere Wellenlängen, stärker fokussierende Linsen und zuletzt eine Wasserschicht zwischen dem letzten Linsenelement und der Lackschicht auf dem Wafer (Immersion) zur Vergrößerung der numerischen Apertur und damit des Auflösungsvermögens. Experimente mit diversen Flüssigkeiten und Photolacken mit hohem Brechungsindex haben bislang nicht zu einer Unterschreitung der 32-nm-Grenze geführt. Erst mit Hilfe eines extrem feinen Helldunkel-Musters zweier interferierender Laser gelang es den IBM-Forschern nun, Strukturen mit der "High-Index Immersion" und einem Minimalabstand von 29,9 Nanometern zu erzeugen.

Weitere Verbesserungen der Materialeigenschaften sollen künftig noch feinere Strukturen ermöglichen und damit der Industrie etwas Luft verschaffen. Laut Robert D. Allen, Manager der Abteilung für Lithografie-Materialien, hat die Industrie mit diesen Ergebnissen noch rund sieben Jahre Zeit, bis neue Verfahren zur Strukturerzeugung nötig werden.

Parallel dazu arbeitet Industrie mit Hochdruck an der Belichtung der Wafer mit extremem UV-Licht (EUV), auch als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet. Die damit notwendige Lichtführung über Spiegel statt mit Linsen verlangt allerdings eine komplette Umstellung der Produktionsprozesse. Intel hat seit 2004 eine EUV-Testanlage im Einsatz, visiert die Serienproduktion mit EUV-Lithografie allerdings erst ab dem Jahr 2009 an. (mhe)