22.09.2003

Flüssige Linsen für kleinere Mikrochips

Weltweit suchen die Chiphersteller neue Ansätze, die Strukturen unterhalb der 100-Nanometer-Schwelle ermöglichen. Flüssige Linsen könnten zum Ziel führen.

Flüssige Linsen für kleinere Mikrochips

Weltweit suchen die Chiphersteller neue Ansätze, die Strukturen unterhalb der 100-Nanometer-Schwelle ermöglichen. Die Vorschläge reichen von der Lithographie mit Extrem-Ultravioletten-Licht (EUV) bis hin zu Methoden der Nanotechnologie. Kostengünstiger wäre es jedoch, die bekannte Technologie der optischen Lithografie zur Gestaltung der Schaltkreise auf den Silizium-Rohlingen noch weiter auszureizen. Flüssige Linsen aus hochreinem Wasser könnten es ermöglichen, die Strukturen auf einem Chip bis auf rund 65 Nanometer schrumpfen zu lassen.

Forscher des amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg haben dazu in einer Belichtungs apparatur winzige Wassertropfen ohne direkten Kontakt zwischen die letzte fokussierende Einheit und den Siliziumrohling deponiert. Dabei versuchten sie, Form, Größe und Ort dieser wässrigen Linse genau zu kontrollieren, gleichzeitig aber eine schädigende Benetzung des Rohlings mit Wasser zu vermeiden. Insgesamt gelang es ihnen dadurch, die Auflösung bis auf ein Drittel der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts von 193 nm zu steigern. Dieses Prinzip, die Auflösungsgrenze durch eine kürzere Wellenlänge zu senken, entspricht dem von Immersionsmikroskopen. Dort wird allerdings Öl als lichtbrechendes Medium zwischen Gegenstandsebene und Objektiv verwendet.

In den Versuchen der NIST-Forscher reagierte die flüssige Linse allerdings sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen, was zu Produktionsfehlern auf dem Silizium-Wafer führen könnte. Dennoch verfolgen sie diesen Ansatz weiter. Mit einer entsprechenden Prozesskontrolle wollen sie die flüssige Linse auch für das in wenigen Jahren eingesetzte 157-Nanometer-Licht nutzen. Sie rechnen hier mit möglichen Chipstrukturen um die 45 Nanometer.

Bislang begnügen sich die Chiphersteller mit Licht der Wellenlänge 243 Nanometer, doch die ersten Fabriken mit 193-Nanometer-Licht stehen in den Startlöchern. Lässt sich damit gemäß klassischer Physik keine Struktur unterhalb dieser Größenschwelle herstellen, helfen spezielle Kunststoffe und andere hochbrechende, optische Materialien, der Diffraktionsgrenze ein Schnippchen zu schlagen. Doch hochreines Wasser mit einem Brechungsindex von rund 50 Prozent über dem von Luft ermöglicht im Prinzip sogar die Produktion von Strukturen, die nur rund einem Drittel dieser Wellenlänge entsprechen.

Allerdings dürfte mit diesen Tricks endgültig das Potenzial der optischen Lithografie ausgereizt sein. Für das Ende des Jahrzehnts setzen die meisten Hersteller daher auf extrem-ultraviolettes Licht mit 13 Nanometer Wellenlänge. Erste Testläufe ermöglichten Strukturen um die 30 Nanometer. Mit einem weiteren Schrumpfen dieser Maße ist auch bei EUV zu rechnen.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Oktober 2003, S. 14

Weitere Infos:

  • Originalveröffentlichung:
    J.H. Burnett, S. Kaplan, Proc. SPIE Optical Microlithography XVI (2003) 5040-188.0

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