Anzeige

Weltweit konkurrenzlose Masken

Masken sind Schlüsselkomponenten für die weitere Miniaturisierung in der Mikro- und Nanoelektronik. Eine bahnbrechende Technologie für ihre Herstellung schickt über 262 000 individuell ablenkbare Elektronenstrahlen durch eine „Lochblende“.

Wahre Größe zeigt sich heutzutage unter dem Mikroskop. Zumindest für den Bereich der Nano- und Mikroelektronik trifft das zu. Die beschert uns immer kleinere, schnellere und leistungsfähigere Chips für Smartphones und andere elektronische Geräte. Eine weitere Miniaturisierung allerdings lässt sich mit herkömmlichen Fertigungstechnologien nicht mehr realisieren.

Denn schon die Herstellung der Masken stößt an ihre Grenzen. Sie übertragen mit Hilfe lithographischer Verfahren die Mikro- bis Nanometer kleinen Chip-Strukturen auf einen mit Fotolack beschichteten Silizium-Wafer. Anschließend werden die nicht ausgehärteten Bereiche des Lacks entfernt und das Silizium an den freiliegenden Stellen bearbeitet. Nach dem Abtragen des „harten“ Teils beginnt das Prozedere von vorne – bis zu siebzig Mal. Dabei lenken unterschiedliche Masken das Licht jeweils gezielt dorthin, wo der Photolack aushärten soll.

Masken für EUV

Mit dem Unterschreiten von 10nm-Strukturbreiten (Technologieknoten) hielt vor wenigen Jahren die EUV-Lithografie (Extrem Ultra Violet) mit Wellenlängen von 13,5 nm Einzug. Und die Herstellung der passenden Masken übernahmen fortan sogenannte Elektronenstrahl-Maskenschreiber.

Hohe Dichten von komplexen geometrischen Strukturen führen jedoch zu ausufernden Datenmengen und langen Schreibzeiten. So würden Elektronen-Einzelstrahl-Maskenschreiber für so eine EUV-Maske mehrere Tage benötigen.

Deutlich schneller erledigen das die Elektronen-Multistrahl-Maskenschreiber (MBMW) von der Wiener IMS Nanofabrication GmbH und dem Fraunhofer ISIT, für den Martin Witt, Dr. Jacqueline Atanelov und Michael Kampmann nun den Joseph-von-Fraunhofer-Preis erhielten.

Teaser image of YouTube video
Elektronen-Multistrahl-Maskenschreiber, Chip, EUV

Herzstück des Maskenschreibers ist der TROM2-Chip – eine elektronisch ansteuerbare und in MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System)-Technologie ausgeführte „Lochblende“ für 512 mal 512 – also 262.144 Elektronenstrahlen. Dabei kann die CMOS-Elektronik mit Signalverarbeitung sowie Schaltungslogik zusammen mit dem MEMS-Design jeden einzelnen der Elektronenstrahlen individuell ablenken.

Der Elektronen-Multistrahl-Maskenschreiber überträgt so mit über 262.000 gleichzeitig arbeitenden Elektronenstrahlen selbst komplexeste Strukturen innerhalb weniger Stunden sowohl auf Fotomasken für 14nm- und 10nm-Strukturbreiten als auch auf hochauflösende EUV-Masken für 7nm- und 5nm-Strukturbreiten.

Die Anwendung

2017 kam der erste Multistrahl-Maskenschreiber MBMW-101 für 7nm-Technologieknoten zum Einsatz. Die neueste Generation – der MBMW-201 – verrichtet seit 2019 in den Fabriken großer Halbleiterhersteller bei der Produktion von 5nm-Chips seinen Dienst. Selbst 3 nm, die voraussichtlich ab 2022 kommerziell relevant werden, sind damit noch bewältigbar.

Aktuell laufen die Entwicklungen zum TROM3-Chip an. Er soll zukünftige MBMW-301-Geräte bestücken und den nächsten großen Sprung jenseits der 3 nm in der Halbleitertechnologie ermöglichen. MBMW-301-Geräte decken dann die Forderungen der EUV-Lithografie nach höherer Auflösung bis Ende dieses Jahrzehnts und darüber hinaus ab.

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige