Röntgenlampen für die Herstellung von Halbleiterchips

Belichtungsapparaturen für noch kleinere Wellenlängen

An der Entwicklung von speziellen Röntgenlampen tüftelt derzeit ein bundesweiter Forschungsverbund, dem auch Physiker von der Universität Würzburg angehören. Die neuartigen Lampen sollen künftig die Produktion von Halbleiterchips ermöglichen, auf denen so viele Schalt- und Speicherelemente Platz finden wie noch nie zuvor.

Bei der Herstellung von Halbleiterchips, wie sie heute unter anderem in jedem Computer verwendet werden, ist derjenige Produzent Marktführer, der die meisten Bauelemente auf einer Oberfläche unterbringen kann. Bei der industriellen Fertigung wird zunächst ein großflächiges Muster der gewünschten Struktur hergestellt. Dieses wird dann optisch verkleinert auf ein mit Fotolack überzogenes Halbleiterscheibchen abgebildet. Nach verschiedenen solchen Belichtungs-, Aufdampf- und Ätzschritten entsteht so der vom Konstrukteur entworfene Chip.

Dabei hängt die Feinheit der erreichbaren Strukturierung von der Qualität der optischen Abbildung ab. Aus physikalischen Gründen ist die kleinstmögliche Struktur durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts festgelegt. Daher werden für die Belichtung heutzutage Ultraviolettlaser mit den kürzestmöglichen Wellenlängen verwendet.

Zurzeit rüsten die Chiphersteller ihre Belichtungsapparaturen auf Fluor-Laser um, die bei einer Wellenlänge von 157 Nanometern arbeiten, wobei ein Nanometer einem Milliardstel Meter entspricht. "Diese Wellenlänge erlaubt die Herstellung von etwa 100 Nanometer großen Strukturen", so der Würzburger Physiker Prof. Dr. Hansheinrich Langhoff. Auf einen Chip passen in diesem Fall ungefähr eine Milliarde Schalt- bzw. Speicherelemente.

Für die nächste Chip-Generation mit noch feineren Strukturen benötigt man Belichtungsapparaturen für noch kleinere Wellenlängen. Dabei treten laut Prof. Langhoff zwei Probleme auf: Zum einen gibt es keine Linsen für die Abbildung in diesem Wellenlängenbereich. Jedoch sei es in letzter Zeit gelungen, dielektrische Spiegel herzustellen, die in einem schmalen Wellenlängenbereich um 13 Nanometer, dem so genannten extremen Ultraviolett- oder weichen Röntgenbereich, gut reflektieren und so hochwertige optische Abbildungen ermöglichen.