Lace Lithography: 40 Millionen US-Dollar für Post-EUV-Start-up
Licht aus dem extrem ultravioletten Spektrum (EUV) wird wohl noch bis in die 2030 Jahre hinein ein Motor für Fortschritte in der Halbleiterfertigung bleiben. Asml, mit Sitz in den Niederlanden und das einzige Unternehmen, dass EUV-Belichter baut, arbeitet aktuell daran, die numerische Apertur (NA) von aktuell 0,55 (High-NA) auf 0,75 (Hyper-NA) zu steigern. Das ermöglicht die Abbildung noch kleinerer Strukturen. Doch für die Umsetzung braucht es auch neue Ideen.
An einer davon arbeitet das Team des Start-ups Lace Lithography(öffnet im neuen Fenster) um die Physikerin Bodil Holst: Es will Teilchenstrahlen für die Belichtung von Masken in der Halbleiterfertigung nutzen. Dafür hat das Start-up, wie das Handelsblatt berichtet(öffnet im neuen Fenster), in einer Serie-A-Finanzierungsrunde nun 40 Millionen US-Dollar eingesammelt. Diese kommen unter anderem von den Wagniskapitalgebern Atomico, Vsquared und Microsofts Fonds M12. Zuvor hatte Lace Lithography bereits 20 Millionen US-Dollar eingeworben.
Die Pläne des Unternehmens sind schwer vorstellbar: Statt Photonen soll ein Strahl metastabiler Atome oder Moleküle für die Belichtung eines Maskenmaterials genutzt werden. Die Physikerin Holst arbeitete hierfür in der Vergangenheit mit Helium. Der genutzte Teilchenstrahl kann als Materiewelle(öffnet im neuen Fenster) beschrieben werden, entsprechend gelten die gleichen physikalischen Gesetze, insbesondere das Rayleigh-Kriterium(öffnet im neuen Fenster), für die Abbildungsfähigkeit des Systems.
Teilchenstrahl erreicht höhere Auflösung als EUV
Teilchenstrahlen haben gegenüber Photonen aber Vorteile bei geringen Wellenlängen. Ein zentraler Aspekt ist die bei gleicher Wellenlänge im Vergleich zu Photonen wesentlich niedrigere Energie der Atome einer Materiewelle. Die hohe Energie der Photonen im extrem ultravioletten Spektrum stellt bereits ein Problem dar.
Jedes EUV-Photon belichtet durch die Emission von Sekundärelektronen mehrere Moleküle des Fotolacks (g+). Das führt zu unscharfer Abbildung, was letztlich die Auflösungsfähigkeit optischer Lithografie beschränkt. Schätzungen gehen von etwa 6 nm aus; mittels Teilchenstrahlen sollen noch deutlich kleinere Werte erreichbar sein. Das Verfahren kann zudem Atome oder Moleküle gezielt auf einer Oberfläche ablagern.
Noch kompliziertere Masken
Um mit der Geschwindigkeit industriell genutzter Lithografiemaschinen mithalten zu können, muss jede Alternative ebenfalls mit Masken arbeiten. Der Entwurf von diesen ist bei der Verwendung von Teilchenstrahlen allerdings extrem kompliziert. Das verdeutlicht eine ältere Veröffentlichung der Lace-Gründerin Holst (Preprint bei Arxiv(öffnet im neuen Fenster)): Denn da die Teilchen zerfallen, wenn sie auf eine Barriere treffen, sind Lochmasken erforderlich. Eine direkte Darstellung des gewünschten Musters ist damit aber nicht möglich – frei stehende Bereich wären so nicht realisierbar.
Daher werden regelmäßige Lochmuster verwendet, durch Beugung und Interferenz ergibt sich auf dem Wafer das gewünschte Muster. Die Struktur der Maske muss entsprechend ausgehend vom gewünschten Muster berechnet werden. Das erinnert an die Computational Lithography, die ein zentraler Bestandteil aktueller Lithografiesysteme ist. Allerdings existieren für die Lochmasken verschiedene Berechnungsmethoden; ein Zielmuster kann zudem durch eine Vielzahl an Maskenmustern dargestellt werden.
Der Entwurfsprozess ist dabei mehrschrittig und enorm rechenaufwendig, in der erwähnten Publikation wurden nur einfache Teststrukturen untersucht. Wie bei der Computational Lithography soll hier in Zukunft KI helfen – einer der zentralen Punkte, an denen Lace Lithography arbeitet.
Aus der Forschung in die Praxis
Zu den Konzepten forschte Holst etwa im Projekt Nanolace(öffnet im neuen Fenster), das im Rahmen von Horizon 2020 durch die EU gefördert wurde. Lace Lithography, das die Professorin 2023 mit einem ehemaligen Studenten gründete, soll die Erkenntnisse nun kommerzialisieren. Aktuell hat das Start-up nach eigenen Angaben über 60 Mitarbeiter; mit einem Produkt ist allerdings erst in den 2030er Jahren zu rechnen.
Neben der Auflösung hat die Halbleiterfertigung aber noch ein ganz anderes Problem: Um die möglichen Auflösungen sinnvoll nutzen zu können, sind andere Materialien erforderlich. Die Forschung ist zudem sehr vielschichtig, mit gestapelten Transistoren etwa wäre eine weitere Steigerung der Integrationsdichte auch ohne höher auflösende Lithografie möglich.
- Anzeige Hier geht es zu den konfigurierbaren Golem-PCs bei Systemtreff Wenn Sie auf diesen Link klicken und darüber einkaufen, erhält Golem eine kleine Provision. Dies ändert nichts am Preis der Artikel.