Atomic Semi ist nicht der Erste

Wenn große Mengen eines Halbleiters zu fertigen sind, wird EBL aus einem einfachen Grund nicht genutzt: Es ist sehr langsam. Einen 10 nm breiten Elektronenstrahl über einen Wafer zu bewegen braucht viel Zeit, zumal die Geschwindigkeit begrenzt ist. Die Belichtung des Fotolacks erfordert eine bestimmte Elektronendosis.

Zwar lässt sich schwer sagen, wie lange ein normales REM für die Belichtung eines Standard-Wafers mit 300 mm Durchmesser benötigt. Dass es wesentlich länger dauern würde als die 22,5 Sekunden, die ASMLs aktuell leistungsfähigster EUV-Scanner NXE:3600D benötigt, ist aber klar. Dennoch gibt es für EBL sinnvolle Einsatzbereiche: die Prototypen- und Kleinserienfertigung.

Der Grund dafür sind die immensen Kosten der Maskenherstellung für die industrielle Fertigung. Ein Satz Masken kostet schnell Millionen Euro, da auch nur halbwegs moderne Fertigungsprozesse dutzende Masken für die verschiedenen Ebenen benötigen. Diese Investition lohnt sich nur, wenn viele Chips gefertigt werden.

Kostensenkung durch geteilte Masken

Eine Alternative für Prototypen sind sogenannte Multi Project Wafer (MPW), bei denen mehrere Chip-Designs auf einem Maskensatz kombiniert werden. Das ist zwar wesentlich günstiger als ein eigener Maskensatz, bleibt aber dennoch kostspielig: Selbst bei alten Prozessen, etwa mit 130 nm Strukturgröße, kostet der Quadratmillimeter mehrere tausend Euro.

Bei aktuelleren Prozessen, etwa dem 12 nm LP+ von Globalfoundries, steigt der Preis auf mehrere zehntausend Euro pro Quadratmillimeter. Preise finden sich etwa bei Europractice. Aber MPWs haben einen entscheidenden Vorteil: Soll der in der Entwicklung befindliche Chip später in Serie gefertigt werden, ist das Design bereits auf den Zielprozess angepasst.

Hier kann Atomic Semi also nur schwer konkurrieren. Ob sich mit EBL und selbst gebauten Maschinen ein Preisvorteil gegenüber MPWs erreichen lässt, muss sich zeigen, bei einem anderen Faktor hat EBL aber einen Vorteil: Obwohl die Lithografie langsamer ist, sind die Chips schneller fertig. Bei einem Halbleiterhersteller dauert es bis zu einem Jahr, bis ein Kunde seine fertigen Chips erhält. Wie schnell Atomic Semi sein könnte, ist schwer zu sagen, die benötigte Zeit hängt von der Anzahl der belichteten Ebenen ab.

Ein unbekannter Konkurrent

Allerdings ist Atomic Semi nicht das einzige Unternehmen, das schnell und günstig kundenspezifische Chips fertigen will. Unter dem Namen Minimal Fab hat ein japanisches Konsortium eine Reihe verschiedener Maschinen mit jeweils 30 x 45 cm Grundfläche gebaut. Zusammen sollen sie innerhalb nur eines Tages einen 0,5-Zoll-Wafer fertigen.

Die Minimal Fab nutzt ähnliche Techniken wie Zeloof, die Module sind aber bereits seit 2019 auf dem Markt. Hier finden sich auch Angaben zu den angestrebten Kosten: In Kleinserien mit einigen hundert Chips soll der Quadratzentimeter preislich im Bereich einiger hundert Euro liegen. Allerdings sind die Fähigkeiten – Stand 2019 – recht beschränkt: Nur 100 bis 150 Transistoren pro Chip sollen möglich sein.

Das bringt uns zur Frage: Kann Atomic Semi das besser machen? Was sind die Herausforderungen?