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In den vergangenen Monaten und Jahren hat sich parallel zur klassischen Belichtungstechnik in der Halbleiterfertigung auch mehr und mehr eine Parallelentwicklung in Richtung Nanoimprint-Technik gezeigt. Dies liegt auch an der enorm gestiegenen Komplexität und den hohen Kosten für die EUV-Belichtung und mit High-NA EUV werden diese Faktoren noch einmal deutlich ansteigen.
An der Nanoimprint Lithografie (NIL) arbeiten eine Handvoll an Unternehmen – unter anderem die für Drucktechnik bekannten Canon und Nikon. Vor einigen Wochen machte das US-Startup Substrate auf sich aufmerksam. Hier hat man das ambitionierten Ziel, die etablierte Chipfertigung von ASML und TSMC durch Röntgenlithografie abzulösen, die extrem feine Strukturen bei deutlich geringeren Kosten ermöglichen soll. Obwohl das Verfahren theoretisch eine höhere Auflösung als aktuelle EUV-Systeme bietet und bereits Investoren wie einen CIA-Fonds anzog, bleiben Experten aufgrund der bisher ungelösten Herausforderungen bei der Skalierung für die Massenproduktion skeptisch. Der entscheidende Knackpunkt liegt nicht in Laborerfolgen, sondern darin, ob Substrate bis zum geplanten Start 2028 tatsächlich die nötige Präzision und Ausbeute im großindustriellen Maßstab liefern kann.
Der japanischer Halbleiterausrüster Dai Nippon Printing Co., Ltd. (DNP) kündigt nun die Entwicklung eines weiteren NIL-Templates an, welches Strukturen von 10 nm ermöglichen soll. Bereits seit 2003 entwickelt DNP NIL-Templates, die allerdings bisher zur Fertigung von Strukturen in Substraten genutzt wurden.
Die Druck-Technik wird genutzt, um das Resin nur auf den Stellen aufzutragen, wo es benötigt wird. In der klassischen Halbleiter-Lithografie wird das Resin auf die komplette Fläche aufgetragen und dann belichtet, so dass es durch den Entwicklungs-Prozess in der Belichtung nur an den gewünschten Stellen verbleibt.
In der Nanoimprint Lithografie wird danach eine Form, die als Maske bezeichnet wird und welche die Schaltungsmuster enthält, wie ein Stempel auf das Harz gedrückt, das auf die Waferoberfläche aufgetragen wurde. Ultraviolettes Licht wird verwendet, um das Harz zu verfestigen und die Schaltungsmuster zu bilden, woraufhin die Maske vom Harz entfernt wird.
An einem Beispiel zeigt DNP die Herstellung von geradlinigen Strukturen mit einer Linienstärke von 10 nm. Daraus lassen sich nun noch keine Chip herstellen, allerdings werden ähnliche Testverfahren auch verwendet, wenn klassische Lithografiesysteme sich in der Entwicklung befinden. Wie auch bei den von Substrate gezeigten Ergebnissen gilt es nun, dass eine solche Entwicklung auch in die Massenproduktion überführt werden können. Eine Labordemonstration ist das Eine, das Ersetzen von EUV-Fertigungsschritten für abertausende Wafer pro Tag das Andere.
Die Röntgenlithografie und auch Nanoimprint Lithografie gelten als vielversprechende technologische Ansätze, die das etablierte Gefüge der Halbleiterfertigung potenziell aufbrechen könnten. Gleichzeitig klafft jedoch eine deutliche Lücke zwischen der Erstellung hochpräziser Strukturen im Labor und der Beherrschung der enormen Komplexität einer großskaligen Serienfertigung. Entscheidend ist dabei weniger die verwendete Wellenlänge als die Fähigkeit, über Millionen von Chips hinweg stabile Ausbeute-Raten zu erreichen – ein Bereich, in dem Branchengrößen wie TSMC derzeit klar im Vorteil sind. In den kommenden Jahren wird sich zeigen, ob Substrate sowohl die technischen Hürden als auch die ökonomischen Rahmenbedingungen erfolgreich adressieren kann.
