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Die Halbleiterindustrie ist seit Jahren im Nanotechnologie-Geschäft tätig. Sie verwenden Werkzeuge und Prozesse, um Muster in Nanogröße auf Siliziumwafern zu ätzen, die mit einem Material beschichtet sind, das Photoresist genannt wird. Diese Muster bilden die Schaltkreise auf dem Chip, mit denen Ihr Computer Daten verarbeiten kann. Das zur Herstellung dieser Muster verwendete Verfahren wird als Nanolithographie bezeichnet.
Die integrierten Schaltkreise, die das Gehirn Ihres Computers sind, umfassen Strukturen im Nanobereich. Um nanometergroße Merkmale für integrierte Schaltungen auf Siliziumwafern zu erzeugen, ist eine Maschine erforderlich, die als Stepper bezeichnet wird und eine Technik namens Lithographie verwendet, um ein Muster auf dem Chip zu drucken. Mikroprozessoren mit einer Nano-Lithographie-Struktur von 32 Nanometern haben bis zu 995 Millionen Transistoren, die auf einem Computerchip untergebracht sind.
In einem Stepper scheint Licht durch ein Fadenkreuz oder eine Fotomaske, die das zu bedruckende Muster enthält, und eine Linse fokussiert das Muster auf die Photoresistbeschichtung der Oberfläche eines Halbleiterwafers. Der Wafer wird dann verschoben oder gestuft, so dass sich ein unbelichteter Bereich des Photoresists unter dem optischen System bewegt, wobei dieser Bereich unter Verwendung von UV-Licht belichtet wird. Dieser Schritt wird fortgesetzt, bis sich das Muster über den gesamten Wafer wiederholt.
Die Lithographie ähnelt der Filmfotografie, bei der ein Muster auf Photoresist belichtet wird und der Photoresist unter Verwendung von photographischen Chemikalien entwickelt wird. Der Entwicklungsprozess wäscht in beiden Fällen den unbelichteten Photoresist weg, wobei der Resist in dem gewünschten Muster auf der Oberfläche des Wafers zurückbleibt. Ein Ätzsystem entfernt das Silizium und andere Schichten, die nicht durch das Muster des Photoresists bedeckt sind.
Die Hersteller stellen immer wieder Techniken vor, mit denen sich die Mindestgröße der zu druckenden Funktionen reduzieren lässt. Das Verfahren, das gegenwärtig von den meisten Herstellern hochvolumiger integrierter Schaltungen verwendet wird, wird 193-nm-Immersionslithographie genannt. Die 193 nm bezieht sich auf die Wellenlänge des ultravioletten Lichts, das von einem Laser erzeugt wird, der zum Belichten des Resists verwendet wird, und Eintauchen bezieht sich auf die Tatsache, dass Sie die Linse in eine Pfütze aus hochreinem Wasser tauchen…
Luft zwischen der Linse und dem Fotoresist bewirkt eine leichte Biegung des Lichts aufgrund von Unterschieden im Brechungsindex zwischen Luft und Linse. Der Brechungsindex für Wasser ist jedoch näher an dem der Linse, so dass sich das Licht weniger verbiegt und der Stepper ein feineres Muster drucken kann.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen können Sie mehrere unterschiedliche Muster auf einem Wafer freilegen, und jedes dieser Muster definiert eine bestimmte Schicht oder einen bestimmten Materialtyp.
Zum Beispiel könnte eine Schicht die Metallleitungen definieren, die verschiedene Komponenten der Schaltung verbinden, während eine andere Schicht das Gate von Transistoren in der Schaltung definieren könnte. (Das Gate eines Transistors ist der Bereich, der es einer angelegten Spannung ermöglicht, den Transistor ein- oder auszuschalten, und der kleinste Bereich, der in der integrierten Schaltung gemustert wird.)
Derzeit arbeiten Hersteller mit Steppern, die 193 nm Eintauchen verwenden. Lithographie zur Herstellung integrierter Schaltkreise mit einer minimalen Strukturgröße von 32 nm.
Obwohl das 193-nm-Immersionssystem weniger effizient wird, wenn die Größe des Merkmals reduziert wird, müssen Hersteller dieses System verwenden, bis das System der nächsten Generation verfügbar ist. Diese nächste Verbesserung bei Steppern und Lithographie wird ein System sein, das ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm verwendet. Dieses System wird als extremes Ultraviolett oder EUV bezeichnet, weil es ultraviolettes Licht mit solch einer extrem kurzen Wellenlänge verwendet.
Extreme Ultraviolett Nanolithographie Systeme verwenden keine Immersionstechniken. Stattdessen befinden sich der Lichtpfad und die Wafer, die verarbeitet werden, in einem Vakuum, da Luft oder Wasser den EUV-Strahl blockieren würde.
