AMD Dresden: “An den Grenzen der Physik”
“Wo liegen die Grenzen der Skalierung?” lautet eine im Kontext der Halbleiterfertigung immer wieder gestellte Frage. Dr. Karsten Wieczorek, AMD Principal Member of Technical Staff, über die aktuellen Herausforderungen in der Chipproduktion.
Man benötigt Masken, die heute bereits die Streuung des verwendeten Lichtes bei ihrer Formgestaltung mit berücksichtigen. Denn die Strukturen, die man projiziert, sind um ein vielfaches kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Heute sind überwiegend Argonfluorid (ArF)-Laser mit 193nm Wellenlänge im Einsatz, deren UV-Licht gerade noch so Linsensysteme durchstrahlen kann. Bei noch kürzeren Wellenlängen würden die Linsen das Licht überwiegend absorbieren. Sie erhitzten sich, und die hieraus resultierende mechanische Verzerrung der Linsen führt zu inakzeptablen Verschlechterungen der Abbildungsqualität.
Abhilfe schafft das Immersionslithographie-Verfahren, bei dem man sich eines aus der Natur abgeschauten Tricks bedient. Ähnlich dem menschlichen Auge durchstrahlt das Bild zunächst die Linse, anschließend einen wasserbasierenden Flüssigkeitsfilm (entsprechend dem Kern des Auges) und trifft schließlich den Photolack auf der Wafer-Oberfläche (analog zur Netzhaut). Durch die mehrfache Brechung des Lichts verkürzt sich die Wellenlänge und die Abbildungsgenauigkeit steigt um etwa 40 Prozent.
Die Herausforderungen für einen Produktionsprozess bestehen zum Beispiel in der absoluten Luftblasenfreiheit oder dem ständigen Erneuern des Wasserfilms bei kontinuierlicher Bewegung des darunter liegenden Wafers. In nur 18 Monaten wurden alle technischen Herausforderungen bis zur Produktionsreife gemeistert, sodass AMD die Immersionslithografie als erster Hersteller für die Fertigung von 45nm-Logikprodukten einführt.
‘Strained Silicon’ – Manipulation auf atomarer Ebene
Weitere Herausforderungen liegen im Bereich der kontinuierlichen Steigerung der Prozessorperformance bei konstanter elektrischer Leistungsaufnahme, also zunehmender “Leistung pro Watt”. Neben der Forschung mit ständig besser geeigneten Materialien und der hochpräzisen Formgebung von Leiterbahnen und Transistoren geht AMDs Fertigungstechnik mittlerweile soweit, den Abstand der Atome im Siliziumgitter gezielt zu manipulieren.
