Der Natur abgeschaut: Immersionslithographie treibt die Halbleitertechnik

Wie funktioniert das? Das menschliche Auge ist so aufgebaut, dass vorn die Linse sitzt und hinten die Netzhaut das Bild erfasst. Dazwischen befindet sich eine wasserähnliche Flüssigkeit. Ein großer Teil des Auflösungsvermögens des Auges resultiert nicht aus der Linse an sich, sondern ergibt sich vielmehr daraus, dass sich außerhalb des Auges Luft befindet, während im Inneren Wasser ist. (Das ist auch der Grund, warum es so schwierig ist, ohne Taucherbrille unter Wasser zu sehen. Wenn sich auf beiden Seiten der Linse das gleiche Medium befindet, ist das Auflösungsvermögen geringer als bei zwei unterschiedlichen Medien.)

Daher fragten sich vor einigen Jahren ein paar mutige Halbleitertechnologen, ob es denn möglich sei, ein in der Produktion einsetzbares Lithographiesystem zu entwickeln, bei dem sich zwischen der letzten Linse und dem Wafer eine Flüssigkeit befindet. Dieser Idee wurde der Name “Immersion” gegeben – das heißt Einbettung in ein flüssiges Medium – obwohl schnell deutlich wurde, dass der Siliziumwafer nicht in Wasser getaucht wird.

Vielmehr würde man nur einen Wassertropfen über das Belichtungsfeld ziehen. Viele Branchengurus waren sich sicher, dass das niemals funktionieren würde. Sicherlich hatte die reine Optik gezeigt, dass man ohne Änderung der Wellenlänge mit diesem Verfahren eine verbesserte Auflösung erzielen konnte. Aber wie sieht es mit der Serienfertigung aus? Wie könnte man diesen Wassertropfen erzeugen und aufrechterhalten, wenn gleichzeitig der Wafer darunter vorbeisaust und dabei noch mit Hochgeschwindigkeit bedruckt wird? Was wäre, wenn ein Wassertröpfchen auf der Oberfläche antrocknet und somit fehlerhafte Schaltungen verursacht? Was passiert, wenn im Wasser kleine Bläschen eingeschlossen sind und dabei Defekte erzeugen? Alle diese Fragen wurden seit Beginn dieses Jahrzehnts von Forschungsinstituten und Maschinenherstellern und seit mittlerweile zwei Jahren auch von den Chipherstellern untersucht.

Ein Sprung in die Gegenwart: Die Schlagzeile des Jahres aus der Halbleiterbranche lautet, dass Immersionslithographie eingesetzt wird und funktioniert. Die Bläschen sind unter Kontrolle und die Stillstandszeiten sind tragbar. Wieder einmal konnte die nächste Verdopplung der Schaltkreisdichte rechtzeitig umgesetzt werden.