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Intelligente Maskentechnologie für energieeffiziente Nanoelektronik

Das Projekt „CoolMaskMetro“ des Spitzenclusters Cool Silicon legt die technologischen Grundlagen für die High-End-Chipproduktion.

Die Chipfertigung ist eine Kunst, werden hier doch filigrane Strukturen auf empfindliche Materialien aufgebracht und so intelligente Bauteile gefertigt. Ein Schlüsselelement der Mikrochipfertigung ist die Fotomaske, mit deren Hilfe Siliziumwafer strukturiert werden. Im Projekt „CoolMaskMetro“ haben Dresdner Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Materialdiagnostik IKTS-MD, und der NaMLab gGmbH gemeinsam mit den Experten der Berliner SENTECH Instruments GmbH und der Advanced Mask Technology Center GmbH aus Dresden nun die technologischen Grundlagen dafür gelegt, die Messfähigkeiten bei der Fotomaskenherstellung deutlich zu erweitern. Als Teilprojekt des Spitzenclusters für energieeffiziente Mikro- und Nanoelektronik, „Cool Silicon“, wurde „CoolMaskMetro“ mit etwa 4 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Die Herausforderung: Imperfektionen im Nanometer-Bereich frühzeitig erkennen
„Eine der zentralen Herausforderungen der Chipproduktion ist die Qualität der Maske – Imperfektionen wie die Rauigkeit der Strukturen, wenn sie also ‚ausfransen’, oder ein ungleicher Abstand von Linienstrukturen, können die Eigenschaften des entstehenden Chips maßgeblich beeinflussen“, erklärt Dr. Jörg Opitz, Leiter der Abteilung Zustandsdiagnose und Qualitätssicherung im Fraunhofer IKTS-MD und Projektleiter von „CoolMaskMetro“. „Hier braucht man hochauflösende Messverfahren, die eine detaillierte Charakterisierung der Masken gewährleisten. Nur so ist es möglich, Einflussparameter im Herstellungsprozess zu untersuchen und neuartige Fotomaskengenerationen zu entwickeln, mit denen wiederum moderne und energieeffiziente Nanoelektronik produziert werden kann.“ Das Problem: Die verfügbaren optischen Messtechniken bieten aufgrund der Größe des Belichtungsfelds eine nur ungenügende Auflösung, so dass die winzigen Bauteile wie Leiterbahnen oder Kontaktbereiche auf High-End-Fotomasken nicht durch eine direkte Messung inspiziert werden können.

Die Lösung: Das Cool Silicon-Inspektionsverfahren mit 10-fach höherer Auflösung
Im Projekt „CoolMaskMetro“ wurde nun ein neuartiges optisches Inspektionsverfahren zur Bestimmung der Maskeneigenschaften erarbeitet und erfolgreich angewendet. „Wir haben ein hochauflösendes spektroskopisches Ellipsometer entwickelt, mit dem wir die benötigte Auflösung erzielen – und zwar eine Auflösung, die 10-fach höher ist als bisher möglich war“, so Projektleiter Dr. Opitz weiter. Neben der Entwicklung des eigentlichen Messverfahrens stand auch die Ableitung und Interpretation der gemessenen Maskeneigenschaften im Blickpunkt der Cool Silicon-Partner. „Mit unserer Entwicklung ist es uns gelungen, ein Verfahren zur Maskencharakterisierung mit Blick auf die Rauigkeiten zu ermöglichen. Mit diesen High-End-Fotomasken können nun Chips mit deutlich höherer Energieeffizienz als bei herkömmlichen Verfahren, entwickelt werden“, so Dr. Opitz abschließend.