Nanotechnologie zur besseren Erfüllung des Mooreschen Gesetzes

In verschiedenen Sektoren wie der Mobilfunkindustrie, der Breitbandkommunikation oder dem Gesundheitswesen besteht heute Bedarf an einer Vielzahl von kleineren, kostengünstigeren und energieeffizienteren Produkten. Um den für weitere Innovationen nötigen Anforderungen gerecht zu werden, muss die Industrie den Sprung aus dem Mikro- ins Nanozeitalter schaffen. Hierfür müssen allerdings neue Forscher mit herausragenden wissenschaftlichen Fähigkeiten sowie hervorragendem Fachwissen gewonnen werden.

Wie jede andere Mikrotechnologie auch ist die Photolithographie eine Drucktechnologie, deren Größenverhältnisse sich etwa nach dem Mooreschen Gesetz entwickeln – die Größe der kleinsten Komponenten integrierter Schaltungen nimmt Jahr für Jahr ab. Die Arbeit im EU-finanzierten Projekt SPAM (Surface physics for advanced manufacturing) schließt vier Partner aus der Wirtschaft, fünf akademische Einrichtungen sowie drei Forschungsinstitute mit ein; Ziel ist die Entwicklung von Technologien, die das hochpräzise Drucken kleiner Halbleiter im Bereich von 32 nm ermöglichen.

Hierbei sollte oberflächenphysikalisches Wissen für die Anwendung komplexer Herstellungsverfahren geschaffen werden. Während sich die Arbeiten zunächst mit der Kontaktlinie und deren (In-)Stabilität sowie der Reinheit der Waferoberfläche beschäftigten, widmeten sich die Projektmitglieder in der zweiten Projektphase der Steuerung der Oberflächenrauheit und der Messung der verschiedenen Parameter strukturierter Oberflächen.

Oberflächenrauheit und -energie mussten sorgfältig kontrolliert werden, um kapillare Anhaftung zu vermeiden. Zu diesem Zweck konzentrierten sich die Forschungsarbeiten auf die Modifizierung von Oberflächen durch Ionenstrahlstrukturierung, durch welche Nanostrukturen von geringer Tiefe geschaffen werden, die rau und regelmäßig sind. Durch Modifizierung der Oberfläche konnte die Oberflächenenergie herabgesetzt werden. Beide Techniken wurden auf ihre Verschleißbeständigkeit getestet.

Mit Erfolg testeten die Wissenschaftler eine neu entwickelte Methode zur Bestimmung kritischer Grenzwerte, etwa des Wertes für die Rauheit der Linienkanten des strukturierten Wafers. Eine neue Hardware, deren Konzept auf der sequentiellen Erfassung der Beugungsmuster beruhte, ermöglichte eine schrittweise erfolgende und konsistente Ermittlung der Phasen. Es konnten bedeutende Präzisionsverbesserungen bei der Rekonstruierung der Profile der Beugungsgitter verzeichnet werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse, die einen Fortschritt für Lithographie und Messtechnik darstellen, sind somit eine wichtige Voraussetzung für die Umsetzung des internationalen Technologiefahrplans für die Halbleiterindustrie. Indem sich integrierte Schaltungen durch immer stärkere Leistungszuwächse auszeichnen, wird durch diesen Fahrplan sichergestellt, dass das Mooresche Gesetz auch weiterhin gültig ist.