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Hochschule Schmalkalden (HSM)
Drucken mit Licht: Über die Potenziale der Fotolithografie
Um immer kleinere, effizientere Mikrochips produzieren zu können, müssen permanent neue Wege beschritten und Technologien erforscht werden. Gegenwärtig sind es spezielle Verfahren der Fotolithographie, in welchem Halbleiter mit Hilfe von extremem ultraviolettem Licht hergestellt werden, die Potentiale bieten.
In diesem Vorlesungsexperiment soll Studierenden die vergrößern de Abbildung eines Maßstabs näher gebracht werden. In der Fotolithografie wird vom Prinzip her ähnlich eine Maske auf einen Siliziumwafer mit Fotolack ab gebildet. | Foto: Hochschule Schmalkalden
Auch wenn der technische Aufwand immens ist und eine lange Zeit der Forschung und Entwicklung bedurfte, bietet sie enorme Chancen für die Fertigung von hochkomplexen Bauteilen. An der Hochschule Schmalkalden will sich Professor Christian Rödel, vor kurzem auf die Professur für Physik und angewandte Lasertechnik berufen, diesem Gebiet in Forschung und Lehre widmen. Einerseits bieten sich im Rückgriff auf das extreme ultraviolette Licht spezifische Vorteile gerade für die Miniaturisierung elektronischer Bauteile, andererseits haben diese Verfahren in ihrer Anwendung hohe technische und praktische Voraussetzungen.
Schreiben mit Licht
Lithographie ist ursprünglich ein Flachdruckverfahren, in dem der Druck nicht über eine vertieft oder erhaben gearbeitete Zeichnung auf der Druckplatte erfolgt, sondern die druckenden und nichtdruckenden Partien auf einer Ebene liegen. Die Maske wird hierbei durch eine Versiegelung der Steinplatte aufgetragen, wobei das Prinzip auf der Unmischbarkeit von Fett und Wasser beruht. Während die druckenden Partien die fettreiche Druckfarbe aufnehmen, werden die nichtdruckenden Stellen mit einem Wasserfilm befeuchtet und stoßen die Druckfarbe ab.
Im Falle der Fotolithographie wird dieses Prinzip durch Licht und lichtreaktive Substanzen umgesetzt. Kurz wird eine hauchdünne Siliziumscheibe, Wafer genannt, mit einem Lichtempfindlichen Fotolack beschichtet und anschließend mittels einer kurzzeitigen Strahlung über eine Maske belichtet, wodurch sich die Chemie des Lacks verändert und die Muster übertragen werden. Durch Wiederholung dieses Prozesses entstehen komplexe 3-dimensionale Strukturen – die Mikrochips. Auch wenn dieses Verfahren schon eine längere Zeit eine übliche Methode in der Herstellung von Microchips war, verändern sich durch die EUV-Lithographie die Rahmenbedingungen und Möglichkeitsräume.
Das Unsichtbare nutzbar machen
Warum also der Rückgriff auf das extreme ultraviolette Licht? Licht ist eine elektromagnetische Welle und besitzt charakteristische Wellenlängen, die wiederum die Bedingungen ihrer Anwendung vorgeben. Kürzere Wellenlängen lassen das Schreiben kleinerer Strukturen zu, pointiert formuliert. Extremes ultraviolettes Licht hat eine Wellenlänge von 13,5 Nanometer und liegt damit weit außerhalb des Bereichs menschlicher Perzeption. Dieses extrem ultraviolette Licht wird benötigt, um die Miniaturisierung voranzutreiben und kleinere Strukturen und Integrationsdichten in einer Größenordnung von unter 15 Nanometer realisieren zu können.
Um mit diesem Licht arbeiten zu können bedarf es allerdings einiger Vorkehrungen: Da dies Licht sehr leicht absorbiert wird, muss die gesamte Belichtung mit EUV-Strahlung im Vakuum vollzogen werden. Zudem können keine Linsen verwendet werden, wie es üblicherweise mit Lasertechnologien in Verbindung gebracht wird, vielmehr funktioniert die Bündelung des Lichts über hochpräszise Spiegel, deren Herstellungsprozess für sich schon höchst anspruchsvoll ist.
In diesem Vorlesungs- und Praktikumsexperiment werden die charakteristischen Linien einer Natriumdampflampe bei 589 nm mit einem Reflexionsgitter spektral untersucht. Eine Xenonbasierte EUV-Lichtquelle soll an der Hochschule Schmalkalden entwickelt werden, die in ähnlicher Weise bezüglich des Spektrums bei13,5 nm untersucht werden soll. | Foto: Hochschule Schmalkalden
Partnerschaften, Forschung und Lehre
In Anbetracht der Komplexität dieser Technologie lässt sich erahnen, wie viele Wissenschaftlter:innen an ihrer Erforschung beteiligt waren und nunmehr damit beschäftigt sind, sie weiter zu verbessern. An der HSM möchte sich Prof. Christian Rödel mit der spektralen Charakterisierung von EUV-Quellen und Komponenten beschäftigen, die in der EUV-Lithografie eingesetzt werden können. Das sind zum einen dünne Filterfolien, aber auch EUV-Spiegel, die aus vielen Nanometer-dünnen Schichten bestehen.
Um Komponenten testen und optimieren zu können, die in der EUV-Lithographie und der Inspektion eingesetzt werden, wurde an der an der HSM, gefördert mit Mitteln der Carl- Zeiss-Stiftung, das Projekt EUV-4-LITHO ins Leben gerufen. Mit Unterstützung von Kooperationspartnern aus der Region bis ins europäische Ausland wird Professor Rödel und sein Team ein hochauflösendes EUV-Spektrometer entwickeln, mit dem sich die Vielschichtsysteme der Spiegel und ihre Eigenschaften der Reflektivität mit bisher unerreichter Präzision vermessen lassen.
Auch wenn die EUV-Lithografie eine innovative Technologie der Gegenwart ist, lassen sich hier Forschung und Lehre verbinden. So entstand zum Beispiel im Projekt EUV-4-LITHO bereits eine Masterarbeit und es wurde eine Exkursion zum DESY, dem Deutschen Elektronen-Synchrotron, unternommen, um hier Untersuchungen mit EUV-Strahlung von Freien-Elektronen-Lasern vorzunehmen.
Foto: Hochschule Schmalkalden
Throwback
Intercultural Management
Anfang Mai nahmen mehr als 60 Studierende aus 27 Ländern am Kurs „Intercultural Management“ der Fakultät Wirtschaftswissenschaften teil. Zusammen mit ihrer Dozentin Felicitas Kotsch entwickelten sie eine „Kulturzwiebel“ nach dem Modell von Geert Hofstede und gingen der Frage nach, wie sich eine Kultur oder Nation beschreiben lässt: Was sind die integrierenden, einheitsstiftenden Symbole, Rituale und Vorbilder? Wann und wie werden diese erlernt und weitergegeben? Wie verändern sich diese intergenerationalen Kerne und wie reagieren sie auf Stress? Dieser Kurs bereitet die Studierenden, die in ihrer Mehrheit in exportorientierten und multinationalen Unternehmen arbeiten werden, auf ihr Berufsleben vor, leistet aber auch einen Beitrag zum Verständnis der deutschen Kultur.
