Rettet eine Nanopresse die Computerindustrie?

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Eine von einer Forschergruppe der Princeton Universität in den Vereinigten Staaten entwickelte “Nanopresse” kann bis zu zehn Nanometer (Millionstel Millimeter) kleine Halbleiterstrukturen erzeugen. Damit wäre die fortschreitende Miniaturisierung hochentwickelter Computerchips für mehr als ein Jahrzehnt lang gesichert. In dem neuentwickelten Verfahren werden die obersten Atomschichten einer Siliziumoberfläche zunächst durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen, und in einem weiteren Schritt wird eine Maske der zu erzeugenden extrem kleinen Strukturen in die Siliziumschmelze gedrückt. Darüber berichtet das Fachmagazin Nature (Band 417 Seite 835).

Die von der Gruppe um Stephen Chou entwickelte Methode zur Erzeugung von Reliefstrukturen in einer Siliziumscheibe – einem sogenannten Wafer – ist so einfach wie genial. Zunächst wird ein Negativbild der zu erzeugenden Strukturen in die Oberfläche einer durchsichtigen Quarzscheibe geätzt. Diese Scheibe wird anschließend auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Siliziumwafers gebracht. Mittels eines durch die Quarzscheibe auf diese Oberfläche auftreffenden Laserstrahls werden deren oberste Atomschichten bis zu einer Dicke von mehreren hundert Nanometern aufgeschmolzen.

Die Quarzscheibe wird dann in einem letzten Schritt in die Schmelze gedrückt, und deren Erstarren erzeugt so das Positivbild der gewünschten Oberflächenstruktur. Die Forscher haben dieses neue Verfahren auf den Namen “Ladi” (laser-assisted direct imprint) getauft und demonstrieren in ihrer Arbeit die Herstellung von Strukturen mit einer Größe von nur 10 Nanometern. LADI könnte daher die weitere Integration von Milliarden von Transistoren auf Computerchips über Jahre hinaus sichern.

Herkömmliche durch Photolithographie mit ultravioletter Strahlung einer Wellenlänge von 193 Nanometern hergestellte Strukturen weisen eine Detailtreue von 65 Nanometern auf ? knapp unterhalb des Beugungslimits, das die kleinste Auflösung von mittels herkömmlicher Linsenoptik erzeugten Strukturen bestimmt. Eine weitere Verkleinerung von Halbleiterstrukturen mittels extrem-ultravioletter Strahlung (EUV) würde einen immensen Kostenaufwand für die Halbleiterindustrie bedeuten.

Der Einsatz der Ladi-Technik hingegen wäre nicht nur kostengünstig, sondern auch effizient: Das Negativbild der gewünschten Strukturen könnte mittels eines Elektronenstrahls in die Quarzoberfläche geätzt werden. Dieses als Elektronenstrahllithographie bezeichnete Verfahren ist in der Lage, Strukturen mit Abmessungen von nur wenigen Nanometern zu erzeugen ? allerdings ist es auch sehr zeitaufwändig, da der Elektronenstrahl wie der Rasterstrahl einer Fernsehröhre über die Oberfläche der zu bearbeitenden Schicht streichen muss. Ladi hingegen zeichnet sich ebenso wie die Photolithographie durch seine “Parallelität” aus ? eine große Fläche der Wafer kann gleichzeitig mit dem gewünschten Relief versehen werden.

Stefan Maier

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