Plasmon-Linsen schreiben Chip-Strukturen wie Festplatten

In der aktuellen Serienfertigung werden Chips mit Lithographie hergestellt - mittels Masken und Belichtung. Wie bei einer Schablone, mit der ein Muster an eine Wand gesprüht wird, werden dafür Wellen gebraucht, die sich schon lange nicht mehr im Spektrum des sichtbaren Lichtes bewegen. Im nächsten Schritt der Masken-Lithographie ist sogar kurzwellige Röntgenstrahlung nötig, vornehmer als "Extreme Ultra-Violet" (EUV) bezeichnet.

Die Wellenlänge setzt dem Verfahren mit Masken physikalische Grenzen, die irgendwann ausgereizt sind. Die bisher am weitesten entwickelte Alternative zu immer feineren Strukturen ist das direkte Konstruieren der Schaltungen im Halbleiter ohne Masken. Dafür müssen andere elektromagnetische Wellen sehr fein gebündelt werden.

Prinzip der Plasmon-Linse Eine Möglichkeit dafür ist der quantenmechanische Effekt der Evaneszenz. Dabei wird an der Grenzschicht eines Metalls durch eine es nicht ganz durchdringende Welle die Bildung eines Plasmas angeregt. Dessen Teilchen, die Plasmonen, lassen sich über eine Linse sehr fein bündeln.

Mittels einer Plasmon-Linse aus Silber, die von ultraviolettem Licht bestrahlt wurde, konnten Forscher der Universität Berkeley jetzt Strukturen von 80 Nanometer Breite herstellen. In der Serienfertigung wird jedoch der Wechsel auf 32 Nanometer vorbereitet. Der Versuchsaufbau basierte auf einem Loch in der Mitte der Linse von knapp 100 Nanometern Breite, das laut Angaben aus Berkeley auch nur 5 oder 10 Nanometer breit sein könnte. Deutlich feinere Strukturen wären so denkbar.

Die Linse montierten die Wissenschaftler dabei auf einen beweglichen Arm, das Silizium darunter drehte sich - der Aufbau ähnelt einer Festplatte. Das größte Problem der maskenlosen Lithographie, die geringe Schreibgeschwindigkeit, soll so gelöst werden. Mit einer Linse erreichten sie 12 Meter pro Sekunde, so dass es Jahre dauern würde, einen einzelnen Chip zu bauen. Auf dem Arm sollen sich jedoch auch tausende von einzeln gesteuerten Linsen befestigen lassen, um die Geschwindigkeit zu vervielfachen.

Nicht nur für den Chip-Bau soll sich die Technologie eignen, sondern auch zur Datenspeicherung mit der 10- bis 20-fachen Dichte im Vergleich zu Bluray-Discs, meint Professor Xiang Zhang von der Universität in Berkeley. Seiner Meinung nach ist das Verfahren in drei bis fünf Jahren für die industrielle Anwendung geeignet. Nach den bisherigen Plänen den Halbleiterbranche befindet sich die EUV-Fertigung dann in vollem Gange. Was danach kommt, ist derzeit in der Phase der Grundlagenforschung.