Alexander Pil
15 December 2005

Nano-imprintlithografie is een alternatief voor de veelgebruikte optische chipproductiemethode. Dat stelden sprekers tijdens een webcast van Semiconductor International. Nu optische lithografie steeds dichter bij haar fysieke grenzen komt, zoeken halfgeleiderfabrikanten naarstig naar vervangers. Een van de kandidaten is de imprinttechnologie. De methode maakt gebruik van een kwartsmal met een voorgeëtst circuit. Dit sjabloon wordt gedrukt in een zachte laag siliciummonomeer, dat de eigenschap heeft door belichting met ultraviolet licht te veranderen in een hard polymeer. Zo ontstaat een reliëf van de voorgeëtste schakeling.

0512121523700
Molecular Imprints is een van de weinige bedrijven met een commerciële nano-imprintlithografiemachine. Deze Imprio 50 is bedoeld voor processen tot 20 nanometer.

Bij haar eerste proefnemingen met de imprinttechniek slaagde de Amerikaanse Princeton-universiteit er al in om kwantumdots te maken van 10 nanometer. De Amerikanen vergeleken de technologie ook met het SRAM-proces van Intel. ‘s Werelds grootste halfgeleiderbedrijf produceerde in 2002 met 193 nm-lithografie een geheugencel op 1,13 vierkante micrometer en met een half pitch van 110 nanometer. Princeton kopieerde de structuur en kwam tot een oppervlakte van 0,04 vierkante micrometer en 20 nanometer half pitch. Een verbetering van ongeveer een factor zes in lijnbreedte en een factor dertig in oppervlakte.

Indrukwekkende cijfers, maar zijn ze ook haalbaar in de praktijk van de massaproductie? Fabian Pease van de Stanford-universiteit denkt van wel: ’Nano-imprintlithografie is niet zomaar de zoveelste technologie. Geen andere methode heeft zo‘n hoge verwerkingscapaciteit bij een nauwkeurigheid van 10 nanometer. In principe is imprintlithografie een factor duizend sneller dan de conventionele wafersteppers. Ook hoeven chipproducenten niet extreem te investeren in nieuwe machines.‘

Toch zijn er voldoende hindernissen. Volgens Scott Hector van Freescale zijn maskerinspectie en uitlijning de belangrijkste. ’Alle oneffenheden in het masker komen terug in de schakeling. De kwaliteit van de mal is daarom doorslaggevend voor de kwaliteit van de chip‘, aldus Hector. Niet verrassend dus dat bijna 70 procent van de productiekosten in de maskers zit. Ter vergelijking: bij 193 nm optische lithografie is dat minder dan de helft en bij EUV zelfs maar 10 procent. Hector: ’Voordat imprintlithografie klaar is voor massaproductie, moeten we eerst een extreem goede tool hebben om de maskers te inspecteren. Omdat we zonder de beschermende pellicle-laag werken, moeten we de controlefrequentie afstemmen op het aantal wafers dat we kunnen produceren voordat het masker kapot is. Uiteindelijk moeten de kosten per wafer makkelijk onder de vijftig dollar kunnen uitkomen.‘

De mal moet precies op de goede plaats in het monomeermateriaal worden gedrukt. Die uitlijning, of overlay, luistert erg nauw. ’Op dit moment kan een gemiddelde imprintmachine details van 5 nanometer aan, maar de overlaynauwkeurigheid komt niet verder dan 200 nanometer‘, vertelt Christopher Soles van het Amerikaanse Nationale Instituut voor Standaarden en Technologie (NIST). ’Step and flash-imprintlithografie (S-FIL) zoals imprintvoortrekker Molecular Imprints toepast, haalt een precisie van 15 nanometer, maar dat principe is nog volop in ontwikkeling.‘