Die Lithografie ist entscheidend für die Herstellung elektronischer Halbleiterbauteile, wobei die Entwicklung neuer Lacke (Resiste) mit hoher Sensitivität und Auflösung notwendig ist, um die Bauteildichte zu erhöhen und die Herausforderungen der Massenproduktion zu bewältigen. Mit dem neuen Forschungsprojekt »Individuelle nanotechnologische Polymerplattform für die Großserientauglichkeit künftiger Halbleitergenerationen« (IndiNaPoly) unterstützen Fraunhofer-Expertenteams die chemische Industrie, einen technologischen Vorsprung gegenüber internationalen Wettbewerbern zu erzielen und neue Märkte zu erschließen. Dazu zählen unter anderem Resisthersteller, die ein wichtiges Bindeglied der Halbleiterindustrie sind. Von den Ergebnissen des Projekts werden sowohl Hersteller von Spezialpolymeren und chemischen Produkten für die Elektronikindustrie als auch Resisthersteller und Produzenten von Halbleitern profitieren.

Strahlungssensitiver Lack für die Elektronenstrahl-Lithografie

Das Projekt »IndiNaPoly« adressiert die Herausforderungen neuer Technologien wie Künstliche Intelligenz, Quanten- und neuromorphes Computing, 5G, autonomes Fahren und das Internet der Dinge. Der Fokus liegt auf der Entwicklung empfindlicherer Resiste für die Elektronenstrahl-Lithografie, die nanoskalige Strukturen mit hoher Auflösung bei gleichzeitig kürzeren Belichtungszeiten abbilden können. Das Vorhaben »IndiNaPoly« schließt die bestehende Lücke zwischen Sensitivität und Auflösung in der Elektronenstrahl-Lithografie, wofür die Bündelung chemischer und prozesstechnischer Kompetenzen notwendig ist.

Die Projektziele werden durch das Zusammenspiel von individueller Polymersynthese nach dem Baukastenprinzip und kontinuierlicher Optimierung der lithografischen Prozessschritte erreicht. So werden höhere Auflösungen und kürzere Belichtungszeiten ermöglicht und damit ein Beitrag zur Energieeinsparung sowie zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks geleistet.

Gebündelte Fraunhofer-Expertise 

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF konzentriert sich im Projekt »IndiNaPoly« auf die Erforschung und Entwicklung neuer Polymermaterialien. Dabei liegt der Fokus auf der Verbesserung der Abbildungseigenschaften sowie der Erarbeitung schnellerer und nachhaltigerer Synthesestrategien. Neben der Auflösung und Sensitivität werden auch weitere Eigenschaften der daraus hergestellten Resiste betrachtet, wie die Adhäsion auf dem Substrat, die Ätzstabilität sowie die Umweltverträglichkeit.

Am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS wird die Integration der neu entwickelten Resiste in Prozesse entlang der gesamten Halbleiterproduktionskette erfolgen. Gleichzeitig werden die Einsatzmöglichkeiten der sensitiven und hochauflösenden Resiste in wichtigen Zukunftsthemen wie der Sensorik, dem Quantencomputing und der Photonik vorangetrieben. Durch die ausführliche Charakterisierung der im Projekt entwickelten Lacke hinsichtlich ihrer Performance in lithografischen Prozessschritten, dem weiterführenden Strukturübertrag in verschiedenste Materialien mittels Ätzen und der abschließenden Lackentfernung wird eine für die Industrie attraktive Technologieplattform aufgebaut.

Die Erkenntnisse aus der Charakterisierung bieten das Potential, richtungsweisend für die Polymersynthese hinsichtlich molekularer Parameter, wie z. B. Molmassenverteilung oder chemische Zusammensetzung zu sein. Die intensive Zusammenarbeit beider Institute wird dabei die Optimierung der entwickelten Resiste über die gesamte Projektlaufzeit hinweg ermöglichen.

Als Vorreiter in der Zusammenarbeit zwischen chemisch- und prozesstechnisch-fokussierten Instituten, bündeln die beiden Institute Fraunhofer LBF und ENAS ihre Expertisen und entwickeln gemeinsam neue Lösungen sowie anwendungsreife Technologien. Das Projekt »IndiNaPoly« wird von der Fraunhofer-Gesellschaft im Rahmen des PREPARE-Programms finanziert und läuft drei Jahre.