Halbleiter sind in allen Arten von Elektrogeräten verbaut – von Smartphones und anderen Endgeräten über Automobile und andere Mobilitätsgeräte bis hin zu Geldautomaten und Haushaltsgeräten – und prägen unseren Alltag. Die wichtigste Komponente in ihrem Herstellungsprozess ist die Fotomaske, mit der die feinen Leiterbahnstrukturen erzeugt werden. Seit der erfolgreichen Entwicklung eines Prototyps einer Fotomaske im Jahr 1959 hat sich DNP kontinuierlich der Herausforderung gestellt, ein breites Produktsortiment zu entwickeln und technologische Innovationen voranzutreiben. Heute ist das Unternehmen zu einer tragenden Säule des internationalen Halbleitermarktes geworden. Wir werden die Geheimnisse der Fotomasken von DNP lüften.
Der lebende Großvater... der Schreibmaschinen-Großvater. Er arbeitet seit über 100 Jahren als Schreibmaschine. Er ist wie ein lebendes Lexikon und lehrt uns mit seinem immensen Wissen über die DNP-Gruppe, das er sich im Laufe seiner langen Erfahrung angeeignet hat, die unterschiedlichsten Dinge.
Tombo-chan... Eine Figur, die aus der Libelle entstanden ist, die zum Ausrichten von Drucksachen verwendet wird. Sie hat eine präzise Persönlichkeit und hasst alles Krumme. Sie unterstützt Katsuji mit ihrer sorgfältigen Detailgenauigkeit.
- [Druckfachbegriff: Passergenauigkeit] Die Genauigkeit der Position beim Übereinanderlegen der Druckplatten jeder Farbe im Mehrfarbendruck wird als „Passergenauigkeit“ bezeichnet. Die Passergenauigkeit wird mithilfe von Passermarken, sogenannten „Tommalen“, erreicht, die auf der Plattenoberfläche angebracht sind.
Fotomasken, die die Halbleiterleistung bestimmen
Beginnen wir mit der Erläuterung des Themas dieses Artikels, „Photomasken“, die bei der Herstellung von Halbleitern verwendet werden.
Halbleiter sind unverzichtbare Bauteile der modernen Gesellschaft und finden sich in nahezu allen Haushaltsgeräten wie Reiskochern und Mikrowellen, aber auch in Smartphones, Computern und Autos. Ursprünglich bezeichnete der Begriff die Eigenschaften eines Objekts. Heute werden sie als „Halbleiter“ bezeichnet, weil sie Eigenschaften besitzen, die zwischen denen von „Leitern“ liegen, die Strom wie Metalle gut leiten, und „Isolatoren“, die Strom wie Kunststoffe schlecht leiten. Diese Eigenschaft wird genutzt, um den Stromfluss ein- und auszuschalten und so Geräte zu steuern.
Die Leistungsfähigkeit von Halbleitern hängt von der Präzision der Schaltkreisstrukturen ab, die den Stromfluss steuern. Laut Moores Gesetz, das 1965 von einem Intel-Gründungsmitglied formuliert wurde, verdoppelt sich die Geschwindigkeit, mit der Schaltkreisstrukturen präziser werden, alle 18 Monate. Die kleinste Strukturgröße beträgt derzeit etwa 12 nm (Nanometer, ein Milliardstel Meter). Das ist kleiner als die 100 nm eines Grippevirus. Smartphones, ein Produkt, das Hochleistungshalbleiter benötigt, sind ein gutes Beispiel: Das neueste Modell, das 2024 auf den Markt kommt, soll mehr als 70.000 Mal präziser sein als das erste Modell aus dem Jahr 2007.
Eine der wichtigsten Komponenten bei der Halbleiterfertigung ist die Fotomaske. Sie funktioniert wie ein fotografischer Negativfilm und dient als Vorlage, um das Schaltbild eines Halbleiterchips auf ein Substrat, den sogenannten Siliziumwafer, zu übertragen. Anders ausgedrückt: Selbst bei präzisem Schaltbilddesign ist eine Massenproduktion von Halbleitern ohne Fotomaske nicht möglich.
Halbleiterherstellungsprozess
1959 entwickelte DNP erfolgreich Halbleiter-Photomasken durch die Kombination Mikrofabrikationstechnik und optischen Designtechnologien. Seitdem entwickeln und liefern wir Halbleiterherstellern kontinuierlich eine Reihe hochauflösender Photomasken.
Das Geheimnis zur Herstellung präziser Fotomasken
Schauen wir uns nun an, wie eine Fotomaske funktioniert. Eine Fotomaske ist ein transparentes, plattenartiges Bauteil, auf das das Schaltbild eines Halbleiterchips auf Glas, Quarz oder ein anderes Material übertragen wird.
Eine typische Fotomaske ist etwa 150 mm im Quadrat groß, wobei das Schaltungsmuster in Weiß auf die flache Mittelfläche gezeichnet ist.
Die auf Fotomasken aufgebrachten Schaltungsmuster sind ultrafein und werden in Nanometern (nm) gemessen. Dies entspricht etwa einem Hunderttausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. Ihre Herstellung erfordert hochentwickelte Technologie. Die Fotomasken von DNP zeichnen sich insbesondere durch ihre Präzision und die geringe Anzahl an Defekten und Fremdkörpern aus. Die Maßgenauigkeit liegt bei unter ca. 1,5 nm und die Musterfehlausrichtung bei unter 2 nm. Die Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Detektionsgeräts beträgt 35 nm. Die Prüfung eines 100 mm² großen Bereichs dauert etwa 80 Minuten.
Herstellungsprozess der Fotomaske
Auf diese Weise ist DNP dank der über viele Jahre entwickelten Technologie, des Know-hows und der Innovationen im Herstellungsprozess in der Lage, hochwertige Fotomasken herzustellen.
DNPs Ziel ist eine Zukunft, in der jeder Spitzentechnologie nutzen kann.
Die Verbreitung von künstlicher Intelligenz (KI), virtueller Realität (VR), erweiterter Realität (AR) und autonomem Fahren sowie die steigende Nachfrage nach großen Rechenzentren, die diese Technologien unterstützen, haben in den letzten Jahren zu einem Bedarf an leistungsfähigeren Halbleitern der nächsten Generation geführt. Von diesen Halbleitern mit höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten wird erwartet, dass sie zu Energieeinsparungen beitragen, beispielsweise durch längere Akkulaufzeiten und geringere CO₂-Emissionen von Rechenzentren. Dies wiederum hat die Nachfrage nach Fotomasken erhöht, die die Übertragung immer feinerer Schaltkreise ermöglichen.
Fotomasken für die EUV-Lithografie mit Schutzfilm. Die Entwicklung des Herstellungsverfahrens der 3-nm-Generation ist bereits abgeschlossen, die Entwicklung der 2-nm-Generation hat begonnen.
Obwohl hohe Erwartungen an die EUV-Technologie bestehen, erfordert sie aufgrund des hohen Kapitalbedarfs für neue Fertigungsanlagen eine schwierige Massenproduktion. Halbleiterhersteller, die diese finanzielle Belastung nicht tragen können, haben es schwer, in diesem zukunftsweisenden Bereich tätig zu sein. Die wachsende technologische Kluft zwischen den Unternehmen zählt daher zu den größten Herausforderungen der Halbleiterindustrie der letzten Jahre.
Als Antwort auf diese Herausforderungen gilt die Nanoimprint-Lithographie (NIL) als eine der Methoden, die die Lücke zwischen konventionellen Verfahren und EUV-Kompatibilität schließen wird. NIL ist eine Technologie zur Herstellung von Halbleitern mit ultrafeinen Strukturen. Dabei wird eine Schablone mit einem Schaltungsmuster wie ein Stempel auf ein harzbeschichtetes Substrat gepresst. Zu ihren Hauptvorteilen zählen der geringe Stromverbrauch, der den Energieverbrauch bei der Halbleiterproduktion auf etwa ein Zehntel des Verbrauchs konventioneller Verfahren reduziert, und die niedrigen Kosten. DNP arbeitet derzeit an der Unterstützung der Massenproduktion von NIL. Die Realisierung dieser Technologie stößt auf großes Interesse, da man davon ausgeht, dass dadurch mehr Hersteller Halbleiter mit fortschrittlicher Technologie produzieren und so den gesamten Halbleitermarkt ankurbeln können.
NIL-Vorlage (Nanoimprint-Lithographie), die eine Feinstruktur der Unebenheiten im 20-nm-Bereich erreicht
- Discover DNP 半導体製造のカーボンニュートラルを加速する「ナノインプリントリソグラフィ」
https://www.dnp.co.jp/media/detail/10161674_1563.html
DNP wird die Entwicklung in zukunftsweisenden Bereichen wie EUV, der voraussichtlich weiter wachsen wird, vorantreiben und gleichzeitig an der Massenproduktion von NIL-Schablonen arbeiten. Diese erweitern die Produktmöglichkeiten durch geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten. Indem wir die Nachfrage nach einer breiten Palette von Fotomasken und Schablonen decken, tragen wir zur „Demokratisierung“ der Halbleiterfertigung bei und ermöglichen so vielen Unternehmen die Teilhabe. Wir unterstützen damit eine Gesellschaft, in der jeder komfortable und benutzerfreundliche Dienstleistungen und Geräte nutzen kann. DNP gestaltet auch weiterhin eine bessere Zukunft.
Angesichts der Bedeutung von Halbleitern ist die Verantwortung von Fotomasken enorm.
Ich hoffe, sie werden hart arbeiten und denken: „Die Technologie von DNP wird die Welt retten!“
- Bitte beachten Sie, dass die bereitgestellten Informationen zum Zeitpunkt der Veröffentlichung aktuell sind.
24. September 2024, Redaktion Discover DNP
