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Schwerionenmikrolithographie

Kernphysik, Technik, die zur Herstellung von Mikrostrukturen in der Mikroelektronik verwendet wird. Die beabsichtigte Mikrostruktur wird mit Hilfe einer geeigneten Strahlung durch eine Maske auf einen strahlungsempfindlichen Lack übertragen. Beim Entwickeln entstehen kleine Öffnungen in der Lackschicht, durch die die darunterliegende Silicium-Probe gezielt verändert werden kann (siehe Abb. 1). Für die präzise Übertragung der Maskenstrukturen braucht man eine Strahlung, die einen möglichst scharfen Schatten der Maske erzeugt, und es muss Materialien geben, die den Strahlenschatten effizient und ohne Auflösungsverlust registrieren.

Schwere Ionen von einigen MeV Energie erfüllen beide Bedingungen. Sie durchdringen Materie tief, ohne wesentlich gestreut zu werden, und es gibt viele Materialien, die die Strahlung in Form von sog. latenten Spuren registrieren.

Die Schwerionenmikrolithographie kann wegen der wohldefinierten Reichweite der Ionen dreidimensionale Mikrostrukturen erzeugen (siehe Abb. 2+3).

Mit Ionen höherer Energie werden sehr tiefe Strukturen herstellbar, und die Spuren einzelner Ionen werden nach dem Entwickeln sichtbar.

Bei anderen Strahlenarten müssen immer mehrere Strahlungsquanten zusammenwirken, um ein Volumenelement entwickelbar zu machen. Bei schweren Ionen reicht ein einzelnes Teilchen. Das bedeutet auch, dass schon ein einziges fehlgeleitetes Teilchen einen Defekt erzeugen kann. Die Zahl fehlgeleiteter Ionen kann durch direktes »Schreiben« der Strukturen mit einem Mikrostrahl um Grössenordnungen reduziert werden. Daher versucht man auch, Mikrostrukturen mit einzelnen gezielten Ionen herzustellen (siehe Abb.4).

Schwerionenmikrolithographie

Schwerionenmikrolithographie 1: Prinzip.

Schwerionenmikrolithographie

Schwerionenmikrolithographie 2: Schwerionenmikrolithographie eines Mikro-Organismus, aufgenommen mit 550 KeV-Argon-Ionen in Glimmer. Kleinste Strukturen: 40 nm.

Schwerionenmikrolithographie

Schwerionenmikrolithographie 3: Schwerionenmikrolithographie eines kleinen Insekts in Glimmer, aufgenommen mit 960 MeV-Xenon-Ionen. Strukturtiefe 100 mm, Auflösung 1 mm.

Schwerionenmikrolithographie

Schwerionenmikrolithographie 4: Phytagoras-Muster mit einzelnen Ionen in Polykarbonatfolie geschossen und durch Ätzung sichtbar gemacht. Abstand der 5 000 Einzeltreffer 4 mm. Zahl der Fehlschüsse 20.

 

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