EUV-Licht eröffnet Blick in die Nanowelt
Fraunhofer-Forscher entwickelten ein weltweit einzigartiges »Nanoskop«.
EUV-Licht eröffnet Blick in die Nanowelt
Für das Vordringen in immer kleinere Dimensionen müssen Werkzeuge geschaffen werden, die uns diese Welt erschließen. Extremes Ultraviolett-Licht (EUV) ermöglicht den großen Schritt von der Mikro- in die Nanowelt. Fraunhofer-Forscher entwickelten ein weltweit einzigartiges »Nanoskop«.
Auslöser für die Entwickung der neuen Technologie war die Halbleiterindustrie. Denn in der Chipherstellung drängt die Zeit: Die bisher eingesetzte optische Lithographie stößt in wenigen Jahren an Grenzen, die nicht weiter hinaus geschoben werden können. Begrenzt wird die stetige Verkleinerung der Chipstrukuren durch die Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Lichtquellen. Sichtbares Licht reicht schon lange nicht mehr aus.
Derzeit setzt die Halbleiterindustrie in der Produktion Ultraviolett-Laser mit 248 nm und 193 nm Wellenlänge ein. Für die Fertigung noch feinerer Strukturen ist der Technologiesprung zu einer neuen Lithographie-Generation nötig. Als aussichtsreichster Kandidat gilt das Extreme Ultraviolett EUV, das mit Wellenlängen von 11 bis 14 Nanometern weit unterhalb des sichtbaren Lichts nahe bei den Röntgenstrahlen liegt. Im Vergleich zum langwelligen sichtbaren und zum ultravioletten Licht gibt es allerdings gravierende Unterschiede: EUV-Licht konnte bisher nur in großen Elektronenspeicherringen erzeugt werden. Die kurzwellige EUV-Strahlung wird von allen Materialien, selbst von Luft, absorbiert. Daher muss der gesamte Belichtungsprozess im Vakuum stattfinden. Außerdem können nicht wie bisher transparente Masken und Linsen eingesetzt werden. EUV-Licht kann besonders effizient über hochreflektierende Spiegeloptiken geführt werden.
»Wir hatten anspruchsvolle technologische Herausforderungen zulösen und mußten völlig neue leistungsfähige und wirtschaftliche EUV-Strahlungssysteme entwickeln«, beschreibt Dr. Willi Neff vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT die Aufgaben, denen sich drei Fraunhofer-Institute gemeinsam stellten. »Auch bei der Herstellung der hochpräzisen Optiken mussten wir völlig neue Wege beschreiten«, ergänzt Dr. Andreas Leson vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. »Ohne den Einsatz unseres neuen, einzigartigen EUV-Reflektometers, das wir gemeinsam mit der Firma Carl Zeiss aufgebaut haben, wäre dies nicht möglich gewesen.« Inzwischen haben die Fraunhofer-Forscher mit verschiedenen Demonstratoren die Voraussetzung für den Vorstoß in die Nanowelt. geschaffen. »Mit der Verfügbarkeit von EUV-Lichtquellen und Optiken eröffnen sich eine Vielzahl von Anwendungen, die weit über den Einsatz in der Lithographie hinausgehen«, sagt Dr. Norbert Kaiser vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. Wenn das Potenzial der kurzen Wellenlängen für Auflösungen im Nanometerbereich genutzt werden kann, wird »Nanoskopie« und »Nanoanalytik« möglich.
Jetzt stellten die Fraunhofer-Forscher in Aachen das weltweit erste von einem Synchrotron unabhängige EUV-Lichtmikroskop vor. Es besteht aus einer EUV-Quelle der Firma AIXUV, den am Fraunhofer IWS in Dresden entwickelten Kollektor sowie Schwarzschildoptiken und einer CCD-Kamera als Detektor. Das neue Mikroskop bringt eine hervorragende Abbildungsqualität, die Auflösung liegt deutlich unterhalb eines Mikrometers und ist momentan ausschließlich durch die Größe der Pixel in der CCD-Kamera des Detektors begrenzt. Bereits ein einziger Lichtpuls reicht aus, um die zu untersuchenden Strukturen abzubilden.
Mit den EUV-Mikroskopen eröffnen sich neue Möglichkeiten bei der Untersuchung von Phänomenen, die ein hohes räumliches Auflösungsvermögen erfordern. Durch die Kombination mit spektroskopischen Methoden erschließt sich ein breites Anwendungsspektrum auf den Gebieten der Werkstoff- und Lebenswissenschaften. Neben Anwendungen in der biologischen Strukturforschung sind Untersuchungen an dünnen Filmen und Halbleiterstrukturen Schwerpunkte künftiger Arbeiten.
Durch die raschen Fortschritte beim Bau von funktionsfähigen EUV-Geräten haben die Fraunhofer-Forscher nun die Voraussetzungen für einen breiten Einsatz und Erprobung dieser Technologie in den Labors von Wissenschaft und Industrieforschung geliefert. Diese Werkzeuge erschließen neue Einblicke in die Nanowelt, die mit vorhandenen Mitteln nicht möglich sind.
Quelle: Fraunhofer Gesellschaft
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