TSB-Preis für revolutionäre Lasermesstechnik – Adlershofer Physiker stabilisieren die Entwicklungsdynamik der Mikroelektronik
Wissenschaftler des Instituts für Spektrochemie und angewandte Spektroskopie (ISAS) entwickelten Verfahren zur Charakterisierung von Laserstrahlung für die Mikrolithographie
Ein Messverfahren von Adlershofer Wissenschaftlern revolutioniert die Mikroelektronik. Forscher des Instituts für Spektrochemie und angewandte Spektroskopie (ISAS) haben eine Technik zur Charakterisierung von Laserstrahlen entwickelt, mit der sich Computer-Chips wesentlich präziser als bisher produzieren lassen. Das Verfahren, das bereits in Zusammenarbeit mit einer Berliner Laser-Firma mit großem Erfolg in den USA vermarktet wird, erhielt am 01.07.2003 den „Transferpreis WissensWerte“ des TSB Förderverein Technologiestiftung Berlin e.V.
Mikroelektronische Bauelemente für die Informations- und Kommunikationstechnik werden mit Hilfe photolithographischer Verfahren hergestellt. Dabei wird der graphische Entwurf des Schaltkreises verkleinert auf dem mit lichtempfindlichen Lack präparierten Silizium-Wafer abgebildet. In mehreren Arbeitsschritten (Ätzen, Bedampfen, Sputtern) wird das Labyrinth der elektronischen Leiterbahnen mit seinen Millionen von Schaltfunktionen in den Wafer übertragen, der später in einzelne Chips zerteilt wird. Bei diesem Prozess ist höchste Reinheit und Präzision gefordert. Die Fortschritte der physikalischen Forschung führen dazu, dass sich die Strukturbreite der Leiterbahnen immer weiter verkleinern lässt. Dies hat zur Folge, dass sich die Anzahl der Schaltkreise, die auf einem Chip integriert werden können, bisher alle 18 Monate verdoppelte (sog. Moore’sches Gesetz).
Mitentscheidend für die minimale Strukturbreite ist die Bildschärfe, mit der die Schaltkreis-Grafik auf den Wafer zur Belichtung durch einen Excimer-Laser projiziert wird. Verlangt wird eine hohe spektrale Reinheit der Laser, die mittels spektrometischer Messtechniken sichergestellt wird. Hier setzt die Kompetenz der ISAS-Wissenschaftler an. Das Institut für Spektrochemie und angewandte Spektroskopie (ISAS) hat seinen Hauptsitz in Dortmund. Der Berliner Institutsteil am Wissenschaftsstandort Adlershof ging 1992 aus dem früheren Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie der Akademie der Wissenschaften der DDR hervor.
Eine Arbeitsgruppe um die ISAS-Physiker Dr. Helmut Becker-Roß und Dr. Stefan Florek führt bereits seit längerer Zeit Grundlagenuntersuchungen zu Spektrometern-Geräten zur Ausmessung des Lichtspektrums – und deren Anwendung bei verschiedensten Methoden der Spektralanalyse durch. 1998 wurde zum Beispiel gemeinsam mit der ebenfalls in Adlershof ansässigen Gesellschaft zur Förderung angewandter Optik, Optoelektronik, Quantenelektronik und Spektroskopie e.V. (GOS) ein extrem hochauflösendes Spektrometer entwickelt, das von Wissenschaftlern der ETH Zürich in der Atmosphärenforschung eingesetzt wurde.
Die Arbeiten der ISAS-Forscher waren auch der Adlershofer Firma LTB Lasertechnik Berlin bekannt, die nach einer Lösung für das Problem der spektralen Charakterisierung von Lasern suchte. In einer beispiellos kurzen Entwicklungszeit von weniger als 18 Monaten wurde von ISAS, GOS und LTB das Konzept gemeinsam entwickelt und in ein marktreifes Gerät umgesetzt: das „Echelle-Spektrometer zur Charakterisierung von Laserstrahlung für die Mikrolithographie“, das heute unter dem Markennamen ELIAS (Emission Line Analysing Spektrometer) vertrieben wird. Dabei musste neben der optischen auch die mechanische Präzision bis an die Grenzen des physikalisch-technisch Machbaren vorangetrieben werden.
Das Gerät wurde in der Elektronik-Branche auf Anhieb zum Erfolg. Mit dem größten Hersteller von Belichtungs-Lasern für die Chip-Industrie, der US-amerikanischen Cymer Inc. San Diego, schloss LTB im Jahr 2002 ein Abkommen zur Übernahme der Adlershofer Technologie. Inzwischen wurden über 70 ELIAS-Geräte weltweit verkauft.
Nach Einschätzung von Dr. Becker-Roß wird die ISAS-Messtechnik neben dem Produkt-Erfolg auch die weitere Entwicklung der Mikroelektronik fundamental beeinflussen. Durch die bessere Ausnutzung des aktuellen „Arbeitspferdes“ der Mikrolithograhie, bei einer Wellenlänge von 193 nm, kann der Übergang zur nächsten, noch kurzwelligeren Laser-Generation – dem 157 nm-Laser – um mehrere Jahre hinausgeschoben werden. Der Chip-Industrie werden auf diese Weise Milliarden-Investition erspart oder erst später fällig. „Auf diese Weise haben wir dazu beigetragen, dass das bisher ehern gültige Moore’sche Gesetz noch einige Jahre seine Gültigkeit behält“, bemerkt ISAS-Forscher Becker-Roß nicht ohne Stolz.