Ionenstrahl-Ätzanlage mit Restgasanalyse

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556138159

Das Plasma-unterstützte Ätzen ist eine Querschnittstechnologie zur subtraktiven Mikro- und Nanostrukturierung unterschiedlichster Materialklassen. Der Materialabtrag erfolgt dabei durch einen physikalischen Ätzprozess mittels beschleunigter Ionen (meist Argon), durch chemisches Ätzen mittels plasmaaktivierter reaktiver Gase, oder durch eine Kombination dieser beiden Prozesse. Beim reaktiven Ionenstrahlätzen (engl. Reactive Ion Beam Etching, RIBE) werden die Ionen zusätzlich in einem Strahl gebündelt, was zu einem richtungsabhängigen anisotropen Abtrag führt. Das hier beantragte Gerät soll RIBE als mächtigen und sehr flexiblen Mikrostrukturierungsprozess für eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialsystemen und Probengeometrien an der Universität Konstanz etablieren. Dazu ist eine Gerätekonfiguration notwendig, die ein hohes Maß an Flexibilität erlaubt. Zentral ist dabei die Ionenquelle, die einen kollimierten Ionenstrahl mit einem stabilen Strahlstrom liefern muss, um einen homogenen Abtrag auch auf größeren Flächen zu ermöglichen. Aufgrund des nicht selektiven, aber gerichteten Ätzens beim physikalischen Abtrag mit beschleunigten Argon-Ionen ist das RIBE-Verfahren optimal für die Strukturierung mechanisch harter sowie chemisch inerter Materialien geeignet. Darüber hinaus ist es möglich unter einem flachen Einfall des Ionenstrahls die Probenoberfläche großflächig und homogen „polierend“ abzutragen. Ein solch kontrollierter Abtrag der Oberfläche bei gleichzeitigem Erhalt einer hohen Oberflächengüte ist z.B. für die Transmissionselektronenmikroskopie interessant. Erste Versuche haben darüber hinaus gezeigt, dass mittels RIBE auch der Übertrag einer durch Graustufenlithographie erzeugten 2.5-D Maske in ein Siliziumsubstrat möglich ist. So können Silizium-Wellenleiter in allen drei Raumrichtungen strukturiert werden. Um die Selektivität bei siliziumbasierten Materialien zu erhöhen, soll die Ionenstrahlätzanlage eine Ionenquelle besitzen, die neben Argon auch das Arbeiten mit fluorhaltigen Gasen (CF4) erlaubt. Um möglichst homogene und schonende Ätzprozesse sicherzustellen, soll das Gerät mit einem verkipp- und automatisch drehbaren Probenteller mit Kühlung ausgestattet sein. Ein Massenspektrometer zur Restgasanalyse soll dazuhin eine Endpunktkontrolle bzw. ein präzises Stoppen des Ätzvorgangs insbesondere in Multilagen sicherstellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Ionenstrahl-Ätzanlage mit Restgasanalyse
• Gerätegruppe: 5180 Elektronen- und Ionenstrahl-Quellen und -Bearbeitungsgeräte
• Antragstellende Institution: Universität Konstanz
• Leiter: Professor Dr. Sebastian Gönnenwein