27.11.2017
Die PTB fertigt seit Jahren Strukturen mit nanoskaligen Dimensionen, die für verschiedene Bereiche der Metrologie von großer Bedeutung sind. Um die Fertigungsmöglichkeiten zu erhalten und auszubauen wurde ein neues Elektronenstrahllithographiesystem im Reinraumzentrum der PTB installiert.
Auf dem Gebiet der Elektrizität werden makroskopische Quanteneffekte genutzt, um die elektrischen Einheiten (z.B. Ohm und Volt) auf Naturkonstanten zurückzuführen und mit extrem geringer Unsicherheit zu reproduzieren.
Die hierfür erforderlichen Festkörperschaltungen mit Strukturbreiten im Bereich einiger Nanometer werden im Reinraumzentrum der PTB hergestellt. Ein zentraler Baustein für die Fertigung solcher Schaltungen ist seit Jahren die Elektronenstrahllithographie. Diese kombiniert die hohe Auflösung mit Strukturbreiten bis zu 10 nm mit einer flexiblen und reproduzierbaren Fertigung und ist für die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet die wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus wird die Elektronenstrahllithographie auch für eine Reihe von weiteren Anwendungen in der Metrologie eingesetzt. Beispielhaft sei hier die Anwendung metallischer Nanostrukturen bei der oberflächenverstärkten Raman-Streuung im Arbeitsgebiet "Metrologie in der Chemie" erwähnt, für die nanostrukturierte Oberflächen mittels Elektronenstrahllithographie hergestellt werden.
Um die Möglichkeiten der Nanostrukturierung zu erhalten und auszubauen wurde in diesem Jahr das vorhandene System durch ein neues Gerät von Typ EBPG 5200 der Firma Raith B.V. ersetzt (Bild 1). Neben der hohen Auflösung verfügt das System über ein Schleusensystem mit 10 Positionen, aus dem Probenhalter in das System ein- und ausgeschleust werden können. Dies ermöglicht einen weitgehend automatisierten Betrieb, der aufgrund der steigenden Anzahl von Proben erforderlich ist. Die maximale Probengröße hat sich bei dem neuen Gerät auf 200 mm erhöht (siehe den Vergleich zweier Probenhalter des neuen und alten Systems in Bild 2). So können jetzt in einem Halter vier Wafer mit einem Durchmesser von 76 mm geladen werden. Durch die neuartige Möglichkeit der Höhenverstellung des Probenhalters ist es jetzt auch möglich, die Topographie eines Substrates abzufahren und so auf nicht planaren Unterlagen Strukturen mittels Elektronenstrahllithographie zu fertigen.
Durch die Neuinstallation ist nun die Möglichkeit gegeben, nanoskalige Strukturen im RRZ der PTB auch in der Zukunft sicher und flexibler zu fertigen.
Bild 1: Das neue Elektronenstrahllithographiesystem Raith EBPG5200.
Bild 2: Vergleich: Probenhalter für das alte (links) und das neue (rechts) Lithographiesystem.