Polijsten met ionen is basis voor nog kleinere chips

Op het FOM-instituut voor Plasmafysica 'Rijnhuizen' in Nieuwegein is een polijsttechniek ontwikkeld waarmee spiegels voor microlithografie kunnen worden geproduceerd. Deze spiegels bestaan uit meerdere lagen en worden gebruikt om extreem-ultraviolette straling (EUV) met een golflengte van 13,5 nanometer te weerkaatsen.

Hierdoor is het mogelijk chips-structuren van 100 nanometer en kleiner af te beelden en te fabriceren (een nanometer is een miljardste millimeter). In de huidige chips hebben de kleinste structuren afmetingen van ongeveer 250 nanometer. Vorige week maandag promoveerde de fysicus Harm-Jan Voorma op dit onderzoek naar multilaagspiegels aan de TU Delft.

Bij gebruik van standaard metaalcoatings wordt slechts een paar procent van extreem-ultraviolette straling gereflecteerd. In een multilaagspiegel zijn ongeveer 80 laagjes van afwisselend 2,5 nanometer dik molybdeen en 4,5 nanometer dik silicium op elkaar aangebracht met behulp van elektronenstraal-verdampen. Hierdoor ontstaat tussen de op verschillende scheidingsvlakken teruggekaatste EUV-bundels positieve interferentie, wat betekent dat de golven elkaar versterken. Op die manier is een reflectie van 64 procent mogelijk.

Om de lagen zo glad mogelijk te krijgen, worden ze gepolijst met een bundel hoog-energetische ionen. Voorma heeft het effect onderzocht van verschillende invalshoeken en energieën. De optimale polijstconditie werd bereikt bij een ionenbundel die onder een hoek van 50 graden op de spiegel viel, met een energie van 2000 elektronvolt. Bij een dergelijk scheve inval worden de atomen opnieuw gerangschikt (visceuze stroming) en zo min mogelijk verwijderd. De ruwheid aan de oppervlakte van de lagen bleek slechts 0,21 nanometer te zijn, lager dan de afmetingen van een atoom en een verbetering van 50 procent ten opzichte van eerdere resultaten.

De verwachting is dat via deze polijsttechniek een reflectie van 70 procent haalbaar is, waardoor de belichtingstijd in het lithografische proces bij chipsfabricage met de helft verminderd kan worden. In samenwerking met het Delftse instituut voor micro-elektronica en submicrontechnologie DIMES en enkele industriële partners wordt in Rijnhuizen gewerkt aan verdere verbetering van de benodigde optiek en van geschikte lichtbronnen voor microlithografie.

    • Dirk van Delft