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12.06.1981

IBM-Denkfabrik in Yorktown Heights produziert Ergebnis auf dem Weg zur Röntgenstrahllithographie: Grenzschicht darf nur einen Atomdurchmesser rauch sein

STUTTGART (rs) - An der Röntgenstrahllithographie arbeiten die Forschungslaboratorien der Halbleiterbauelemente-Hersteller. Denn mit dieser Technik lassen sich zur Herstellung höchstintegrierter Schaltkreise Auflösungen erreichen, von denen bei der Elektronenstrahllithographie nur geträumt wird. Während bei letzterer Technik 0,1 Mikrometer die Grenze bedeutet, ist eine Auflösung von einigen Zehnteln Nanometern bei Anwendung von Röntgenstrahlen drin. Physikalische Gründe behindern die Entwicklung. So gibt es beispielsweise keine abbildenden Optiken mit einem brauchbarem Wirkungsgrad. IBM-Forschern in Yorktown Heights gelang nun die Herstellung eines Spiegels, der Röntgenstrahlen besser reflektiert als bislang möglich. Ein Schritt zur Industriellen Nutzung der Röntgenstrahllithographie? Im folgenden die gekürzte IBM-lnformation.

Für Teleskope und Mikroskope benötigt man Optiken, die die für die Abbildung verwendeten Strahlen fokussieren Während man die Fokussierung für die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes gut beherrscht und im Bereich der Elektronenstrahlen eine Beeinflussung durch elektrische oder magnetische Felder möglich ist, gab es für Röntgenstrahlen bisher noch keine befriedigende Lösung.

Die im sichtbaren Bereich des Lichtes verwendeten optischen Einrichtungen wie Glaslinsen und Spiegel sind für den Gebrauch bei Röntgenstrahlen, die eine wesentlich kürzere Wellenlänge aufweisen, nicht geeignet.

Mehrere hundert Lagen

Die jetzt bei IBM entwickelten Röntgenspiegel versprechen gegenüber bisher bekannten Methoden eine wesentliche Verbesserung der Röntgenoptiken. Die Spiegel bestehen aus mehreren Hundert extrem dünnen Lagen, die aus abwechselnd für die Röntgenstrahlen relativ transparentem und relativ undurchdringbarem (opakem) Material bestehen.

Bei Messungen dieser Spiegel im amerikanischen National Bureau of Standards und beim Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg wurde eine Reflexion von 10 Prozent für Röntgenstrahlen, die nahezu senkrecht auftreffen, festgestellt.

Fast völlig absorbiert

Linsen, wie sie in üblichen optischen Mikroskopen oder Teleskopen verwendet werden, sind für den Gebrauch bei Wellenlängen kleiner als ... Nanometer (die Wellenlängen der Röntgenstrahlen liegen zwischen 50 und 0,01 Nanometern) aus zweierlei Gründen nicht geeignet:

þIm Gegensatz zu den Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, bei denen verschiedene Stoffe sehr unterschiedliche Berechnungsindizes aufweisen, liegt dieser Index im Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung für alle Stoffe bei nahezu 1.

þWeiche Röntgenstrahlen werden von allen Stoffen fast vollständig absorbiert. Sie können also

normale Linsen nicht passieren.

Bisher sind zwei Methoden zur Fokussierung von Röntgenstrahlen mit einigem Erfolg eingesetzt worden. Am gebräuchlichsten sind Einrichtungen für die "streifende Reflexion". Hierbei läßt man die Röntgenstrahlen auf eine nur sehr wenig gekrümmte Fläche unter einem so kleinen Winkel einfallen, daß sie fast vollständig reflektiert werden.

Leicht konkav

Die leicht konkave Form der Fläche fokussiert die Röntgenstrahlen. Obwohl dieser Spiegeltyp theoretisch eine Auflösung von 20 Nanometern erlaubt, liegt die beste in der Praxis erzielte Auflösung bei zwei Mikrometern (2000 Nanometer). Der Grund liegt darin, daß sich die parabolischen oder hyperbolischen Flächen nicht mit der gleichen Genauigkeit wie sphärische Flächen herstellen lassen.

Rhenium und Wolfram

Eine zweite, in jüngster Zeit in der Mikroskopie zur Fokussierung herangezogene Möglichkeit ist die sogenannte Fresnel-Zonen-Platte. Eine Göttinger Forschergruppe erreichte mit einem solchen Zonen-Platten-Mikroskop unter Verwendung von Synchrotronstrahlung des ACO-Speicherrings bei Paris eine Auflösung von 70 Nanometern.

Die Arbeit der IBM Forscher konzentrierte sich auf Spiegel mit mehrlagigen Beschichtungen, die im Prinzip bis zu 30 Prozent der weichen Röntgenstrahlen reflektieren können, wenn diese fast senkrecht auftreffen. Die Beschichtungen bestehen aus abwechselnden Lagen von für Röntgenstrahlen relativ opakem und relativ transparentem Material.

Typische transparente Materialien für den Bereich der weichen Röntgenstrahlen sind Kohlenstoff oder Bor. Legierungen aus Rhenium und Wolfram oder aus Gold und Palladium sind mehr opak. Zwischen 10 und 100 Lagen werden, abhängig von der Wellenlänge der Röntgenstrahlung, benötigt.

Ein Atomdurchmesser

Das Prinzip mehrlagiger Spiegel ist von den optischen Spiegeln her gut bekannt, doch wurden solche Spiegel bisher noch nie für Röntgenstrahlen verwendet. Sich abwechselnde transparente und opake Schichten, die zusammen eine Schichtdicke von einer halben Wellenlänge aufweisen, ergeben eine optische Struktur, die bei dieser Wellenlänge eine stehende Welle erzeugt.

Das Problem, eine solche Struktur für die wesentlich kürzeren Wellenlängen der Röntgenstrahlen zu schaffen, liegt darin, daß im Vergleich zu optischen Spiegeln beträchtlich höhere Anforderungen an das Einhalten der Schichtdicken und an die Glätte der Oberfläche gestellt werden.