Ionenstrahlätzen

Argon Ionenstrahlätzen

Argon Ionenstrahlätzanlagen, oder auch Ion Mill genannt, erzeugen z.B. in einer Kaufman-Quelle Ar-Ionen und beschleunigen diese durch ein Gitter hindurch in Richtung Substrat. Hinter der Quelle wird der Ionenstrahl dann typischerweise noch durch eine zusätzliche Elektronenquelle ladungsneutralisiert. Der Ionenstrahl trifft relativ gut gerichtet auf das Substrat auf und bietet über einen Durchmesser von wenigen Zentimetern ein sehr gleichmäßiges Ätzprofil. Ionenstrahlätzen ist ein rein physikalischer Abtrag ohne chemische Selektivität. Je nach Kombination der zu ätzenden Schicht und des Maskenmaterials können aber Verhältnisse von bis zu 1:5 in der Ätzrate erreicht werden.

Roth & Rau Ionmill (AG Fleischer)
Ionmill (AG Kleiner/Kölle)

FIB - Focused Ion Beam

Ein FIB funktioniert ähnlich wie ein Rasterelektronenmikroskop. Nur werden typischerweise Galliumionen anstatt Elektronen zu einem Strahl gebündelt. Die Galliumionen werden aus einer Flüssigmetall-Ionen-Quelle gewonnen deren Lebensdauer durch den Verbrauch des Ga-Vorrats begrenzt ist. Da Ga-Ionen ein vielfaches der Masse eines Elektrons haben und typischerweise auch auf 30kV beschleunigt werden, ist der Energieeintrag in das Substrat deutlich höher, sodass die Oberflächenatome des Substrats abgetragen werden. Mit dem Galliumstrahl ist es möglich Strukturen mit einer Auflösung von bis zu 30 nm zu erzeugen.

FEI Strata DB235

Leider ist unser eigenes FIB außer Betrieb, aber wir beraten gern bezüglich alternative Systeme benachbarter Institute.

HIM - Helium Ionenmikroskop

Das Heliumionenmikroskop ermöglicht nicht nur eine exzellente Auflösung in der Bildgebung sondern kann auch für hochauflösende Strukturierung verwendet werden. Die Heliumionen werden an einer Spitze von nur drei einzelnen Atomen, dem Trimer, erzeugt. Jedes dieser Atome erzeugt in der an der Spitze herrschenden Heliumatmosphäre einen Ionenstrahl. Von diesen wird dann der intensivste Strahl gezielt in die Optik des Mikroskops gelenkt und durch die Säule hindurch auf die Probe fokussiert. Die atomar kleine Quelle des Strahls ermöglicht eine Optik die eine Tiefenschärfe von > 1,5 µm bietet. Dadurch lassen sich erstaunlich leicht Strukturen von wenigen Nanometern selbst in verhältnismäßig dicken Schichten mit fast senkrechten Seitenwänden erzeugen.

Zeiss ORION Nanofab

Unser Orion Nanofab mit Neon-Option ermöglicht es die Quelle auch mit Neon anstatt mit Helium zu betreiben. Dazu wird das Helium im Bereich des Trimers durch Neon ersetzt. Im Betrieb mit Neonionen wird die Lücke zwischen der Ga-FIB und den Heliumionen sowohl in der erreichbaren Auflösung als auch der Ätzrate geschlossen.

Das Orion Nanofab verfügt auch über zwei Kleindiek Manipulatoren, mit denen z.B. Nanopartikel positioniert oder Elektroden gezielt kontaktiert werden können.

Zusätzlich können durch das Gas-Injektions-System mit drei Precursoren auch Platin-, Wolfram- oder Siliziumoxidhaltige Schichten gezielt abgeschieden werden (s. Ionstrahlinduzierte Deposition).