Feine Strahlen

News: Feine Strahlen

Es ist schon knifflig genug, besonders kurzwelliges UV-Licht zu erzeugen. Den Strahl dann aber auch noch auf einen sehr kleinen Fleck zu fokussieren, das war bislang kaum möglich.

Thorsten Krome

So langsam wird es eng für die Chip-Industrie: Denn je kleiner die Halbleiter-Strukturen werden, aus denen sich die Leiterbahnen und winzigen Bauelemente zusammensetzen, desto größer sind die Anforderungen an die Herstellungstechnik. Insbesondere die Wellenlängen des Lichts sind kritisch, da sie die minimale Größe von Strukturen festlegen. Also werden Lichtquellen im extremen Ultraviolett (EUV) jenseits von hundert Nanometern Wellenlänge benötigt, um noch kleinere Chipstrukturen herzustellen.

Solche Lichtquellen stehen auch in verschiedenen, zum Teil sehr leistungsfähigen Ausführungen zur Verfügung. Doch sind die Apparaturen meist recht aufwändig und ihr UV-Licht lässt sich häufig nicht besonders gut fokussieren; der Strahl läuft vielmehr auseinander, wie der Lichtkegel einer Taschenlampe – wenn auch auf kleinerem Maßstab. Eine neue Laser-artige EUV-Lichtquelle, die Forscher von der University of Colorado in Boulder gemeinsam mit Kollegen aus New York, Berkeley und Sofia entwickelt haben, liefert nun Licht, wie es sich die Industrie wünscht: intensiv und in einem fein fokussierten Strahl. Und dabei ist der Aufbau so klein, dass er auf jeden Schreibtisch passen würde.

Kernstück der Apparatur ist eine zehn Zentimeter lange und 150 Mikrometer dicke Hohlfaser, die mit dem Edelgas Argon gefüllt ist. In diese Faser strahlen die ultrakurzen Lichtpulse eines herkömmlichen Lasers mit einer Wellenlänge von 760 Nanometern, wodurch das Gas ionisiert wird. Außerdem regt das elektromagnetische Feld des Laserlichts die freigeschlagenen Elektronen zu Schwingungen an, was wiederum die Emission energiereicher Photonen im ultravioletten Teil des Spektrums bewirkt. Ein Filter, der hinter dem Röhrchen steht, entfernt schließlich den langwelligen Teil des ursprünglichen Laserstrahls, sodass nur noch der EUV-Strahl übrig bleibt – und zwar der dünnste der Welt.

Henry Kapetey von der University of Colardo bemüht einen Vergleich: "Ein Lichtstrahl, der beim Verlassen einer EUV-Quelle auf der Erde gerade ein Zentimeter dick ist, würde auf seiner Reise so stark aufgeweitet, dass er auf dem Mond einen Durchmesser von rund 30 Metern hätte – bei einem konventionellen Laser wäre es immerhin ein Kilometer."

Das EUV-Licht, dessen Wellenlänge nur einige Dutzend Nanometer beträgt, lässt sich außerdem in sehr kurzen Pulsen erzeugen – viel kürzer als es mit anderen Methoden mögliche wäre. Das ist beispielsweise wichtig, um die schnellen Wechselwirkungen von Molekülen und Teilchen zu untersuchen. Aber auch hochauflösende Hologramme von biologischem Gewebe ließen sich anfertigen, vermuten die Forscher.