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Dreidimensionale Analysen im Nanomaßstab

Die Forschungslabore und Reinräume sind das Herzstück der CTR für Mikrosystemforschung und deren Systemintegration am Standort in Villach. Für dreidimensionale Analysen im Nanobereich und Nanostrukturierungen steht jetzt ein brandneues Elektronen-/Ionenmikroskop (FIB-SEM Dual Beam Microscope) zur Verfügung.

FIB-SEM ©CTR

Mikroprozessierung  

Im Fertigungsprozess eines Mikrochips oder -sensors kann die Anwesenheit von Staub, Rauch, Bakterien und anderer kleinster Partikel deren Funktionalität kritisch stören. Die Mikroanalyse und -bearbeitung erfolgt daher in Reinräumen, in denen die Luft von Partikelkontamination gefiltert und Temperatur und Feuchtigkeit, aber auch Vibrationen und elektrische Störungen streng und laufend kontrolliert werden. Insgesamt umfasst die Reinraumfläche der CTR 320 m², aufgeteilt auf 2 Reinraumzonen – ideale Bedingungen für das neue High-Tech-Equipment.

Elektronenmikroskopie mit Zweistrahlensystem

Zur präzisen 3D-Analyse wie auch der Mikro-/Nano-Prozessierung feinster Strukturen steht dem CTR-Team seit neuestem ein Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl – kurz FIB-SEM – zur Verfügung. Als Zweistrahlsystem ermöglicht das FIB-SEM sowohl die Analyse als auch die Materialbearbeitung im Nanomaßstab in einem Gerät. Das Rasterelektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope, SEM) ermöglicht die Abbildung der 3D-Topographie von Mikround Nanostrukturen. Die charakteristische Röntgenstrahlung, die durch Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Probe entsteht, kann für die energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) verwendet werden, um die chemischen Elemente in der Probe qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Der Elektronenstrahl kann aber auch für Elektronenstrahllithographie verwendet werden.

Der 2. Strahl, ein fokussierter Ionenstrahl (Focused Ion Beam, FIB), z. B. aus Gallium-Ionen, kann – anders als die praktisch massefreien Elektronen – Atome aus der Probenoberfläche herausschlagen (Ion Beam Milling) und diese damit strukturieren (subtraktive Nanostrukturierung). Ebenso ist es möglich, gezielt Atome (z. B. Platin) auf der Oberfläche abzulagern (additive Nanostrukturierung) und damit z. B. Leiterbahnen herzustellen. Neben einer umfassenden 3D-Charakterisierung ermöglicht dies eine direkte Nanostrukturierung der Proben. Mikroskopie mit fokussierten Ionenstrahlen gilt inzwischen als Routineverfahren in der maskenlosen Mikrostrukturierung und der Oberflächencharakterisierung. Das Besondere beim CTR-Gerät ist, Wafer bis zu einer Größe von 8 Zoll (200 mm) handhaben zu können.

Anwendungen und Forschungen

Die Anwendungsgebiete reichen von der Halbleitertechnologie bis zur Strukturierung für die biomedizinische Forschung. FIB-SEMGeräte ermöglichen präzise Analysen an genau definierten Stellen und feinste Strukturierungen. Die FIB-Funktion ermöglicht auch, nach der Messung die Oberfläche abzutragen und damit – vergleichbar einer archäologischen Ausgrabung – kontrolliert in die Tiefe zu gehen. Dies ist von hoher Bedeutung für umfassende Untersuchungen des Probenquerschnitts, z. B. von Multilayerstrukturen hinsichtlich Topologie und Zusammensetzung, aber auch zur Analyse z. B. von Reaktions- und Korrosionsschichten etc.

Vom Chip zum integrierten System

In der Herstellung von Mikrochips, mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und Mikro- oder Nanosensoren werden viele Prozesse oft mehrfach durchlaufen. Durch das neu angeschaffte FIB-SEM wird die bestehende Forschungsinfrastruktur komplettiert – Profilometer (Bruker Dektak XT) für die 2D- oder 3D-Vermessung von mikroskopischen Strukturen, Weißlichtinterferometer (Polytech MSA 500) für 3D-Topographiemessungen, Mikroskope, Spektralanalysatoren, elektrische und elektronische Prüfaufbauten etc. Dieses umfassende Analyse- und Testequipment sowie die vorhandenen Geräte im Bereich der Dünnschichttechnik, der Lithographie, Strukturierung und Reinigung wie auch die neuen Möglichkeiten im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik und Mikromontage (siehe Seite 3) ermöglichen es dem CTR-Team, die gesamte Mikroprozessentwicklungskette abzudecken. In Kombination mit der bestehenden Expertise und Systemkompetenz der CTR lässt dies eine umfassende Forschung zu – vom Chip bis zum integrierten System.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des EFRE Europäischen Fonds für egionale Entwicklung kofinanziert ERDF (European Regional Development Fund).

Interview

3 Fragen an Dr. Mohssen Moridi, Area Manager, Microsystem Technologies bei CTR

Die CTR verfügt über zwei Forschungsreinräume, worin liegt der Schwerpunkt?
Der hochmoderne Reinraum erweitert die CTRPosition für Design und hochentwickelte Simulation von MEMS-Elementen und Baugruppen hin zur Mikrofertigung und Prozessentwicklung. Unser Schwerpunkt liegt dabei auf photonischen und piezoelektrischen Mikrosystemen. Die 320 m² Reinraumfläche, geteilt in ISO5 und ISO8, nutzen wir für anwendungs- und kundenspezifische Entwicklungen, vom Sensorkonzept über Aufbauund Verbindungstechnologien bis zur umfassenden Systemintegration.

Vor kurzem wurde ein fokussiertes Ionenstrahl- Rasterelektronenmikroskop (FIB-SEM) angeschafft. Was ist das Besondere an diesem Gerät?
Das FIB-SEM-Zweistrahlsystem ermöglicht die gleichzeitige Analyse von Mikrobauteilen und die flexible Herstellung komplexer Nanostrukturen und Muster, z. B. für photonische Mikrosystemelemente. Wir erhalten damit sehr schnell Teststrukturen. Das Besondere am CTR-Gerät ist die Möglichkeit, Wafer bis 8 Zoll zu handhaben, sowie eine hochpräzise Piezo-Positioniereinrichtung.

Welche Forschungen und Anwendungen profitieren von dieser CTR -Mikrofabrikationsinfrastruktur?
Die Reinraumanlagen sind ein wichtiger Teil der umfassenden Forschungsinfrastruktur, die z. B. für Anwendungen in der Automobil- oder Telekommunikationsbranche benötigt wird. Um die Bedürfnisse und Anforderungen unserer Forschungspartner zu erfüllen, bieten wir Service gepaart mit hoher fachlicher Kompetenz. Mit der CTR-Mikrofertigungsinfrastruktur decken wir die gesamte Entwicklungskette von der Grundlagenforschung und Prozessentwicklung bis hin zum Prototyping und den Transfertechnologien für die Massenproduktion ab.

Weitere  Information

Weitere Bilder

Das CTR-Logo im Nanomaßstab, aufgebracht auf eine Metallkugel mit einem Durchmesser von 0,008 mm. ©CTR

Dr. Mohssen Moridi, Area Manager Microsystems Technologies CTR

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