(Phys.org) — Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben een nieuwe, goedkope methode om met licht delicate eigenschappen op halfgeleiderwafels te kerven - en kijken wat er gebeurt.

"Je kunt licht gebruiken om de topografie in beeld te brengen en je kunt licht gebruiken om de topografie in beeld te brengen, "Zei professor elektrotechniek en computertechniek Gabriel Popescu. "Het zou de toekomst van het etsen van halfgeleiders kunnen veranderen."

Chipmakers en halfgeleideronderzoekers moeten de afmetingen van hun apparaten zeer nauwkeurig controleren. De afmetingen van de componenten zijn van invloed op de prestaties, snelheid, foutenpercentage en tijd tot falen.

Halfgeleiders worden gewoonlijk gevormd door etsen met chemicaliën. Ets fouten, zoals restlagen, kan de mogelijkheid om verder te verwerken en te etsen beïnvloeden en de prestaties van het apparaat belemmeren. Dus, onderzoekers gebruiken tijdrovende en kostbare processen om nauwkeurig etsen te garanderen – voor sommige toepassingen, tot op enkele nanometers.

De nieuwe techniek van de Illinois-onderzoekers kan het oppervlak van een halfgeleider volgen terwijl het wordt geëtst, live, met nanometer resolutie. Het maakt gebruik van een speciaal type microscoop die twee lichtstralen gebruikt om de topografie zeer nauwkeurig te meten.

"Het idee is dat de hoogte van de structuur kan worden bepaald als het licht weerkaatst op de verschillende oppervlakken, " zei professor elektrotechniek en computertechniek Lynford Goddard, die samen met Popescu de groep leidde. "Kijkend naar de verandering in hoogte, je berekent de etssnelheid. Dit stelt ons in staat om het te bewaken terwijl het aan het etsen is. Het stelt ons in staat om de etssnelheid te bepalen, zowel in de tijd als in de ruimte, omdat we de snelheid kunnen bepalen op elke locatie binnen de halfgeleiderwafer die zich in ons gezichtsveld bevindt."

De nieuwe methode is sneller, lager in kosten, en minder luidruchtig dan de veelgebruikte methoden van atoomkrachtmicroscopie of scanning tunneling microscopie, die het lopende etsen niet kan volgen, maar alleen voor en na metingen kan vergelijken. In aanvulling, de nieuwe methode is puur optisch, er is dus geen contact met het halfgeleideroppervlak en de onderzoekers kunnen de hele wafer in één keer volgen in plaats van punt voor punt.

"Ik zou zeggen dat het belangrijkste voordeel van onze optische techniek is dat er geen contact voor nodig is, "Zei Popescu. "We sturen alleen licht, weerkaatst op het monster, in tegenstelling tot een AFM waar je met een sonde dicht bij het monster moet komen."

Naast het bewaken van het etsproces, het licht katalyseert het etsproces zelf, fotochemisch etsen genoemd. Traditioneel chemisch etsen creëert kenmerken in stappen of plateaus. Voor gebogen oppervlakken of andere vormen, halfgeleideronderzoekers gebruiken fotochemisch etsen. Gebruikelijk, licht schijnt door zeer dure glasplaten die maskers worden genoemd en die verschillende grijze patronen hebben om licht geleidelijk door te laten. Een onderzoeker moet voor elke aanpassing van een patroon een masker kopen of maken totdat het juiste patroon van kenmerken is bereikt.

Daarentegen, de nieuwe methode gebruikt een projector om een ​​grijswaardenafbeelding op het geëtste monster te schijnen. Hierdoor kunnen de onderzoekers snel en eenvoudig complexe patronen maken, en pas ze zo nodig aan.

"Elk masker maken is erg duur. Dat is onpraktisch voor onderzoek, Goddard zei. "Omdat onze techniek wordt bestuurd door de computer, het kan dynamisch zijn. Dus je kunt beginnen met het etsen van een bepaalde vorm, besef halverwege dat je iets wilt veranderen, en verander vervolgens het projectorpatroon om het gewenste resultaat te krijgen."

De onderzoekers stellen zich voor dat deze technologie verder wordt toegepast dan etsen, tot realtime monitoring van andere processen in materiaalkunde en life science – bijvoorbeeld kijken naar koolstofnanobuisjes die zichzelf assembleren, of foutbewaking tijdens grootschalige fabricage van computerchips. Het kan chipfabrikanten helpen de kosten en verwerkingstijd te verlagen door ervoor te zorgen dat de apparatuur gekalibreerd blijft.