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News: Leuchtende Fehler

Wie die gelb blinkende Lampe an einer Straßenbaustelle könnten leuchtende molekulare Marker Herstellern von Computer-Chips helfen, fehlerhafte Stellen auf superflachen Vorlagen zu vermeiden. Dadurch würde der Herstellungsprozeß erheblich beschleunigt.
Mary J. Wirth, Professorin für Chemie und Biochemie an der University of Delaware, hat ihre Forschungsergebnisse am 1. April 1998 auf der Tagung der American Chemical Society vorgestellt.

"Wir verwendeten ein fluoreszierendes Molekül, um Mängel auf der Oberfläche von Materialien zu finden, die als Schablonen für integrierte Schaltkreise verwendet werden", erklärte sie. "Unser Ziel ist die optische Vermessung von Oberflächenplanarität im molekularen Maßstab – und zwar so schnell wir können."

Die Arbeit ist zwar noch nicht abgeschlossen, scheint aber vielversprechend. Sie könnte eine Ausgangsbasis für neue optische Poliertechniken sein, so daß es Chip-Herstellern möglich wird, Mängel auf Photomasken in Echtzeit zu korrigieren, sagt Wirths Mitarbeiter Daniel W. van der Weide, Direktor des neuen Center for Nanomachined Surfaces an der Universität. "Ein winziger Kratzer auf der Oberfläche einer Photomaske wirkt wie ein Schmutzfleck auf einem Kopierer", sagte er. "Man erhält nie eine saubere Kopie."

Je komplexer Computer-Chips oder integrierte Schaltkreise mit immer kleineren Komponenten werden, desto größere Probleme können selbst Fehler im molekularen Maßstab darstellen. Photomasken sind Strukturen aus Chrom auf synthetischem Quarz, die bestimmte Teile der Mikroplättchen aus Silizium schützen, wenn diese mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Die Masken müssen im letzten Feinschliff eine Oberfläche erhalten, die selbst auf atomarer Ebene völlig glatt ist. Ein Kratzer von nur einem Mikrometer Dicke könnte die Qualität der Photomaske erheblich beeinträchtigen, sagte Wirth.

Die traditionelle Methode zur Entdeckung von Fehlern auf Photomasken ist das Abtasten der Oberfläche mit Hilfe eines atomaren Kraftmikroskops, welches die Topographie der Oberfläche vermißt. Die Technik ist allerdings extrem zeitaufwendig. Wirths leuchtende Markermoleküle untersuchen schnell viel größere Oberflächen.

Wirth erläuterte das Prinzip ihrer Methode: "Um Messungen im Größenbereich eines Moleküls vorzunehmen, sollte man auch ein Molekül benutzen." Zuerst wird Siliziumoxid mit Salpetersäure und Wasser gewaschen, um sämtliche Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen. Dann wird eine kleine Menge fluoreszierenden Farbstoffs mit einer hohen Affinität für Silanole – Siliziumverbindungen mit Hydroxylgruppen, die in Kratzern auf Siliziumoxiden zu finden sind – auf die Probe aufgetragen. "Einzelne fluoreszierende Moleküle eines Indocarbocyanin-Farbstoffes binden aufgrund der elektrostatischen Anziehung fest an Punkten entlang dieser oberflächlichen Kratzer", sagt Wirths Mitarbeiter, der Doktorand Derrick J. Swinton.

Auf diese Weise werden Kratzer von atomarem Ausmaß in hell fluoreszierende Linien umgewandelt, die mit einem hochwertigen optischen Mikroskop sichtbar werden. Wirth und Swinton befestigten eine speziell entwickelte Kamera am Mikroskop, um Bilder der Farbstoff-Fluoreszenz in Echtzeit aufzunehmen. Im Vergleich zur Abtastung der Oberflächen mittels einer Minitaturspitze kann man mit Wirths Methode "rasch kleine Kratzer, die über große Bereiche verteilt sind, finden", sagt van der Weide. "Das Farbstoff-Molekül wirkt als Verstärker der Mängel, so daß diese ziemlich leicht mit konventionellen Mikroskopen nachgewiesen werden können."

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