ENGINEERINGNET.BE - Met de nieuwste machines van ASML zijn computerchips te maken met details die niet groter zijn dan een paar nanometers.
De elektrische circuits op zo’n chip worden gemaakt door middel van lithografie: hierbij wordt een patroon geëtst op een schijf van silicium met behulp van ultraviolet licht. Omdat voor een chip meerdere van die patronen over elkaar gelegd worden, luistert de positionering van de siliciumschijf, ofwel wafer, erg nauw.
“Die wafers zijn best stijf, maar doordat ze met grote snelheid worden bewogen, vervormen ze door de g-krachten toch een beetje," aldus promovendus Stefanos Andreou. "Als we die vervorming kunnen meten, kan ASML dit compenseren om zo nog kleinere chips te maken.”
De gedachte achter de nieuwe supernauwkeurige sensor is dat afwijkingen in de frequentie van laserlicht bijzonder nauwkeurig te meten zijn: een principe dat wordt toegepast in zogeheten Fibre Bragg Gratings. Dit zijn een soort glasvezels die zodanig zijn bewerkt dat ze ondoorzichtig zijn voor een heel specifieke kleur licht. Deze zogeheten resonantiefrequentie is afhankelijk van de mate waarin de vezel wordt uitgerekt.
Daardoor kan zo’n Fibre Bragg Grating (FBG), aangebracht op de bewegende onderdelen in de chipmachine, gebruikt worden als maat voor de vervorming van de wafer.
Andreou testte een meetsysteem op basis van zo’n FBG-sensor in het lab. “In de praktijk zou ASML tientallen van zulke sensors nodig hebben, maar dat is geen probleem: ze zijn goedkoop te produceren en wegen bijna niets.”
Hij benadrukt dat de behaalde nauwkeurigheid van vijf nanometer per meter betekent dat in de sensor zelf - die een paar centimeter lang is - een vervorming van enkele tientallen picometers is te meten.
Hiervoor zijn geavanceerde stabilisatietechnieken nodig om ervoor te zorgen dat het gebruikte laserlicht exact de juiste frequentie heeft.
Om temperatuurschommelingen te compenseren, splitste Andreou het laserlicht dat voor de meting wordt gebruikt in twee componenten: “Voor elk van die componenten, of polarisatietoestanden, heeft de fiber een verschillende temperatuurafhankelijkheid van de resonantiefrequentie.”
Dat maakt het mogelijk om het effect van de temperatuur weg te strepen en heel nauwkeurig de vervorming te bepalen. Zelfs zo’n tien keer nauwkeuriger dan voorheen mogelijk was.
