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JAHRESFEIER

hat) mit einem kurzen, kräftigen Laserpuls. Durch die Einstrahlung des Lichts — so
die Idee — dehnt sich das Material schlagartig aus, und das Partikel wird dadurch von
der Oberfläche weggeschleudert.
Um dieses Konzept, das als “Laser Cleaning” in der Literatur Eingang gefun-
den hat, zu überprüfen, haben wir systematische Untersuchungen mit kommerziel-
len Silizium-Wafern durchgeführt, dem Ausgangsmaterial für die Mikroelektronik.
Als Testpartikel, mit denen die Waferoberfläche gezielt „verunreinigt“ wurde, dienten
wiederum Kolloidkügelchen, die nun aber nicht als zusammenhängende Lage,
sondern vereinzelt aufgebracht wurden. Inwieweit durch die Bestrahlung mit dem
Laser die Teilchen tatsächlich entfernt werden, wurde während des Experiments mit-
tels Lichtstreuung und danach mit größerer Genauigkeit unter dem Rasterelektro-
nenmikroskop überprüft. Die Experimente ergaben, dass die Laserbestrahlung in der
Tat sehr effizient ist und Teilchen im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert
Nanometern zuverlässig entfernen lässt. Eine genauere Betrachtung der Silizium-
oberfläche nach dem Reinigungsprozess zeigte jedoch, dass an den Positionen, wo
sich vorher die Testpartikel befanden, nun kraterförmige Vertiefungen im Silizium
entstanden waren, allerdings mit einem Durchmesser und einerTiefe, die nur einen
Bruchteil des Partikeldurchmessers ausmachten. Hieraus lässt sich schließen, dass der
tatsächlich wirksame Mechanismus beim Laser Cleaning nicht wie ursprünglich in
dem einfachen Modell angenommen die thermische Ausdehnung der intakten Sili-
ziumoberfläche ist, sondern dass komplexere Prozesse stattfinden, wie z. B. ein loka-
les Verdampfen des Siliziums unter dem Testpartikel, eventuell sogar verbunden mit
der Ausbildung eines Plasmas auf Nanometerskala. Durch den Materialabtrag wird
einerseits das Teilchen weggeschleudert, andererseits entsteht der beobachtete Krater.
Die Ursache für das lokaleVerdampfen des Substrats ist die Bündelung des Laserlichts
unter dem Teilchen aufgrund seiner optischen Eigenschaften, das sog. optische Nah-
feld des Partikels.
Für die praktische Anwendung des Laser Cleaning in der vorgeschlagenen
Form ist dies eine ernüchternde Erkenntnis. Ein Reinigungsverfahren, bei dem die
Siliziumoberfläche in Mitleidenschaft gezogen wird, ist für den industriellen Prozess
der Chipherstellung natürlich inakzeptabel. (Ich werde gleich noch einen Weg aus
dieser scheinbaren Sackgasse beschreiben.) Es ergeben sich aber aus diesen Experi-
menten für Grundlagenuntersuchungen an Nanostrukturen — völlig unerwartet, wie
oft in der Wissenschaft — neuartige Möglichkeiten: zum einen eine sehr direkte und
leistungsfähige Methode, um optische Nahfelder von Nanopartikeln in ihrer räum-
lichen Verteilung zu charakterisieren. Man bestrahle hierzu die Teilchen, die auf einer
glatten Oberfläche deponiert sind, mit einem kurzen Laserpuls und vermesse danach
mit dem Rasterelektronen- oder dem Rasterkraftmikroskop die detaillierte Krater-
form in der Unterlage — sie spiegelt unmittelbar die Intensitätsverteilung unter dem
Teilchen wider. Zum andern kann man aus der Not eine Tugend zu machen für
Anwendungen, bei denen nanoskopische Löcher auf einer Oberfläche nicht abträg-
lich, sondern erwünscht sind. Mit Hilfe geeigneter Nanoteilchen, passend auf einem
Substrat verteilt, lassen sich mit einem einzigen Laserpuls eine Vielzahl gleichartiger,
nanoskopischer Löcher durch lokale Ablation in das Substrat „bohren“. Verwendet