Auf dem Weg zu immer feineren mikroelektronischen Strukturen muss zwangsläufig die Wellenlänge der eingesetzten UV-Strahlung kürzer werden. Die kommende Generation der Photolithographie arbeitet bei 157 Nanometern, eine Wellenlänge, für die Gläser, und selbst Quarzglas nicht oder nur wenig transparent sind. Das Material der Wahl ist einkristallines, hochreines, defektarmes Calciumfluorid, das in Linsen- oder Prismenform das UV - Licht bis etwa 130 Nanometer bündelt und umlenkt. In solchen optischen Teilen soll das Brechungsverhalten möglichst gleichmäßig sein, um die Qualität der Abbildung der Chip-Struktur mit dem UV-Licht nicht zu verschlechtern. Neben Gläsern haben auch Kristalle hervorragende optische Eigenschaften. Doch jeder, der sich selbst schon einmal an der Herstellung von Kristallen, z.B. aus wässrigen Salzlösungen versucht hat, kann erahnen, was es bedeutet, einen großen Kristall zu erhalten. Deutlich schwieriger wird es noch, wenn der Kristall frei von Verunreinigungen und Defekten wie im Fall des Calciumfluorids sein muss. Dazukommt außerdem, daß die ganze Herstellung bei Temperaturen von etwa 1400°C stattfindet. Um Produktionsanlagen für die Herstellung solcher Kristalle zu entwickeln und um die Züchtungsbedingungen zu optimieren, hat das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen Bereich Bauelementetechnologie IIS-B ein neues Computerprogramm CrysVUn entwickelt, das für und beim Industriepartner Schott Lithotec erfolgreich eingesetzt wird. Schott Lithotec hat seit 1997 drei neue Werke mit etwa 100 neuen Arbeitsplätzen geschaffen und ist inzwischen führender Hersteller von Calciumfluoridkristallen auf dem Weltmarkt.

»Ganz wesentlich ist es, die Temperaturverteilung im Calciumfluorid während des Prozesses zu kennen«, betont Georg Müller vom IIS-B. »Genau wie bei Gläsern muss die Schmelze so langsam abkühlen, dass im Festkörper keine thermischen Spannungen zurückbleiben. Denn wie Schlieren vermindern sie die optische Qualität.«

Um mehr Durchblick in die Zusammenhänge zwischen den Herstellungsbedingungen und den Materialeigenschaften zu bringen, baute das Fraunhofer Institut IIS-B eine spezielle Züchtungsapparatur. Mit ihrer Hilfe untersuchte das IIS-B unter anderem, wie die Temperaturverteilung die Güte des Einkristalls beeinflusst. Heraus kam schließlich ein verbessertes Rechenmodell, das nur noch ein Prozent vom Experiment abweicht. Müller kennt den wesentlichen Grund für die Verbesserung: »Im Standardmodell wurde der Wärmetransport durch infrarote Strahlung im Inneren des Calciumfluorids nicht korrekt beschrieben. Das verbesserte Modell liefert jetzt viel genauere Aussagen auch bezüglich Form der Phasengrenze zwischen Schmelze und Festkörper, die sehr einflussreich ist.« Ein zylindrischer, vollständig transparenter und farbloser Kristall mit 15 Zentimetern Länge und Durchmesser ist der Lohn der Mühe.

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