Lasers houden halfgeleiders in leven

Hirleman is leider van een team dat onderzoek doet naar het volkomen stofvrij maken van ruimten waarin chips worden gemaakt. Daarvoor maakt het gebruik van laserstralen, die in staat zijn de kleinste stofdeeltjes te detecteren. “De producenten van chips kunnen door het vroegtijdig detecteren van vervuiling hun productieproces stroomlijnen. Op jaarbasis kan dit miljoenen dollars besparen”, aldus Hirleman. Geëlimineerd Bij het maken van chips wordt er altijd al naar gestreefd om de ruimte waarin het gebeurt, zo vrij mogelijk te maken van stof. Het is dan ook een zeldzaamheid als er stofdeeltjes in de lucht gaan zweven. Hirleman: “Maar als het gebeurt, dan is er iets bijzonders aan de hand. De productie zal stilgelegd moeten worden en de bron van de vervuiling moet worden opgespoord. Pas als je die bron hebt geëlimineerd, kun je weer verder gaan.” Reinheid Het werk van Hirleman en zijn ploeg onderzoekers beslaat een geheel nieuw terrein. De huidige definities van ‘clean rooms’ gaan uit van stofdeeltjes met een doorsnede van 0,5 micron. De ‘reinheid’ van een ruimte wordt uitgedrukt als een klassegetal, waarbij geldt dat hoe kleiner het cijfer is, des te schoner de ruimte. Een clean room klasse duizend bevat bijvoorbeeld maximaal duizend van die stofdeeltjes in een kubieke voet lucht. De classificatie van clean rooms is van oudsher een Amerikaanse aangelegenheid, vandaar dat bij de metingen angelsaksische maten worden gebruikt. Hirleman: “Dan gaat het om, wat wij noemen, forse stofdeeltjes. Bij IC’s met een traditionele spoorbreedte is die grens nog wel voldoende, maar bij fijnere chips moet je verder omlaag.” De methoden die op Purdue worden uitgevonden zorgen ervoor, dat de wafers waarop de chips worden vervaardigd, zo schoon mogelijk zijn. Verontreinigingen worden opgespoord door de siliciumschijven te bestralen met laserbundels. “Omdat we zulke kleine deeltjes willen opsporen, dient de golflengte van het gebruikte laserlicht ook erg klein te zijn. We experimenteren momenteel met lasers die stralen in het ultraviolette deel van het spectrum”, aldus Hirleman. Door de laserstralen een regelmatig patroon in de ruimte te laten schrijven, kan snel een complete scan van een stukje ruimte worden gemaakt. Uit die scan is af te lezen waar de vervuiling zich bevindt en vaak ook waar deze vandaan komt. “De technologie die binnen onze muren wordt ontwikkeld zal in 2006 absoluut noodzakelijk zijn voor een productie met zo min mogelijk uitval.” Losraken Van diverse zijden is al geopperd, dat het meten van de verontreinigingen niet meer nodig zou zijn, wanneer de wafers in één keer helemaal schoongemaakt zouden worden. Hirleman: “Ja, een leuke redenering, ware het niet dat hij niet opgaat. Er blijven namelijk altijd deeltjes losraken van zowel de wafers zelf als hun directe omgeving. Bij dat laatste denk ik aan productiemachines, gereedschappen en zeker niet te vergeten de mens. We hebben een aantal computerberekeningen gedaan om te kijken of er aan de gereedschappen nog iets verbeterd kon worden. Dat leverde maar een marginaal resultaat op. Ook is een ‘laser-stomerij’ de revue gepasseerd, een systeem waarmee je de wafers geheel kunt schoonbranden. Dit opent meer perspectieven, vooral omdat bij deze manier van reinigen geen restjes achterblijven, wat wel het geval is als je met vloeistoffen gaat werken.” Bacteriën Vreemd genoeg is de basis voor de nieuwe techniek gelegd in de foodsector. Samen met een promovendus bedacht Hirleman namelijk een manier om via de breking van lichtbundels de aanwezigheid van schadelijke bacteriën op voedsel vast te stellen. Hirleman: “Daarvoor hebben we vorig jaar een zogeheten scatterometer gebouwd, een instrument dat de verstrooiing van licht op een oppervlak kan meten. Uit de mate van verstrooiing kun je afleiden of zich op dat oppervlak oneffenheden bevinden. Toen ging het om bacteriën, maar met een aantal aanpassingen blijkt de techniek nu ook geschikt te zijn voor het opsporen van nanostofdeeltjes.”