Wie Säure auf einzelne Atome wirkt

Neue Beobachtungsmethode verfolgt industrielles Ätzen und Beschichten auf Molekül-Ebene in Echtzeit

Röntgenblick auf Ätzprozess
Röntgenblick auf Ätzprozess

Kiel - Wenn haarfeine Kontakte in Metallschichten geätzt oder hauchfeine Beschichtungen aufgetragen werden, vor allem im hohen Tempo industrieller Produktion, ließ sich bisher der Erfolg immer erst im Nachhinein feststellen. Doch ein neues Verfahren Kieler Physiker macht jetzt das Beobachten der Molekülschichten schon während des Bearbeitens möglich. In Echtzeit verfolgten sie mithilfe intensiver Röntgenstrahlung, wie verdünnte Salzsäure die Atome einer Goldoberfläche angriff. Damit gelang den Forschern der Sprung auf die Titelseite des "Journal of the American Chemical Society", die die Technik als großen Durchbruch in der Materialbeobachtung wertet. Haarfeines chemisches Ätzen und Beschichten kommt unter anderem bei der Produktion verschiedenster moderner Elektronik zum Einsatz, von Computern und Flachbildschirmen bis zu empfindlichen Sensoren.

"Bisher gelangen solche Untersuchungen nur bei sehr langsamen Veränderungen des Materials", erklärt Olaf Magnussen, Physikprofessor an der Kieler Christian-Albrechts-Universität (CAU). Gemeinsam mit Wissenschaftlern der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) im französischen Grenoble richtete sein Team die intensive Röntgenstrahlung der ID32 Experimentierstation in Grenoble auf die Goldoberfläche, während diese sich in verdünnter Salzsäure auflöste. Die Reflexion des Röntgenlichts an der Oberfläche reagiert empfindlich auf kleinste Veränderungen der Atom-Anordnung, so dass eine Analyse dieses Lichts in Echtzeit den Abtrag - oder beim Beschichten den Auftrag neuen Materials - während des Vorgangs exakt wiedergeben kann.

Erstes Ergebnis des Experiments, das mit hundertmal schnellerer Messgeschwindigkeit mit dem Tempo bei Industrieproduktionen mithalten kann: Selbst derart schnelles Ätzen verläuft offenbar sehr gleichmäßig. "Der Werkstoff löst sich quasi Atomschicht für Atomschicht auf, ohne dass tiefere Löcher entstehen", so Magnussen. Ähnlich verläuft dies bei Beschichtungen, wie das Team in weiteren Experimenten beobachtete.

Die neue Methode dürfte das Herstellen hochfeiner elektronischer Bauelemente deutlich präziser steuern und optimieren lassen. Innerhalb weniger tausendstel Sekunden können die Hersteller nun direkt auf atomarer Ebene im realistischen Produktionsumfeld die gewünschten Veränderungen beim Ätzen oder Beschichten kontrollieren.