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Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

4 Die

4 Die Herstellungstechnologien Zur Realisierung von Crossbar-Arrays wurde in dieser Arbeit im Wesentlichen eine Kombination zweier Herstellungstechnologien verwendet. Zum einen wurde die Nanoimprint-Lithographie in Jülich etabliert, um einen Standardprozess zur Herstellung von Nanoelektroden entwickeln zu können. Zum anderen wurde der Prozess des Reaktiv-Ionenstrahlätzens (Reactive Ion Beam Etching – RIBE) zur Herstellung von Strukturen im Submikrometerbereich weiterentwickelt. Im Folgenden soll daher auf die Funktionsweise der verwendeten Anlagen und die Entwicklung beider Herstellungstechnologien näher eingegangen werden. 4.1 Anlagen und Funktionsweisen 4.1.1 Die Nanoimprint-Anlage Derzeit sind eine Vielzahl an unterschiedlichen Nanoimprint-Geräten auf dem Markt erhältlich [34]. Häufig sind Parallelplatten-Pressen für Forschungsanwendungen zu finden, welche durch mechanischen Kontakt, Wafer und Stempel aufeinander drücken. Hier werden Compliance-Layer aus weichen, flexiblen Materialien (z.B. silikonartigen Puffern) benötigt, welche Verkippungen oder Unebenheiten der starren Parallelplatten ausgleichen, um homogene Drücke während des Prozesses zu gewährleisten. Neben Geräten mit ganzflächigen Abdrucktechniken, die in der kommerziellen Anwendung einen Durchsatz von bis zu 30 Wafern pro Stunde erzielen können [99], sind Maschinen entwickelt worden, welche mit einem Stepper-Verfahren (vgl. Kapitel 2) arbeiten [100]. Molecular Imprints Inc. benannten das UV-Licht-basierte Verfahren als Step and Flash Imprint Lithography (SFIL). Es wird dabei ein rechteckiger Stempel (26 mm x 32 mm), der deutlich kleiner ist als das zu strukturierende Substrat, in X- und Y-Richtung verfahren, sodass der Wafer in einer seriellen Prozedur partiell bedruckt und belichtet werden kann. Als kommerzielle Anwendung soll das SFIL-Verfahren im Jahr 2011 einen Durchsatz von 80 Wafern pro Stunde erreicht haben und zur Herstellung von Strukturen der 7 nm-Design-Rules eingesetzt werden können [101]. Thermische Verfahren dieser Art verwenden einen heizbaren Stempel, der das partielle Aufheizen der belackten Wafer ermöglicht. Eine weitere Technik, welche hohe Durchsätze verspricht, stellt die Roll-to-Roll Imprint-Lithographie dar [102]. Hier werden Wafer mittels einer Stempelrolle 33

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN großflächig strukturiert. Die in dieser Arbeit verwendete Nanoimprint-Anlage NX-2000 von Nanonex arbeitet mit dem Air-Cushion (Luftkissen) Prinzip [103]. Hier werden durch Druckluft von bis zu 40 bar Wafer und Stempel ganzflächig gegeneinander gepresst. Die Anlage kann sowohl für den thermischen Imprint als auch für den UV-Imprint und einer maximalen Wafergröße von 100 mm eingesetzt werden. Abbildung 4.1: Nanoimprint-Anlage NX2000, Wafer und Stempel werden in einer Schublade zwischen zwei Folien gelegt. Die Schublade wird in die Prozesskammer geschoben Beim Imprint-Prozess werden Wafer und Stempel aufeinander positioniert und auf eine Folie in der Transferschublade gelegt (siehe Abbildung 4.1). Anschließend wird eine zweite Folie von oben auf den Probenstapel gebracht, sodass die Wafer zwischen zwei Folien auf der Schublade in die Prozesskammer geschoben werden. Innerhalb der Anlage wird nun die Prozesskammer geschlossen, in welcher der Druckaufbau für den Imprint-Prozess realisiert wird. Um die verbleibende Luft zwischen Stempel und Wafer zu entfernen, wird die Kammer evakuiert (Abbildung 4.2 a). Durch das Entweichen der Atmosphäre innerhalb der Folien werden Stempel und Wafer aufeinander gezogen und Luft, die sich unter anderem in den Kavitäten des Stempels befindet, entweicht. Sind die Folien evakuiert, kann die Prozesskammer mit Druckluft geflutet werden, um Stempel und Wafer gegeneinander zu pressen (Abbildung 4.2 b). Durch das Aufeinanderpressen füllen sich die Kavitäten des Stempels vollständig mit Lack und die Restatmosphäre innerhalb dieser entweicht vollständig. Der große Vorteil einer Druckluftpresse besteht in der sehr homogenen Druckverteilung während des Imprint-Prozesses. Abbildung 4.3 zeigt einen Vergleich der Ergebnisse, wie sie mit einem einfachen Parallelplattenprozess (a) und einem Druckluftprozess (b) auf einem 100 mm-Wafer erzielt worden sind. Deutlich ist hier die Verbesserung der 34