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

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Nachdem die Prozesskammer geschlossen wurde, wird der Druck in dem Zylinder erhöht (rote Kennlinie), welcher der Stabilisierung der Kammerdichtigkeit dient. Die Kammer wird also nun mit einem Druck von ca. 250 psi (17,5 bar) geschlossen gehalten. Anschließend kann die Kammer zunächst abgepumpt werden, um die Atmosphäre zwischen den Folien zu evakuieren. Dann folgt die Druckerhöhung in zwei Schritten für den so genannten Pre-Imprint und Main-Imprint. In Abbildung 4.4 wurde der Pre-Imprint-Druck auf 30 psi (2,1 bar) und der Main-Imprint-Druck auf 550 psi (38,5 bar) eingestellt. Ein Pre-Imprint-Schritt gewinnt bei thermischen Druckverfahren mehr an Bedeutung, da sich die Lackflusseigenschaften bei Temperaturerhöhung oft als komplexer, aufgrund der Polymerbeschaffenheit, gestalten [34]. Nachdem sich der Druck in der Prozesskammer vollständig aufgebaut hat, wird dieser eine definierte Zeit lang gehalten, bevor der UV-Lack durch die Belichtung gehärtet wird. Somit kann der Lack zunächst fließen, um alle Kavitäten des Stempels vollständig zu füllen. Nach der Belichtung wird die Kammer über ein Ventil kontrolliert geöffnet, um den Prozessdruck von 550 psi abzubauen. Abschließend wird die Kammer durch Reduktion des Zylinderdrucks vollständig geöffnet. Der Temperaturverlauf während des UV-Imprints ergibt sich lediglich durch Druckänderungen in der Kammer (T ~ p). Während der Belichtungszeit bleibt die Temperatur konstant auf ca. 25°C (Raumtemperatur). Die Druck- und vor allem die Temperaturverläufe während eines thermischen Imprints unterscheiden sich in Details von denen des UV-Imprints, da hier andere, thermisch bedingte Lackflusseigenschaften vorliegen. Da in dieser Arbeit der Fokus auf das UVbasierte Drucken gerichtet wurde, wird auf die detaillierte Darstellung des thermischen Imprints an dieser Stelle verzichtet. 4.1.2 Die Ionenstrahl-Anlage Die verwendete Ionenstrahl-Anlage trägt die Typenbezeichnung Ionfab300plus der Firma Oxford Instruments. Es können bei dieser Anlage diverse Gase (Ar, O 2 , CF 4 , CHF 3 , SF 6 ) für verschiedene Ätzprozesse eingesetzt werden. Der prinzipielle Aufbau der RIBE-Anlage ist in Abbildung 4.5 dargestellt. In der Prozesskammer, die durch Turbopumpen auf ~ 2 · 10 -6 mbar evakuiert wird, befindet sich der Probenhalter, auf dem der zu strukturierende Wafer festgeklemmt wird. Dieser Halter kann sowohl um Winkel von 0° bis 90° relativ zur Ionenquelle verkippt als auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bis zu 20 rpm rotiert werden. Durch die Rotation des Wafers werden homogene Ätzverhältnisse bei Verkippung des Halters erzielt. Außerhalb liegend, aber mit der Prozesskammer verbunden, ist die Plasma-Quelle. Sie besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: 37

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Der Spule, die der Zündung des Plasmas durch Induktion dient, den beiden Gittern, die zur Beschleunigung der Ionen und zur Fokussierung des Ionenstrahls benötigt werden, und dem Neutralisator, der den Ionenstrahl nach dem Austritt aus der Quelle unter Elektronenzufuhr neutralisiert. Die Ätzgase werden in die außerhalb liegende Plasma- Quelle über Durchflussregler (zur Regelung des Gasmassenflusses gemessen in sccm) eingelassen. Der Einlass der Prozessgase verringert den Kammerdruck, wodurch Prozessdrücke von ~ 1 · 10 -3 mbar während des Ätzvorgangs herrschen. Prozesskammer Gitter Neutralisator Wafer Ionen-Strahl Plasma-Quelle Abbildung 4.5: Aufbau der Ionfab300plus [105]. Die Optimierung der Ätzprozesse wird hauptsächlich durch die Regelung folgender Prozessparameter vorgenommen: - Quellen-Leistung (P RF – RF Power) - Ionenstrahlstrom (I B – Beam Current) - Strahlspannung (U B – Beam Voltage) - Beschleunigungsspannung (U A – Acceleration Voltage) Dabei sind während des Ätzprozesses die Parameter P RF und I B über eine Regelschleife miteinander verknüpft. I B beschreibt die Anzahl an Ionen, die aus der Quelle extrahiert werden, also die Menge an Plasma, die benötigt wird. Die Plasmamenge bzw. die Plasmadichte wird über die Quellenleistung dementsprechend eingeregelt. Das Zünden 38