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

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN 4.2 Die Herstellungsprozesse 4.2.1 Herstellung von UV-Imprint-Stempeln Zur Herstellung von Nanoimprint-Stempeln wurden die Elektronenstrahl-Lithographie sowie ein Trockenätzverfahren verwendet [106]. Die Elektronenstrahl-Lithographie wurde eingesetzt, um Strukturen auf dem Stempel-Wafer zu definieren. Das reaktive Ionenstrahl-Ätzen wurde anschließend benötigt, um die definierten Strukturen in den Stempel-Wafer zu übertragen. Abbildung 4.7 zeigt den Prozessablauf zur Herstellung der UV-Imprint-Stempel auf transparenten Glas-Wafern. e - a) Lack Metall Substrat b) c) d) e) f) Abbildung 4.7: Herstellungsprozess der UV-Nanoimprint-Stempel. Der Glaswafer wird zunächst mit einer dünnen Metallschicht (10 - 20 nm Cr oder Ti) bedampft, sodass zum einen Elektronen während der E-Beam-Lithographie über das Metall abgeführt werden können und sich somit das Glassubstrat nicht auflädt. Zum anderen dient das Metall als Hartmaske für den späteren Trockenätzprozess. Der metallisierte Glaswafer wird dann für die Elektronenstrahllithographie mit einem elektronenempfindlichen Polymer (PMMA – Allresist GmbH AR-P 641.04) beschichtet (Abbildung 4.7 a). Durch Aufschleudern mit einer Rate von 4000 rpm erreicht das Polymer eine Dicke von ca. 160 nm [107]. Während der E-Beam-Lithographie werden Crossbar-Strukturen in das Polymer 41

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN geschrieben (Abbildung 4.7 b). In einer Versuchsreihe wurde die angepasste Dosis der Elektronenstrahlbelichtung von 500 μC/cm 2 ermittelt. Dabei wurde unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien (Polymer, Substrat, Metallbeschichtung) und deren Dicke eine Reihe an Dosen getestet. Die Polymerketten werden durch den Elektronenstrahl aufgebrochen, wodurch die belichteten Bereiche in einem nachfolgenden Entwicklungsschritt herausgelöst werden können (Abbildung 4.7 c). Die freientwickelten Strukturen werden anschließend erst in die Metallschicht (Abbildung 4.7 d) und dann in das Glassubstrat (Abbildung 4.7 e) mit Hilfe des Trockenätzprozesses übertragen. Eine Tiefe der Strukturen von 100 nm war erfahrungsgemäß (Quelle Nanonex) ausreichend für den Imprint-Prozess. In einem abschließenden Schritt wird das Restmetall nasschemisch (z.B. in Cr-Ätzlösungen, (HClO 4 ) + (NH 4 ) 2 [Ce(NO 3 ) 6 ], Quelle: MicroChemicals) von dem Wafer entfernt (Abbildung 4.7 f). Um den strukturierten Glaswafer für die Nanoimprint-Lithographie zu nutzen, muss dieser mit einer Antihaftbeschichtung bedampft werden. Nur so können Wafer und Stempel nach dem Imprint wieder voneinander gelöst werden. Aus einer Auswahl an möglichen Materialien wurde anhand experimenteller Erfahrungen ein Trichlorsilan (1H, 1H, 2H, 2H – Perfluorodecyltrichlosilan) für die Herstellung von Antihaftbeschichtungen gewählt (siehe Abbildung 4.8) [34, 108]. Abbildung 4.8: Chemischer Aufbau des Perfluorsilans [108]. Bevor der Glasstempel dem Silangas ausgesetzt werden kann, muss die Oberfläche in Sauerstoffplasma gereinigt und mittels Wasserdampf aktiviert werden (Abbildung 4.9 a). Anschließend wird in einer geschlossenen Prozesskammer der Stempel in Silandampf beschichtet. Die Silanmoleküle verlinken dabei auf dem Substrat über kovalente Bindungen mit den OH-Gruppen der Oberfläche (Abbildung 4.9 b). Es bildet sich lediglich eine Monolage von wenigen Nanometern Dicke, da weitere Silanmoleküle nicht auf der bereits vorhandenen Silanschicht andocken können. Der Prozess ist selbstregulierend bzw. selbststoppend. In einem abschließenden Ausheizschritt polymerisiert das Silan, überflüssige Moleküle verdampfen und eine hydrophobe Oberfläche ist gebildet (Abbildung 4.9 c). Messungen mit Wassertropfen 42