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

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Es konnten bis auf die 64 bit – Elektroden alle Leiterbahnen von beiden Seiten kontaktiert werden (Abbildung 4.12). Beim 64 bit – Design trafen die Nanostrukturen wie gegenüberliegende, versetzte Fingerpaare im Zentrum zusammen. Werden die Elektroden zentrisch um 90° gedreht und auf eine bereits vorhandene, vertikale Struktur positioniert, so entstehen in dem Zentrum orthogonal gekreuzte Linien; das Crossbar-Array (vgl. Kapitel 3.2). Die Anzahl der Kreuzungspunkte ist dann die Anzahl der realisierten Bits (z.B. 64 bit Bottom-Elektrode x 64 bit Top-Elektrode = 4096 bit Array). Neben den Array-Strukturen wurden Word-Strukturen, bei denen lediglich eine Elektrode mehrere kreuzt, und Einzel-Kreuz-Strukturen, z.B. für die Materialuntersuchung, entworfen. Die Herausforderung bei der Nanoimprint-Lithographie lag in der gleichzeitigen Abformung großer (100 μm) und kleiner (30 nm) Strukturen (siehe Kapitel 4.1.4). Abbildung 4.11: 100 mm SiO 2 -Wafer für die Stempelherstellung. Abbildung 4.12: CAD-Layout der Elektrodenstrukturen für Crossbar-Array-Architektruren. 4.2.2 Nanoimprint-Lacke Für thermische Imprint Prozesse werden Polymere wie z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat - C 5 H 8 O 2 ) oder PS (Polystyrol – C 8 H 8 ) verwendet. Werden diese Polymere über deren Glasübergangstemperatur T g aufgeheizt, so können sich die Molekülketten bewegen und das Polymer wird fließfähig. Die Polymere werden somit deformiert. Das Molekulargewicht M w der verwendeten Materialien spielt neben T g eine wichtige Rolle [110]. Das kritische Molekulargewicht M c kann dabei als das Gewicht 45

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN interpretiert werden, bei dem sich ein temporär verknüpftes Netzwerk über einen makroskopischen Bereich erstreckt. Es gilt als Orientierungsgrenze für die Verwendung von Polymeren thermischer Imprint-Prozesse. In der Praxis zählen Polymere niedriger Molekulargewichte (M w < M c ) zu denen, welche bei niedrigen Temperaturen und Drücken in kurzen Zeiten strukturiert werden können. Jedoch ist bei niedrigen M w zu beachten, dass die Reduzierung großflächig verknüpfter Netwerke eine Erhöhung der Spröde impliziert, welches, z.B. bei der Separation von Stempel und Wafer nach dem Imprint, zur Zerstörung der Polymere führen kann. Somit ist die adäquate Wahl sowohl von T g als auch von M w die Voraussetzung für einen erfolgreichen, thermischen Imprint-Prozess. Lacke, welche beim UV-Imprint eingesetzt werden, bestehen meist aus mehreren Substanzen. Ein Photoinitiator und ein funktionales Monomer sorgen dafür, dass der Lack unter UV-Licht vernetzt und somit härtet. Ein Monomer mit einem großen Anteil an Silizium ist beigemischt, sodass der Lack in anschließenden Ätzprozessen (z.B. Sauerstoffplasma-Prozessen) als Hartmaske verwendet werden kann. Ferner enthalten UV-Lacke kurzkettige Monomere niedrigen Molekulargewichts, welche die Viskosität des Lacks deutlich verringern. Dieser liegt dementsprechend nach der Herstellung bereits in fließfähiger Form vor. Die genauen Inhaltsstoffe der UV-Lacke, die von kommerziellen Firmen angeboten werden (Molekular Imprints Inc., Microresist Technology GmbH, Nanonex, Obducat etc.), sind jedoch in den meisten Fällen unbekannt. Lediglich Verarbeitungsweisen sind in Datenblättern der Hersteller angegeben, wodurch Vergleiche unterschiedlicher Lacke meist auf empirischer Basis beruhen [34]. Das Aufbringen der Polymere und Lacke auf den zu bedruckenden Wafer kann auf verschiedene Weisen geschehen. Zum einen werden die Substanzen, welche sich zunächst in Lösung befinden, auf einer Lackschleuder unter definierten Drehzahlen und Beschleunigungsraten aufgebracht. Die Endgeschwindigkeit der Schleuder und der prozentuale Anteil an Lösungsmitteln der Flüssigkeit legt dabei die Enddicke der Lackbzw. Polymerschichten fest. Polymere für thermische Prozesse werden nach dem Aufschleudern ausgeheizt, damit die Lösungsmittel verdampfen und sich eine gehärtete Schicht bildet. Eine weitere Möglichkeit der Beschichtung bietet das Dispenser- Verfahren, welches sich jedoch nur für UV-Lacke eignet. Hierbei wird der UV-Lack über feine Düsen auf den Wafer tropfenweise aufgebracht. Der große Vorteil liegt bei diesem Verfahren in der Möglichkeit, unterschiedliche Lackmengen an verschiedenen Stellen auf dem Wafer abzuscheiden und somit die Endlackdicke lokal variieren zu können. Dies findet unter anderem in der Step and Flash Imprint Lithographie Anwendung, um unterschiedlichen Kavitäten in dem Stempel auch unterschiedliche Lackvolumina anbieten zu können. Dies trägt bedeutend zur Realisierung homogener 46