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

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Residual-Layer bei (siehe Kapitel 4.2.3). Generell können die Lack- und Polymerdicken für diverse Imprint-Anforderungen zwischen einigen zehn bis zu einigen hundert Nanometern variiert werden. In dieser Arbeit wurden sowohl thermische als auch UV-Lacke untersucht. Es stellte sich allerdings heraus, dass unter Verwendung transparenter SiO 2 -Stempel, welche für die Stempelausrichtung in Mehrlagenprozessen von Nöten waren, ein thermischer Imprint nur bedingt geeignet war. Durch die unterschiedlichen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten α der Siliziumsubstrate (α = 2 · 10 -6 /K @ 20°C) und der Glasstempel (α = 0,5 · 10 -6 /K @ 20°C) können Verschiebungen der Lackstrukturen auftreten [110]. Abbildung 4.13 zeigt einen beispielhaften Versatz der abzubildenden Struktur, wie er während eines thermischen Imprints erschienen ist. Abbildung 4.13: Lackbadruck: Versatz der abzubildenden Struktur bei einem thermischen Imprint- Prozess. Der Abdruck einer quadratischen Struktur, welche mehrere zehn Mikrometer in Breite und Höhe beträgt, wurde hier während des thermischen Imprints in horizontaler Richtung verschoben. Der Versatz, welcher sich im Mikrometerbereich befindet, bietet keine hinreichend präzise Basis für die Realisierung einer mehrlagigen Struktur und ist somit zur Herstellung von Crossbar-Strukturen ungeeignet. Derartige Versätze ergaben sich bei der Verwendung unterschiedlicher Polymere (mr-7000 und mr-8000 Microresist Technology GmbH; NX-1000 Nanonex). Dadurch gestaltete sich der thermische Imprint unter der Verwendung von Glasstempeln und Silizium-Substraten als nicht reproduzierbar und somit als unattraktiv für den weiteren Einsatz. Ferner wurden UV-Lacke verschiedener Hersteller untersucht. Es stellte sich heraus, dass die Haftung von UV-Lacken auf Platin-Oberflächen, die zur Realisierung von Crossbar-Elektroden benötigt wurden, ohne einen Haftvermittler nicht zu garantieren 47

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN war. Einige Lacke zeigten jedoch auch unter der Verwendung von Haftvermittlern ungenügende Haftungseigenschaften auf 100 mm Wafern, welche mit Platin beschichtet waren (mr-UVCur06 und mr-UVCur21 Microresist Technology GmbH). Außerdem wurden teils unzureichende Übertragungseigenschaften während des Residual-Ätzens mittels RIBE festgestellt (AMONIL Amo GmbH). Ein zufrieden stellendes Haftungs- und Ätzverhalten auf 100 mm Pt-beschichteten Wafern bot der UV-Lack der Firma Nanonex NX-2010. Dieser kann als Zweilagensystem (Bilayer-Resist-Coating) oder in Kombination mit einem Haftungsvermittler (Ti-Prime der Firma MicroChemicals GmbH) aufgeschleudert werden. Für das Zweilagensystem wird zunächst ein 200 nm Underlayer-Lack aufgetragen, der als Transferschicht für nachfolgende Prozesse dient. Der Underlayer- Lack ist ein PMMA, welcher zum einen als Ätzmaske verwendet werden kann, da neben dessen relativ hoher Schichtdicke die Chemiebeständigkeit in Trockenätzverfahren (vor allem gegen Fluorchemie in der Siliziumstrukturierung) als Vorteil gilt. Zum anderen kann der Underlayer-Lack in organischen Lösungsmitteln gelöst werden, so dass Lift-Off-Prozesse mit Hilfe des PMMAs möglich sind. Bei der Verwendung des Haftvermittlers Ti-Prime wird keine zusätzliche Transferschicht aufgetragen. Hier dient lediglich der UV-Lack z.B. als Ätzmaske in den nachfolgenden Prozessschritten, welches die Ätztiefen jedoch aufgrund der geringeren Lackdicke und der geringeren Selektivität (vor allem in Fluorprozessen) limitiert. Im Verlauf der Versuchsreihe stellte sich dieser Prozess durchaus als gute Alternative für die Herstellung von Nanoelektroden der Crossbar-Arrays heraus und wurde damit als Standard eingeführt (siehe Kapitel 4.2.5). Das Beschichten der Wafer für den UV-Imprint bestand zunächst darin, den Ti-Prime aufzuschleudern und auszuheizen, um eine Haftschicht von wenigen Nanometern Dicke entstehen zu lassen. Anschließend wurde der UV-Lack NX-2010 aufgeschleudert. Dieser wird nicht ausgeheizt, da dessen Fließfähigkeit während des Imprint-Prozesses erhalten beleiben muss. Die Lackdicke kann über die Drehzahl und die Beschleunigung der Schleuder eingestellt werden (siehe Abbildung 4.14). Dabei werden bei einem dreiprozentigen Feststoffgehalt des NX-2010 Schichtdicken zwischen ca. 200 nm und 80 nm erzielt (y-Achse Abbildung 4.14). Die Drehzahl wird stets in „rounds per minute“ [rpm] und die Beschleunigung in „rounds per minute per second“ [rpm/s] angegeben (x-Achse und Inset Abbildung 4.14). Neben der Reduzierung der Lackdicke durch Erhöhung von Drehzahl und Beschleunigung können dünnere Lackschichten durch Verdünnung des Lacks mit einem Lösungsmittel erreicht werden. Durch die Beimischung von Methylmethacrylat (MMA C 5 H 8 O 2 ) wird der Feststoffgehalt des Lacks verringert. Mit Hilfe der Verdünnung des UV-Lacks (z.B. NX2010 : MMA → 1 : 2 → 1 % Feststoffgehalt) konnten Lackdicken 48