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

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Ausschlusskriterium des Herstellungsverfahrens von Imprint-Stempeln mit Ti- Hartmaske, da weiterführende Versuche einen generellen Strukturierungserfolg zeigten [106], jedoch wurde im Verlauf dieser Arbeit entschieden, dass sich durch die weiterentwickelte Stempelherstellung mit Cr-Maske reproduzierbarere Ergebnisse (z.B. in Bezug auf die Strukturtreue) erzielen lassen [116]. Die größte Herausforderung bei den Trockenätzverfahren liegt in der Entfernung des Residual-Layer nach der Nanoimprint-Lithographie. Hier muss der Residual-UV-Lack ohne eine Maskierung durch chemisch reaktive Ätzgase entfernt werden (siehe Kapitel 2, Abbildung 2.1 e, l), was zu Problemen in Bezug auf die Erhaltung der Strukturen führen kann. Um zunächst den Einfluss der Ätzparameter zu untersuchen, wurde eine Versuchsreihe auf 1″ x 1″ Proben durchgeführt, die in dem standardisierten Nanoimprint-Prozess strukturiert wurden (siehe Anhang). Als Lack wurde der NXR- 2010 verwendet. Der siliziumhaltige Imprint-Lack kann mit Fluorchemie (hier CF 4 ) reaktiv geätzt werden. Abbildung 4.24 zeigt die Resultate der durchgeführten Ätzreihe, bei der I B , U B und der CF 4 -Gehalt in einem CF 4 /Ar-Mischgas variiert wurden. Es stellte sich heraus, dass diese Parameter den größten Einfluss auf die Ätzrate des Lacks und die Qualität des Ätzprofils hatten. Hingegen zeigten die Einflüsse des Kammerdrucks und der Beschleunigungsspannung keine Signifikanz und waren daher eher zu vernachlässigen. Wird der Strahlstrom I B erhöht, so steigt die Anzahl der auf dem Wafer eintreffenden Teilchen an, sodass mehr Material abgetragen werden kann. Die Ätzrate nimmt zu. Die Erhöhung der Teilchenmenge und damit der Plasmadichte wird durch die Steigerung der Quellenleistung P RF über die Regelschleife automatisch erreicht (vgl. Kapitel 4.1.2). Wird der Strahlstrom wie in Abbildung 4.24 a) gezeigt von 50 mA auf 200 mA erhöht, so nimmt die Quellenleistung von 100 W auf 270 W und zugleich die Ätzrate von 8,5 nm/min auf 30 nm/min zu. Wird die Strahlspannung U B erhöht, so gewinnen die Ionen an kinetischer Energie, wodurch die Sputterkomponente des Ätzprozesses und zugleich die Ätzrate zunimmt (Abbildung 4.24 b). Eine Steigerung der chemischen Komponente kann beispielsweise in einem Gasgemisch von CF 4 und Ar, wie es in Abbildung 4.24 c) verwendet wurde, durch die Erhöhung des fluorhaltigen Gasanteils erreicht werden. Dabei ist das Maximum der Ätzrate bei reinem CF 4 -Gas zu finden. Es ist zu erwähnen, dass eine hohe Ätzrate nicht zwingend mit einem optimalen Ätzprofil einhergeht. Auf der einen Seite kann eine hohe Sputterkomponente zu schrägen Strukturkanten führen (siehe Abbildung 4.20 a), wohingegen auf der anderen Seite eine hohe chemische Komponente Unterätzungen (siehe Abbildung 4.20 b) bzw., im Fall des Residual-Ätzens, Strukturverluste durch seitliche Ätzangriffe impliziert, da 59

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN keine Ätzmaske vorhanden ist. Somit bestimmt das richtige Gasmischungsverhältnis sowie die geeignete Wahl von U B die Güte der Strukturflanken. Abbildung 4.25 zeigt 90° steile Strukturflanken, die mit einem Mischungsverhältnis (CF 4 :Ar) von 1:1 erzielt wurden, welches zugleich das optimale Ergebnis der Ätzreihe darstellt. Die Ätztiefe beträgt hier 30 nm (3 min Ätzzeit), was der Größenordung der Residual-Dicke nach einem Nanoimprint-Prozess entspricht. Da die Residual-Lackdicke in diesem Versuch höher war, wurde der Residual-Layer nicht vollständig entfernt. 35 25 Ätzrate [nm/min] 25 15 Ätzrate [nm/min] 15 5 0 125 250 Strahlstrom I B [mA] 5 0 400 800 Strahlspannung U B [V] Ätzrate [nm/min] 17 12 7 2 a) 0 50 100 CF 4 -Gehalt [%] c) b) Abbildung 4.24: Ätzratenabhängigkeiten des NXR-2010: a) Variation von I B bei U B = 450 V und CF 4 –Gehalt = 100 % (10sccm), b) Variation von U B bei I B = 125 mA und CF 4 -Gehalt = 100 % (10 sccm), c) Variation des CF 4 -Gehalts in einem CF 4 /Ar Mischgas (10 sccm) bei I B = 125 mA und U B = 450 V. 60