Scheller, Nicolas: UV-basierte Nanoimprint-Lithografie (UV-NIL) mit einem Doppelschicht-Lacksystem für Lift-off-Prozesse

Abstract in German:

In dieser Arbeit erfolgt die Etablierung eines soft UV-basierten Nanoimprint-Lithografie Prozesses (soft UV-NIL) zur Erzeugung vollflächiger Nanostrukturen auf 4-Zoll Waferlevel. Dabei werden nanostrukturierte Ein- sowie Zweilagenlacksysteme zur Erzeugung hoher Aspektverhältnisse in Silizium entwickelt. Zur Erzeugung der Nanostrukturen wird ein Elastomerstempel aus PDMS (Sylgard 184) von einem nanostrukturierten Mastersubstrat abgeformt. Unter Einsatz des NIL-Fotolacks mr-NIL 210 200 nm werden durch den soft UV-NIL Prozess Zylinderstrukturen von 300 nm Durchmesser und 370 nm Höhe erzeugt. Durch einen Trockenätzschritt mit einem Sauerstoffplasma (Descumming) wird die störende Restlackschicht (residual layer) zwischen den Zylindern entfernt. Mit einem Cryoätzprozess werden die Lackstrukturen in das Substrat übertragen. Für das Einschichtlacksystem wird ein Aspektverhältnis von 4:1 bei einer Selektivität des Fotolacks von 5,1 ermittelt. Es wird eine Ätztiefe von 1,4 [my]m bei einer Strukturbreite von 340 [my]m erreicht. Aufbauend auf dem etablierten soft UV-NIL Prozess wird ein Zweischichtlacksystem mit einer Lift-off Prozesskette entwickelt. Das System besteht aus dem Grundpolymer LOR1A und dem darüber liegenden NIL-Lack mr-NIL 210 200 nm, welcher mit der soft UV-NIL nanostrukturiert wird. Durch einen nasschemischen Entwicklungsschritt wird die Grundpolymerschicht isotrop geätzt, wodurch unter den NIL-Zylindern eine isotrope Hinterschneidung entsteht. Es wurde ein TMAH-haltiger Entwickler zum Einsatz gebracht. Eine Metallisierung von 40 nm-Aluminium mit anschließendem Lift-off erzeugt eine nanostrukturierte Metallmaske. Durch die hohe Selektivität gegenüber dem Plasmaätzprozess werden Aspektverhältnisse von bis zu 12,2 durch Cryoätzen erreicht. Die Ätztiefe beträgt 5,2 µm bei einer Strukturbreite von 430 nm. Des Weiteren wird ein Zweilagenlacksystem mit dem Grundpolymer UL1 und dem UV-NIL Lack mr-NIL 213 200 nm mit der soft UV-NIL etabliert. Nach der Entfernung der Restlackschicht soll eine trockenchemische Unterätzung des NIL-Lacks für einen erfolgreichen Lift-off erfolgen, sodass der nasschemische Entwicklungsschritt ersetzt und der Gesamtprozess durch eine Effizienzsteigerung profitabler wird. Durch Erprobung dreier verschiedener Ätzrezepte konnte keine isotrope Ätzung der UL1-Schicht mit einem Sauerstoffplasma erzielt werden.