Entwicklung von siliziumhaltigen Polymeren für die Nanoimprint-Lithographie

Projektnummer

IW081001
Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Projektlaufzeit

01.01.2008 - 31.01.2009 und 01.07.2009 - 30.11.2010

Projektziele

Mit den bislang verwendeten Nanoimprint-Resisten auf rein organischer Basis können Aspektverhältnisse (Verhältnis von Strukturhöhe / Strukturbreite) von meist nur 2-3 übertragen werden. Das ist aber für eine Reihe von Anwendungen nicht immer ausreichend wie z. B. bei der Fabrikation von „high-brightness“ LEDs, wo sogenannte „patterned sapphire substrates“ (PSS) Verwendung finden.

Ziel des geplanten Projekts war deshalb die Entwicklung von Polymeren für die thermische Nanoimprint-Lithographie, die die Erzeugung von Mikro- und Nanostrukturen mit hohen Aspektverhältnissen in ein Substrat ermöglichen. Im Projekt wurde ein siliziumhaltiger Resist (SIPOL) für die thermische Nanoimprint-Lithographie (T-NIL) entwickelt. Dieser wird auf eine organische Transferschicht aufgebracht und anschließend geprägt, wobei die geprägten Strukturen zunächst noch ein relativ kleines Aspektverhältnis aufweisen. Das Auftreten von Entformungsdefekten wird hierdurch stark minimiert. Da der siliziumhaltige Resist im Vergleich zur organischen Transferschicht eine sehr hohe Sauerstoff-Plasmaätzstabilität aufweist, kann das Aspektverhältnis der geprägten Strukturen mittels einer Sauerstoffplasma-Behandlung weiter in die organische Transferschicht vertieft werden. Bei entsprechender Dicke der Transferschicht lassen sich mit diesem Verfahren große Aspektverhältnisse erzeugen, die dann in einem weiteren Ätzschritt direkt in die Substratmaterialien übertragen werden können. Dieser Prozess wird als Reliefverstärkung bezeichnet.

Darüber hinaus soll der Resist sich durch ein inhärent gutes Fließvermögen, eine geringe Sprödigkeit, eine hohe innere Festigkeit (Kohäsion) und ein hervorragendes Entformungsverhalten auszeichnen, um sowohl die Zykluszeiten als auch die Anzahl von Prägedefekten zu minimieren.

Projektergebnisse

Die Darstellung eines solchen Resists wurde mit Hilfe der freien radikalischen Copolymerisation realisiert. Die verschiedenen Eigenschaften des Copolymers konnten durch den Einsatz von verschiedenen Comonomeren maßgeschneidert in das Copolymer inkorporiert werden.

Aufgrund seiner nicht allzu hohen Glasübergangstemperatur können Prägungen in eine SIPOL-Schicht bei für T-NIL Resiste moderaten Temperaturen im Bereich von ca. 120 °C durchgeführt werden. Prägeexperimente von Mikrometer großen Strukturen indizierten die hervorragenden Fließeigenschaften.

Prägungen von Nanometer großen Strukturen verdeutlichten hingegen die guten Entformungseigenschaften, wenn die Aspektverhältnisse der geprägten Strukturen nicht zu groß sind und sich innerhalb bestimmter Grenzen befinden. Mit Hilfe eines fluorierten Additivs lässt sich die Entformungscharakteristik weiter verbessern.

Ätzexperimente bestätigten die hervorragenden Ätzeigenschaften von SIPOL. Im Vergleich zu rein organischen Resisten zeigt es eine ca. 28fach höhere Beständigkeit gegenüber Sauerstoffplasma. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, das geprägte Relief bei Verwendung einer organischen Transferschicht weiter zu vergrößern. Dies bildet unmittelbar die Grundlage, sehr große Aspektverhältnisse in Substrate zu übertragen. Die Möglichkeit, die Restschicht nach dem Prägen zu entfernen, wurde durch die relativ hohen Ätzraten beim Ätzen mit den fluorhaltigen Plasmagasen CHF3 und CF4 sichergestellt.

Ausblick

Bislang sind Si-haltige Resistsysteme nur für die UV-gestützte NIL entwickelt und kommerzialisiert worden, so dass bei der thermischen NIL grundsätzlich noch sehr großer Nachholbedarf besteht. Für die micro resist technology GmbH eröffnet sich mit der Entwicklung von SIPOL die einmalige Chance, das Marktpotential im Bereich der Si-haltigen thermischen NIL-Resiste zu bedienen.

Weitere Informationen

[1] M. Messerschmidt, A. Schleunitz, C. Spreu, T. Werner, M. Vogler, F. Reuther, A. Bertz, H. Schift, G. Grützner, Microelectron. Eng. 98 (2012), 107-111.
[2] Zusammenfassung der Projektergebnisse als Poster zum Herunterladen (PDF-Download)