DE19815130A1 - Electroformed metal stamp, for defining nanostructures, is produced - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Stempels zur Definition von Nanostrukturen sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Stempel.The invention relates to a method for producing a metallic Stamp for the definition of nanostructures and one after this Process manufactured stamp.
Aus der Literatur sind bereits Verfahren bekannt, bei denen mittels eines Stempeldrucks Strukturen bis in den Bereich unter 100 nm definiert werden. (S. Chou et. al., Appl. Phys. Lett. 67 (21), S. 3114 ff (1995) und T. Whidden et. al., Nanotechnology 7 (1996), Seiten 447-451).Methods are already known from the literature, in which a Stamp printing structures down to the range below 100 nm can be defined. (P. Chou et. al., Appl. Phys. Lett. 67 (21), pp. 3114 ff (1995) and T. Whidden et. al., Nanotechnology 7 (1996), pages 447-451).
In diesen Verfahren wird ein Stempel aus Silizium benutzt, der mittels hochauflösender Elektronenstrahl-Lithografie und anschließendem reaktiven Ionenätzen, RIE (reactive ion etching), einem Plasmaverfahren, definiert wurde. Diese Ätzprozesse führen allerdings aufgrund ihres ionogenen Anteils zu einer Flankenrauhigkeit der geätzten Strukturen von etwa 20-50 nm. Bei dem RIE-Ver fahren tritt auch deshalb ein Strukturverlust auf, weil die Selektivität des Elektronenstrahls gegenüber dem Lack nicht vollkommen ist. Um jedoch bei der Replikation mittels Stempeldruck eine Entformung ohne Strukturverlust bei kleinsten Strukturen zu ermöglichen, kann diese Flankenrauhigkeit nicht hingenommen werden. Deshalb müssen diese geätzten Strukturen nachträglich geglättet werden, beispielsweise durch Oxidationsverfahren. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt, der darüber hinaus fehlergeneigt ist, wird als nachteilig bei der Herstellung von Stempeln zur Definition von Nanostrukturen angesehen.In this process, a stamp made of silicon is used, which means high resolution electron beam lithography and then reactive Ion etching, RIE (reactive ion etching), a plasma process, was defined. However, these etching processes lead to a due to their ionogenic content Flank roughness of the etched structures of about 20-50 nm. With the RIE ver driving also occurs because the selectivity of the Electron beam compared to the paint is not perfect. However, at replication by means of stamp printing a demolding without loss of structure This flank roughness cannot enable the smallest structures to be accepted. Therefore, these etched structures have to be added are smoothed, for example by oxidation processes. This additional Process step, which is also prone to errors, is considered disadvantageous in the production of stamps for the definition of nanostructures.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Stempels bereitzustellen, bei dem unmittelbar eine präzise Strukturübertragung möglich ist.The object of the present invention is therefore to provide a method for To provide manufacture of a metallic stamp in the immediate a precise structure transfer is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Stempels zur Definition von Nanostrukturen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stempelform durch das Negativbild eines elektronen- oder ionenstrahlempfindlichen Fotolacks festgelegt wird.According to the invention, this object is achieved by a production method of a metallic stamp for the definition of nanostructures solved, the is characterized in that the stamp shape by the negative image of a electron or ion beam sensitive photoresist is set.
Hierbei kann das Negativbild durch Belichtung des Fotolacks mit Elektronen- oder Ionenstrahlen und nachfolgender naßchemischer Entwicklung erzeugt werden.The negative image can be exposed to the photoresist with electron or Ion beams and subsequent wet chemical development generated become.
Vorzugsweise wird auf einem Silizium-Wafer eine metallische Startschicht und auf dieser der Fotolack aufgebracht. Die metallische Startschicht kann durch Metallverdampfung oder durch eine Vakuumzerstäubung von Metallen aufgebracht werden. Als Metalle für diese Startschicht eignen sich Kupfer oder Gold in Verbindung mit einer darunter liegenden Haftschicht aus Chrom oder Titan. Die Startschicht dient für die nachfolgende galvanische Abscheidung als Kathoden-Gegenelektrode.A metallic starting layer and is preferably placed on a silicon wafer the photoresist is applied to this. The metallic starting layer can pass through Metal evaporation or by vacuum atomization of metals be applied. Copper or are suitable as metals for this starting layer Gold combined with an underlying chromium or Titanium. The starting layer serves as the subsequent electrodeposition Cathode counter electrode.
Anschließend kann auf diese metallische Startschicht ein elektronen- oder ionenstrahlempfindlicher Lack mittels eines Aufschleuderverfahrens, eines sog. Spin-on-Verfahrens, aufgebracht werden. Als elektronen- oder ionenstrahl empfindliche Lacke können die im Stand der Technik bekannten, auf organischer oder anorganischer Basis beruhenden Lacke eingesetzt werden, z. B. Polymethylmethacrylat.Then an electron or Ion-sensitive paint by means of a spin coating process, a so-called Spin-on process. As an electron or ion beam sensitive paints can be those known in the prior art organic or inorganic-based paints are used, e.g. B. Polymethyl methacrylate.
Die Strukturübertragung erfolgt nach der Methode der Elektronen strahlbelichtung und durch die nachfolgende naßchemische Entwicklung, die zur Ablösung des Lackes an den belichteten Stellen führt. Die so hergestellte Lackstruktur weist in vorteilhafter Weise besonders glatte Seitenwände auf.The structure is transferred using the electron method beam exposure and through subsequent wet chemical development, the leads to the detachment of the paint at the exposed areas. The so made The lacquer structure advantageously has particularly smooth side walls.
Mittels galvanischer Abscheidung kann anschließend auf den vom Fotolack befreiten Bereichen und durch Überwachsen auch auf dem Fotolack selbst Metall abgeschieden werden. Als Metall eignet sich Nickel, aber auch möglichst harte Legierungen, wie Nickel-Chrom- oder Nickel-Phosphor-Legierungen. Electrodeposition can then be applied to the photoresist cleared areas and also overgrown on the photoresist itself Metal to be deposited. Nickel is suitable as a metal, but also if possible hard alloys, such as nickel-chromium or nickel-phosphorus alloys.
Durch den galvanischen Prozeß wird das Metall zuerst in den geöffneten, d. h. vom Fotolack befreiten Bereichen, abgeschieden. Dadurch wird ein Negativbild der Lackstruktur erzeugt, so daß ohne Strukturverlust und ohne einen nachfolgenden Bearbeitungsprozeß eine exakte Abbildung der Maskenstruktur erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist hier die geringe Rauhigkeit der Lackstrukturen bei der Replikation. Durch Überwachsen der Lackstrukturen entsteht ein massiver, zusammenhängender Metallkörper, der nach Entfernen des Wafers den metallischen Stempel bildet.Through the galvanic process, the metal is first in the open, i.e. H. areas cleared of photoresist, separated. This will make a negative picture the paint structure generated so that without loss of structure and without one subsequent processing process an exact mapping of the mask structure is achieved. The low roughness of the is particularly advantageous here Lacquer structures in replication. By overgrowing the paint structures creates a solid, cohesive metal body that after removal of the wafer forms the metallic stamp.
Das galvanisch abgeschiedene Metall kann nunmehr mechanisch oder durch einen Ätzprozeß vom Silizium-Wafer befreit werden. Das mechanische Entfernen des metallischen Stempels erfolgt vorzugsweise bei erhöhter Temperatur. Der nunmehr fertiggestellte Stempel kann idealerweise für Replikationen dienen, wobei Nanostrukturen auf Kunststoffe, wie Polymethyl methacrylat aufgebracht werden können.The electrodeposited metal can now be mechanically or by an etching process can be freed from the silicon wafer. The mechanical The metallic stamp is preferably removed when the stamp is elevated Temperature. The now completed stamp can ideally be used for Replications are used, with nanostructures on plastics such as polymethyl methacrylate can be applied.
Ein großer Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß unterschiedliche Metalle galvanisch abgeschieden werden können, so daß Stempel aus unterschiedlichen Metallen herstellbar sind und damit die Wechselwirkung, insbesondere die Haftung, mit dem zu bearbeitenden Kunststoff beeinflußt und damit optimiert werden kann.A great advantage of the present invention is that different Metals can be electrodeposited so that stamps are made different metals can be produced and thus the interaction, in particular the liability with the plastic to be processed and so that can be optimized.
Durch die galvanische Abformung ist es nunmehr möglich, einen Stempel zu realisieren zur Definition kleinster Strukturen, d. h. von Strukturen mit lateralen Abmessungen im Bereich von unter 100 nm. Dieses Verfahren kann im Bereich der Strukturdefinition in der Halbleitertechnik als alternatives Lithografie verfahren angewandt werden. Es ist jedoch auch möglich, gezielt lokale Oberflächenmodifikationen zu erzeugen, indem durch den Stempel sich selbst ordnende Schichten aufgebracht werden oder die Anlagerung solcher Schichten beeinflußt wird. The galvanic impression now makes it possible to add a stamp realize to define the smallest structures, d. H. of structures with lateral Dimensions in the range below 100 nm. This method can range the structure definition in semiconductor technology as an alternative lithography procedures are applied. However, it is also possible to target local Generate surface modifications by using the stamp itself ordering layers are applied or the addition of such Layers is affected.
Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht jedoch darin, daß durch das Fehlen einer Wandrauhigkeit beim Replikationsprozeß keine zusätzlichen Maßnahmen zur Glättung der Flanken erforderlich sind. Dies hat zur Folge, daß die Auflösung der Strukturübertragung nicht mehr durch den Replikationsprozeß beschränkt wird, sondern durch die Elektronenstrahl- Lithografie.However, the most important advantage of the method according to the invention is in that the lack of wall roughness in the replication process no additional measures for smoothing the flanks are required. This has the consequence that the dissolution of the structure transfer no longer by the Replication process is limited, but by the electron beam Lithography.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein metallischer Stempel zur Definition von Nanostrukturen, der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.The invention also relates to a metallic stamp for defining Nanostructures made by the method described above has been.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematische Darstellungen im Querschnitt der Aufbaustruktur bei der Herstellung des metallischen Stempels. Figs. 1 to 4 are schematic illustrations in cross section of the structure when the production of the metal die.
Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß auf dem Silizium-Wafer 3 sich die dünne Startschicht 2 und darauf der Fotolack 1 befinden.From Fig. 1 it can be seen that the thin starting layer 2 and thereon the photoresist 1 are located on the silicon wafer 3 .
Die Fig. 2 zeigt ebenfalls die Startschicht 2 und den Silizium-Wafer 3, wobei nunmehr jedoch der Fotolack durch die Elektronenstrahl-Lithografie und die nachfolgende Ätzung eine bestimmte Strukturdefinition aufweist. FIG. 2 also shows the starting layer 2 and the silicon wafer 3 , but now the photoresist has a certain structure definition due to the electron beam lithography and the subsequent etching.
Die Fig. 3 zeigt das auf der Startschicht 2 bzw. dem Silizium-Wafer 3 galvanisch abgeschiedene Metall 4, das den Fotolack 1 überformt und schließlich, wie in Fig. 4 gezeigt, nach Entfernen des Silizium-Wafers 3, der Startschicht 2 und des Fotolacks 1, den fertigen metallischen Stempel liefert. Fig. 3 shows the on the starting layer 2 or the silicon wafer 3 electrodeposited metal 4, the over-molded the resist 1 and finally, as shown in Fig. 4, after removal of the silicon wafer 3, the start-up layer 2 and the Photoresist 1 , which delivers the finished metallic stamp.
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