Innovation

Wir verwenden Nanoimprint Lithographie für die Herstellung eines 3dimensionalen photonischen Kristalls, der als Testkörper für die Tauglichkeit dieser Herstellungsmethode und angrenzender Prozessschritte dient.
Für die Photonik-Industrie, die mit Photolithographie oder Elektronenstrahllithographie unzufrieden ist, ist Nanoimprint Lithographie eine neuartige Strukturierungsmethode, die vielseitige, kosteneffiziente und großflächige Nanostrukturierung möglich macht. Im Gegensatz zu Elektronenstrahllithographie bietet NIL hohen Durchsatz und im Gegensatz zu Photolithographie hohe Auflösung bei geringen Gerätekosten.

Zusammenfassung und Ergebnisse

Eines der Hauptprobleme der Nanotechnologie ist die Massenproduktion. Das trifft besonders auf KMUs zu, die nicht die Möglichkeiten haben, in teure Ausrüstung für die Produktion von Nanostrukturen in großem Massstab zu investieren. Nanoimprint Lithographie (NIL) stellt ein Verfahren zu verfügung, das vergleichsweise billig und für die Massenproduktion geeignet ist. Das Projekt 3DNANOPRINT zielt auf die Entwicklung eines vollständigen Prozesses incl. der notwendigen Begleitprozesse ab, um 3-dimensionale Nanostrukturen mit ultrahoher Präzision herzustellen. Im Vergleich zu optischer Lithographie im tiefen oder extremen Ultraviolett (DUV oder EUV) ebnet die Forschung in diesem Projekt den Weg zur weit verbreiteten Nutzung von nanoscaligen Produktiontechnologien auch durch kleinere Unternehmen, weil die Investitionskosten für Nanoimprint Produktionslinien signifikant unter denen von DUV oder EUV Lithographie liegen.

In der Nanoimprint Lithographie wird ein mikro- oder nanostrukturierter Stempel verwendet, um ein Polymer zu strukturieren. Falls notwendig, kann dieses Polymer dann dazu verwendet werden, das Muster in das Substrat zu übertragen. Die Replikation des Musters wird unter gut kontrollierten Bedingungen durchgeführt – indem das anfänglich flüssige Polymer während der Stempel darin eingetaucht ist, ausgehärtet wird, gefolgt von der Trennung von Stempel und Polymer, das dann ja schon ausgehärtet ist.

Das Projekt bestand aus 2 Ebenen, einem direkt auf den Prozess ausgerichteten Teil, der sich mit NIL selbst beschäftigt, mit Nanoimprint Polymeren, reaktivem Ionenätzen und Fragestellungen zur Ausrichtung übereinander liegender Strukturen (Alignment).
Im zweiten, anwendungsorientierten Teil wurden Anforderungen von NIL als Fertigungswerkzeug definiert, um sicherzugehen, dass das Endergebnis des Projekts ein kosteneffizienter Prozess geeignet für hohen Durchsatz für die Herstellung von 3-dimensionalen Nanostrukturen wird.

Als Referenzanwendung wurde ein 3-dimensionaler photonischer Kristall gewählt, weil die optischen Eigenschaften besonders empfindlich auf die Qualität des Herstellungsprozesses reagieren und er daher ein guter Indikator ist und der Photonik-Markt ein stark wachsender ist.

Die Hauptziele des Projektes waren:

• Entwicklung eines Nanoimprint Tools, das die Herstellung von 3D Nanostrukturen erlaubt.
• Entwicklung einer Prozesstechnologie, um diese Nanostrukturen herzustellen, was inkludiert:
• Verbesserung der Lage-zu-Lage Ausrichtungsgenauigkeit im NIL Pozess
• Verbesserung der NIL Polymere
• Verbesserung des reaktiven Ionen-Ätzens.

Durch die gemeinsamen Anstrengungen von Forschern und high tech Industriepartner konnten wichtige Erfolge erreicht werden:

• Moiré alignment – genauer als 100nm in der Routine
  Eine einfache und rein optische Alignment Prozedur wurde im UV-NIL Prozess etabliert, die Lage-zu-Lage Ausrichtung mit einer Genauigkeit von unter 100nm erlaubt. Das wird durch die Verwendung von Moiré Mustern erreicht und verlangt keine teuren Modifikationen der Ausrüstung. Der Vorteil ist, dass keine teuren interferometrischen Probenbühne notwendig sind und der Prozess auch für die digitale Bildverarbeitung geeignet ist.
• mr-UVCur06 – neues Imprintpolymer am Markt
  Ein neues Nanoimprint Polymer wurde entwickelt, getestet und im NIL Prozess implementiert. Es wird mittels Schleuderbelackung aufgebracht und bieter ultra-dünne Schichten und exzellente Ätzeigenschaften im RIE prozess. Die notwendigen Ätzprozesse wurden etabliert. Dieses Polymer bietet sehr gute Schichteigenschafte, geringe Aushärtedosis und optimierte Ätzstabilität und ist daher optimal für den NIL Prozess mit darauffolgendem Ätzschritt geeignet. Die niedrige Viskosität ermöglicht schnelles und vollständiges Füllen des Stemples. Die geringe Aushärtedosis minimiert die Prozesszeit.
• UV-NIL mit Quarzstempeln auf schleuderbelackten Substraten – großflächige UV-NIL
  Mit dem verwendeten Equipment (EVG620) ist es eines der ersten Male, dass starre Quatzstempel mit schleuderbelackten Substraten auf großen Flächen verwendet wurden. Die Stempelfläche für unsere Experimente betrug 25x25mm², eine Größe vergleichbar mit Step-und-Repeat Prozessen. Das ist wichtig, weil der etablierte Prozess daduch kompatible mir Standard Halbleiterprozessen ist und geeignet für das Bearbeiten von ganzen Wafern.
• NIL für Glasmaßstäbe
  Um die Eignung von NIL zur Herstellung von Glasmaßstäben und linearen und Winkelencondern zu testen, wurden UV-NIL und Hot Embossing verglichen Funktinoierende Beuteile wurden hergestellt und ihre Performance wurde geprüft.
• Prototyp für einen laserunterstützen NIL Prozess – neuer NIL Prozess
  Ein Laser-unterstützter Hot Embossing Prozess wurde entwickelt. Der Vorteil liegt in kürzeren Zykluszeiten durch reduzierte Aufheizzeiten.
• UV Embossing für micro-/nano-Optik – Produkte mit NIL hergestellt
  Heptagon etablierte einen UV Embossing Prozess für ihre mikro- und nano-optischen Produkte. Dieser Prozess arbeitet mit EVG Equipment.
• Verbesserung der im Projekt verwendeten Ausrüstung – kontinuierliche Verbesserung
  Während des Projektes wurden Modifikationen an den benutzen Geräten gemacht. Vor allem das Nanoimprint Equipment aber auch die Reaktiven Ionenätzanlagen wurden modifiziert, um den Anforderungen des Prozesses genüge zu tun und neue Features einzubauen. Diese Arbeiten wurden durch EVG und SENTECH durchgeführt.
• Tauglichkeit zur Herstellung eines 3D photonischen Kristalls
  Alle Ergebnisse zusammengenommen und kombiniert ergeben den Herstllungsprozess für den 3D photonischen Kristall. Mit der Alignment Prozedur, dam neuen UV-NIL Polymer, den entsprechenden Ätzprozeduren kombiniert mit konventioneller Halbleiter Technology wie CMP kommte die Herstellung eines 3D photonischen Kristalls mit UV-NIL domonstriert werden.