DE102009035615B4

DE102009035615B4 - Entfernung von Ausbuchtungseffekten bei einer Nanomusterung

Info

Publication number: DE102009035615B4
Application number: DE200910035615
Authority: DE
Inventors: Chae Ho Shin; In Su Jeon; Zheong Gou Khim
Original assignee: SNU R&DB Foundation
Current assignee: SNU R&DB Foundation
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-08-01
Also published as: DE102009035615A1; US20100159229A1; CN101638219B; CN101638219A; DE102009035615B8; KR20100013577A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur, auf der Ausbuchtungen entfernt sind, umfassend die folgenden Schritte: – Ausbilden eines Nanomusters auf einer Oberfläche eines Polymers; – Kontaktieren der Oberfläche des Polymers mit dem Nanomuster mit einem vorbestimmten Lösungsmittel; und – Anwenden einer externen Anregung auf die Oberfläche des Polymers, die in Kontakt mit dem Lösungsmittel steht, um Ausbuchtungen um das Nanomuster herum zu entfernen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Entfernen von Ausbuchtungen, die während einer Nanomusterung erzeugt werden.
HINTERGRUND
Zusammen mit den neuen Miniaturisierungstendenzen von Vorrichtungen, ist ein großer Forschungsaufwand in Bezug auf die Herstellung von Nanostrukturen und Nanovorrichtungen betrieben worden. Die typischen Verfahren, die dazu eingesetzt werden, um feine Muster zu bilden, umfassen ein Photolithographieverfahren und ein Elektronenstrahllithographieverfahren. Obgleich das Elektronenstrahllithographieverfahren zur Herstellung der feinen Muster ohne den Gebrauch einer Mustermaske verwendbar ist, ist dieses Verfahren sehr teuer und aufwendig. Da darüber hinaus die Größe eines Strahlpunktes mit der Ausrüstung als solches festgelegt ist (normalerweise ungefähr 100 Nanometer), gibt es eine Grenze bei der Ausbildung der Linienbreite von einigen Nanometern bis einigen 10 Nanometern.
Eine mögliche Alternative zu diesen Verfahren ist die AFM-Indentierung, gemäß der eine Linienbreite von einigen 10 Nanometern oder weniger an einer spezifischen Position durch ein einfaches Verfahren gebildet werden kann, indem man eine Kraft auf die AFM-Spitze ausübt. Als ein Beispiel der Anwendung dieser Technologie offenbaren K. Wiesauer und G. Springholz, J. Appl. Phys., 88, 7289 (2000) ein Verfahren zur Ausbildung einer Halbleiter-Nanostruktur durch die Indentierung auf einer Photolackschicht, die auf einem Halbleitersubstrat abgeschieden ist, und indem ein reaktives Ionenätzen unter Verwendung des Photoresists als Maskedurchgeführt wird. Auch Carrey et al., Appl. Phys. Lett., 81, 760 (2002) offenbaren eine Technik zur Ausbildung eines Nanokontaktes, bei der durch die Nanoindentierung eine Vertiefung auf einer isolierenden Photolackschicht, die auf verschiedenen Arten von elektrischen Leitern abgeschieden ist, gebildet und die Vertiefung mit Metall gefüllt wird. Wenn die AFM-Indentierung auf einer Polymerschicht wie einer Photolackschicht durchgeführt wird, wird eine Vertiefung gebildet und wird außerdem eine Ausbuchtung um die Vertiefung herum gebildet.
Ein lithographisches Verfahren und eine diesbezügliche Vorrichtung zum Ausbilden von ultrafeinen Mustern (< 25 nm) in einer dünnen Schicht, die auf einem Substrat aufbeschichtet ist, werden in der US 5 772 905 A offenbart. Dabei wird eine Form mit hervorstehenden Elementen in die aufbeschichtete Schicht gedrückt.
Die Anwendung eines lithographischen Verfahrens auf eine Resistschicht wird offenbart in der US 2005/0 074 697 A1 . Die Ausbildung von Metall-Nanostrukturen mittels eines Rasterkraftmikroskops wird beschrieben in Ju-Hung Hsu, Chun-Yu Lin und Heh-Nan Lin: ”Fabrication of metallic nanostructures by atomic force microscopy nanomachining and lift-off pressure”, J. Vac. Sci. Technol. B 22(6), Seiten 2768-2771 (2004).
In der US 2003/0 186 405 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von mikro- und nanoporösen Kunststoffartikeln mit genau definierter Porenstruktur beschrieben, bei dem unter anderem ein Rasterkraftmikroskop verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur ohne Ausbuchtungen zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ausbilden eines Nanomusters auf einer Oberfläche eines Polymers; Kontaktieren der Oberfläche des Polymers mit dem Nanomuster mit einem vorbestimmten Lösungsmittel; und Anwenden einer externen Anregung auf die mit dem Lösungsmittel in Kontakt stehende Oberfläche des Polymers, um Ausbuchtungen um das Nanomuster, die während des Ausbildens des Nanomusters erzeugt werden, zu entfernen.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Nanostruktur ohne Ausbuchtungen um ein Nanomuster zur Verfügung gestellt. Die Nanostruktur weist ein Substrat und eine auf dem Substrat gebildete Polymerschicht mit dem Nanomuster auf, wobei die Ausbuchtungen um das Nanomuster durch Anwenden eines vorbestimmten Lösungsmittels und einer externen Anregung entfernt sind.
Die Zusammenfassung wird zur Verfügung gestellt, um die Konzepte in einer vereinfachten Form darzulegen, die nachfolgend in der ausführlichen Beschreibung eingehender beschrieben sind. Die Zusammenfassung soll weder Hauptmerkmale oder wesentliche Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands identifizieren, noch ist es beabsichtigt, dass sie als Hilfsmittel zur Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die oben genannten und anderen Eigenschaften und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann auf dem vorliegenden Gebiet offensichtlicher erscheinen anhand der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die beiliegenden Figuren, in denen:
1 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
2 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
3 eine mittels eines Rasterkraftmikroskops (AFM) erhaltene Abbildung einer Oberfläche zeigt, wenn eine Nanoindentierung auf einem Siliciumsubstrat durchgeführt wird, das mit Polymethylmethacrylat (PMMA) beschichtet ist;
4 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch ein Nanomuster veranschaulicht, vor und nachdem Ausbuchtungen um das Nanomuster entfernt werden;
5 ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur veranschaulicht, in der ein Nanomuster zusätzlich an den Positionen gebildet wird, an denen Ausbuchtungen entfernt wurden;
6 die AFM-Abbildungen von Oberflächen zeigt, vor und nachdem eine 10 V Gleichstromspannung (DC-Bias) gemäß den Lösungsmittelzusammensetzungen angelegt ist;
Die 7A und 7B AFM-Oberflächen- und -Querschnittsabbildungen zeigen, die die Strukturen der Vertiefungen (Löcher) und Ausbuchtungen gemäß verschiedener Lösungsmittelszusammensetzungen darstellen, wenn eine 10 V Gleichstromspannung (DC-Bias) angelegt wird;
8 ein Diagramm ist, das die Änderungen der Ausbuchtungshöhe gemäß den jeweiligen Lösungsmittelzusammensetzungen veranschaulicht, wenn eine 10 V Gleichstromspannung (DC-Bias) angelegt wird;
9 ein Diagramm ist, das die Änderungen der Ausbuchtungshöhe gemäß den Änderungen der Gleichstromspannung (DC-Bias) veranschaulicht;
Die 10A und 10B AFM-Oberflächen- und -Querschnittsabbildungen zeigen, die die Strukturen der Ausbuchtungen und Vertiefungen gemäß den Änderungen der Gleichstrom- und Wechselstromspannung (DC- und AC-Bias) darstellen;
11 die AFM-Abbildungen von Oberflächen vor und nach der Ultraschallbehandlung gemäß den Lösungsmittelzusammensetzungen zeigt; und
12 AFM-Bilder zeigt vor und nach einer Oberflächenbehandlung mit Ultraschall in Bezug auf eine PMMA-Oberfläche, die in einer Linieform unter Verwendung einer Nanoindentierung gemustert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es ist selbstverständlich, dass die Bestandteile der vorliegenden Offenbarung, wie sie allgemein beschrieben und in den Abbildungen veranschaulicht sind, in einer großen Vielfalt verschiedener Konfigurationen angeordnet und ausgeführt werden könnten. So soll die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Abbildungen dargestellt sind, nicht den Umfang der Offenbarung begrenzen, sondern ist lediglich beispielhaft in Bezug auf Beispiele bestimmter Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die beschriebenen Ausführungsformen können anhand der Zeichnungen, in denen gleichartige Teile durchgehend durch gleiche Zahlen gekennzeichnet werden, gut verstanden werden. Außerdem sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und es können die Größen und die relativen Größen der Schichten und der Regionen aus Gründen der besseren Übersicht übertrieben dargestellt sein.
Dabei bedeutet ferner, dass wenn ein Element oder eine Schicht als ”auf” einem anderen Element oder einer anderen Schicht angegeben ist, das Element oder die Schicht direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht angeordnet sein kann, oder dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „und/oder” beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zusammen aufgeführten Elemente umfassen.
Wenn ein Nanomuster auf einer Polymeroberfläche durch ein Rasterkraftmikroskop(AFM)-Indentierungsverfahren gebildet wird, können Ausbuchtungen auftreten. Das Vorhandensein der Ausbuchtungen kann zahlreiche Einschränkungen bei der Herstellung von Bauteilen im Nano-Maßstab oder der Herstellung integrierter Schaltungen unter Verwendung einer Selbstassemblierung von Nanopartikeln oder Molekülen mit sich bringen.
Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Ausbuchtungen einer Struktur, die bei der Ausbildung von Nanomustern erzeugt werden, kostengünstig und auf einfache Weise entfernt werden. Dementsprechend kann der seitliche Abstand zwischen den Nanomustern verringert werden und können damit extrem kleine Muster gebildet werden. Ferner können Nanostrukturen mit gewünschten Formen und Größen entsprechend den in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahrensbedingungen hergestellt werden, welche bei zahlreichen Nanoelementen angewendet werden können.
Der Ausdruck „Ausbuchtung”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf ein Polymermaterial, das um ein Nanomuster herum hervorsteht, wenn ein Polymermaterial zur Ausbildung eines Nanomusters bearbeitet wird. Der Ausdruck „modifizierter Abschnitt”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf ein von der Ausbuchtung verschiedenes Polymermaterial, das durch die Einwirkung bei der Ausbildung der Ausbuchtung innerhalb und außerhalb des Nanomusters erzeugt wird. Der Ausdruck „Nanoindentierung”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Techniken, einschließlich einer AFM-Indentierung, zur Ausbildung einer Vertiefung auf einer Oberfläche unter Verwendung einer scharfen Spitze. Der Ausdruck „Nanoprägelithographie”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Techniken zum Pressen von Nano-Stempeln mit Nanomustern, die eine ungleich geprägte Form aufweisen, auf eine Oberfläche eines Gegenstandes, um die Nanomuster zu übertragen.
1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Wie dargestellt, wird im Schritt S1 ein Nanomuster auf einer Oberfläche eines Polymers gebildet. Im Schritt S2 wird die Oberfläche des Polymers mit dem Nanomuster mit einem Lösungsmittel kontaktiert. Im Schritt S3 wird eine externe Anregung auf die Oberfläche des Polymers angewendet, die in Kontakt mit dem Lösungsmittel steht, um Ausbuchtungen um das Nanomuster herum zu entfernen. Infolgedessen kann eine Nanostruktur hergestellt werden, bei der die Ausbuchtungen entfernt sind.
In anderen Ausführungsformen können die die Schritte S1 bis S3 einschließenden Prozesse einmal oder mehrmals wiederholt werden, um eine Nanostruktur mit zahlreichen Nanomustern auszubilden.
Jeder Schritt des Verfahrens wird im Folgenden anhand der 2 bis 5 beschrieben.
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. In Bezug auf 2(a) wird ein Substrat für eine Nanomusterung vorbereitet, um die Nanostruktur herzustellen. Als das Substrat kann ein Polymersubstrat selbst oder ein Substrat, bei dem wie in 2(a) eine Polymerschicht 110 auf einem anderen Substrat 100 abgeschieden ist, verwendet werden.
Es kann eine beliebige Art von Polymermaterial verwendet werden, solange das Material zur Unterstützung der Nanomusterung unter Verwendung einer mechanischen Kraft wie beispielsweise und nicht einschränkend einer Nanoindentierung oder einer Nanoprägelithographie leicht verarbeitet werden kann und eine Intensität, wie eine konstante Intensität, aufweist, die geeignet ist, das Muster beizubehalten. Das Polymermaterial kann Polyoxymethylen (POM), Polyacryl (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Homopolymer von Polystyrol (PS) oder Copolymer von Polystyrol (PS), Styrolacrylnitril (SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), hochschlagfestes Polystyrol (HIPS), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Homopolymer von Polypropylen (PP) oder Copolymer von Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Glykol-modifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyetherester-Copolymere, Polyetheramid-Copolymere, Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 6.10, Nylon 6.12, Nylon 11, Nylon 12, Polyamidimide (PAI), Polyarylate, Polyurethane (PU), Ethylenpropylengummi (EPR), Ethylenpropylendienmonomer (EPDM), Polyarylsulfon (PAS), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylchlorid (PVC), Polysulphon (PS), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Propylenethylen, Polyfluoralkoxy, Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK) etc. umfassen. Diese Materialien können allein oder in verschiedenen Kombinationen davon verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird zusätzlich vor oder nach der vorliegenden Nanomusterung ein Mustern im Mikrometermaßstab oder Nanometermaßstab wie beispielsweise mittels Photolithographie oder Elektronenstrahllithographie durchgeführt. Bei dem zusätzlichen Mustern kann das Polymermaterial als Resistmaterial wie ein Photoresist, ein Elektronenstrahlresist oder ein Röntgenstrahlresist verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird PMMA als das Elektronenstrahlresistmaterial verwendet. PMMA ist transparent, hat weiche physikalische Eigenschaften und eine höhere Schlagfestigkeit als Glas. Wenn PMMA verwendet wird, kann nach einem primären Mustern ferner ein sekundäres Mustern durchgeführt werden. In diesem Fall kann das primäre Mustern durch ein Elektronenstrahllithographieverfahren ausgeführt werden und kann das sekundäre Mustern durch Nanoindentierung unter Verwendung einer mechanischen Kraft ausgeführt werden. Demgegenüber kann das primäre Feinmustern unter Verwendung der Nanoindentierung ausgeführt werden und kann das sekundäre Hyperfeinmustern unter Verwendung des Elektronenstrahllithographieverfahrens ausgeführt werden.
In den Fällen, bei denen eine auf einem anderen Substrat abgeschiedene Polymerschicht als Substrat verwendet wird, kann die Polymerschicht auf einem Substrat mittels eines Beschichtungsverfahrens unter Verwendung einer Polymerlösung ausgebildet werden, die in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst ist. Z. B. kann die Polymerschicht durch andere bekannte Verfahren wie Sprühbeschichten, Tauchbeschichten oder Rotationsbeschichten beschichtet werden.
Die Dicke der Polymerschicht ist nicht speziell beschränkt, kann aber durch Einstellen der Konzentration der Polymerlösung und der Prozessvariablen entsprechend der gewünschten Anwendungen und Standards der Nanomuster geändert werden, und kann 10 Nanometer bis 1.000 Nanometer sein oder kann größer oder kleiner sein.
Die Arten des Substrates, auf dem eine Polymerschicht aufbeschichtet wird, sind nicht speziell eingeschränkt und es können verschiedene organische und anorganische Substrate einschließlich Metalle, Polymere, Silicium, Saphir usw. verwendet werden.
In Bezug auf 2(b) wird ein Nanomuster auf dem Substrat gebildet, auf dem das Polymer abgeschieden ist. In diesem Fall können mechanische Verfahren wie ein Nano-Indentieren oder ein Nanoprägelithographie zur Ausbildung des Nanomusters verwendet werden, ohne jedoch notwendigerweise auf diese Verfahren beschränkt zu sein. Zusätzlich kann irgendein Verfahren einschließlich einem optischen, elektrischen oder chemischen Verfahren verwendet werden, solange als Ausbuchtungen um das Nanomuster herum gebildet werden, wenn das Nanomuster ausgebildet wird.
Das Nanomuster umfasst verschiedene Strukturen, einschließlich hervorstehende oder abgesenkte Strukturen, die auf der Polymerschicht durch die oben beschriebenen verschiedenen Verfahren gebildet werden.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren der Nanoindentierung durch eine Sondenspitze des AFM ausgeführt. Die Nanoindentierung kann durchgeführt werden durch ein AFM im Kontakt-Modus, Nicht-Kontakt-Modus oder intermittierenden Modus (tapping mode). Es kann ein beliebiger Modus verwendet werden, wobei der Kontakt-Modus die Oberfläche des Polymers durch die Sondenspitze beschädigen kann und der Nicht-Kontakt-Modus ein ungenaues Bild aufweisen kann.
In Bezug auf 2(b) wird zum Zeitpunkt der Nanoindentierung, festgelegt durch die Bewegung einer Sonde 120, eine Vertiefung 111 auf der Oberfläche einer Polymerschicht 110 ausgebildet.
Die Form der Vertiefung 111 kann von der Form der Sondenspitze 121 des AFM abhängen. Z. B. kann eine kreisförmige Vertiefung gebildet werden, wenn die Spitze 121 eine konische Form aufweist, und kann eine dreieckige Vertiefung gebildet werden, wenn die Spitze 121 eine Dreieckspyramidenform aufweist. Die Vertiefung 111 kann abhängig von der Form der Spitze 121 verschiedenen Formen einschließlich Quadrat oder Rechteck aufweisen. Zusätzlich können die Tiefe und der Durchmesser der Vertiefung 111 abhängig von der Länge und dem Durchmesser der Spitze 121 variieren. Die Spitze 121 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, aus verschiedenen Materialien wie Diamant oder Silicium bestehen und kann einen Durchmesser in beispielsweise einem Bereich von 2 Nanometer bis 10 Nanometer aufweisen. Dementsprechend können die Form und die Größe der Sondenspitze 121 entsprechend der gewünschten Form und Größe der Vertiefung 111 passend gewählt werden.
Zusätzlich können der Durchmesser und die Tiefe der Vertiefung 111 mit einer stärkeren mechanischen Kraft zum Zeitpunkt der Nanoindentierung erhöht werden. Der Durchmesser und die Tiefe der Vertiefung 111 können abhängig sein von einem Abtast-Verlängerungswert (scanner extension value) Δz und von einer Federkonstante des Federarms (Cantilever).
Die Tiefe der Vertiefung 111 darf nicht größer sein als die Dicke der Polymerschicht 110 und kann gleich der Dicke der Polymerschicht 110 sein, um wie in der 2 gezeigt das untere Substrat 100 zu erreichen.
Das Verfahren der Nanomusterung unter Verwendung der Nanoindentierung ermöglicht entsprechend dem Durchmesser der Spitze eine feine Musterung von nicht größer als 10 Nanometer. Demgegenüber drückt eine während der Nanoindentierung auf die Polymerschicht 110 ausgeübte mechanische Kraft einen Teil der Polymerschicht 110, so dass dieser von innerhalb der Vertiefung 111 nach Außen und um die Vertiefung 111 fließt, was zu einer Ausbuchtung 112, d. h. einem vorstehenden Abschnitt, führt. Im Allgemeinen ermöglicht das Nano-Indentieren, dass eine Ausbuchtung 112 von ungefähr der doppelten Größe des Durchmessers der Vertiefung 111 um die Vertiefung 111 herum ausgebildet wird. Z. B. kann die Ausbuchtung 112 eine Breite von 20 Nanometer aufweisen, wenn die Vertiefung 111 den Durchmesser von 10 Nanometer aufweist. Das Vorhandensein der Ausbuchtung 112 zeigt an, dass für das Nanomustern der Abstand zwischen den Vertiefungen (Löchern) mindestens zweimal der Durchmesser der Vertiefung 111 sein muss, so dass das Vorhandensein der Ausbuchtung 112 ein einschränkender Faktor für die Nanomusterung sein kann. Das heißt, der kleinste seitliche Abstand kann festgelegt sein durch die Summe der Breiten der Vertiefung 111 und der Ausbuchtung 112. Zusätzlich kann die hervorstehende Ausbuchtung 112 verhindern, dass in einem nachfolgenden Arbeitsschritt externe Nanopartikel in die Vertiefung 111 eingebracht werden können.
Solche Phänomene können gleichermaßen bei dem Verfahren der Nanoprägelithographie, das die mechanische Musterung verwendet, auftreten.
Die Höhe der Ausbuchtung nach der Verarbeitung kann in dem Bereich von einigen Nanometer bis einigen 10 Nanometern liegen. Die Höhe der Ausbuchtung kann abhängig von dem Material und der Dicke der Polymerschicht, dem Standard der Spitze und der mechanischen Kraft bei der Nanoindentierung sowie der Stempelform und den Druckbedingungen bei der Nanoprägelithographie geändert werden.
3 zeigt ein Beispiel eines AFM-Oberflächenbildes, wenn die Nanoindentierung auf einem Siliciumsubstrat durchgeführt wird, das mit PMMA beschichtet ist. Das PMMA (Molekulargewicht = 950 K, Dicke = 87 Nanometer, quadratischer Mittenrauwert (RMS) = 0,3 Nanometer) wird auf das Siliciumsubstrat unter Verwendung eines Rotationsbeschichtungsverfahrens aufbeschichtet, und es werden einige 10 Vertiefungen auf dem Siliciumsubstrat in einem Bereich von ungefähr 8 μm × 8 μm ausgebildet, indem man darauf eine Indentierung unter Verwendung einer dreieckigen Sondenspitze (Durchmesser = 10 Nanometer, k = 42 N/m, f = 330 kHz, Abtast-Verlängerung (scanner extension) = 80 Nanometer) durchführt. Die Form der Vertiefungen ist dreieckig, ähnlich wie die Spitze, und eine hervorstehende Ausbuchtung, die um die Vertiefung herum ausgebildet ist, ist in der vergrößerten Ansicht darunter veranschaulicht. Der Durchmesser der Vertiefung beträgt ungefähr 75 Nanometer, und die Höhe der Ausbuchtung um die Vertiefung ist asymmetrisch in einem Bereich von ungefähr 10 Nanometer bis ungefähr 20 Nanometer verteilt.
In Bezug auf die 2(c) wird die Polymerschicht dann mit einem Lösungsmittel kontaktiert und wird eine externe Anregung angewendet, um die Ausbuchtung zu entfernen.
Zu diesem Zeitpunkt können das Lösungsmittel und die externe Anregung gleichzeitig verwendet werden, anstelle einer ausschließlichen Verwendung des Lösungsmittels oder der externen Anregung. Dies wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
Es ist vorteilhaft, die Art und das Zusammensetzungsverhältnis des Lösungsmittels entsprechend dem Polymer richtig vorzuwählen, damit das Lösungsmittel eine ausreichende Polarität aufweist, um die Ausbuchtung zu entfernen, wenn die externe Anregung angewendet wird.
Die richtige Art und die Polarität des Lösungsmittels, die für das Entfernen der Ausbuchtung geeignet sind, können gewählt werden, um mit einem vorbestimmten Abschnitt der Polymerschicht zu reagieren, wenn ein elektrisches Feld auf die Polymerschicht angewendet wird. Beispiele des Lösungsmittels können Wasser, ein Alkohol wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek-Butylalkohol, t-Butylalkohol und Isobutylalkohol; ein Keton wie Aceton, Methylethylketon und Diacetonalkohol; ein Ester wie Ethylacetat und Ethyllactat; ein mehrwertiger Alkohol wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,2,4-Butantriol, 1,5-Pentandiol, 1,2-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol, Hexylenglykol, Glycerol, Glycerolethoxylat und Trimethylolpropanethoxylat; ein niederer Alkylether wie Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmethylether, Diethylenglykolethylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether; eine Stickstoffverbindung wie 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon und Caprolactam; ein Dimethylsulfoxid; ein Tetramethylsulfon; ein Thioglycol etc. einschließen. Diese Materialien können allein oder in verschiedenen Kombinationen davon verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, das mindestens Wasser enthält.
In einer anderen Ausführungsform ist das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, das zumindest Wasser und Alkohol enthält.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, das mindestens Wasser und Isopropylalkohol enthält.
Ferner kann das Lösungsmittel ein passendes Verhältnis aufweisen, wenn mindestens zwei Lösungsmittel gemischt werden.
Die Art und das Verhältnis des Lösungsmittels können in den verschiedenen Kombinationen abhängig von der Art des betreffenden Polymers, einem Polymerisierungsgrad und einem Grad der Änderung nach einem Schlag gewählt werden.
In einer Ausführungsform kann ein Verhältnis von Wasser zu Isopropylalkohol von 1:1 bis 1:20 verwendet werden, wenn das Entfernen der Ausbuchtungen bei Verwenden von PMMA durchgeführt wird, wie später in den Beispielen beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Verhältnis von Wasser zu Isopropylalkohol von 1:3 bis 1:15 verwendet werde, wenn das Entfernen der Ausbuchtungen bei Verwenden von PMMA durchgeführt wird, wie später in den Beispielen beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Verhältnis von Wasser zu Isopropylalkohol von 1:5 bis 1:10 verwendet werden, wenn das Entfernen der Ausbuchtungen bei Verwenden von PMMA durchgeführt wird, wie später in den Beispielen beschrieben.
Jedoch werden die vorher erwähnten Verhältnisbereiche nur als Beispiele angesehen und können, falls notwendig, auch außerhalb der oben beschriebenen Bereichen variiert werden.
Die Arten der externen Anregung, die zusammen mit dem Lösungsmittel angewandt wird, sind nicht speziell beschränkt und können ein elektrisches Feld, ein Magnetfeld, eine Ultraschallwelle, eine elektromagnetische Welle, Vibration, Chemikalie, Hitze, Druck etc. einschließen. Diese können alleine oder in den verschiedenen Kombinationen davon verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird das elektrische Feld, die Ultraschallwelle, die Vibration, die Hitze oder eine Kombination davon verwendet.
In einer anderen Ausführungsform wird das elektrische Feld, die Ultraschallwelle oder eine Kombination davon verwendet.
Gemäß 2(c) wird das Substrat 100, das durch das oben beschriebene Verfahren der Nanomusterung unterzogen wurde, auf einer unteren Elektrode 140 bereitgestellt und wird in Kontakt mit einem vorbestimmten Lösungsmittel 130 gebracht. In einer Ausführungsform wird das Lösungsmittel 130 mittels einer Spritze aufgetropft, damit das Lösungsmittel gleichmäßig auf die Polymerschicht 110 aufbeschichtet werden kann. Oben auf dem Lösungsmittel und der Polymerschicht 110 wird eine Metallelektrodenplatte 141 angeordnet, und wird das elektrische Feld durch eine Energiequelle 150 angelegt.
Gemäß 2(d) wird eine Nanostruktur bereitgestellt, die keine Ausbuchtungen um eine Vertiefung 111' aufweist und die eine Vertiefung 111' mit vergrößertem oberen und unteren Durchmesser einschließt nachdem das Lösungsmittel und das elektrische Feld angewendet wurden, als vergleichsweise den Durchmessern der Vertiefung 111 vor der Behandlung.
In einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Ausführungsform wird die Ausbuchtung durch die Anwendung einer Ultraschallwelle unter Anwesenheit eines Lösungsmittels anstelle des elektrischen Feldes entfernt. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Ultraschallbehandlung durchgeführt werden während die Oberfläche des Polymers, das der Nanomusterung unterzogen wurde, in das Lösungsmittel eingetaucht ist. In diesem Fall können die Behandlungszeit und die Ultraschallenergie geeignet eingestellt werden, um die Ausbuchtung um die Vertiefung herum zu entfernen.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird die Ausbuchtung 112 als solches, die in der 2(c) dargestellt ist, durch eine Wechselwirkung zwischen dem Lösungsmittel 130 und der externen Anregung entfernt, was erreicht werden kann, indem man die Art des Lösungsmittels, das Zusammensetzungsverhältnis und die Anwendungsbedingungen des elektrischen Feldes oder des Ultraschalls einstellt.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Entfernen der Ausbuchtung ausführlicher beschrieben.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das Nanomuster veranschaulicht, bevor und nachdem die Ausbuchtungen um das Nanomuster entfernt wurden. Die Abschnitte, die von punktierten Linien umgeben sind, zeigen eine Abbildung des Nanomusters vor der Oberflächenbehandlung z. B. unmittelbar nach der Nanoindentierung, und Abschnitte, die von durchgezogenen Linien umgeben sind, zeigen eine Abbildung des Nanomusters nach der Oberflächenbehandlung. Das Nanomuster mit einer Vertiefung tritt auf, wenn bei der Nanoindentierung ein Schlag durch die mechanische Kraft der AFM-Sondenspitze auf die Polymerschicht 110 ausgeübt wird. Wenn die Vertiefung erzeugt wird, wird gleichzeitig ein Teil der Polymerschicht 110 nach oben gedrückt, um die Ausbuchtungen 112a und 112b zu bilden. Zusätzlich können Regionen, in denen eine Verschlechterung auftritt, entlang des Umfangs der Innenwand und dem unteren Abschnitt der Vertiefung aufgrund der Energie gebildet werden, die durch den Zusammenstoß der Sondenspitze mit der Polymerschicht 110 erzeugt wird, d. h. die modifizierten Abschnitte 113a und 113b. Zusätzlich können in Abhängigkeit von den Schlagbedingungen die Größen der Ausbuchtungen 112a und 112b und der modifizierten Abschnitte 113a und 113b voneinander verschieden sein. In den Ausbuchtungen 112a und 112b und den modifizierten Abschnitten 113a und 113b kann ein Defekt wie eine gebrochene Polymerkette vorhanden sein.
Wenn das vorbestimmte Lösungsmitteln in Kontakt mit den Ausbuchtungen und/oder den modifizierten Abschnitten, wo derartige wie oben beschriebene Defekte vorhanden sind, gebracht werden, und eine konstante externe Anregung angewendet wird, können nur die Ausbuchtungen entfernt werden, oder können abhängig von den Bedingungen alle oder einige der Ausbuchtungen und die modifizierten Abschnitte 112a, 112b, 113a und 113b gleichzeitig entfernt werden.
Dementsprechend kann die Vertiefung 111' ohne Ausbuchtungen 112a und 112b auf der Polymerschicht 110 ausgebildet werden. Die Vertiefung 111' kann einen vergrößerten oberen Durchmesser und eine vergrößerte innere Breite aufweisen, als vergleichsweise bei den Vertiefung vor der Oberflächenbehandlung.
In einer Ausführungsform kann zusätzlich ein Nanomuster in einer ebenen Oberfläche gebildet werden, die durch Entfernen der Ausbuchtungen 112a und 112b freigelegt wurde.
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen einer Nanostruktur, bei der ein Nanomuster zusätzlich an den Positionen gebildet wird, an denen die Ausbuchtungen entfernt wurden.
In Bezug auf die 5 wird in Schritt (a) durch Nanoindentierung die Polymerschicht 110 mit Ausbuchtungen 112 um die Schicht 110 gebildet. (b) Die Ausbuchtungen 112 werden in Schritt (b) durch eine Oberflächenbehandlung entfernt. In Schritt (c) wird die Nanomusterung zusätzlich an den Positionen durchgeführt, an denen die Ausbuchtungen 112 entfernt wurden, und es werden wiederum die Ausbuchtungen 112 durch die Oberflächenbehandlung entfernt, so dass die Nanostruktur mit den Nanomustern verschiedener Größen und Formen im Schritt (d) hergestellt werden kann.
Folglich kann der Abstand zwischen den Nanomustern verringert werden, was zu einer feineren Musterstruktur führt.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird eine geringe Änderung der mittleren Dicke der Polymerschicht erreicht auch wenn die Ausbuchtungen und/oder die modifizierten Abschnitte vollständig oder teilweise entfernt werden.
Wenn das elektrische Feld in Anwesenheit eines vorbestimmten Lösungsmittels angewandt wird, wird in einer Ausführungsform eine Gleichstrom(DC)- oder Wechselstrom(AC)-Vorspannung angewendet.
Der Spannungsbereich bei der Anwendung der Gleichstrom- oder Wechselstrom-Vorspannung in Gegenwart des Lösungsmittels ist nicht eingeschränkt, solange der Spannungsbereich es gestattet, dass die Ausbuchtungen und/oder modifizierten Abschnitte entfernt werden können, und es wird ein geeigneter Spannungsbereich gewählt, um so zusammen mit dem eingesetzten Lösungsmittel die Ausbuchtungen und/oder modifizierten Abschnitte zu minimieren.
Wie aus den später beschrieben Beispielen ersichtlich wird, kann beobachtet werden, dass die Ausbuchtungen und/oder modifizierten Abschnitte bei einer DC-Vorspannung von 1 V bis 30 V verringert oder entfernt werden, wenn das Wasser und Isopropylalkohol enthaltende Lösungsmittel für PMMA verwendet wird. Wenn die DC-Vorspannung gegenüber den oben genannten Bereichen zu gering oder zu hoch wird, können die Ausbuchtungen möglicherweise nicht vollständig entfernt werden. Solche Bereiche sind unter den einschränkenden Bedingungen nur Beispiele und geeignete Bereiche können gemäß den Arten des entsprechenden Polymers und den anderen Lösungsmittelsbedingungen variiert werden.
Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform kann auf verschiedene Nanostrukturen angewendet werden. Z. B. können Nanofallen (nanotraps) gebildet werde, die feinere Muster aufweisen als vergleichsweise solche, die unter Verwendung eines Elektronenstrahls auf der Polymerschicht gebildet werden. Solche Nanofallen umfassen weniger Ausbuchtungen und es ist einfach, die Tiefe und die Breite der Löcher der Fallen entsprechend den Verfahrensbedingungen einzustellen, so dass die Nanofallen angewendet werden können, um Molekülfalle für Nanopartikel oder Nanoverbindungen herzustellen. Zusätzlich kann ein Ausbuchtungseffekt entfernt werden und damit der Freiheitsgrad zwischen den Nanopartikeln erhöht werden, wenn eine selbstorganisierende Schicht unter Verwendung der Nanopartikel gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Nanostruktur bereit, bei der die Ausbuchtungen entfernt worden sind, d. h. eine Nanostruktur ohne Ausbuchtungen.
In einer Ausführungsform wird eine Nanostruktur bereitgestellt, die ein Substrat und eine Polymerschicht mit einem auf dem Substrat gebildeten Nanomuster einschließt, wobei Ausbuchtungen um das Nanomuster herum durch Anwenden eines vorbestimmten Lösungsmittels und einer externen Anregung entfernt werden.
Beispiele für die grundlegenden Komponenten umfassen die Arten eines Polymers, der Lösungsmittelsbedingungen und der externen Anregungen und sind wie folgt.
Die Größe des Nanomusters ist nicht begrenzt, wohingegen das Nanomuster die Form eines nicht fortlaufenden Punkts oder einer ununterbrochenen Linie, bestehend aus Vertiefungen mit jeweils einem Durchmesser von 1 μm oder kleiner aufweisen.
In einer Ausführungsform weist jede Vertiefung im Nanomuster einen Durchmesser von 500 Nanometer oder kleiner auf. In einer anderen Ausführungsform weist jede Vertiefung im Nanomuster einen Durchmesser von 200 Nanometer oder kleiner auf. In einer weiteren Ausführungsform weist jede Vertiefung im Nanomuster einen Durchmesser von 100 Nanometer oder kleiner auf. In noch einer weiteren Ausführungsform weist jede Vertiefung im Nanomuster einen Durchmesser von 50 Nanometer oder kleiner auf.
Der minimale Durchmesser der Vertiefung kann durch die Norm der Sondenspitze zum Zeitpunkt des Ausbildens des Nanomusters, z. B. zum Zeitpunkt der Nanoindentierung, begrenzt sein und kann ungefähr 2 Nanometer oder größer sein. Die modifizierten Abschnitte innerhalb und außerhalb des Nanomusters können abhängig von den Behandlungsbedingungen entfernt werden. Wenn der modifizierte Abschnitt innerhalb der Vertiefung entfernt wird, kann beispielsweise die innere Breite der Vertiefung erhöht werden.
Ferner kann eine ebene Oberfläche auf der die Ausbuchtungen um das Nanomuster entfernt wurden dazu verwendet werden, um zusätzlich ein weiteres Nanomuster auszubilden.
Folglich kann die Nanostruktur ein hyperfeines Nanomuster aufweisen, bei dem die Ausbuchtungen entfernt sind und die Form der Vertiefung einem Kreis ähnelt, was durch den Stand der Technik schwerlich erhalten werden könnte.
Eine Ausführungsform dieser Nanostruktur kann eine Struktur sein, die Nanofallenlöcher aufweist. Bei der Struktur können Nanoverbindungen gebildet werden oder können Nanopartikel durch die Vertiefungen (Löcher) in die Struktur injiziert werden. Die Größe der Vertiefung kann entsprechend der Größe der Nanopartikel variierend angepasst werden.
Dementsprechend kann die oben beschriebe Nanostruktur bei verschiedenen Nanoelementen wie einer Nanoprägeform oder einem Biochip angewendet werden.
Im Folgenden werden Ausführungsformen und Effekte der vorliegenden Erfindung anhand der spezifischen Beispiele und der Vergleichsbeispiele ausführlich beschrieben; jedoch sind diese Beispiele lediglich veranschaulichend gedacht, um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, und schränken den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht ein.
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung einer Nanostruktur mit entfernten Ausbuchtungen durch die Anwendung eines elektrischen Feldes
(a) Beschichten von PMMA auf ein Substrat
Ein Siliciumsubstrat wurde mit Aceton durch Ultraschallbehandlung gesäubert und eine PMMA-Lösung (950 K C4) mit 4 Gew.-% und einem Molekulargewicht von 950 K, gelöst in einem Chlorbenzollösungsmittel, auf das Siliciumsubstrat rotationsbeschichtet. Dieses wurde dann in einem Ofen für 30 Minuten bei 170°C sanft erwärmt (soft bake), um das mit der PMMA-Schicht beschichtete Substrat ohne Pin-Löcher zu erhalten. Gemäß der AFM-Messung betrug die Schichtstärke 500 Nanometer und der Mittelrauwert 0,6 Nanometer.
(b) Herstellung der Vertiefung durch Nanoindentierung
Es wurde eine handelsübliche AFM-Ausrüstung (SPA-400, Seiko Instruments, Japan) verwendet, um eine Oberflächenänderung, d. h. die Nanoindentierung, auf der PMMA-Schicht durchzuführen. Es wurde eine pyramidenförmige Siliciumsonde mit einem Spitzendurchmesser von 10 Nanometer, einer Federkonstante von 42 N/m und einer Resonanzfrequenz von 330 KHz (PPP-NCHR, Nanosensors, Schweiz) verwendet, um die Nanoindentierung im intermittierenden Modus (tapping mode) durchzuführen.
(c) Entfernung der Ausbuchtungen um die Vertiefung herum
Eine Probe, die mittels Indentierung einer Nanomusterung unterzogen wurde, wurde auf eine Kupferplatte gelegt, die als untere Elektrode verwendet wurde, und es wurde ein Lösungsmittel, das ein geeignetes Verhältnis an entionisiertem Wasser (DI) und Isopropylalkohol (IPA) aufwies, mittels einer Spritze auf die Probe getropft, um die Oberfläche der Probe zu beschichten. Eine andere Kupferplatte, die als obere Elektrode verwendet wurde, wurde auf die Probenoberfläche mit dazwischen einem Abstand von 1 Millimeter positioniert, und die DC- oder AC-Vorspannung wurde für 20 Minuten angewandt, um Ausbuchtungen zu entfernen.
Die Änderungen in der Ausbuchtungshöhe entsprechend den Änderungen im Zusammensetzungsverhältnis des Lösungsmittels, dem Abtast-Verlängerungswert und der Größe der DC- oder AC-Vorspannung sind in den folgenden Tabellen 1 bis 3 und in den 6 bis 10B veranschaulicht.
Beispiel 2: Herstellung einer Nanostruktur mit entfernten Ausbuchtungen durch Anwendung von Ultraschallwellen
Unter denselben Bedingungen wie (a) und (b) von Beispiel 1 wurde eine Nanoindentierung durchgeführt, um eine Vertiefung zu bilden, mit der Ausnahme, dass ein Siliciumsubstrat verwendet wurde, das beschichtet wurde mit einer Schicht mit einer Dicke von 70 Nanometer und einem Mittelrauwert von 0,6 Nanometer unter Verwendung einer PMMA-Lösung (950 K A2) mit 2 Gew.-% und einem Molekulargewicht von 950 K, gelöst in einem Anisollösungsmittel anstelle eines Chlorbenzollösungsmittels.
Es wurde eine Ultraschallbearbeitungsvorrichtung (JAC Ultrasonic 1002, Frequenz = 40 KHz, Leistung = 125 W, KODO Technical Research) verwendet, um während 5 Minuten in einem Lösungsmittel mit einem Verhältnis an entionisiertem Wasser (DI) zu Isopropylalkohol (IPA) von 1:5 eine Ultraschallbehandlung anzuwenden.
Darüber hinaus wurde die oben beschriebene Nanoindentierung durchgeführt, um Nanomuster von dreieckigen, rechteckigen und sechseckigen Formen zu bilden, die aus ununterbrochenen Linien gebildet wurden, und es wurde eine Ultraschallbehandlung während 5 Minuten in einem Lösungsmittel mit einem Verhältnis DI:IPA von 1:5 angewendet.
Die Oberflächen vor und nach der Oberflächenbehandlung wurden mittels AFM begutachtet, und die Ergebnisse sind in den 11 und 12 dargestellt.
Auswertung
5 zeigt Oberflächen-AFM-Bilder vor und nachdem die Gleichstrom-Vorspannung gemäß den Lösungsmittelzusammensetzungen angewendet wurde. Darüber hinaus zeigt 7 Oberflächen- und Querschnitts-AFM-Bilder, die die Strukturen der Vertiefungen und Ausbuchtungen entsprechend den verschiedenen Lösungsmittelszusammensetzungen darstellen, wenn eine Gleichstrom(DC)-Vorspannung angewendet wird. 8 ist ein Diagramm, das die Änderungen in der Ausbuchtungshöhe gemäß den jeweiligen Lösungsmittelszusammensetzungen veranschaulicht, wenn eine Gleichstrom(DC)-Vorspannung angewendet wird.
In Bezug auf 5 ist ersichtlich, dass die Vertiefung vor der Oberflächenänderung, z. B. unmittelbar nach der Nanoindentierung, eine dreieckige Form aufweist und die Ausbuchtungen nicht entfernt sind sondern wie bei der oben beschriebenen Indentierung vorhanden sind in den Fällen, in denen nur eine Gleichspannung mit 10 V ohne Lösungsmittel, entionisiertes Wasser (DI) und eine Gleichspannung mit 10 V bzw. Isopropylalkohol (IPA) und eine Gleichspannung mit 10 V angewandt wurden. Wenn demgegenüber ein Mischlösungsmittel mit einem Volumenverhältnis an entionisiertem Wasser (DI) zu Isopropylalkohol (IPA) von 1:10 verwendet wird, kann beobachtet werden, dass die Ausbuchtungen um die Vertiefung herum entfernt werden und die Vertiefung eine Kreisform aufweist.
In den 7A und 7B stellen die Bilder in der linken Spalte die Oberflächenbilder nach der Oberflächenänderung gemäß den jeweiligen Lösungsmittelszusammensetzungen dar, und stellen die Bilder in der rechten Spalte Querschnittsbilder dar.

Aus der nachfolgenden Tabelle 1 und 8 ist ersichtlich, dass die Ausbuchtungen allmählich entfernt werden, wenn das Verhältnis von IPA zu DI zunimmt, und die Ausbuchtungen nahezu entfernt sind, wenn das Verhältnis von DI zu IPA ungefähr 1:5 beträgt. Die Ausbuchtungen erscheinen wieder, wenn der Anteil an IPA zunimmt. Tabelle 1: Änderungen in der Ausbuchtungshöhe gemäß dem Zusammensetzungsverhältnis des Lösungsmittels

Nr.	DI:IPA (Volumenverhältnis)	DC-Vorspannung (V)	Min. Ausbuchtungshöhe (nm)	Max. Ausbuchtungshöhe (nm)
Vergleichsbeispiel 1	-	-	12	26
1	1:1	10	9	20
2	1:2	10	4	11
3	1:3	10	3	4
4	1:4	10	–2	0,8
5	1:5	10	–3,2	–1,5
6	1:6	10	–3	–0,5
7	1:7	10	–4	–0,6
8	1:8	10	–4	–0,1
9	1:9	10	–3	–0,1
10	1:10	10	1,5	1,5
11	1:15	10	4	8

* PMMA 950 K C4, Dicke: 500 Nanometer, Tiefe der Vertiefung = 45 Nanometer, Abtast-Verlängerung (Δz) = 80 Nanometer

Die Ausbuchtungshöhe hängt auch von der Abtast-Verlängerung (Δz) ab. Die Ausbuchtungshöhe in der Probe vor einer Anwendung des elektrischen Feldes und des Lösungsmittels erhöht sich mit zunehmender Kraft, die auf die AFM-Spitze ausgeübt wird, was in nachfolgender Tabelle 2 aufgezeigt wird. Das heißt, die Tiefe der Vertiefung und die Ausbuchtungshöhe nehmen zu, wenn Δz von 60 Nanometer auf 80 Nanometer zunimmt. Wenn nach der Nanoindentierung das Lösungsmittel und das elektrische Feld auf die Probe anwendet werden, werden demgegenüber die Ausbuchtungen entfernt und weist die Probe einen Minimalwert der Ausbuchtungshöhe auf, wenn Δz gleich 80 Nanometer ist. Tabelle 2: Änderungen der Ausbuchtungshöhe entsprechend der Abtast-Verlängerung

Nr.	Abtast-Verlängerung (Δz) (nm)	Tiefe der Vertiefung (nm)	Max. Ausbuchtungshöhe vor der Behandlung (nm)	Max. Ausriuchtungshöhe nach der Behandlung (nm)
12	60	38	22	10
13	70	51	28	4
14	80	59	33	0,7

* PMMA 950 K C4, Dicke: 500 Nanometer, DI:IPA (Volumenverhältnis) = 1:5, DC-Vorspannung (V) = 10 V

9 ist ein Diagramm, das die Änderungen in der Ausbuchtungshöhe gemäß den Änderungen in der DC-Vorspannung veranschaulicht.
10A zeigt die Oberflächen- und Querschnitts-AFM-Bilder, die die Strukturen der Ausbuchtungen und der Vertiefungen gemäß den Änderungen in der Gleichstrom(DC)-Vorspannung darstellen. 10B zeigt die Oberflächen- und Querschnitts-AFM-Bilder, die die Strukturen der Ausbuchtungen und der Vertiefungen gemäß den Änderungen der Wechselstrom(AC)-Vorspannung darstellen.

Die Ergebnisse der Änderung in der Ausbuchtungshöhe gemäß der angewandten DC-Vorspannung werden in nachfolgender Tabelle 3 gezeigt, und aus den 9 und 10A ist ersichtlich, dass die Ausbuchtungen in einem Bereich von ungefähr DC 5 V (E = 5,0 10³ V/m) bis 15 V (E = 1,5 10⁴ V/m) unter Verwendung eines Lösungsmittels mit einem Verhältnis DI:IPA von 1:10 entfernt wurden und die Ausbuchtungen nicht vollständig entfernt wurden, wenn eine Vorspannung außerhalb des oben erwähnten Bereichs verwendet worden war. Aus 10B ist ersichtlich, dass die Ausbuchtungen innerhalb eines Frequenzbereichs von 10 Hz–10 MHz bei 10 V_p-p unter Verwendung von Wechselstrom-Vorspannungen entfernt werden. Somit scheint eine Änderung der Wechselstrom-Frequenz einen geringen Einfluss auf eine Veränderung bei der Entfernung der Ausbuchtungen zu haben. Tabelle 3: Änderung der Ausbuchtungshöhe entsprechend der angewandten DC-Vorspannung

Nr.	DI:IPA (Volumenverhältnis	DC-Vorspannung (V)	Min. Ausbuchtungshöhe (nm)	Max. Ausbuchtungshöhe (nm)
Vergleichsbeispiel 2	-	-	26	34
15	1:10	1	05	2
16	1:10	3	0,5	3
17	1:10	5	–4	1
18	1:10	8	–5	–2
19	1:10	15	–5	–3
20	1:10	20	–3	2
21	1:10	30	–5	0

* PMMA 950 K C4, Dicke: 500 Nanometer, Tiefe der Vertiefung = 94 Nanometer, Abtast-Verlängerung (Δz) = 80 Nanometer

11 zeigt Oberflächen-AFM-Bilder vor und nach der Ultraschallbehandlung entsprechend den Lösungsmittelszusammensetzungen.
Aus 11 ist ersichtlich, dass die Vertiefung vor der Oberflächenmodifikation, z. B. unmittelbar nach der Nanoindentierung, eine dreieckige Form aufweist. Die Ausbuchtungen waren nach der Oberflächenmodifikation in den Fällen nicht von den Proben entfernt, in denen nur die Ultraschallbehandlung während 5 Minuten ohne Lösungsmittel angewandt wurde, entionisiertes Wasser (DI) und eine Ultraschallbehandlung während 5 Minuten angewandt wurde bzw. Isopropylalkohol (IPA) und eine Ultraschallbehandlung während 5 Minuten angewandt wurde. Wenn demgegenüber ein Mischlösungsmittel mit einem Volumenverhältnis an entionisiertem Wasser (DI) zu Isopropylalkohol (IPA) von 1:5 verwende wurde, konnte beobachtet werden, dass die Ausbuchtungen um die Vertiefung herum entfernt wurden und die Vertiefung eine Kreisform aufwies.
12 zeigt AFM-Bilder vor und nach der Ultraschallbehandlung in Bezug auf eine PMMA-Oberfläche, die in einer Linienform unter Verwendung der Nanoindentierung gemustert sind.
Wenn nach der Ausbildung einer fortlaufenden Vertiefung zum Erhalt eines Linienmusters durch Indentierung in einem vorbestimmten Intervall eine Oberflächenbehandlung unter den Bedingungen DI:IPA gleich 1:5 und einer Ultraschallbehandlung während 5 Minuten durchgeführt wird, sind wie in 12 dargestellt dreieckige, rechteckige und sechseckige Muster klar ausgebildet ohne irgendwelche Ausbuchtungen gegenüber einem originalen Bild der Vertiefung. Wenn vor der Oberflächenbehandlung die Indentierung in einem Abstand von 45 Nanometer durchführt wird, beträgt die Breite des Linienmusters ungefähr 40 Nanometer, in dem die fortlaufende Vertiefung geformt ist. Die Ausbuchtung hat darüber hinaus eine Höhe von ungefähr 12 Nanometer und eine Breite von ungefähr 80 Nanometer. Nachdem die Ausbuchtungen durch die Oberflächenbehandlung entfernt wurden, ist zu erkennen, dass eine klare Linie von ungefähr 120 Nanometer mit der ursprünglichen Linienbreite und der Ausbuchtungsbreite ausgebildet wurde.
Die vorausgegangenen Angaben veranschaulichen die Erfindung und sind nicht als einschränkend gedacht. Obwohl zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Abwandlungen der Ausführungsformen möglich sind ohne von den neuen Lehren und Vorteilen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist es selbstverständlich, dass die vorausgegangenen Angaben die Erfindung veranschaulichen und für die offenbarten speziellen Ausführungsformen als nicht als einschränkend gedacht sind und dass Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen ebenso wie andere Ausführungsformen als vom Umfang der anhängenden Ansprüche umfasst angesehen werden.
Bezugszeichenliste

100: Substrat
110: Polymerschicht
111, 111': Vertiefung
112, 112a, 112b: Ausbuchtung
113a, 113b: modifizierter Abschnitt

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur, auf der Ausbuchtungen entfernt sind, umfassend die folgenden Schritte: – Ausbilden eines Nanomusters auf einer Oberfläche eines Polymers; – Kontaktieren der Oberfläche des Polymers mit dem Nanomuster mit einem vorbestimmten Lösungsmittel; und – Anwenden einer externen Anregung auf die Oberfläche des Polymers, die in Kontakt mit dem Lösungsmittel steht, um Ausbuchtungen um das Nanomuster herum zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nanomuster durch eine mechanische Kraft ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nanomuster durch eine Nanoindentierung oder eine Nanoprägelithographie ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Nanoindentierung mittels eines Rasterkraftmikroskops (AFM) im intermittierenden Modus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer mindestens ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyoxymethylen (POM), Polyacryl (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Homopolymer von Polystyrol (PS) oder Copolymer von Polystyrol (PS), Styrolacrylnitril (SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), hochschlagfestes Polystyrol (HIPS), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Homopolymer von Polypropylen (PP) oder Copolymer von Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Glykolmodifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyetherester-Copolymere, Polyetheramid-Copolymere, Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 6.10, Nylon 6.12, Nylon 11, Nylon 12, Polyamidimide (PAI), Polyarylate, Polyurethane (PU), Ethylenpropylengummi (EPR), Ethylenpropylendienmonomer (EPDM), Polyarylsulfon (PASF), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylchlorid (PVC), Polysulphon (PS), Polyetherimide (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Propylenethylen, Polyfluoralkoxy, Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer einen Photoresist, Elektronenstrahlresist oder Röntgenstrahlresist umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die externe Anregung mindestens eine umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem elektrischen Feld, einem Magnetfeld, einer Ultraschallwelle, einer elektromagnetischen Welle, Erschütterung, Chemikalie, Hitze und Druck.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das elektrische Feld durch eine Gleichstrom(DC)-Vorspannung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Art und das Zusammensetzungsverhältnis des Lösungsmittels so gewählt werden, dass das Lösungsmittel eine ausreichende Polarität aufweist, um die Ausbuchtung zu entfernen, wenn die externe Anregung angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel mindestens eines umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Wasser, einem Alkohol wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek-Butylalkohol, t-Butylalkohol und Isobutylalkohol; einem Keton wie Aceton, Methylethylketon und Diacetonalkohol; einem Ester wie Ethylacetat und Ethyllactat; einem mehrwertigen Alkohol wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,2,4-Butantriol, 1,5-Pentandiol, 1,2-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol, Hexylenglykol, Glycerol, Glycerolethoxylat und Trimethylolpropanethoxylat; einem niederen Alkylether wie Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmethylether, Diethylenglykolethylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether; einer Stickstoffverbindung wie 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon und Caprolactam; Dimethylsulfoxid; Tetramethylsulfon und Thioglycol.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist, das mindestens Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist, das mindestens Wasser und einen Alkohol enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist, das mindestens Wasser und Isopropylalkohol enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen der Ausbuchtungen um das Nanomuster herum ferner ein Entfernen der modifizierten Abschnitte des Nanomusters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das zusätzliche Ausbilden eines Nanomusters an Positionen umfasst, an denen Ausbuchtungen entfernt wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Polymers mit Ausnahme der Ausbuchtungen nicht angeätzt wird, wenn die Ausbuchtungen entfernt werden.