DE69516528T2

DE69516528T2 - Lithografie oder dünnschicht modifizierung

Info

Publication number: DE69516528T2
Application number: DE69516528T
Authority: DE
Inventors: Andre Biebuyck; Bruno Michel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: EP0784543A1; DE69516528D1; JPH09511711A; JP3415850B2; WO1997006013A1; EP0784543B1; US5925259A

Description

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein lithografisches Verfahren, das eine Veränderung einer Substratoberfläche an ausgewählten Stellen beinhaltet, wodurch ein lithografisches Muster auf dem Substrat gebildet wird. Es bezieht sich im besonderen auf die Herstellung strukturierter Schichten zur Verwendung in der Herstellung elektrischer und elektronischer Geräte wie beispielsweise integrierte Schaltkreise, Bildschirme, Speichermedien, Sensoren usw. Genau gesagt bezieht sich das Prinzip der vorliegenden Erfindung auf einen Ätzschritt, der Bestandteil eines lithografischen Verfahrens ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zwar ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung ebenfalls auf lithografische Verfahren, wie sie in der Druckindustrie verwendet werden, anwendbar, doch richtet sie sich insbesondere auf die Lithografie, wie sie in der Herstellung elektrischer und elektronischer Geräte, Sensoren usw. eingesetzt wird. Eine typische Längendimension des relevanten Typografiemusters liegt im Bereich eines Mikrons und darunter. Die Herstellungsweise solcher Geräte wird derzeit nahezu vollständig von Verfahren dominiert, die auf optischer Lithografie oder Elektronenstrahl-Lithografie basieren.
Seit dem Aufkommen integrierter Schaltkreise (Ics) und mikromechanischer Geräte ist die optische Lithografie zum Zweck der Massenproduktion ein wesentliches Element: Die gute Verarbeitbarkeit, die parallele Verarbeitung und die gute Auflösung haben einen riesigen Markt geschaffen. Die Herstellung von Geräten in noch kleineren Dimensionen, die nötig sind, um Speicher- und Rechenanforderungen zu erfüllen, wird unter Verwendung von sichtbarem Licht zunehmend problematisch, da die Prozesse unweigerlich ihre fundamentalen Grenzen erreichen, die hauptsächlich durch Lichtbrechung auferlegt sind. Diese Erkenntnis hat zu intensiven Forschungsaktivitäten im Lithografiebereich mit UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlung und Rasterkopflithografie geführt. Diese Verfahren ergeben mit unterschiedlichem Erfolg eine hohe Auflösung, und ihre Wirtschaftlichkeit ist bestenfalls ungewiß. Gründe für diese Ungewißheit sind Beschränkungen aufgrund wellenlängenabhängiger Phänomene, die langsamen Schreibgeschwindigkeiten von Elektronenstrahl- und Rasterkopflithografien und die Problematik bei der Suche nach geeigneten Photoresists und -lacken.
Eine weitere Beschränkung derzeitiger Lithografieverfahren, die auch damit zusammenhängt, ist die zur Veränderung einer Schicht an bestimmten durch das gewünschte lithografische Muster vorgegebene Stellen erforderliche Komplexität der Verfahren. Lithografie heute basiert auf einem Massenübergang des Reaktionsmaterials von der flüssigen oder gasförmigen Phase oder von einem Plasma aus, wobei Lacke verwendet werden, um die übrigen Bereiche auf dem Substrat zu schützen.
Der Artikel 'A convenient route to structures with submicrometer dimensions' in Advanced Materials no. 7, July 1995, beschreibt ein Verfahren zur Veränderung einer Substratoberfläche durch eine Reaktion.
Ein anderes Verfahren der Lithografie wurde von A. Kumar und G. M. Whitesides veröffentlicht: Appl. Phys. Lett. 1993, 63, 2002-2004. In diesem Verfahren, das unter der Bezeichnung Mikrokontakt-Stempellithografie bekannt ist, werden durch Guß einer Kopie aus Polydimethylsiloxan (PDMS) eines Musters mit einem Negativ des gewünschten Musters Stempel hergestellt. Im einzigen bekannten Beispiel, wo ein Mikrokontaktstempel für die Lithografie verwendet wird, ist der PDMS-Stempel mit Alkanethiol-, Hexadekanethiol-Tinte versehen und wird durch einen Kontakt zwischen dem Stempel und dem Goldsubstrat in Gold übertragen. Das Thiol bindet das Gold kovalent in einer autophoben Reaktion: das Thiol verändert die Näßbarkeit des Goldsubstrats und verhindert so eine Ausbreitung der Flüssigphase, wodurch die übertragene Monoschicht auf den Kontaktbereich zwischen den erhöhten Stellen des elastomeren Stempels und dem Substrat beschränkt bleibt. Die Anwesenheit dieser Thiole ermöglicht eine nachfolgende lithografische Verarbeitung des Golds unter Verwendung eines Cyanid/Sauerstoff-Ätzmittels, das selektiv das nicht durch eine Monoschicht aus Alkanethiol geschützte Gold entfernt. Zwar gestattet dieses System eine Reproduktion von Merkmalen des Golds bis in Größenbereiche von einem Mikron, doch bleibt sein Anwendungsbereich auf einige wenige nützliche Materialien beschränkt, beispielsweise Thiole und Gold.
In all diesen lithografischen Verfahren werden mehrere Mittel eingesetzt, die ein beträchtliches Gefahrenpotential für die Umwelt bergen. Daher werden umfangreiche Maßnahmen ergriffen, um Arbeiter in IC-Fabriken sowie die Bevölkerung in deren Umgebung vor einer Belastung durch diese Mittel zu schützen. Hohe Summen werden ausgegeben, um den Abfall und die Reststoffe der IC-Herstellung sicher zu entsorgen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Beschränkungen in der Art der Reaktionen, der übertragenen Materialien und der in Frage kommendenden Substratarten, die sich für die kontaktgestützte Lithografie eignen, auszuschalten und neue Strategien zur direkten Verarbeitung von Substraten aufzuzeigen, die ohne den Einsatz von Photoresist zu brauchbaren Ergebnissen führen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekannten Lithografieverfahren zu verbessern, indem ein Verfahren zur Veränderung gezielter Stellen auf einer Oberfläche bereitgestellt wird. Zwar läßt sich dieser neue Prozeß insgesamt wesentlich einfacher anwenden, doch muß er eine Auflösung von mindestens der derzeit üblichen Auflösung haben. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anzahl von im Lithografieverfahren verwendeten Mitteln und Materialien zu beschränken, und insbesondere werden die durch diesen Prozeß erzeugten Giftstoffe auf ein Mindestmaß beschränkt.
Wie oben bereits angeführt wurde, werden Lithografieverfahren auch in der Druckindustrie eingesetzt. Insbesondere im Bereich des Farbdrucks ist man mit ähnlichen Problemen konfrontiert, beispielsweise bei der Ausrichtung in mehreren separaten Druckschritten, wie sie auch bei der Lithografie für Halbleiterelemente auftreten. Im Vierfarbdruck werden die Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz auf vier verschiedene Druckwalzen aufgetragen, die das lithografische Muster in vier separaten Druckschritten auf das Papier drucken. Die Ausrichtung in diesen vier Druckschritten beschränkt die maximale Auflösung und Qualität der Farbbilder, insbesondere auf preiswertem und qualitativ minderwertigem Papier. Der Druckvorgang erfolgt entweder mit einer schlechten Ausrichtung (etwa 0,1 mm) und einer schlechten Bildqualität auf preiswertem Papier oder mit einer besseren Ausrichtung (etwa 0,01 mm) und einer besseren Bildqualität auf qualitativ hochwertigem Papier. Die Rasterung muß an die Ausrichtung angepaßt werden und beträgt somit > 0,1 mm (< 300 dpi) für preiswertes Papier und > 0,01 mm (< 3000 dpi) für Papier mit der höchsten Qualität. Die photografische Reproduzierbarkeit läßt sich andererseits mit Korngrößen im Mikronbereich durchführen (< 0,001 mm). Folglich ist für das Drucken mit hoher Druckqualität eine kostspielige Ausrüstung erforderlich, die Toleranzen von 10 Mikron über mehrere Meter hinweg einhalten kann.
Es wird daher als ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung angesehen, den herkömmlichen Farbdruckprozeß zu verbessern, insbesondere mit der Absicht, die Ausrichtung zu erleichtern, die nötig ist, um mehrere Farben zu drucken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren und einen Stempel erreicht, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.
Im vorliegenden Dokument wird der Begriff Substrat als Synonym für die im Lithografieverfahren zu verändernde oder umzuwandelnde Materialschicht verwendet. Der Begriff Reaktion umfaßt alle chemischen Reaktionen, Ätz- oder Lösungsreaktionen sowie alle Veränderungen durch physikalische Prozesse wie beispielsweise die Diffusion. Eine verformbare oder elastische Schicht ist vorzugsweise definiert als Schicht mit einem Young-Modulus im Bereich von 10&sup4;, vorzugsweise 0,25 · 10&sup6; bis 5 · 10&sup6; dyne/cm². Geeignete Materialien mit dieser Eigenschaft sind Polybutyldien, Polydimethylsiloxan, Polyacrylamid, Polybutylstyrol und Kopolymere oder Block-polymere davon. Ein gleichmäßiger Kontakt zwischen zwei Oberflächen gleicht Unebenheiten auf beiden Oberflächen aus. Zusätzlich zur elastischen Schicht kann der Stempel eine Festigungsstruktur und/oder weitere Schichten aus festem Material besitzen. Ein Stempel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sollte nicht auf eine im wesentlichen flache Form beschränkt sein. Er kann auch andere Formen aufweisen, beispielsweise Walzen oder Halbkugeln.
Ein Prozeß in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wandelt das Substratmaterial entweder in einer chemischen Reaktion, beispielsweise Ätzen, oder durch die Diffusion eines Dotiermittels um. Das Substrat oder die Schicht, die verändert werden soll, wird somit nicht einer Atmosphäre oder einem Plasma mit der reagierenden Substanz oder dem Dotiermittel ausgesetzt und auch nicht in eine Lösung mit dieser reagierenden Substanz oder diesem Dotiermittel eingetaucht. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist vielmehr dadurch gekennzeichnet, daß die reagierende Substanz oder das Dotiermittel durch Kontaktdruck des getränkten oder benäßten Stempels auf die Substratoberfläche aufgebracht wird.
Die Reaktion läßt sich durch mehrere Verfahren auf ein gewünschtes lithografisches Muster beschränken:
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung hat der Stempel innerhalb eines gewünschten Genauigkeitsbereichs eine flache Oberfläche, die einen Kontakt mit dem Substrat auf der gesamten Fläche garantiert. Der Stempel beschränkt das Reaktionsmittel genau auf die Schnittstelle zwischen Stempel und Substrat. Kein Reaktionsmittel wird an die Umgebung abgegeben. Eine musterweise Reaktion wird erreicht, indem entweder das Substrat in einem vorherigen Lithografieschritt gemustert wird, so daß nur der Musterbereich das nachfolgend aufgetragene Reaktionsmittel aufnimmt, oder indem eine Maske (Photolack) verwendet wird, die einen Teil des Substrats am Stempel abdeckt, so daß nur der nicht abgedeckte Teil mit dem Reaktionsmittel in Kontakt kommt.
Innerhalb der Schnittstellenschicht selbst beginnt an denjenigen Stellen des Substrats, die durch den vorherigen Lithografieschritt oder die Maske nicht vor dem Reaktionsmittel geschützt wurden, eine Reaktion. An anderen Stellen des Substrats, die entweder nicht reagieren oder geschützt sind, endet der Übergang des Reaktionsmittels vom Stempel auf das Substrat nach kurzer Zeit. Falls die Maske durch die Reaktion weggeätzt wird, ist ihre Dicke so auszuwählen, daß das Reaktionsmittel an den geschützten Stellen nicht in Kontakt mit dem Substrat kommt. Durch die Löcher in der Maske gerät das Reaktionsmittel sofort an die ungeschützten Stellen des Substrats.
Der neue Reaktionsprozeß wird durch geeignete Auswahl des Stempelmaterials, der an der Reaktion beteiligten Materialien, die auf den Stempel aufgetragen werden, sowie des Resistmaterials oder der Maske gesteuert. Der Prozeß wird weiterhin durch die Menge des Reaktionsmittels, den der Stempel in der Reaktionszone freigibt, durch den auf den Stempel ausgeübten Druck, die Kontaktdauer und die Temperatur an der Schnittstelle zwischen Stempel und Substrat gesteuert. Durch Einstellung dieser Parameter ist es beispielsweise möglich, die Eindringtiefe einer Ätzreaktion in die Dicke der zu ätzenden Schicht festzulegen. Insbesondere läßt sich die Selbstpassivierung nutzen, die auftritt, wenn die ersten molekularen Schichten des Substrats mit dem Reaktionsmittel reagieren, das vom Stempel bereitgestellt wird, wodurch eine Schutzschicht für das darunter liegende Substratmaterial entsteht. Da die Dicke dieser Passivierungsschicht hauptsächlich durch Diffusion bestimmt wird, läßt sich der Reaktionsprozeß sehr einfach durch die Temperatur steuern. Darüber hinaus können autophobe Reaktionen eingesetzt werden, um die Reaktionszone einzugrenzen. Der neue Prozeß wird vorteilhaft eingesetzt, wenn die zu verändernden Schichten dünn sind, das heißt, unter 100 nm.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion auf das lithografische Muster beschränkt, indem die Oberfläche des Stempels so gemustert wird, daß sie das gewünschte Muster auf der Substratoberfläche reproduziert. Die Merkmale des Musters auf dem Stempel werden als hervorstehende Bereiche ausgebildet, die das Reaktionsmittel aufnehmen. Ein Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß keine Maske oder Schutzbeschichtung erforderlich ist, um ein gewünschtes Muster auf dem Substrat zu erzeugen. Das Reaktionsmittel ist auf diejenigen Bereiche des Substrats beschränkt, die verändert werden sollen, was die Auftragungsmenge des Reaktionsmittels reduziert. Ein Stempel läßt sich auf der Grundlage eines beliebigen bekannten lithografischen Verfahrens mit einem Muster versehen, beispielsweise einer Elektronenstrahl- Lithografie, einer UV-VIS-Lithografie sowie einer Lithografie, die ein Rasterkopfmikroskop (SPM-Lithografie) verwendet, und zwar, indem ein Verfahren eingesetzt wird, das in Kumar et al. beschrieben ist, oder durch Verwendung des Stempellithografieverfahrens gemäß Beschreibung der vorliegenden Erfindung. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Materialien, insbesondere organische Materialien, wie sie für Dünnfilmanzeigen verwendet werden, direkt verändert werden können, ohne eine Photoresist- Beschichtung auftragen zu müssen.
Beim Reaktionsmittel sollte es sich vorzugsweise um ein Ätzmittel handeln, mit dem die gewünschten Merkmale in das Substrat eingeätzt werden. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält die gemusterte Oberfläche des Stempels einen Katalysator, wodurch die Reaktionszone auf die unmittelbare Umgebung der Bereiche beschränkt wird, in denen der Katalysator vorhanden ist.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren eingesetzt, um ein Muster aufzutragen. Dabei wird ein bündiger Kontakt zwischen den Oberflächen genutzt: Während in früheren Ausführungsbeispielen die Oberfläche des Stempels das Reaktionsmittel enthält, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Oberfläche frei vom Reaktionsmittel, und stattdessen sind mikroskopisch kleine Vertiefungen wie Gräben, Einbuchtungen oder Kratzer mit dem Reaktionsmittel gefüllt. Diese mikroskopisch kleinen Vertiefungen können als Kopien lithografisch gebildeter Vorlagen gebildet werden, die ein Negativbild der gewünschten mikroskopisch kleinen Vertiefungen enthalten, und zwar mit einem Muster mit willkürlicher Komplexität und mit unterschiedlichen Volumen, die sich aus der Größe der hervorstehenden Merkmale in den Vorlagen ergeben. Diese mikroskopisch kleinen Vertiefungen, die vorzugsweise aus einem Elastomer bestehen, enthalten ein Ätzmittel, ein Reaktionsmittel oder ein Material für die nachfolgende chemische Verarbeitung. Die Substanz in diesen mikroskopisch kleinen Vertiefungen wird vorzugsweise unter Verwendung eines unterschiedlichen Feuchtigkeitsverhaltens zwischen dem inneren und äußeren Bereich der mikroskopisch kleinen Vertiefungen stabilisiert, das heißt, eine Substanz wird auf die Innenseite der mikroskopisch kleinen Vertiefungen beschränkt, weil die Innenseite hydrophil und die Außenseite hydrophob ist.
Wenn ein ganzer Bereich elastomerischer mikroskopisch kleiner Vertiefungen mit einer Oberfläche in Kontakt gebracht wird, kommen die Bereiche des Elastomers zwischen den Reliefs, die die mikroskopisch kleinen Vertiefungen bilden, in molekularen Kontakt mit dem Substrat. Dieses Phänomen wird beschrieben in Chaudhury and Whitesides (Science 1992, Vol. 255, 1230-1232). Diese molekulare oder bündige Kontakt stellt eine dichte Versiegelung zwischen den mikroskopisch kleinen Vertiefungen und dem Substrat dar, so daß die Inhalte der mikroskopisch kleinen Vertiefungen das Substrat lediglich durch die Öffnungen der mikroskopisch kleinen Vertiefungen angreifen. Die Beschränkung des Verarbeitungsschritts erfolgt als Konsequenz aus der molekularen Versiegelung zwischen dem Elastomer und dem Substrat und nicht durch die von Kumar et al. beschriebene autophobe Reaktion, so daß also eine breite Palette an Reaktionsstoffen und Verarbeitungsverfahren mit vielen verschiedenen Substraten möglich ist, darunter Gold, Aluminium, Silizium, Strontiumtitanat, Kunststoffe oder Glas. Die direkte Verarbeitung unter Verwendung von Mikrobehältern erfordert keine Resistschicht, so daß diese Form der Lithografie einfacher ist als die Kontaktlithografie auf der Grundlage der bekannten Stempellithografie oder anderer konventioneller Lithografien auf der Grundlage von Licht- oder Elektronenstrahlen. Da die Mikrocontainer einen Kontakt erfordern, ist unter Verwendung dieses Verfahrens durch die Wellenlänge des Lichts keine Beeinträchtigung der endgültigen Auflösung gegeben.
Da das Volumen jedes Mikrocontainers unabhängig von anderen Volumina ist, ist die Menge des lokal auf das Substrat übertragene Material auf die Größe des Mikrocontainers beschränkt, wodurch eine Verarbeitung in nebeneinander liegenden Bereichen in unterschiedlichem Ausmaß möglich ist. Auf diese Weise ermöglichen Mikrocontainer eine unproblematische dreidimensionale Verarbeitung von Substraten in Anwendungen, in denen heterogene Topologien erforderlich sind. Da die Inhalte der Mikrocontainer unabhängig voneinander sind, kann eine Untergruppe der Mikrocontainer einen Typ eines Reaktionsstoffs enthalten, während andere Untergruppen des Mikrocontainers einen anderen Reaktionsstoff enthalten. Diese Art der unterschiedlichen Füllung der Mikrocontainer wird erreicht, indem elastomerische Deckel mit Mustern verwendet werden, wobei die Deckel Öffnungen besitzen, die den darunter liegenden Mikrocontainern jeweils angepaßt sind. Die Muster in diesen Deckeln ermöglichen einen selektiven Zugang auf die Mikrocontainer, so daß diese aufgrund der mit Mustern versehenen Deckel unterschiedlich gefüllt werden. Auf diese Weise werden die Inhalte der Mikrocontainer, die unterschiedliche Reaktionsstoffe oder Reaktionsstoffkombinationen enthalten, in einem einzigen Verarbeitungsschritt gleichzeitig auf das Substrat übertragen.
Wie aus der Darstellung der vorliegenden Erfindung hervorgeht, werden Vertiefungen oder Einbuchtungen in der Oberfläche des Stempels als Mikrocontainer zur Aufnahme der an der Reaktion beteiligten Stoffe verwendet, während an der Oberfläche überhaupt kein Reaktionsstoff vorhanden ist. Es wird als Hauptvorteil des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung betrachtet, daß der Reaktionsbereich durch die herausragenden Bereiche der Oberfläche des Stempels versiegelt ist, wenn der Stempel auf die Oberfläche des Substrats gedrückt wird. Das Verfahren birgt das Potential einer besseren Auflösung im Vergleich zu den bekannten Verfahren der oben angeführten Ausführungsbeispiele. Die Verwendung dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine bloße Oberflächenveränderung beschränkt, sondern kann auch zur Abscheidung von Materialien auf das Substrat verwendet werden. Durch den Einsatz eines selektiven Füllverfahrens, beispielsweise durch Anpassung der Form und/oder Veränderung der Eigenschaften an der Oberfläche der Mikrocontainer oder durch Verwendung einer Maske oder eines Deckels, um die ausgewählten Mikrocontainer gemäß obiger Beschreibung abzudecken, können unterschiedliche Materialien gleichzeitig mit dem Substrat in Kontakt gebracht werden. Neben der Beschleunigung eines lithografischen Prozesses läßt sich dieses Ausführungsbeispiel auch zur gleichzeitigen Vorbereitung, Abdeckung oder Überprüfung mehrerer Muster anwenden, beispielsweise Chemikalien oder neue Verbindungen für supraleitende Elemente. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die selektive Füllung der Mikrocontainer in einem elastomeren Stempel auch im herkömmlichen Farbdruck vorteilhaft verwendet werden kann.
Es wird weiterhin geprüft, ob das hier beschriebene Verfahren zur Übertragung eines Dotiermittels auf die Oberfläche des Substrats geeignet ist. Durch Erhitzung der Schnittstelle zwischen dem Stempel und dem Substrat diffundiert das Dotiermittel in das Grundmaterial der Substrate. Das vorliegende Verfahren erfordert ein äußerst hitzebeständiges Matrix- oder Stempelmaterial. Die Erhitzung des Stempels läßt sich jedoch durch Übertragung einer sehr hohen Konzentration des Dotiermittels vermeiden, das bei geringen Temperaturen in das Substratmaterial diffundiert. Danach wird der Stempel entfernt und das Substrat erhitzt, so daß die Dotiermittel tiefer in das Grundmaterial des Substrats hinein diffundieren können.
Diese und weitere neue Eigenschaften, die für kennzeichnend für das Prinzip der vorliegenden Erfindung gehalten werden, sind in den anhängigen Ansprüchen beschrieben. Die Erfindung selbst sowie ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und weitere Ziele und Vorteile werden am besten anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im Anschluß wird die Erfindung ausführlich beschrieben, wobei auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Ätzverfahren, das mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung liegt.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Ätzverfahren, das mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung liegt.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine katalytische Reaktion, die mit einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung liegt.
Fig. 4 veranschaulicht schematisch ein Ätzverfahren, das mit einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mikrocontainern in Übereinstimmung liegt.
Fig. 5 veranschaulicht schematisch ein Ätzverfahren, das mit einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung liegt.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch ein Ätzverfahren, das mit einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mikrocontainern mit unterschiedlichen Tiefen in Übereinstimmung liegt.
Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein Verfahren, das mit einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mikrocontainern für eine selektive Abscheidung auf einem Substrat in Übereinstimmung liegt.
Fig. 8 veranschaulicht schematisch ein weiteres Verfahren, das mit einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mikrocontainern für eine selektive Abscheidung auf einem Substrat in Übereinstimmung liegt.
Fig. 9, 10 veranschaulichen schematisch die Verwendung eines Verfahrens, das mit einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mikrocontainern für eine selektive Abscheidung auf Papier für den Farbdruck in Übereinstimmung liegt.

AUSFÜHRUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DIE VORLIEGENDE ERFINDUNG

Wir betrachten zunächst die Fig. 1A und 1B. Gezeigt wird darin ein erstes Beispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, in dem eine Schutzschicht aus Hexadekanethiol 110 unter Verwendung eines mit der Hexadekanethiollösung in Ethanol benetzten Musterstempels auf eine Grundschicht 101 aus Gold übertragen wird. Nähere Einzelheiten zu dieser Vorgehensweise werden in der oben angegebenen Referenzliteratur beschrieben. Danach wird ein weiterer Stempel 15 mit einer im wesentlichen flachen Kontaktfläche mit einer Mischung aus Cyanid (CN) und Kaliumhydroxid (KOH) 14 benetzt. Dieser Reaktionsstoff wird durch Herabsenken des Stempels 15 auf das Substrat 10 mit der Schutzschicht 110 in Kontakt gebracht. Der Stempel besteht aus einer starren Grundplatte 151 und einer Schicht des elastischen Polymers Polydimethylsiloxan (PDMS) 152, die die Unebenheit des Substrats ausgleicht. Die Schicht Polydimethylsiloxan (PDMS) 152 wird mit dem Ätzmittel 14 benetzt, nachdem sie durch kurzen Kontakt mit einer Säure oder einem reaktionsfreudigen Plasma hydrophil gemacht wurde. In Kontakt mit der Beschichtung 110 beginnt der Ätzprozeß an den ungeschützten Stellen 111, während der Rest der Beschichtung zumindest weitestgehend gegen das Ätzmittel 14 widerstandsfähig bleibt. Sobald der Ätzprozeß abgeschlossen ist, wird der Stempel 15 angehoben, und das Substrat mit Wasser gespült, um die Rückstände zu entfernen. In Fig. 1B wird das Substrat nach der Spülung dargestellt. Die Goldschicht 101 wird an den ungeschützten Stellen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 nm/min entfernt. Bei diesem Verfahren wird eine wesentlich kleinere Menge des Ätzmittels an die Umgebung freigesetzt als bei allen anderen bekannten Ätzverfahren.
Ein weiteres Beispiel eines Ätzverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 2A veranschaulicht. In diesem Beispiel ist keine bemusterte Beschichtung oder Maske erforderlich, da das Muster zusammen mit dem Ätzmittel 24 von einem Stempel 25 mit einer bemusterten Oberflächenschicht 252 auf das Substrat 20 übertragen wird. Die bemusterte Schicht 252 wird als Kopie einer bemusterten Photoresistschicht hergestellt. Eine Elastomerschicht aus Polydimethylsiloxan (PDMS) wird auf dieser Photoresistschicht ausgehärtet und anschließend auf ein geeignetes Substrat 251 aufgebracht und vom Photoresist entfernt. Mit diesem Verfahren läßt sich ein lithografisches Muster im Submikronbereich reproduzieren. Das Muster des Stempels 35 wird vorsichtig mit der Mischung aus Salpetersäure (HNO3) und Salzsäure (HCl) 24 benetzt. Zur Benetzung der herausragenden Mustermerkmale ist eine geringere Menge des Ätzmittels erforderlich als im vorherigen Beispiel. Für den Ätzprozeß wird der Stempel in engen Kontakt mit einem goldbeschichteten Siliziumsubstrat 30 gebracht. Nach dem Ätzprozeß verbleibt auf der Oberfläche des Siliziums 201 ein Goldmuster 210, wie aus der Darstellung in Fig. 2B hervorgeht.
In dem durch die Fig. 3A und 3B veranschaulichten Beispiel wird ebenfalls ein bemusterter Stempel verwendet. Im Beispiel der vorliegenden Erfindung wird das Muster durch eine Platinschicht 34 bedeckt. Das Siliziumsubstrat 301 wird von einer Monoschicht (16-azidohexadekanethiol, HS-(CH&sub2;(&sub1;&sub6;-N&sub3;) 310 bedeckt. Der platinbedeckte Stempel 35 wird in einer wasserstoffgesättigten Isopropanollösung mit dem Siliziumsubstrat 30 in Kontakt gebracht. Der Durchgangskontakt zwischen den Erhebungen, die mit dem Platinkatalysator 34 bedeckt sind, und dem Substrat bewirkt dort, wo das Platin einen direkten Kontakt mit der Oberfläche 311 hat, eine Umwandlung der azidofunktionalen Gruppe in ein Amin. Da diese katalytische Reaktion an allen Stellen der bemusterten Oberfläche gleichzeitig erfolgt, reicht eine Sekunde aus, um eine effektive Umwandlung auf einer beliebig großen Fläche 311 zu gewährleisten. Zum Vergleich: Das von Muller et al. beschriebene und im Magazin Science 268 (1995), 272-273, veröffentlichte Verfahren zur Herstellung eines lithografischen Musters aus Thiolen mit amino-Abschluß, das sequenziell aufgebaut und von einer STM-Steuerung abhängig ist, um den Metallkatalysator zu positionieren, dauert 126 Minuten und wandelt in dieser Zeit eine Fläche von 100 Quadratmillimetern um.
Ein weiteres Verfahren zur Steuerung der direkten chemischen Reaktion ist die Füllung der Reaktionsstoffe 44 in Mikrocontainer 453, wie aus der Darstellung in den Fig. 4A und 4B hervorgeht. Bei diesen Mikrocontainern handelt es sich um Senken, Vertiefungen oder Einbuchtungen in der Oberfläche 452 des Stempels 45. Die Reaktionsstofflösung verschmutzt die Oberfläche des Stempels nicht, wird jedoch in den Senken und Gräben auf der Oberfläche des Stempels abgelagert. Die Mikrocontainer 453 haben vorzugsweise mindestens eine Dimension, das heißt Länge, Breite oder Tiefe im Bereich unterhalb eines Mikrons. Wenn die Mikrocontainer in die elastische Matrix 452 des Stempels eingebettet sind, ist es möglich, sie gleichzeitig mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt zu bringen. Ein besonders einfaches Verfahren, um diese Mikrocontainer zu füllen, besteht darin, daß man unter Nutzung der unterschiedlichen Benetzbarkeit der Oberfläche diese Mikrocontainer sich selbst mit der Flüssigkeit füllen läßt: ein Mikrocontainer kann beispielsweise eine hydrophile Base und/oder Seitenwände umfassen, während die umgebende Oberfläche des Stempels einen hydrophoben Charakter aufweist. Eine Flüssigkeit wird auf diese Weise durch die Kapillarwirkung in den hydrophilen Bereichen gehalten und läßt sich, beispielsweise durch Scherkräfte, leicht aus den hydrophoben Bereichen entfernen.
Diese Mikrocontainer lassen sich vorzugsweise unter Verwendung einer Kompositstempelstruktur gemäß Darstellung in Fig. 5A herstellen. Die Kompositstempelstruktur besteht aus zwei Materialschichten, wobei die erste Schicht, die das Grundmaterial des Mikrocontainers 553 bildet, einen hydrophilen Charakter aufweist und die zweite Schicht 552, die die Seitenwände des Mikrocontainers 554 und die Oberfläche des Stempels bildet, einen hydrophoben Charakter aufweist. Eine wässrige Lösung 54 benäßt die Oberfläche gemäß Darstellung in Fig. 5A.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Variante der vorliegenden Erfindung werden die Benetzungseigenschaften der vorgeformten Mikrocontainer direkt gesteuert, indem sie durch eine Maske 51 einem Dampf oder Plasma 541 eines Reaktionsstoffes ausgesetzt werden, der die chemischen Eigenschaften des ausgesetzten Bereichs ändert (Fig. 5B). Die Maske besitzt Öffnungen 511 für den direkten Durchlaß dieses Dampfes oder Plasmas oder gestattet einen selektiven Lichtdurchgang, der die Oberfläche oder ein Reaktionsgas aktiviert, das wiederum verwendet wird, um die Oberfläche zu verändern. Die Maske 51 besteht vorzugsweise aus einem Elastomer mit den geeigneten Öffnungen, die einen übereinstimmenden Kontakt mit dem darunter liegenden Stempel herstellen, wodurch eine lecksichere Abdichtung entsteht.
Die Eigenschaft einer elastischen Schicht, eine lecksichere Abdichtung zu bilden, wenn sie auf eine andere Oberfläche aufgedrückt wird, wird ebenfalls genutzt, wenn der Stempel 55 mit den Mikrocontainern mit einem Substrat 50 in Kontakt gebracht wird. Die Oberfläche des Stempels hat die Funktion einer Maske und schützt die Oberfläche dort, wo ein übereinstimmender Kontakt hergestellt wird; die Oberfläche wird gegen die Inhalte 54 der Mikrocontainer abgedichtet. Auf den Stempel einwirkende mittelstarke vertikale Kräfte bringen die Oberfläche des flüssigen Films in einen mustertreuen Kontakt mit dem Substrat und lösen den Beginn des Prozesses aus (Fig. 5C). Besteht die Füllung der Mikrocontainer beispielsweise aus einem Ätzmittel, bleiben im Substrat Vertiefungen an den ausgesetzten Stellen zurück (Fig. 5D).
Auf ähnliche Weise könnten elektrochemische Prozesse ausgeführt werden, wenn die Schicht 551 entweder ein ionischer oder ein metallischer Leiter ist. Eine einfache Möglichkeit zur Herstellung bemusterter Elektroden besteht darin, eine dünne bemusterte elastomerische Schicht auf einem Metall, einem leitenden Polymer oder einem ionischen Gel anzubringen.
Die dünne bemusterte elastomerische Schicht gewährleistet ebenfalls einen übereinstimmenden Kontakt und somit eine lecksichere Abdichtung zwischen der unteren Elektrode und dem Substrat, wodurch diese Bereiche gleichzeitig elektrisch isoliert werden.
Die Eindringtiefe des Ätzmittels, oder, allgemein ausgedrückt, das Einwirken jeder Oberflächenreaktion, die durch dieses Verfahren ausgelöst wird, läßt sich weiterhin durch das Füllvolumen der Mikrocontainer steuern. Diese Art von Steuerung führt zu einer Stempelausführung, bei der die Gräben 652 mit unterschiedlichem Füllpegel oder unterschiedlicher Tiefe gebildet werden, wie aus der Darstellung in Fig. 6A hervorgeht. Der neue Prozeß stellt ein Verfahren dar, mit dem eine echte dreidimensionale Topografie oder Profilauslegung in einem Substrat 60 gebildet werden kann, und zwar unter Verwendung eines einzigen lithografischen Verarbeitungsschritts (Fig. 6B).
Ein weiteres Beispiel dieser Bildung der dreidimensionalen Struktur ist eine chemische oder eine elektrochemische Reaktion, bei der ein festes Material auf dem Substrat abgelagert wird. Das Volumen des Reaktionsstoffes im Mikrocontainer und die Form des Mikrocontainers können beide herangezogen werden, um die Form der resultierenden Merkmale zu bestimmen.
Neben der Bildung oder der Entfernung von Strukturen auf dem Substrat kann der neue Kontaktprozeß verwendet werden, um die Materialeigenschaften wie Benetzbarkeit, Dotiermittelkonzentration oder chemische Identität in den ausgesetzten Bereichen eines Substrats zu ändern, da die Art der Reaktion lediglich von den Teilnehmern an der Reaktion abhängig ist, das heißt, für ein gegebenes Substrat von der Füllung der Vertiefungen oder Mikrocontainer. Neben Prozessen, an denen Flüssigkeiten beteiligt sind, können diese neuen Mikrocontainer für chemische Reaktionen auch für solche Prozesse verwendet werden, in denen Gase, Gele und Feststoffe zusammen mit einer breiten Palette an Substratarten beteiligt sind. Das Volumen der Mikrocontainer ermöglicht eine genaue und flexible Kontrolle über die Intensität und die Art der Reaktionen. Die Form der Mikrocontainer bestimmt die bemusterte Übertragung.
Weiterhin wird die Verwendung von Mikrocontainern für eine diskriminante selbstständige Erstellung vorgeformter Festteile 74 in Erwägung gezogen, die anschließend auf das Substrat 70 übertragen werden, wie dies aus der schematischen Darstellung in den Fig. 7A-7D hervorgeht. Die Formerkennung dieser Feststoffe läßt sich durch eine selektive Veränderung der Wände 752 und der Unterseite 753 der Mikrocontainer verbessern. Eine hydrophile/hydrophobe Fläche 741 auf dem Feststoff könnte beispielsweise die vorherige Ausrichtung dieses Feststoffes mit einer ähnlich übereinstimmenden hydrophilen/hydrophoben Fläche 753 in einem Mikrocontainer verbessern. Aus der Verwendung spezifischer Ligand-Rezeptor- Komplexe würde eine weitere Verbesserung hervorgehen. Zusätzliche DNA-Stränge liefern ein besonders deutliches Beispiel für diese Art von Ligand-Rezeptor-Interaktion, die wie ein 'Klebstoff' verwendet wird, um einen vorgeformten Feststoff in einer bestimmten Ausrichtung an einem Mikrocontainer zu befestigen. Die Feststoffe 74 selbst können durch Ablagerungs- oder Reaktionsprozesse vor ihrer Übertragung auf das Substrat 70 (Fig. 7C, 7D) im Mikrocontainer eingeschmolzen werden.
Bisher konzentrierte sich die Beschreibung auf homogene Reaktionen, die innerhalb des Volumens einheitlicher Mikrocontainer durchgeführt wurden. Es ist jedoch weiterhin möglich, durch selektive Füllung dieser Mikrocontainer gleichzeitig unterschiedliche Reaktionen ablaufen zu lassen. Diese selektive Füllung kann durch Aufsetzen bemusterter 'Deckel' 81 auf die Mikrocontainer erfolgen, wie aus der Darstellung in den Fig. 8A-8C hervorgeht. Die Öffnungen 811 in diesen bemusterten Deckeln ermöglichen einen selektiven Durchgang von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen in eine Untergruppe der Mikrocontainer. Durch eine gezielte Auswahl der Öffnungen wird der Materialfluß in die verschiedenen Mikrocontainer in einem einzigen Verarbeitungsschritt gesteuert. Eine Veränderung des bemusterten Deckels 81 ermöglicht den Zugang in eine andere Untergruppe von Mikrocontainern (Fig. 8B, 8C), was zu einer unterschiedlichen Füllung aller Mikrocontainer führt.
Im Beispiel von Fig. 8 werden je drei nebeneinander liegende Mikrocontainer eines Bereichs mit unterschiedlichen Substanzen gefüllt. Dabei kann es sich beispielsweise um Phosphorarten mit unterschiedlichen Leuchtabgaben handeln. Die Inhalte dieser Mikrocontainer lassen sich weiter verarbeiten oder direkt auf das Substrat übertragen. Eine zusätzliche Maskierung kann durch Übertragung einer Abscheidungslösung oder Verdampfung aus einer Materialquelle zu unterschiedlichen elektrischen Kontakten führen. Da die Deckel und das Muster mit einer Auflösung von unter 1 Mikron hergestellt werden können, lassen sich diese Verfahren beispielsweise zur Herstellung hochauflösender Flachbildschirme verwenden.
Die selektive Füllung von Mikrocontainern in einem elastomeren Stempel läßt sich auch auf den herkömmlichen Farbdruck anwenden. Anstelle von vier separaten Druckvorlagen, die die Farben Cyan, Magenta und Gelb zusammen mit Schwarz enthalten, ist nur eine Druckvorlage mit Mikrocontainern erforderlich, wenn der oben beschriebene selektive Füllprozeß verwendet wird.
Ein schematischer Aufbau eines Druckprozesses wird in den Fig. 9 und 10 veranschaulicht. Die Druckvorlagenwalze 95, die eine elastische Schicht 951 mit Mikrocontainern enthält, ist von vier Farbwalzen 941-944 umgeben, deren Durchmesser jeweils halb so groß ist wie der der Vorlagenwalze, sowie von vier Reinigungswalzen 945. Jede Farbwalze überträgt über eine Deckelschicht 91 eine der Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz auf die Druckwalze 95. Die Deckelschicht besitzt nur für diejenigen Mikrocontainer der Druckwalze Öffnungen, die mit der entsprechenden Farbe gefüllt werden sollen. Die Reinigungswalzen 945 reinigen die Oberfläche der Druckwalze. Nachdem die Mikrocontainer geladen wurden, werden ihre Inhalte auf das Papier 96 übertragen.
Der Farbdruck wird also in einem einzigen Schritt durchgeführt, was eine Ausrichtung weitgehend überflüssig macht. Lediglich zwischen der Vorlage und den vier Deckelwalzen ist noch eine Ausrichtung erforderlich. Für diese Ausrichtung kann eine Selbstausrichtung verwendet werden, beispielsweise gegenseitig übereinstimmende herausragende Bereiche sowie Vertiefungen auf beiden Walzen.
Das Füllen und Drucken wird weiterhin in den Fig. 10A-10F veranschaulicht. Die Figuren zeigen die Ebene mit der Mittelachse der Druckwalze 95 und die Mittelachse jeder der vier Farbwalzen 941-944 entlang der jeweiligen Kontaktlinie zwischen beiden Walzen. Für jede Farbe 1040 (einschließlich Schwarz) öffnet sich die Deckelschicht 1010 einer Farbwalze, sodaß der Zugang in die jeweiligen Mikrocontainer 1051 in der Druckvorlagenschicht 1050 frei wird. Die Mikrocontainer von Fig. 10 haben eine andere Form, damit man die verschiedenen Farben unterscheiden kann. Die Fig. 10E und 10F veranschaulichen die Farbübertragung auf das Papierband 1060.
In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels wird mit Deckeln auf verschiedenen Farbtrommeln, die Zugriff auf dieselbe Gruppe von Mikrocontainern gewähren, eine Farbmischung erreicht, so daß die Farbmischung in jedem dieser Mikrocontainer erfolgt, bevor ihre Inhalte auf das Papier übertragen werden.
Der maximale Kontrast der gedruckten Bilder läßt sich erhöhen, da die Menge der übertragenen Farbe nicht nur anhand der Durchmesser der Mikrocontainer bestimmt werden kann, sondern auch anhand ihrer Tiefen. Ein typischer Kontrast für ein Mikrocontainer-Durchmesserverhältnis von 1 : 8 ist 512 anstatt 64. Die Größen der Mikrocontainer können aufgrund der Selbstausrichtung zwischen 0,3 Mikron und 3 Mikron variieren. Dies ergibt eine Auflösung von 8500 dpi und einen Kontrast von 1 : 1000, was in der Farbfotografie durchaus im richtigen Bereich liegt. Die Anforderungen bezüglich der Toleranzen und der Genauigkeit dieser Einrichtungen sind strenger als die für herkömmliche Instrumente, gelten jedoch nur für eine Druckwalze mit vier Tintenwalzen.
liegt. Die Anforderungen bezüglich der Toleranzen und der Genauigkeit dieser Einrichtungen sind strenger als die für herkömmliche Instrumente, gelten jedoch nur für eine Druckwalze mit vier Tintenwalzen.
Da die Kontaktlithografie, auf die sich die vorliegende Beschreibung hauptsächlich konzentriert, eine Reduzierung des größten Teils des Prozesses auf druckähnliche Schritte erlaubt, kann der Stempel die Form einer Druckwalze haben, die mit Wafers in Kontakt tritt, die an einem Transportmedium befestigt sind. Insbesondere in Anwendungen, in denen die grobe Ausrichtungsgenauigkeit vor der Selbstausrichtung nicht höher als 10 Mikron sein muß, beispielsweise Polymer-LED- Anzeigen auf Flachbildschirmen, kann dieser Prozeß wie beim Bedrucken von Papier ablaufen.
Ein weiteres Beispiel, das den Nutzen des oben beschriebenen Prinzips von Mikrocontainern deutlich macht, findet sich auf dem Gebiet der Vorbereitung und dem Verschließen von festen und flüssigen Materialien, beispielsweise Arzneimitteln. Einzelne dieser Mittel, deren Wirkung gut bekannt ist, haben häufig eine bessere Wirkung (niedrigere Toxizität), wenn sie zusammen mit anderen Mitteln aus einer anderen oder ähnlichen Klasse von Verbindungen verwendet werden. Mit einer selektiven oder unterschiedlichen Füllung läßt sich eine breite Palette solcher Kombinationen erstellen, was einer wirksamen Suche nach idealen Mischungen zuträglich ist. Diese Suche wird direkt im Volumen des Mikrocontainers ausgeführt, indem eine Lösung des Ziels homogen an alle Mikrocontainer hinzugefügt und ein Versuch durchgeführt wird. Für die Vorbereitung oder das Verschließen einer Mischung werden mehrere verschiedene Deckel benötigt, die unterschiedliche Bereiche der Stempeloberfläche bedecken. Diese Deckel können die Mikrocontainer zur Hälfte, zu einem Viertel, einem Achtel usw. bedecken.
Wenn man beispielsweise die Menge und Zusammensetzung der Vorprodukte für eine supraleitende Verbindung in jedem Mikrocontainer unter Verwendung der genannten Deckel variiert, dann weisen die (aus dem Sintern oder anderen Reaktionen) resultierenden Feststoffe eine Stöchiometrie auf, die die Ausgangskonzentrationen der Vorprodukte widerspiegelt. Da wichtige Materialeigenschaften dieser Basisfeststoffe entscheidend durch die Zusammensetzung (Supraleitfähigkeit, Elastizitätsmodul, Reflektivität, Kristallinität usw.) beeinflußt werden, schafft dieses Verfahren eine praktische Möglichkeit, um ganze 'Bibliotheken' an Verbindungen durch systematische Variation der einzelnen Parameter zu synthetisieren. In weiteren Prozeßschritten können diese Muster, von denen jedes der Inhalt eines Mikrocontainers ist, als Vorlage für ein Substrat übertragen werden, indem dieses Substrat auf die Oberfläche des Mikrocontainerstempels gedrückt wird. Wenn jede Verbindung mit metallischen Kontakten in Berührung gebracht wird, können Losmessungen der kritischen Temperatur und Messungen anderer Parameter eines Supraleiters durchgeführt werden.
Im Vergleich zu bekannten Prozessen, in denen die verschiedenen Reaktionen nacheinander ablaufen müssen, schafft die Möglichkeit zur Durchführung gleichzeitig mehrerer Reaktionen die Bedingungen für eine Anpassung gleichzeitig ablaufender Prozesse und senkt den erforderlichen Ausstattungsbedarf. Mit Mikrocontainern schafft man außerdem gute Kombinationsmöglichkeiten sowie eine klare Trennung zu daneben liegenden Mikrocontainern. Die geringere Anzahl an Prozessen, die an der endgültigen Oberfläche ausgeführt wurden, reduziert die Verarbeitungsdauer und die Anfälligkeit für Verschmutzungen.
Es folgt ein Beispiel, bei dem mehrere der oben beschriebenen Alternativen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. Eine Mikrocontainerplatte mit regelmäßigen kreisförmigen Vertiefungen von 300 nm und einem Durchmesser von 10 Mikrometer wird gebildet, indem ein Vorpolymer aus Polydimethylsiloxan (PDMS) in eine Silikonform mit dem Negativ dieser Merkmale gegossen und das Polymer ausgehärtet wird. Parallel dazu wird ein zweites Siliziumsubstrat mit bemusterten Öffnungen vorbereitet, die auf die kreisförmigen Vertiefungen abgestimmt sind. Diese Öffnungen durchdringen die gesamte Dicke des Silizium-Wafers, die 10 Mikrometer beträgt, und bilden einen perforierten Siliziumdeckel. Dieser Siliziumdeckel ist ein einzelnes Kristall, das von einem thermischen Oxid mit einer Dicke von zwei Nanometer geschützt wird. Diese Kristallschicht wird mit einer Säurespülung als hydrophile Oberfläche aufrechterhalten.
Die Mikrocontainerplatte aus Polydimethylsiloxan (PDMS), die auf einem Glassubstrat befestigt ist, wird unter Verwendung eines dreiachsigen mechanischen Ausrichtungselements auf die Öffnungen im oben beschriebenen Siliziumdeckel ausgerichtet.
Bei der Ausrichtung der Mikrocontainerplatte aus Polydimethylsiloxan (PDMS) wird aufgrund des Eigengewichts ein Kontakt mit dem Siliziumdeckel hergestellt, so daß zwischen der elastomerischen Platte und dem Deckel eine auslösbare adhäsive Interaktion auftritt. Dieser Aufbau wird umgedreht und in einer Kammer mit rf-Wasserplasma (10-2 mbar H2O/Ar) 15 Minuten lang aufbewahrt, wodurch der Inhalt der Mikrocontainer hydrophil wird, nicht jedoch die Bereiche zwischen diesen Mikrocontainern, die durch den Siliziumdeckel abgedichtet sind.
Der Aufbau wird aus der Kammer herausgenommen und ein Tropfen 10%ige HF direkt auf die Öffnungen im Siliziumdeckel geträufelt. Durch die Kapillarwirkung werden die Mikrocontainer gefüllt. Eine kurze Behandlung (10 Sekunden) mit Ultraschall gewährleistet eine zuverlässige Füllung. Der Deckel wird entfernt, indem die Glashalterung, an dem die Mikrocontainerplatte befestigt ist, an einem Ausrichtungselement arretiert und das Silizium-Wafer vorsichtig abgenommen wird. Ein Silizium-Wafer mit einem chemischen Oxid von 20 nm Dicke wird mit einem ausreichenden Druck (etwa 0,005 N/cm²) mit der Mikrocontainerplatte in Kontakt gebracht, was eine Verformung in der Dicke der PDMS- Mikrocontainer bewirkt. Dadurch gelangt die Flüssigkeit in den Mikrocontainern in Kontakt mit dem Siliziumsubstrat. Man läßt diese Reaktion weitere 30 Sekunden voranschreiten und nimmt anschließend den Druck vom Silizium-Wafer. Danach wird dieser Silizium-Wafer abgenommen und mit Wasser gespült.
Die geätzte Oxidschicht stellt eine bemusterte Maske dar, die nach der Behandlung mit einer Base zur Herstellung einer unterschiedlichen Ätzung des darunter liegenden Siliziums geeignet ist, wie aus der Beschreibung unter Verweis auf Fig. 1 hervorgeht. Die Menge an HF, die verwendet wird, um die SiO&sub2;-Schutzschicht zu öffnen, beträgt ungefähr 100 Femtoliter pro Loch, oder 0,1 Mikroliter für 1 Million Löcher. Die bemusterte Oxidschicht des Substrats wird 30 Minuten lang dem Kontakt mit einem unbemusterten hydrophilen Stempel aus PDMS mit einem Modul von 10&sup5; Dyne/cm², der in 1 : 1 Isopropanol/ (30% KOH Wasser) getränkt wurde, ausgesetzt. Man läßt die Reaktion bei 70ºC eine Minute lang ablaufen, um Löcher mit einer Tiefe von 200 nm im Silizium mit einem Muster zu ätzen, der mit dem Muster der Öffnungen in der Oxidschicht übereinstimmt. Für diesen Verarbeitungsschritt sind lediglich einige hundert Mikroliter erfoderlich.
Als Erweiterung der oben beschriebenen Methode wird ein Mikrocontainerstempel gebildet, indem PDMS mit einem Modul von 5 · 10&sup6; Dyne/cm² auf einem Wafer mit Siliziumerhöhungen unterschiedlicher Höhe ausgehärtet wird. Auf diese Weise haben die Mikrocontainer im Stempel unterschiedliche Volumina, die die Höhe der Erhöhungen in der Vorlage wiedergeben, wie aus der Darstellung in Fig. 6A hervorgeht. Ein bemusterter perforierter Deckel wird gebildet und mit der Mikrocontainerplatte in Kontakt gebracht sowie in der oben beschriebenen Weise hydrophil gemacht. Die Mikrocontainer werden mit 10% KOH in Wasser gefüllt. Ein unbemusterter Siliziumwafer, dessen thermische Oxidschicht entfernt wurde, indem der Wafer eine Minute lang in gepuffertes HF gelegt wurde, wird mit der Mikrocontainerplatte in Kontakt gebracht und so einem Druck von 0,005 N/cm² ausgesetzt. Man gestattet eine Fortsetzung der Auflösung des Siliziums solange, bis die Menge des KOH in den tiefsten Containern erschöpft ist.

Claims

1. Verfahren zur Veränderung einer Oberfläche eines Substrats (10; 20; 30; 40) anhand einer Reaktion, das folgende Schritte umfaßt:

- Auftragen mindestens eines Reaktionsteilnehmers (14; 24; 34; 44) in der genannten Reaktion auf einen Stempel (15; 25; 35; 45) aus einem verformbaren Material (152; 252; 352; 452);

- Einfüllen des mindestens einen Reaktionsteilnehmers (44) in Vertiefungen (453) in einer Oberfläche des verformbaren Materials (452), wobei die genannten Vertiefungen das vordefinierte Muster bilden; und

- Herstellung eines übereinstimmenden Kontakts zwischen dem genannten Stempel und dem Substrat, so daß die Oberfläche des genannten Stempels die Öffnungen der genannten Vertiefungen rundum abdichtet, wodurch die genannte Reaktion auf ein vordefiniertes Muster beschränkt bleibt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Reaktion durch eine Maske (110) und/oder einen Stempel (35) mit einer gemäß dem genannten Muster bemusterten Oberfläche auf das Muster beschränkt bleibt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Reaktionsteilnehmer ein Ätzmittel (24) oder ein Katalysator (34) ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch charakterisiert, daß eine Fläche (553, 554) der Vertiefungen eine höhere Affinität gegenüber einer Lösung hat als die Oberfläche des Stempels (55).

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch charakterisiert, daß die Vertiefungen (652; 752) unterschiedliche Tiefen und/oder Querschnitte aufweisen.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch charakterisiert, daß die Vertiefungen mit unterschiedlichen Materialien gefüllt sind (841-843), insbesondere durch Verwendung mindestens einer Maske (81), die einen Teil der genannten Vertiefungen bedeckt.

7. Einrichtung, insbesondere ein integrierter Schaltkreis, eine Leuchtdiode (LED) oder eine Flüssigkristalldiode (LCD) oder ein Flachbildschirm, der unter Anwendung des Verfahrens gemäß den obigen Ansprüchen hergestellt wurde.

8. Verfahren für den Druck eines Musters auf eine Oberfläche des Substrats (10; 20; 30; 40), das folgende Schritte umfaßt:

- Anbringen einer Farbe auf einem Stempel (15; 25; 35; 45), der aus verformbarem Material (152; 252; 352; 452) besteht;

- Einfüllen der Farbe in Vertiefungen (453) auf einer Oberfläche des verformbaren Materials (452), wobei die genannten Vertiefungen das vordefinierte Muster bilden; und

- Herstellung eines übereinstimmenden Kontakts zwischen dem genannten Stempel und dem Substrat, so daß die Oberfläche des genannten Stempels die Öffnungen der genannten Vertiefungen rundum abdichtet, wodurch der genannte Druckbereich gemäß dem genannten vordefinierten Muster beschränkt bleibt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, das folgende Schritte umfaßt:

- Einfüllen mindestens zweier verschiedener Farben in Vertiefungen auf einer Oberfläche (951) einer Druckwalze (95) mit einer verformbaren Schicht (951), wobei die genannten Vertiefungen ein vordefiniertes Druckmuster bilden; und

- Herstellung eines übereinstimmenden Kontakts zwischen der genannten Druckwalze und einem Druckmedium (96), insbesondere Papier, so daß die genannte Oberfläche der genannten Druckwalze um die Öffnungen der genannten Vertiefungen eine Abdichtung bildet, wodurch die Farbübertragung gemäß dem genannten vordefinierten Druckmuster beschränkt bleibt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch charakterisiert, daß mindestens zwei verschiedene Farben in einer Vertiefung gemischt werden, bevor sie auf das Druckmedium (96) übertragen werden.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch charakterisiert, daß jede Farbe (1040) in separate Vertiefungen (1051) gefüllt wird.

12. Ätzprozeß für die Lithographie, insbesondere für die Submikron-Lithographie, der die Schritte der Übertragung eines Ätzmittels (14) auf einen Stempel (15), die Herstellung eines Kontakts zwischen dem Stempel und der zu ätzenden Schicht (110), das Anheben des genannten Stempels und das Entfernen von Reststoffen der Ätzreaktion aus der genannten Schicht umfaßt.

13. Ätzprozeß gemäß Anspruch 12, dadurch charakterisiert, daß der Stempel (25, 35) eine bemusterte Schicht (252, 352) und/oder eine Schicht (252) mit Erhöhungen umfaßt, wobei die genannten Erhöhungen das Ätzmittel (24) und/oder eine Schicht (452) mit Vertiefungen (453) enthalten, die zumindest teilweise mit dem Ätzmittel (44) gefüllt sind.

14. Vorrichtung zur Veränderung einer Oberfläche eines Substrats (10; 20; 30; 40) in einer Reaktion, wobei die genannte Vorrichtung dadurch charakterisiert ist, daß:

- ein Stempel (15; 25; 35; 45) mindestens einen Reaktionsteilnehmer (14; 24; 34; 44) aus der genannten Reaktion sowie mindestens eine Schicht aus verformbarem Material (152; 252; 352; 452) enthält, so daß dieser dazu verwendet werden kann, einen übereinstimmenden Kontakt mit dem genannten Substrat herzustellen; und

- der genannte Reaktionsteilnehmer (44) in Vertiefungen (453) auf einer Oberfläche des verformbaren Materials (452) gefüllt wird, wobei die genannten Vertiefungen das vordefinierte Muster bilden; und

- die Oberfläche des genannten Stempels um die Öffnungen der genannten Vertiefungen herum eine Abdichtung bildet, wodurch die genannte Reaktion gemäß einem vordefinierten Muster beschränkt wird.