SE516194C2 - Substrat för samt process vid tillverkning av strukturer - Google Patents

Description

»vann 10 15 20 25 30 35 2 2. Imprint: På ett plant substrat av kisel appliceras ett tunt skikt av en polymer, t.ex. polyamid. Lagret värms upp och vid en viss temperatur, den s.k. imprint temperaturen, trycks den fördefinierade mallen och substratet samman, varvid inversen av mallens struktur överförs i polymerlagret på substratet. 3. Struktur överföring: I de sammanpressade områdena i polymerskiktet kvarstår ett tunt lager polymer. Det sista steget utgör en borttagning av detta tunna kvarstående lager på substratet. Detta utförs i en s.k. "RIE" eller O; plasma utrustning. Ju tunnare detta kvarstående lager är desto finare strukturer kan skapas med nanoimprint processen.

Flera forskningsrapporter har presenterats i ämnet men fram till helt nyligen har metoden varit begränsad till nanoimprinting på komponenter med liten total area, typiskt endast någon kvadrat centimeter, se Stephen Y. Chou, Peter R. Krauss, and Preston J. Renstorm: ”Nanoimprint lithography", J. Vac. Sci. T echnol. B, 14, 4129 (1996); K. Pfeijfer, G. Bleidiessel, G. Gruetzner, H. Schulz, T. Hojfinann, H.-C. Scheer, CM Sotomayor Torres and J. Ahopelto: ”Suitability of new polymer materials with adjustable glass temperature for nanoimprinting", Proceeding of Micro and Nano- Engineering Conference, (1998) ; samt Leuven. Bo Cui, Wei Wu, Linshu Kong, Xiaoyun Sun and Stephen Y. Chou: ”Perpendicular quantized magnetic disks with 45 Gbíts on a 4x4 cmf areaà J. Appl. Phys. 85, 5554 (1999).

Ett problem vid NIL-processen är att det finns strukturella variationer i materialet i ytan av en plan platta, eller med andra ord finns det, i nanometerskala, en ojämnhet i ytan hos varje platta (mall och substrat) även om plattoma är polerade. Dessa ojämnheter leder till en oönskad ojämn kraftfördelning över ytoma då mall och substrat pressas samman, vilket i sin tur leder till en ojämnt nedsânkt struktur hos substratet. Detta är speciellt kritiskt för imprintprocessen då plattorna år stora, t.ex. då ytomas storlek är mer än 50 mm i diameter.

IX. Sun et al., 'Multilayer resist methods for nanoimprint litography on nonflat surfaces J. Vac. Sci. T echnol. B 16(6), Nov/Dec 1998, presenteras en metod att kringgå problemen med icke plana ytor hos substraten. Metoden går ut på att substratet förses med ett planariseringsskikt med en tjocklek av omkring 250-300 nm. Detta planariseringsskikt kan t.ex. bestå av polymetylmetakrylat (PMMA) eller modifierat novolackharts. Ovanpå planariseringsskiktet förses substratet med ett eller två ytterligare skikt. Det översta skiktet utgör därvid imprintskikt och ett eventuellt mellanliggande skikt utgör mask för det understa skiktet (planariseringsskiktet). Enligt »»»~» 10 15 20 25 30 35 516 194 3 artikeln åstadkommes en imprint där strukturemas sidoväggar blir vertikala. Det anges vidare att metoden torde vara tillämpbar för åstadkommande av strukturer i storleksordningen 10 nm även om detta ej visas. Ett icke nämnt problem därvid är dock att man med den beskrivna' metoden inte kan åstadkomma mellanrum (perioder) mellan strukturdetaljema som är av lika liten storleksordning som själva strukturdetaljema.

Detta beror på att relativt stora totala skikttjocklekar erfordras för att planariseringen skall åstadkommas. Vid bildande av strukturer i dessa tjocka skikt måste varje detalj- struktur uppvisa en basvidd som är avsevärt större än strukturens dimension vid ytan av det översta beläggningsskiktet, för att inte strukturdetaljen skall brytas av. Periodema mellan de enskilda strukturema blir därigenom avsevärt större än strukturemas dimensioner vid den övre ytan.

I SE-A0-9904517-1 presenteras ett helt nytt angreppssätt för tillverkning av nanometerstora strukturer genom NIL, vilket medger massproduktion av nano- meterstora strukturer på stora ytor och därmed öppnar helt nya möjligheter för design-av mer kompakta kretsar och sensorer för olika applikationer med betydligt högre känslighet än dagens. Konceptet enligt SE-A0-9904517-1 innebär utnyttjande av en imprintanordning som ger en absolut jämn kraftfördelning över hela de ytor som skall pressas samman under imprintsteget, samtidigt som en stor tolerans ges för eventuella ojämnheter i substratet. Härigenom erfordras heller ingen egentlig planarisering av substratet utöver konventionell polering.

En ytterligare aspekt som måste beaktas i samband med imprintprocessen är den efierföljande metalliseringen av substratet och den därefter följande borttagningen, så kallad ”lifi-ofF, av beläggningsskikten. Efter en färdig imprintprocess uppvisar substratet frilagda ytor mellan de enskilda strukturema i beläggningsskiktet/skikten. Vid metalliseringen íörångas ett tunt metallskikt över såväl de frilagda ytoma på substratet som på de kvarstående strukturema i beläggningsskiktet/skikten. Beläggningsskiktet- /skikten, inklusive metallen därpå, avlägsnas därefier t.ex. genom att det understa beläggningsskiktet, ”lifi-olf-skiktetfl upplöses i t.ex. aceton, varvid endast metall som ligger direkt på substratet kvarstår på detsamma. Dock måste det understa beläggnings- skiktet uppvisa någon fii yta där acetonet kan komma åt att börja lösa upp detsamma.

Därför bör perioderna mellan strukturema i beläggningsskiktet/skikten uppvisa en profil som är smalare vid den övre ytan av det översta beläggningsskiktet och bredare vid anliggningen mot substratet (i fortsättningen benämnt en underskuren profil). Vid en sådan profil kommer nämligen metalliseringsskiktet ej att lägga sig på den inre delen av periodema, dvs på strukturdetaljemas väggar, varigenom dessa är frilagda för »rßrn 10 15 20 25 30 35 51_6 194 lr upplösning av aceton eller dylikt. Dylika profiler är dock omöjliga att skapa direkt då mallen pressas ned i substratets beläggningsslcilct.

Ytterligare aspekter att beakta är kostnadsaspekten och tidsaspekten. Om NlL-processen skall kunna få ett kommersiellt genomslag är det en mycket stor nackdel om komplicerade apparater såsom reaktiv jonetsning (RIE) måste användas, då dessa apparater är extremt dyra i inköp. RIE kan också ge skador i substratets kristallstruktur, eftersom RIE typiskt ger en joniseringsenergi av 200-800 eV samtidigt som det endast erfordras några enstaka eV för att förskjuta en atom. Trots dessa nackdelar används ofia RIE idag, vilket beror på att billigare metoder, såsom kemisk etsning (plasma etsning eller kemisk gasetsning) ej ansetts ge tillräcklig anisotropi. Med anisotropi avses att etsningen är riktad, dvs att den huvudsakligen verkar i en riktning (normalt vertikal) och endast litet i en riktning som är vinkelrät därtill (normalt horisontell).

Tidsaspekten innebär att vissa etsnings-/framkallningsmetoder är svåra att utnyttja eftersom de verkar mycket snabbt. I dessa fall kan en framkallningstid som endast är några sekunder för lång ge en alltför krafiig framkallning. I åter andra fall kan framkallningen ta alltför lång tid i anspråk, vilket är oacceptabelt i kommersiella sammanhang.

BESKRIVNING AV UPPFINNTNGEN Föreliggande uppfinning har till syfie att presentera ett belagt substrat och en process för nanoimprint av ett sådant belagt substrat, varigenom ovanstående problemkomplex elimineras eller minimeras.

Således presenteras enligt uppfinningen ett belagt substrat och en process för nanoimprint av ett sådant belagt substrat, enligt patentkraven.

Uppfinningen bygger på att man utnyttjar minst två, relativt tunna, beläggningsskikt på ena sidan av substratet. Dessa två skikt uppvisar väsentligt olika materialegenskaper avseende t.ex. glasomvandlingstemperatur, möjlighet till tvärbindning genom påverkan av värme eller bestrålning, etsningshastighet i olika medium eller processer etc. Efter imprint i det övre av de två skikten ”framkallas” det undre skiktet med en huvud- sakligen isotrop framkallningsmetod vilken väljs så att den i mindre grad eller ej alls påverkar det övre skiktet. Tack vare den isotropa framkallningsmetoden och dess minimala inverkan på det översta skiktet åstadkommes en underskuren profil i nanostrukturen. Med isotrop framkallningsmetod menas i detta avseende en »nm. 10 15 20 25 30 35 516 194 s framkallningsmetod som verkar i huvudsak lika i alla riktningar, till skillnad från en riktad framkallningsmetod som huvudsakligen verkar i en riktning. Isotropa framkallningsmetoder som därvid kan utnyttjas utgöres av relativt sett mycket billiga kemiska etsningsmetoder, såsom plasmaetsning eller kemisk gasetsning eller billiga våtmetoder som framkallningsbad innefattande natriumhydroxid, elektrokemisk etsning eller traditionell filmframkallning. Exempel på en riktad metod är den extremt dyra 02- RIE processen (Reactive Ion Etching).

Enligt en aspekt av uppfinningen utgöres det ena beläggningsskiktet, företrädesvis det undre, av en så kallad positiv resist, medan det andra beläggningsskiktet, företrädesvis det övre utgöres av en så kallad negativ resist. En negativ resist definieras av att det polymera resistmaterialet tvärbinds vid exponering för värme eller bestrålning, varefter icke exponerade delar kan avlägsnas medelst en framkallningsprocess, vanligen ett framkallningsbad av olika typ beroende på resisttyp. En positiv resist definieras av att det polymera resistmaterialet ej kan tvärbindas men att däremot delar som exponerats för strålning kan avlägsnas medelst en framkallningsprocess, vanligen ett framkallningsbad. Normalt sett uppvisar en negativ resist en lägre glasomvandlingstemperatur (Tg = 0 - 60 °C) jämfört med en positiv resist (Tg = 80 - 130 °C).

Enligt en annan aspekt av uppfinningen uppvisar det övre beläggningsskiktet en tjocklek av 20-500 nm, företrädesvis 20-200 nm och än mer föredraget 30-150 nm, medan det undre beläggningsskiktet uppvisar en tjocklek av 10-400 nm, företrädesvis 20-200 nm och än mer föredraget 30-150 nm. Samtidigt bör gälla att det övre beläggningsskiktet är minst lika tjockt som, eller tjockare än, det undre beläggningsskiktet. Det undre beläggningsskiktet har således ej till fimktion att verka som planariseringsskikt. Viktigast är dock att det övre skiktet är minst lika tjockt som strukturdjupet i den mall son utnyttjas för imprintsteget.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen kan den positiva resisten utgöras t.ex. av ett material som saluförs av Shipley under namnet Shipley 1800 och vilken lämpligen kan framkallas medelst ett framkallningsbad innefattande natriumhydroxid eller tetrametyl- ammoniumhydroxid. Altemativt kan t.ex. utnyttjas PMMA, vilken lämpligen framkallas medelst ett framkallningsbad innefattande isobutylmetylketon, eller ett material som salutörs av Nippon Zeon Co., LTD under namnet ZEP-520. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen exponeras den positiva resisten, i avtrycken från mallen, för en strålning, vilket medför att framkallningstiden avsevärt förkortas samtidigt som .tt-s 10 15 20 25 30 35 6 en mer gynnsam profil uppnås hos väggama. Denna gynnsamma profil är underskuren utan att den positiva resisten framkallats alltför djupt i horisontell led (dvs ej alltför isotropt). Tiden för framkallning efter exponering kan vara från ca 10 sekunder och upp till en minut, vilket skall järnföras med flera timmar för en icke exponerad positiv resist.

Vald strålningstyp och vald våglängd för strålningen beror på typ av positiv resist som utnyttjas. Strålningstypema kan t.ex. vara röntgenstrålning, elektronstrålning, jonstrålning eller UV-strålning. UV-strålning är mest föredraget och kan uppvisa våglängder av 300-420 nm, eller 100-3 00 nm om det är DUV (Deep UV).

Framkallningstypen för den positiva resisten utgöres företrädesvis av en isotrop framkallningsmetod, vilken dock kommer att verka att ge en mer gynnsam profil då den positiva resisten exponerats före framkallningen. Föredragna framkallningsmetoder är kemiska etsningsmetoder, såsom plasmaetsning eller kemisk gasetsning eller billiga våtmetoder som framkallningsbad, elektrokemisk etsning eller traditionell filmframkallning.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen utgöres den negativa resisten företrädesvis av ett material som innefattar en modifierad aromatisk polymetylmetakrylat eller en modifierad aromatisk allylpolymer. Altemativt utgöres den negativa resisten av en känd negativ resist, tex. en negativ resist som saluförs av Olin-Hount under namnet SCIOO, av Shipley under namnet SAL, av Micro Resist Technology GmbH under namnet SUS, eller av Micro Resist Technology GmbH under namnet PGMA. Den negativa resisten framkallas företrädesvis isotropt medelst plasmaetsning, men även kemisk gasetsning eller våtmetoder kan utnyttjas. I den föredragna utföringsforrnen exponeras den negativa resisten samtidigt som den positiva resisten utsätts för strålning, vilket innebär att den negativa resisten tvärbinds. Härigenom kommer den negativa resisten att påverkas ytterst litet då den positiva resisten framkallas. Även i utföringsformer då strålning ej utnyttjas kan den negativa resisten tvärbindas på detta positiva sätt, främst genom den värmebehandling som materialet utsätts för i själva imprintsteget.

Imprintsteget utförs vid en förhöjd temperatur, den så kallade imprinttemperaturen, som ligger över glasomvandlingstemperaturen(Tg) för den negativa resisten. Företrädesvis ligger imprinttemperaturen på en nivå av högst 100 °C, och är minst 20 °C högre än Tg för den negativa resisten. Samtidigt skall det gälla att imprinttemperaturen skall vara mindre eller lika med Tg för den positiva resisten.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen utnyttjas även ett mellanskikt, en så kallad mask, mellan det övre och det undre resistskiktet. Maskskiktet kan lämpligen utgöras av min» 10 15 20 25 30 35 516 194 kr ett material som endast ringa eller inte alls påverkas av en vald framkallningsmetod, t.ex. plasmaetsning, för det översta resistskiktet. Maskskiktet kan därvid utgöras av ett halvledarmaterial, t.ex. SiO2, eller en metall, t.ex. aluminium, krom, guld eller volfram, som uppvisar en god vidhäftning mot båda resistlagren. Mellanskiktets tjocklek kan lämpligen vara i storleksordningen 10-40 nm, företrädesvis 10-25 nm. Enligt en tänkbar utföringsfonn kan mellanskiktet uteslutas, antingen i det fall då bestrålning ej utnyttjas eller om det översta skiktet utformas av ett material som huvudsakligen ej släpper igenom den valda strålningstypen.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen utföres själva imprintsteget i NIL-processen i en anordning av den typ som visas i SE-AO-9904517-1, vilket innebär att nanostrukturer kan åstadkommas på stora ytor, större än 7-20 cmz, i beläggningsskikt med relativt små tjocklekar, utan att ytterligare åtgärder för planarisering av substratet erfordras.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen uppvisar substratet ett översta beläggningsskikt vilket uppvisar en tjocklek av omkring 10-30 nm och vilket utgör en non-stick beläggning för att förhindra att sagda andra beläggningsskikt fastnar på mallen, delvis eller i större partier. Non-stick skiktet utgöres företrädesvis av modifierad PMIVLÄ (PPM), och uppvisar en glasomvandlingstemperatur som är högre än en glasomvandlingstemperatur för det andra beläggningsskiktet. Vid imprint vid temperaturer som är lägre än glasomvandlingstemperaturen för non-stick skiktet kommer non-stick skiktet att punkteras med en mekanisk kraft men ej deformeras, eñersom skiktet är tunt och mjukt men ej smält. I nedanstående figurbeskrivning har non-stick skiktet ej visats, för att ej förvirra principen för de uppfinningsenliga första och andra beläggningsskikten. Ett altemativ till att utnyttja ett översta, non-stick skikt på substratet är att istället utnyttja ett non-stick skikt på mallen, t.ex. av teflontyp.

Substratet och processen enligt uppfinningen uppvisar åtminstone fördelarna att de möjliggör NIL med extremt små strukturdetaljer, under 100 nm, under 50 mn eller till och med under 10 mn, med perioder dem emellan av lika små mått, Beläggnings- skiktens totala tjocklek på substratet är dessutom fördelaktigt tunt, varvid ändock strukturer kan åstadkommas över stora ytor, dvs totala ytor som är större än ca 7-20 cmz. Samtidigt uppnås en underskuren profil hos strukturema, vilket enligt ovan möjliggör eflektiv borttagning av lift-oíf-skiktet efter metallisering av substratet.

Ytterligare en fördel är att billig och enkel utrustning kan användas i samband med NH.- processen. »ri-i 10 15 20 25 30 35 516 194 §ïï= 2 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i större detalj med hänvisning till figurema, av vilka: Fig. la Fig. lb Fig. lc Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4a-e Fig. 5a-c Fig. 6a-d Fig. 7 Fig. Sa Fig. 8b Fig. 9a-b Fig. 9c-d visar ett belagt substrat enligt känd teknik, varvid beläggningskiktet försetts med ett avtryck i nanometerstorlek, visar substratet i Fig. la efier avlägsnande av ett tunt kvarstående lager av beläggningsskiktet i avtrycket, visar substratet i Fig. lb, vilket belagts med ett metalliseringsskikt, visar ett imprintat substrat där en icke exponerad, undre positiv resist framkallats isotropt, visar ett belagt, nanoimprintat substrat enligt uppfinningen, vilket belagts med ett metalliseringsskikt, visar ett belagt substrat enligt en forsta utfóringsforrn av uppfinningen samt stegen för NIL av detsamma, visar ett belagt substrat enligt en andra utfóringsforrn av uppfinningen samt stegen for NIL av detsamma, visar ett belagt substrat enligt en tredje utforingsforin av uppfinningen samt stegen for NIL av detsamma, visar en fóredragen anordning, sedd från sidan i tvärsnitt, for genomförande av imprintsteget. visar en svepelektronrnikroskopbild av ett belagt, nanoimprintat och framkallat substrat enligt uppfinningen, visar en skiss av substratet i Fig. 8a med hänvisning till olika delar i detsamma, visar svepelektromnikroskopbilder av ett substrat enligt känd teknik, efter ”lifl-ofF, varvid utnyttjats ett enda lager resist, visar svepelektronmikroskopbilder av ett substrat enligt uppfinningen, efter ”liñ-otf”.

Enligt problembeskrivning ovan är det viktigt att en underskuren profil åstadkommes i beläggningsskiktet/skikten på substratet. I Fig. la visas ett substrat 1 vilket belagts med ett beläggningsskikt 2 (en resist) enligt känd teknik. I resisten 2 har det, medelst NIL, åstadkommits ett mönster i nanometerstorlek, varvid ett nanometerstort avtryck 3 i resisten 2 symboliskt visas i figuren. Mallen (ej visad) kan därvid endast ge i bästa fall räta (dvs vertikala) väggar i avtrycket 3, eller något lutande väggar 4. I botten av avtrycket 3 kvarstår det ett tunt lager av resist 5. I Fig. lb visas substratet efter det att 11:-» 10 15 20 25 30 35 sis 194 f? detta tunna kvarvarande lager av resist 5 har tagits bort (framkallats) i avtrycket, t.ex. medelst plasmaetsning, så att substratet 1 har frilagts i avtrycket 3. Även i övrigt har resisttjockleken rninskat i samband med borttagningen av det kvarstående lagret 5 i avtrycket 3 och väggarna 4 har möjligen blivit ännu mer lutande och något avrundade upptill.

Då ett metalliseringsskikt 6, t.ex. av krom, förångas på kvarstående partier av resisten 2 samt det frilagda partiet 7 av substratet 1 i avtrycket 3, kommer det att lägga sig hela vägen över det frilagda partiet 7 av substratet, över de lutande väggama 4 och vidare över kvarstående partier av resisten. Detta innebär problem för en efterföljande ”lift- off ïprocess, dvs en process där resisten löses upp i ett framkallningsbad (t.ex. av aceton) så att de delar av metalliseringsskiktet 6 som ligger ovanpå kvarstående partier av resisten lossnar och faller av. Syftet vid lifi-off processen är att det endast skall kvarstå metall 6 i de positioner 7 där metallen ligger direkt på substratet. Om metalliseringsskiktet 6 ligger över väggarna 4 så kan dock inte frarnkallningsbadet komma åt resisten 2 för upplösning av densamma, varvid lift-off processen avsevärt försvåras eller blir omöjlig.

I Fig. 2 visas ett problem som kan uppstå hos ett substrat 1 vilket belagts med en undre resist 2, vilken utgörs av en positiv resist, och ett ovanpå denna liggande metallskikt 9 i vilket ett hål eñer ett icke visat avtryck etsats fram. Om den positiva resisten ej exponerats för strålning och en isotrop framkallningsmetod, såsom plasmaetsning, utnyttjas, går framkallningen mycket långsamt (t.ex. 0,1-2 mn/s) och resultatet blir en icke gynnsam profil med krafligt urgröpta väggar i den positiva resisten. Även här finns det således en risk för att metallen, vid en efterföljande metallisering, lägger sig upp på väggama av resisten 2, varvid även metallen på själva substratet 1 riskerar att lossna vid lift-off processen.

I Fig. 3 visas ett belagt substrat enligt uppfinningen, vars uppbyggnad kommer att beskrivas i större detalj längre fram. Beläggningsskikten (resisten) 2, 8 har, medelst processen enligt uppfinningen, försetts med ett avtryck 3 med en gynnsam underskuren profil. Väggama 4 i avtrycket uppvisar därvid en profil som är smalare vid den övre ytan av det översta beläggningsskiktet 8 och bredare vid anliggningen mot substratet 1.

Då metalliseringsskiktet 6 lägges på, kommer det därför ej att lägga sig på väggama 4, utan endast ovanpå kvarstående partier av resisten 8 samt på substratets frilagda yta 7.

Härigenom är väggama 4 fördelaktigt fiilagda för åtkomst av framkallningsvätskan i ett efterföljande lift-off steg. |>m> 10 15 20 25 30 35 51,6 19 4 šïï= - /o I Fig. 4a visas ett exemplifierande belagt substrat 1 enligt en första, föredragen utföringsform av uppfinningen. Detta substrat 1 uppvisar ett första beläggningsskikt 2, vilket är anordnat i direkt anliggning mot substratets ena yta och uppvisar en skikttjocklek av omkring 60-100 nm. Det första beläggningsskiktet 2 utgöres av en positiv fotoresist, t.ex. Shipley 1800. Vid applicerandet av det första beläggningsskiktet 2 har resistmaterialet förtunnats med en thinner och spunnits på på substratet vid 6000 rpm under 30 sekunder. Därefter har substratet 1 med skiktet 2 värmebehandlats (bakats) vid 110 °C i en minut.

Det forsta beläggningsskiktet utgör ett skydd för substratet samt ett lift-off skikt, men är däremot för tunt för att utgöra ett planariseringsskikt för substratet. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen erfordras det inte heller något egentligt planariserings- skikt, eftersom det för imprintsteget företrädesvis utnyttjas en anordning (F ig. 7) och en metod som gör att jämn imprint kan erhållas även på substrat som ej är helt plana.

I direkt anliggning mot det första beläggningsskiktet 2 är det anordnat ett mellanskikt 9 av ett halvledarmaterial eller en metall, t.ex. SiOz, aluminium eller krom, vilket uppvisar en skikttjocklek av omkring 20 nm. Detta mellanskikt 9 utgöres i exemplet av ett aluminiumskikt vilket har applicerats genom förångning under undertryck (t.ex. 106 mbar). Överst, i direkt anliggning mot mellanskíktet 9, är det anordnat ett andra beläggnings- skikt 8, vilket uppvisar en skikttjocklek av omkring 50-200 nm, varvid det samtidigt gäller att skikttjockleken för det andra skiktet 8 är större än skikttjockleken för det första skiktet 2. Det andra beläggningsskiktet 8 utgöres av en negativ fotoresist, t.ex. SCIOO.

Vid applicerandet av det andra beläggningsskiktet 8 har resistmaterialet förtunnats med en thinner och spunnits på på substratet vid 6000 rpm under 30 sekunder. Därefter har substratet 1 med skikten 2 och 8 värrnebehandlats (bakats) vid 110-140 °C i en minut.

På det andra skiktet 8 kan det i vissa fall (ej visat) anordnas ett non-stick skikt, t.ex. av PPM, vilket appliceras genom att det spinnes på vid 6000 rpm under 30 sekunder, till en tjocklek av 10-30 nm. Non-stick skiktet uppvisar lägre vidhäftning mot mallen (detalj nr. 610 i Fig. 7) än mot det andra skiktet 8.

I Fig. 4b visas det belagda substratet efter nanoimprint vid en imprinttemperatur under 100°C, t.ex. 70°C, och ett tryck av omkring 10-100 bar, i det andra beläggningsskiktet 8 10 15 20 25 30 35 516 194 // (den negativa resisten) och efter det att ett tunt kvarstående lager av negativ resist i avtrycket 3 avlägsnats medelst plasmaetsning under 10-20 sekunder. Mellanskiktet 9 utgör därvid mask för det första beläggningsskiktet 2 (den positiva resisten). Det första beläggningsskiktet 2 uppvisar en högre glasomvandlingstemperatur (Tg = 85 °C) än det andra beläggningsskiktet 8 (Tg = 35-55°C), vilket innebär att enbart det andra beläggningskiktet är i smält tillstånd vid nanoimprintsteget, men inte det första.

I Fig. 4c visas substratet efter borttagning (etsning) av mellanskiktet 9 vid ett parti därav som frilagts i avtrycket 3. Då mellanskiktet 9 utgöres av ett aluminiumskikt etsas det lämpligen bort med en vätska som innefattar HNOg, CHgOOH, H3PO4 och vatten. I Fig. 4d illustreras hur den nu i avtrycket frilagda delen av den positiva resisten 2 exponeras med UV-strålning med en våglängd av 365 nm under 10-30 sekunder. Samtidigt bestrålas naturligtvis även den negativa resisten 8. Härigenom bildas det tvärbindningar i den negativa resisten 8, vilket gör att denna ej kan framkallas bort i ett valt, följande, framkallningssteg. Den positiva resisten 2 tvärbindes däremot ej utan kan frarnkallas bort i de delar därav som exponerats för strålningen, Fig. 4e. Som framkallningsmetod väljes därvid en isotrop framkallningsmetod, t.ex. ett framkallningsbad innefattande natriumhydroxid eller tetrametylammoniumhydroxid, vilket får verka i upp till 30 sekunder. Alternativt utnyttjas kemisk gas etsning eller plasmaetsning i syrgas, vilken får verka i omkring 1,5 minuter. Framkallningen av den positiva resisten 2 äger härvid rum såväl i vertikal (axiell) led som i horisontell (radiell) led, varvid skapas den enligt uppfinningen efiersträvade underskuma profilen i beläggningsskikten, vilken principiellt framgår av Fig. 4e. Det har förvånande visat sig att en med strålning expönerad positiv resist etsas mycket snabbare i ett plasmaetsningssteg eller kemiskt gasetsningssteg än vad en icke exponerad positiv resist gör, t.ex. 2-10 nrn/s jämfört med 0,1-2 nrn/s. Härvid kan fördelaktigt en underskuren, men ej alltför ”urgröpt” profil skapas i den positiva resisten.

IFig. Sa visas ett belagt substrat l enligt en andra utföringsforrn av uppfinningen. Detta substrat 1 uppvisar ett forsta beläggningsskikt 2, vilket utgöres av en positiv resist, t.ex.

PMMA eller ZEP, vilken är anordnat i direkt anliggning mot substratets ena yta och uppvisar en skikttjöcklek av omkring 80 nm. Ovanpå det första beläggningsskiktet 2, i direkt anliggning mot detsamma, är det anordnat ett andra beläggningsskikt 8, vilket utgöres av en negativ resist, t.ex. SCIOO eller SAL, och vilket uppvisar en skikttjöcklek av omkring 80 nm. iii-o 10 15 20 25 30 35 5 _1 6 19 4 ;::= gi; g; g; . g; /z I Fig. Sb visas det belagda substratet efter nanoimprint vid 85°C av det andra beläggningsskiktet 8 (den negativa resisten). Även här uppvisar det första beläggnings- skiktet 2 en högre glasomvandlingstemperatur (Tg = 110-117°C) än det andra beläggningsskiktet 8 (Tg = 35-5 5°C). Dessutom åstadkommes en tvärbindning i materialet för det andra beläggningsskiktet 8 vid nanoimprinttemperaturen, vilket innebär att detta kommer att framkallas långsammare än det första beläggningsskiktet 2 vid ett efterföljande framkallningssteg.

I Fig. Sc visas hur en underskuren profil åstadkommits genom isotrop plasmaetsning vid 5,5 mbar. Tack vare de olika materialegenskapema hos det första respektive det andra beläggningsskiktet, vilka egenskapsskillnader accentueras av den värrneinducerade tvärbindningen i det andra skiktet 8, kommer framkallningshastigheten för det första skiktet 2 att vara högre än för det andra skiktet 8 (1,5 nm/s jämfört med 1 mn/ s). Det skall också noteras att i denna utföringsforrn så utföres borttagning av det efter imprint kvarstående tunna lagret av det andra beläggningsskiktet 8 i avtrycket 3 i samma steg som framkallningen av det första skiktet 2.

I Fig. 6a visas ett belagt substrat 1 enligt en tredje utföringsform av uppfinningen. Detta substrat 1 uppvisar ett första beläggningsskikt 2, vilket utgöres av en positiv resist, t.ex.

PMMA eller ZEP, vilken är anordnat i direkt anliggning mot substratets ena yta och uppvisar en skikttjocklek av omkring 200 nm. I direkt anliggning mot det första beläggningsskiktet 2 är det anordnat ett mellanskikt 9 ( en mask) av ett halvledar- material eller en metall, t.ex. SiOz, aluminium eller krom, vilket uppvisar en skikttjocklek av omkring 20 nm. Överst, i direkt anliggning mot mellanskiktet 9, är det anordnat ett andra beläggningsskikt 8, vilket uppvisar en skikttjocklek av omkring 30- 40 nm. Det andra beläggningsskiktet 8 utgöres av en negativ resist, t.ex. SC100 eller SAL. “ I Fig. 6b visas det belagda substratet efier nanoimprint vid 85°C av det andra beläggningsskiktet 8 (den negativa resisten). Även här uppvisar det första beläggningsskiktet 2 en högre glasomvandlingstemperatur (Tg = 110-1 17°C) än det andra beläggningsskiktet 8 (Tg = 35-5 5°C). Dessutom åstadkommes en tvärbindning i materialet för det andra beläggningsskiktet 8 vid nanoimprinttemperaturen.

I Fig. 6c visas substratet efter borttagning (etsning) av mellanskiktet 9 vid dess parti som frilagts i avtrycket 3. I Fig. 6d visas resultatet efter isotrop framkallning, plasmaetsning, av den positiva resisten 2 vid dess i avtrycket 3 frilagda del. Liksom i »msn 10 15 20 25 30 35 516 194 - /3 utföringsformen enligt Fig. 5a-c är framkallningshastigheten fór en vald isotrop metod, t.ex. en våtmetod, högre för det första beläggningsskiktet än för det andra beläggningsskiktet, vilket leder till den eftersträvade underskuma profilen.

IFig. 7 visas en anordning enligt SE-A0-9904517-1 för själva imprintsteget i processen enligt uppfimiingen, vilken anordning är speciellt anpassad för NIL av relativt stora substrat utan att dessa behöver förses med planariseringsskikt. Detalj nummer 61 i Fig. 7 representerar en första huvuddel i en fóredragen utföringsform av en sådan anordning.

Denna första huvuddel 61 innefattar en forsta huvudsakligen plan basplatta 62 vilken företrädesvis är anordnad att förskjutas i en riktning som sammanfaller med normalen för dess mot en andra huvuddel 63 vettande yta 62a. På denna yta 62a kan en huvud- sakligen plan stödplatta 64 anbringas, på vilken stödplatta det belagda substratet 1 är avsett att placeras. Altemativt kan substratet 1 placeras direkt på ytan 62a. Substratet 1 är företrädesvis cirkulärt. Även huvuddelarna 61 och 63 uppvisar företrädesvis ett rotationssymmetriskt utseende.

Den andra huvuddelen 63 uppvisar en kavitet 66, vilken bildas av en botten 67 samt, i det visade fallet, cirkulärcylindriska sidoväggar 68. Som tak för kaviteten 66 är det anordnat ett plant, flexibelt membran 69, motstående mot bottnen 67. Detta membran 69 utgöres av ett polymert material eller en tunn metall, företrädesvis plast, gummi, eller tunn metall. Membranets ena sida 69a utgör stöd för mallen 610, och uppvisar en diameter, eller största bredd, av 25-400 mm, företrädesvis 50-350 mm. Membranet uppvisar en tjocklek av upp till 10 mm, företrädesvis upp till 3 mm och än mer föredraget upp till 1 mm. Mallen 610 utgöres, enligt känd teknik för nanoimprint litografi, av en platta av t.ex. metall, vilken försetts med ett fint strukturellt mönster, med dimensioner i nanometerstorlek, på dess mot den första huvuddelen 61 vettande yta 6l0a.

Membranet 610 är fixerat vid den andra huvuddelen 63, runt membranets 69 periferi, vid kavitetens 66 kanter, medelst en fixeringsanordning. Som fixeringsanordning utnyttjas en, i det visade fallet cirkulär, ring 611 som är anordnad att pressa fast membranets 69 perifera kanter mellan sig själv och sidoväggamas 68 fria kanter.

Ringen 611 är företrädesvis, utmed dess inre cirkulära kant, på den sida därav som vetter mot membranet, avfasad 611a, för att medge en mjuk utböjning för membranet 69 vid övergången från ringen 611. Härigenom minskas risken för sprickor eller vikanvisningar i membranet 69, varvid dess livslängd förlängs. 10 15 20 25 30 35 51,6 194 /1/ Kaviteten 66 är avsedd att inrymma ett medium vilket utgöres av en gas eller vätska med låg kompressibilitet, företrädesvis olja och än mer föredraget hydraulolja, vilket kan trycksättas via en ingångskanal 612, som kan vara anordnad i sidoväggama 68 eller i kavitetens botten 67. Trycksättningen äger rum medelst en ej visad pump, vilken ' lämpligen är anpassad att ge ett tryck med mycket små fluktuationer. Detta kan tex. åstadkommas medelst en proportionalventil. I den andra huvuddelen 63 innefattas också en andra huvudsakligen plan basplatta 613, vilken utgör stöd för delen med kaviteten 66.

Vid imprintsteget värmes substratet 1 (innefattande ej visade beläggningsskikt), varefter det appliceras ett tryck i kaviteten, t.ex. om 5-500 bar, så att membranet 69 flexar ut.

Därvid pressas mallens yta 6l0a och substratets belagda yta la samman, under mothåll av den första huvuddelen 61.

I Fig. 8a, med hänvisningssiffror enligt Fig. 8b, visas ett substrat vilket belagts, imprintats och framkallats enligt uppfinningen. I svepelektronmikroskopbilden i Fig. 8a syns ej övergången mellan de olika beläggningsskikten 2, 8 och ej heller övergången mellan själva substratet I och resisten 2. Dessa övergångar har ritats in med streckade linjer i Fig. 8b. Fig. 8a-b visas vidare i tvärsnitt samt lätt perspektiv, vilket åstadkommits genom att substratet brutits av vid ett hål i detsamma och sedan lutats lite grand då SEM-bilden togs. Det är den perspektiviska vyn och det faktum att brottet ej är helt rent, som leder till den ojämna kanten mellan resisten 2 och detaljen 2'. Den senare utgöres troligen av resistrester vid brottet. Ovanför den övre resisten 8 syns en kant 10 av ett hål som ligger längre bort i vyn. Det framgår tydligt att den eftersträvade underskuma profilen 4 uppnåtts medelst uppfinningen. Jämför också Fig. 3.

EXEIVIPEL l IFig. 9a-d visas ett substrat, vilket belagts, imprintats och framkallats. Efter framkallning har metallisering utförts, följt av lift-off. Figurerna visar således resulterande metallbeläggning på substratet. Fig. 9a-b visar därvid ett substrat enligt känd teknik, med endast ett lager resist, medan Fig. 9c-d visar ett substrat uppbyggt enligt beskrivningen, F ig. 4a-e. Det första beläggningsskiktet utgjordes därvid av 70 nm Shipley 1800, mellanskiktet 9 utgjordes av 20 nm aluminium, och det andra skiktet 8 utgjordes av 130 nm SCl00. Den utnyttjade bestrålningen utgjordes av UV-strålning med våglängd 265 nm under en tid av 20 sekunder. Framkallningen utfördes i ett bad av natriumhydroxid. Som synes, vid en jämförelse mellan Fig. 9a och 9c, samt Fig. 9b och 9d, blir förbättringen i resultat avsevärd då uppfinningen utnyttjas. Metallstrukturen i .mar 10 15 20 5,16 194 /s Fig. 9a och 9b uppvisar ett flertal luckor samt ojämna kanter, medan metallstrukturen i Fig. 9c och d är komplett och med jämna kanter. En annan skillnad utgjordes av att lifi- oíf processen i Fig. 9a-b tog omkring 10 minuter i ett bad under ultraljudsbehandling, medan lift-off processen i Fig. 9c-d tog endast omkring 30-50 sekunder i motsvarande bad. I Fig. 9b och 9d indikeras dimensioner med ett vitt streck som motsvarar 100 nm i längd.

EXEMPEL 2 I tabell 1 exemplifieras hur olika resisttyper kan väljas for de olika utfóringsformema enligt Fig. 4-6, varvid även lämpliga imprinttemperaturer framgår. Det kan i detta sammanhang även noteras att temperaturen sänkes till omkring 25°C innan mallen avlägsnas från det belagda substratet.

Tabell l Andra skiktet: SC 100 SAL 40°C 55°C Första skiktet: Shipley 1800 A A ss°c"> (6o-ss°c)'> (7s-ss°c) PMMA B, C B, C ll7°C (60-1 l7°C) (75-l17°C) ZEP B, C B, C 11o°c (60-1 1o°c) (75-1 1o°c) A: Utfiringsform enligt Fig. 4 B: Uttöringsfonn enligt Fig. 5 C: Utfiiringsforrn enligt Fig. 6 Ü Nanoimprinttemperatur u) TS Uppfinningen är ej begränsad till ovan visade utfóringsformer, utan kan varieras inom ramen for patentkraven.

Claims (9)

11:e» 10 15 20 25 30 35 5,16 194 /6 PATENTKRAV

1. Substrat (l) innefattande åtminstone ett första (2) samt ett andra (8) beläggnings- skikt på substratets ena yta, för nanoimprint litografi, k ä n n e t e c k n at a v att sagda första beläggningsskikt (2) utgöres av en positiv resist och att sagda andra (8) beläggningsskikt utgöres av en negativ resist.

2. Substrat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att det första beläggningsskiktet (2) är anordnat närmast sagda yta hos substratet (1), och att det forsta beläggnings- skiktet (2) är anordnat mellan sagda substrat (1) och det andra beläggningsskiktet (s).

3. Substrat enligt krav 1 eller 2, k ä n n et e c k n at a v att det forsta beläggnings- skiktet (2) uppvisar väsentligt andra materialegenskaper än det andra beläggnings- skiktet (8), vilka materialegenskaper företrädesvis utgöres av en eller flera av egenskaperna glasomvandlingstemperatur, möjlighet till tvärbindning genom påverkan av värme eller bestrålning samt framkallningshastighet i ett valt medium eller en vald process.

4. Substrat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n at a v att det första beläggningsskiktet (2) uppvisar en skikttjocklek av 10-400 nm, företrädesvis 20-200 nm och än mer föredraget 30-150 nm, att det andra beläggningsskiktet (8) uppvisar en skikttjocklek av 20-500 nm, företrädesvis 20-200 mn och än mer föredraget 30- 150 nm, varvid det andra beläggningskiktet (8) företrädesvis är minst lika tjockt som det första beläggningsskiktet (2).

5. Substrat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n at a v att det första beläggningsskiktet (2) utgöres av ett material i gruppen som består av Shipley 1800, PMMA och ZEP-520, samt att det andra beläggningsskiktet (8) utgöres av ett material i gruppen som består av en modifierad aromatisk polymetylmetakrylat, en modifierad aromatisk allylpolymer, SC100, SAL, SU8 eller PGMA.

6. Substrat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n at a v ett tredje beläggningsskikt (9), vilket är anordnat mellan sagda första (2) och andra (8) beläggningsskikt och vilket utgöres av ett material med väsentligt andra materialegenskaper än det första och andra beläggningsskiktet. |»nn| 10 15 20 25 30 35

7. 10. ll. 516 194 /í Substrat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att det tredje beläggningsskiktet (9) utgör en mask för det första beläggningsskiktet (2), varvid det tredje beläggnings- skiktet utgöres av ett material i gnippen som består av metaller och halvledar- material, företrädesvis Si02, aluminium, krom, guld eller volfram, och varvid det tredje beläggningsskiktet uppvisar en skikttjocklek av 10 - 40 nm, företrädesvis 10 - 25 nm. Substrat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a t a v ett översta beläggningsskikt vilket utgör ett non-stick skikt och vilket utgöres av ett material som uppvisar en glasomvandlingstemperatur som är högre än en glasomvandlings- temperatur för sagda andra beläggningsskikt, företrädesvis ett material i gruppen som består av modifierad PMMA, benämnt PPM, varvid det översta beläggningsskiktet uppvisar en skikttjocklek av 10 - 30 nm. Process vid nanoimprint litografi på ett substrat (1) innefattande åtminstone ett första beläggningsskikt (2) anordnat närmast substratets yta samt ett andra beläggningsskikt (8), varvid det första beläggningsskiktet är anordnat mellan sagda substrat och det andra beläggningsskiktet, vilka första och andra beläggningsskikt uppvisar väsentligt olika materialegenskaper, varvid i ett första steg ett mönster (3) i nanometerstorlek inpressas i det andra beläggningsskiktet (8) medelst en mall (610), k ä n n e t e c k n a d a v att det första beläggningsskiktet (2), i ett andra steg, utsättes för en huvudsakligen isotrop framkallningsmetod vid ytor därav som fiilagts i samband med sagda första steg, varvid en metod för framkallningen samt material för sagda första och andra beläggningsskikt väljes så att det första beläggnings- skiktet (2) framkallas snabbare än det andra beläggningsskiktet (8), så att det åstadkommes en underskuren profil i beläggningsskikten. Process enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda materialegenskaper utgöres av framkallningshastighet i ett valt medium eller en vald process, samt en eller flera av egenskapema glasomvandlingstemperatur samt möjlighet till tvärbindning genom påverkan av värme eller bestrålning. Process enligt krav 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda första steg utföres vid en temperatur (imprinttemperatur) som är minst 20 °C högre än en glas- omvandlingstemperatur för sagda andra beläggningsskikt (8), men mindre än eller lika med än en glasomvandlingstemperatur för sagda första beläggningsskikt (2). ansa. 10 15 20 25 30 35 12. 13. 14. 15. 16. 17. 516 194 /s Process enligt något av kraven 9-1 1, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda isotropa framkallningsmetod utgöres av en metod i gruppen som består av plasmaetsning, kemisk gasetsning eller våtmetoder som framkallningsbad, elektrokemisk etsning eller traditionell filmframkallning. Process enligt något av kraven 9-12, k ä n n e t e c k n a d a v att det som det andra beläggningsskiktet (8) väljes ett material som påverkas i samband med det forsta steget i processen eller i samband med ett mellanliggande behandlingssteg, så att det framkallas långsammare än det forsta beläggningsskiktet (2), i det andra steget. Process enligt något av kraven 9-13, k ä n n e t e c k n a d a v att det som sagda forsta beläggningsskikt (2) väljes en positiv resist och att det som sagda andra beläggningsskikt (8) väljes en negativ resist, varvid det forsta beläggningsskiktet företrädesvis utgöres av ett material i gruppen som består av Shipley 1800, PMMA och ZEP-520, och det andra beläggningsskiktet företrädesvis utgöres av ett material i gruppen som består av en modifierad aromatisk polymetylmetakrylat, en modifierad aromatisk allylpolymer, SC100, SAL, SU8 eller PGMA. Process enligt något av kraven 9-14, k ä n n e t e c k n a d a v att det forsta beläggningsskiktet (2) uppvisar en skikttjocklek av 10-400 nm, företrädesvis 20-200 nm och än mer föredraget 30-150 nm, att det andra beläggningsskiktet (8) uppvisar en skikttjocklek av 20-500 nm, företrädesvis 20-200 nm och än mer föredraget 30- 150 nm, varvid det andra beläggningskiktet (8) företrädesvis är minst lika tjockt som det forsta beläggningsskiktet (2). Process enligt något av kraven 9-15, k ä n n e t e c k n a d a v det anordnas ett tredje beläggningsskikt (9) mellan sagda första (2) och andra (8) beläggningsskikt, vilket tredje beläggningsskikt (9) utgöres av ett material med väsentligt andra mateñalegenskaper än det forsta och andra beläggningsskiktet, varvid det tredje beläggningsskiktet utgör en mask for det forsta beläggningsskiktet, och varvid det tredje beläggningsskiktet utgöres av ett material i gruppen som består av metaller och halvledarmaterial, företrädesvis SiO2, aluminium, krom, guld eller volfram, samt varvid det tredje beläggningsskiktet uppvisar en skikttjocklek av 10 - 40 nm, företrädesvis 10 - 25 nm. Process enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d a v att det tredje beläggningsskiktet (9), i ett steg mellan sagda forsta och andra steg, utsättes for framkallning vid ytor m--s 10 15 20 25 1

8. 1

9. 20. 21. 516 194 /7 därav som fiilagts i samband med sagda första steg, företrädesvis genom våtetsning. Process enligt något av kraven 9-17, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda första steg innefattar framkallning av en tunn kvarstående del av det andra beläggningsskiktet (8) vid de nedpressade delarna i detta skikt, vilken framkallning företrädesvis utgöres av plasmaetsning, kemisk gasetsning eller en våtmetod såsom framkallningsbad, elektrokemisk etsning eller traditionell filmframkallning. Process enligt något av kraven 9-18, k ä n n e t e c k n a d a v ett behandlingssteg mellan sagda första och andra steg, vilket behandlingssteg företrädesvis utgöres av ett steg innefattande värmebehandling och/eller bestrålning, varvid det andra beläggningsskiktet (8) och/eller frilagda ytor av det första beläggningsskiktet (2) utsättes för behandlingen, så att det andra belâggningsskiktet, efter behandlingen, frarnkallas långsammare än det första beläggningsskiktet, i det andra steget. Process enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda bestrålning utgöres av röntgenstrålning, elektronstrålning, jonstrålning eller UV-strålning. Process enligt något av kraven 9-20, k ä n n e t e c k n a d a v att inpressningen av mönstret (3) i det första steget innefattar att substratet (1) och mallen (610) placeras mellan en första yta (62a) och en andra yta (69a), vilka första och andra ytor är motstående mot varandra, huvudsakligen plana samt huvudsakligen parallella gentemot varandra, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda andra yta (69a) utgöres av ena sidan av ett flexibelt membran (69), varvid ett tryck skapas på andra sidan av sagda membran, så att mallen (610) och substratet (1) pressas samman, under mothåll av sagda första yta (62a).