DE10344777B4 - Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE10344777B4
DE10344777B4 DE10344777A DE10344777A DE10344777B4 DE 10344777 B4 DE10344777 B4 DE 10344777B4 DE 10344777 A DE10344777 A DE 10344777A DE 10344777 A DE10344777 A DE 10344777A DE 10344777 B4 DE10344777 B4 DE 10344777B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polymer material
stamp
master element
base body
surface relief
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10344777A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10344777A1 (de
Inventor
Maik Liebau
Eugen Unger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10344777A priority Critical patent/DE10344777B4/de
Priority to PCT/EP2004/010082 priority patent/WO2005038525A1/de
Publication of DE10344777A1 publication Critical patent/DE10344777A1/de
Priority to US11/363,751 priority patent/US20060174789A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10344777B4 publication Critical patent/DE10344777B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B29C33/3857—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining by making impressions of one or more parts of models, e.g. shaped articles and including possible subsequent assembly of the parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41D—APPARATUS FOR THE MECHANICAL REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES FOR STEREOTYPE PRINTING; SHAPING ELASTIC OR DEFORMABLE MATERIAL TO FORM PRINTING SURFACES
    • B41D7/00—Shaping elastic or deformable material, e.g. rubber, plastics material, to form printing surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0075—Manufacture of substrate-free structures
    • B81C99/009—Manufacturing the stamps or the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/06—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
    • H05K3/061—Etching masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/42—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the shape of the moulding surface, e.g. ribs or grooves
    • B29C33/424—Moulding surfaces provided with means for marking or patterning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers

Abstract

Stempelvorrichtung (100) für Softlithographie, mit:
a) einem Basiskörper (101), der aus einem Polymermaterial (106) ausgeführt ist; und
b) mindestens einer strukturierten Stempeloberfläche (104) des Basiskörpers (101), die ein vorgegebenes Oberflächenrelief (103) aufweist, wobei die Stempeloberfläche (104) mittels eines Negativabdrucks von einem Masterelement (105), das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief (107) aufweist, strukturiert ist, wobei das Polymermaterial (106) eine derartige Elastizität aufweist, dass es von dem Masterelement (105) abschälbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
c) das Polymermaterial (106) des Basiskörpers (101) Kohlenstoffnanoröhrchen CNT (102) oder Nanodrähte (102) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein softlithografische Techniken, welche auf einem physikalischen Kontakt eines Reaktanden mit einem Substrat beruhen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine strukturierte, elastische Stempelvorrichtung zur Herstellung des physikalischen Kontakts des Reaktanden mit dem Substrat.
  • Spezifischer betrifft die Erfindung eine Stempelvorrichtung zur Durchführung softlithografischer Prozesse, die einen Basiskörper, der aus einem Polymermaterial ausgeführt ist, und mindestens eine strukturierte Stempeloberfläche des Basiskörpers umfasst, die ein vorgebbares Oberflächenrelief aufweist, wobei die Stempeloberfläche mittels eines Abdrucks von einem Masterelement, das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief aufweist, strukturiert ist.
  • Softlithografische Verfahren sind hinsichtlich der Strukturgrößen unter anderem wegen der Deformierbarkeit der Stempelvorrichtung nur eingeschränkt einsetzbar. Dies liegt unter anderem darin, dass ein derartiger Stempel hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Einerseits muss das verwendete Material eine hohe Elastizität aufweisen, d.h. "soft" sein, um einen ausreichend guten Kontakt mit dem Substrat zu ermöglichen, andererseits ist es erforderlich, dass eine Deformation des vorgegebenen Oberflächenreliefs vermieden wird.
  • Zur Unterdrückung von Deformationen herkömmlicher Stempelvorrichtungen bei einem softlithografischen Prozess müssen bei der Lithografie "ideale" Aspektverhältnisse, d.h. Aspektverhältnisse in dem Bereich von 0,9 bis 1,1 eingehalten werden. In nachteiliger Weise führen derartige Einschränkungen bei der Auslegung der Aspektverhältnisse dazu, dass herkömmliche softlithografische Prozesse unter Verwendung herkömmlicher Stempelvorrichtungen für kleine Strukturen, d.h. Strukturen mit einer Strukturbreite von weniger als 1 μm (Mikrometer) nicht mit einer hinreichenden Reproduktionsgenauigkeit eingesetzt werden können.
  • Zur Lösung dieser Probleme ist vorgeschlagen worden, Stempelvorrichtungen aus einem Polymermaterial mit einem hohen Vernetzungsgrad und/oder eingebrachten Silikatpartikeln einzusetzen. In der Publikation "H. Schmid, B. Michel, Macromolecules 2000, 33, 3042–3049" sind derartige Polymere mit einem höheren Vernetzungsgrad als herkömmliche Polymere beschrieben. Hierbei können Strukturen im Bereich von ca. 100 nm (Nanometer) hergestellt werden.
  • Ein Nachteil eines derartigen Einsatzes von Polymermaterialien mit einem höheren Vernetzungsgrad in Softlithografie-Prozessen nach dem Stand der Technik besteht jedoch darin, dass die größere Härte des Polymermaterials durch den erhöhten Vernetzungsgrad zu einer erhöhten Material-Sprödigkeit führt. Eine derartige Sprödigkeit lässt es in unzweckmäßiger Weise zu, dass Risse, Strukturdefekte etc, auftreten oder dass die Stempelvorrichtung Risse und/oder Brüche aufweist.
  • In herkömmlicher Weise wird das Polymermaterial, aus welchem der Basiskörper der Stempelvorrichtung ausgebildet wird, aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt. Derartige Siloxane und ihre Ausführung als Basiskörper für Stempelvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt, wie beispielsweise in der Publikation "A. Star, J. F. Stoddart, D. Steuerman, M. Diehl, A. Boukai, E.W. Wong, X. Yang, S.-W. Chung, H. Choi, J. R. Heath, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1721–1725" beschrieben.
  • Somit ist eine ausreichende Festigkeit des Basiskörpers und damit eine Herstellung von kleinen Strukturen nicht möglich.
  • Die Publikation „Fabrication and Properties of Composites of Poly(ethylene oxide) and Functionalized Carbon Nanotubes" in
  • Advanced Materials 2002, 19, No. 19, October, S. 1387–1390, offenbart ein Verfahren zur Herstellung von löslichen fluorierten einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
  • Die JP 2001011394 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einlagigen Nanoröhrchen mit Hilfe einer Lösung, welche ein organisches Polymermaterial beinhaltet.
  • Die WO 00/21728 A1 offenbart einen Basiskörper aus einem Polymermaterial, welches Fasern z. B. Kohlenstofffasern enthalten kann, und der Basiskörper durch ein Masterelement geformt wird, indem der Basiskörper durch Replikatformen und -gießen als Negativabbild des Masterkörpers erstellt wird.
    •
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stempelvorrichtung für Softlithografie zu schaffen, die einen Basiskörper mit einer größeren Festigkeit als Stempelvorrichtungen nach dem Stand der Technik aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Ferner wird die Aufgabe durch ein im Patentanspruch 8 angegebenes Verfahren gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, für den Basiskörper der Stempelvorrichtung ein Polymermaterial vorzusehen, in welches Nanoelemente eingebracht sind. Nanoelemente wie beispielsweise Nanoröhrchen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen weisen als einen Hauptvorteil betreffend die obige Aufgabenstellung eine hohe mechanische Festigkeit auf. Ein weiterer Vorteil eines Einbringens von Nanoelementen in das den Basiskörper der Stempelvorrichtung ausbildende Polymermaterial besteht darin, dass eine höhere Elastizität des Basiskörper-Materials im Vergleich zu bekannten, höher vernetzten Polymermaterialien erreicht werden kann. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Vermeidung von Brüchen, Rissen, Strukturdefekten etc., da eine Sprödigkeit des Materials vermieden werden kann.
  • Insbesondere weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass mit der erfindungsgemäßen Stempelvorrichtung Strukturen im Nanometerbereich mittels softlithografischer Prozesse erzeugt werden können. Da durch den Einbau von beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT, Carbon Nano Tube) in das Polymermaterial des Basiskörpers eine hohe Elastizität der Stempelvorrichtung bereitgestellt werden kann, wird eine hohe Haltbarkeit der Stempelvorrichtung erreicht.
  • Auch bei einem mehrfachen Einsatz der Stempelvorrichtung in softlithografischen Prozessen ergeben sich in zweckmäßiger Weise keine Veränderungen der Grenzflächeneigenschaften des Stempelmaterials.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, dass eine Wiederverwendbarkeit der Stempelvorrichtung aufgrund einer erhöhten mechanischen Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Stempelvorrichtungen sichergestellt ist.
  • Die erfindungsgemäße Stempelvorrichtung für Softlithografie weist im Wesentlichen auf:
    • a) einen Basiskörper, der aus einem Polymermaterial ausgeführt ist; und
    • b) mindestens eine strukturierte Stempeloberfläche des Basiskörpers, die ein vorgebbares Oberflächenrelief aufweist, wobei die Stempeloberfläche mittels eines Abdrucks von einem Masterelement, das ein vorgegebenes Polymer-Oberflächenrelief aufweist, strukturiert ist, wobei das Polymermaterial des Basiskörpers Nanoelemente enthält.
  • Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Stempelvorrichtung für Softlithografie im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:
    • a) Bereitstellen eines Masterelements, das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief aufweist;
    • b) Belegen des Primär-Oberflächenreliefs mit einem Fluid, das ein Polymermaterial enthält;
    • c) Aushärten des Polymermaterials, wobei eine Stempeloberfläche der Stempelvorrichtung entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief des Masterelements strukturiert wird; und
    • d) Abschälen des ausgehärteten Polymermaterials von dem Masterelement, um einen Basiskörper der Stempelvorrichtung zu erhalten, der die Stempeloberfläche der Stempelvorrichtung entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief des Masterelements strukturiert aufweist, wobei das Polymermaterial des Basiskörpers Nanoelemente enthält.
  • Erfindungsgemäß sind die Nanoelemente als Kohlenstoff-Nanoröhrchen CNT, Carbon, Nanotübes und/oder als Nanodrähte bereitgestellt.
  • Erfindungsgemäß weist das Polymermaterial eine derartige Elastizität auf, dass es von dem Masterelement, das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief aufweist, abschälbar ist, wobei das Oberflächenrelief der strukturierten Stempeloberfläche des Basiskörpers als ein Negativabdruck von dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief des Masterelements bereitgestellt ist.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Polymermaterial, welches die Nanoelemente enthält, aus Polydimethylsiloxan (PDMS) bereitgestellt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das Polymermaterial, aus welchem der Basiskörper der Stempelvorrichtung ausgebildet ist, Siloxane auf.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Nanoelemente als Silizium-, Germanium-, Bornitrid-, Galliumnitrid- und/oder Cadmiumsulfidnanodrähte ausgebildet.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil von Nanoelementen, die in dem Polymermaterial des Basiskörpers der Stempelvorrichtung enthalten sind, zwischen 0,001 und 0,00001 Gew.-%.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Masterelement aus einem Siliziummaterial bereitgestellt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das vorgegebene Primär-Oberflächenrelief des Masterelements ein Aspektverhältnis in einem Bereich zwischen 5 und 0,5 auf.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Aushärten des Polymermaterials, bei dem eine Stempeloberfläche der Stempelvorrichtung entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief des Masterelements strukturiert wird, mittels eines Ausheizens des Polymermaterials durchgeführt. Vorzugsweise wird das Ausheizen des Polymermaterials bei einer Temperatur von 120°C für eine Zeitdauer von 12 Stunden ausgeführt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Fluid, das ein Polymermaterial für den Basiskörper der Stempelvorrichtung enthält, durch ein Dispergieren der Nanoelemente in einem Lösungsmittel, um eine Dispersionslösung zu erhalten, und durch ein Mischen der erhaltenen Dispersionslösung mit einer Siloxanlösung bereitgestellt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die erhaltene Dispersionslösung mit der Siloxanlösung bei Raumtemperatur durchgeführt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Lösungsmittel, in welchem die Nanoelemente dispergiert werden, aus Dichlormethan bereitgestellt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Fluid vor einem Aushärten des Polymermaterials geschüttelt. Vorzugsweise wird das Fluid vor dem Aushärten des Polymermaterials bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von 60 Minuten geschüttelt.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 die Prozessschritte (a), (b) und (c) zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stempelvorrichtung;
  • 2 die Prozessschritte (d) und (e), mit welchen eine softlithografische Strukturierung vorbereitet wird; und
  • 3 zwei Prozessschritte (f) und (g) zur Strukturierung eines mit einer Substratbeschichtung beschichteten Substrats gemäß einem vorgegebenen Oberflächenrelief der Stempeloberfläche.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
  • 1(a) zeigt ein Masterelement 105, das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief 107 aufweist. Das Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105 wird derart vorgegeben, dass ein Oberflächenrelief 103 einer strukturierten Stempeloberfläche 104 (untenstehend unter Bezugnahme auf 1(c) beschrieben) als ein Negativabdruck von dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105 bereitgestellt wird.
  • In dem in 1(b) bezeigten Prozessschritt ist das Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105 mit einem Fluid belegt, das ein Polymermaterial 106 enthält. Erfindungsgemäß sind Nanoelemente 102 in das Fluid, das ein Polymermaterial 106 enthält, eingebracht.
  • Als ein bevorzugtes Polymermaterial wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Polydimethylsiloxan (PDMS) eingesetzt. Durch den Einbau der Nanoelemente in der Form von vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen können nun die mechanischen Eigenschaften des Polymermaterials signifikant verändert werden, derart, dass ein entstehender Basiskörper 101 (siehe 1(c)) der Stempelvorrichtung eine hohe Festigkeit aufweist. Auf diese Weise lassen sich vorteilhaft Strukturen im Nanometerbereich softlithografisch erzeugen. Nach einem Belegen des Primär-Oberflächenreliefs 107 des Masterelements 105 mit dem Fluid, das das Polymermaterial 106 und die Nanoelemente 102 enthält, wird das Polymermaterial 106 ausgehärtet, wobei eine Stempeloberfläche 104 der Stempelvorrichtung 100 entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105 strukturiert wird, wie unter Bezugnahme auf 1(c) veranschaulicht.
  • 1(c) zeigt das vorgegebene Oberflächenrelief 103 der strukturierten Stempeloberfläche 104 des Basiskörpers 101, welches einen Negativabdruck von dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105 darstellt. Erfindungsgemäß enthält das Polymermaterial 106 Nanoelemente 102 derart, dass der hergestellte Basiskörper 101, der zusammen mit der Stempeloberfläche 104 einen wesentlichen Bestandteil der Stempelvorrichtung 100 bildet, ebenfalls Nanoelemente 102 enthält. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer großen Festigkeit, da Nanoelemente und insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine hohe Festigkeit aufweisen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine große Elastizität des Polymermaterials aufrecht erhalten bleibt, wobei durch eine Vermeidung von Sprödigkeit ein Auftreten von Brüchen und/oder Rissen und/oder Strukturdefekten verhindert wird.
  • Die 2(d) und 2(e) zeigen die Verwendung der erfindungsgemäßen Stempelvorrichtung in einem softlithografischen Verfahren schematisch. Hierzu wird das Oberflächenrelief 103 des Basiskörpers 101, der die Nanoelemente 102 enthält, beispielsweise mit Tinte benetzt, wie in 2(d) gezeigt.
  • Anschließend wird der benetzte Stempel auf ein Substrat 201, das mit einer Substratbeschichtung 202 versehen ist, in der durch die Pfeile der 2(e) angezeigten Richtung aufgedrückt. Vorzugsweise besteht die Substratbeschichtung 202 aus einem Goldmaterial, welches eine Monoschicht 204 der Stempelbenetzung 203 von der Stempelvorrichtung 100 auf die Substratbeschichtung 202 des Substrats 201 überträgt. An den erhabenen Stellen des Oberflächenreliefs 103 der strukturierten Stempeloberfläche 104 des Basiskörpers 101 befindet sich somit, wie in 2(d) gezeigt, eine Stempelbenetzung 203, wobei eine derartige Struktur auf die Oberfläche der Substratbeschichtung 202 als eine Monoschicht 204 übertragen wird, wie in 3(f) veranschaulicht.
  • Nach einem Ätzen der in 3(f) gezeigten Struktur, beispielsweise durch einen Nassätzprozess, verbleiben auf dem Substrat 201 die durch eine Substratstruktur 205 in 3(e) veranschaulichten, nicht geätzten Anteile der Substratbeschichtung 202 auf dem Substrat 201.
  • In vorteilhafter Weise lassen sich aufgrund der hohen Festigkeit der erfindungsgemäßen Stempelvorrichtung 100 Substratstrukturen 205 im Nanometerbereich mittels softlithografischer Prozesse erzeugen. Da eine hohe Elastizität der Stempelvorrichtung 100 erhalten bleibt, wird der Stempel auch bei einer mehrfachen Verwendung nicht zerstört noch werden Grenzflächeneigenschaften des Stempelmaterials verändert. Daher ergibt sich eine gute Wiederverwendbarkeit der Stempelvorrichtung, was zu einer erheblichen Kostenreduktion von softlithografischen Prozessen führt.
  • Zur Herstellung des Basiskörpers 101, der das vorgegebene Oberflächenrelief 103 aufweist, wird ein Polymermaterial 106 eingesetzt, das vorzugsweise als ein Polydimethylsiloxan (PDMS), wie beispielsweise Sylgard 184 von Dow Corning hergestellt, bereitgestellt.
  • Nach einem Aushärten des Polymermaterials 106 wird das ausgehärtete Polymermaterial 106 von dem Masterelement 105 abgeschält, um den Basiskörper 101 der Stempelvorrichtung 100 zu separieren. Vorzugsweise wird das Aushärten des Polymermaterials mittels eines Ausheizens durchgeführt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Ausheizen des Polymermaterials 106 bei einer Temperatur von 120°C für eine Zeitdauer von 12 Stunden durchgeführt.
  • Zur Herstellung des Fluids, das das Polymermaterial 106 enthält, werden Nanoelemente 102, die beispielsweise aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) bereitgestellt sind, in einem Lösungsmittel dispergiert, derart, dass eine Dispersionslösung erhalten wird. Anschließend wird die erhaltene Dispersionslösung mit einer Siloxanlösung gemischt.
  • Vorzugsweise wird das Mischen der erhaltenen Dispersionslösung mit der Siloxanlösung bei Raumtemperatur durchgeführt. Weiterhin ist es zweckmäßig, dass vor einem Aushärten des Polymermaterials 106 das Fluid geschüttelt wird, um eine gleichmäßige Verteilung der Nanoelemente 102 in dem Polymermaterial zu erreichen. Nach dem Aushärten des die Nanoelemente 102 enthaltenden Polymermaterials 106 wird ein elastischer Basiskörper 101 der Stempelvorrichtung 100 erhalten, der eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Anteil der Nanoelemente 102 in dem Polymermaterial durch eine Variation der Nanoelemente 102 in dem Fluid variierbar ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anteil von Nanoelementen zwischen 0,001 und 0,00001 Gew.-% bezogen auf das Polymermaterial 106 variiert.
  • Durch die hohe mechanische Festigkeit des Basiskörpers 101, verbunden mit einer ausreichenden Elastizität ist es möglich, Masterelemente 105 vorzusehen, die ein Aspektverhältnis in einem Bereich zwischen 5 und 0,5 aufweisen. Hierbei ergibt sich das Oberflächenrelief 103 der strukturierten Stempeloberfläche 104 des Basiskörpers 101 als ein exakter Negativabdruck von dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief 107 des Masterelements 105. Zum Dispergieren der Nanoelemente 102 wird als ein Lösungsmittel vorzugsweise Dichlormethan eingesetzt, um eine Dispersionslösung zu erhalten, welche in dem weiteren, oben beschriebenen Prozessschritt dann mit der Siloxanlösung gemischt wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
  • Das Substrat kann beschichtet sein (Gold), aber z.B. auch nur aus Silizium bestehen. Hier würde eine natürliche Oxidschicht genügen, um mittels softlithographischer Prozesse eine Strukturierung zu erzeugen.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
    • 100
    Stempelvorrichtung
    101
    Basiskörper
    102
    Nanoelement
    103
    Oberflächenrelief
    104
    Stempeloberfläche
    105
    Masterelement
    106
    Polymermaterial
    107
    Primär-Oberflächenrelief
    201
    Substrat
    202
    Substratbeschichtung
    203
    Stempelbenetzung
    204
    Monoschicht
    205
    Substratstruktur

Claims (14)

  1. Stempelvorrichtung (100) für Softlithographie, mit: a) einem Basiskörper (101), der aus einem Polymermaterial (106) ausgeführt ist; und b) mindestens einer strukturierten Stempeloberfläche (104) des Basiskörpers (101), die ein vorgegebenes Oberflächenrelief (103) aufweist, wobei die Stempeloberfläche (104) mittels eines Negativabdrucks von einem Masterelement (105), das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief (107) aufweist, strukturiert ist, wobei das Polymermaterial (106) eine derartige Elastizität aufweist, dass es von dem Masterelement (105) abschälbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) das Polymermaterial (106) des Basiskörpers (101) Kohlenstoffnanoröhrchen CNT (102) oder Nanodrähte (102) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (106) Siloxane aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (106) Polydimethylsiloxan (PDMS) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodrähte als Silizium-, Germanium-, Bornitrid-, Galliumnitrid- und/oder Cadmiumsulfidnanodrähte ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (106) einen Anteil von Kohlenstoffnanoröhrchen (102) er Nanodrähten (102) aufweist, der zwischen 0,001 und 0,00001 Gewichtsprozent (Gew.-%) liegt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Masterelement (105) aus einem Siliziummaterial bereitgestellt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Primär-Oberflächenrelief (107) des Masterelements (105) ein Aspektverhältnis in einem Bereich zwischen 5 und 0,5 aufweist.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Stempelvorrichtung (100) für die Softlithographie, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Masterelements (105), das ein vorgegebenes Primär-Oberflächenrelief (107) aufweist; b) Belegen des Primär-Oberflächenreliefs (107) des Masterelements (105) mit einem Fluid, das ein Polymermaterial (106) enthält; c) Aushärten des Polymermaterials (106), wobei eine Stempeloberfläche (104) der Stempelvorrichtung (100) entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief (107) des Masterelements (105) strukturiert wird; und d) Abschälen des ausgehärteten Polymermaterials (106) von dem Masterelement (105), um einen Basiskörper (101) der Stempelvorrichtung (100) zu erhalten, der die Stempeloberfläche (104) der Stempelvorrichtung (100) entsprechend dem vorgegebenen Primär-Oberflächenrelief (107) des Masterelements (105) strukturiert aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass e) das Polymermaterial (106) des Basiskörpers (101) Kohlenstoffnanoröhrchen CNT (102) oder Nanodrähte (102) aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheizen des Polymermaterials (106) bei einer Temperatur von 120°C für eine Zeitdauer von zwölf Stunden durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid bereitgestellt wird durch: i) Dispergieren der Kohlenstoffnanoröhrchen CNT (102) oder Nanodrähte (102) in einem Lösungsmittel, um eine Dispersionslösung zu erhalten; und ii) Mischen der in dem Schritt i) erhaltenen Dispersionslösung mit einer Siloxanlösung.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der in dem Schritt i) erhaltenen Dispersionslösung mit der Siloxanlösung bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel, in welchem die Kohlenstoffnanoröhrchen CNT (102) oder Nanodrähte (102) dispergiert werden, Dichlormethan aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid vor dem Schritt c) eines Aushärtens des Polymermaterials (106) geschüttelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid vor dem Aushärten des Polymermaterials (106) bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von 60 Minuten geschüttelt wird.
DE10344777A 2003-09-26 2003-09-26 Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung Expired - Fee Related DE10344777B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10344777A DE10344777B4 (de) 2003-09-26 2003-09-26 Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung
PCT/EP2004/010082 WO2005038525A1 (de) 2003-09-26 2004-09-09 Stempelvorrichtung für softlithografie und verfahren zu deren herstellung
US11/363,751 US20060174789A1 (en) 2003-09-26 2006-02-28 Stamp device for use in soft lithography and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10344777A DE10344777B4 (de) 2003-09-26 2003-09-26 Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10344777A1 DE10344777A1 (de) 2005-05-04
DE10344777B4 true DE10344777B4 (de) 2006-04-27

Family

ID=34398977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10344777A Expired - Fee Related DE10344777B4 (de) 2003-09-26 2003-09-26 Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20060174789A1 (de)
DE (1) DE10344777B4 (de)
WO (1) WO2005038525A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5946235B2 (ja) * 2006-03-29 2016-07-06 ダウ コーニング コーポレーションＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ソフトリソグラフィーを使用するナノスケールの特徴形体の生成方法
SG11201702560XA (en) * 2014-09-30 2017-04-27 3M Innovative Properties Co Electrically conductive patterns with wide line-width and methods for producing same
KR102594397B1 (ko) 2017-12-01 2023-10-27 삼성전자주식회사 전자 소자의 전사 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000021728A1 (en) * 1998-10-14 2000-04-20 Åmic AB A matrix and method of producing said matrix

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997006468A2 (en) * 1995-07-28 1997-02-20 Ely Michael Rabani Pattern formation, replication, fabrication and devices thereby
US6309580B1 (en) * 1995-11-15 2001-10-30 Regents Of The University Of Minnesota Release surfaces, particularly for use in nanoimprint lithography
DE10001135A1 (de) * 2000-01-13 2001-07-19 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Oberflächenreliefs durch Prägen thixotroper Schichten
DE10038124B4 (de) * 2000-08-04 2006-05-11 Infineon Technologies Ag Verwendung einer mehrwandigen Nanoröhre auf einem Substrat und als elektronisches Bauelement
US20030006527A1 (en) * 2001-06-22 2003-01-09 Rabolt John F. Method of fabricating micron-and submicron-scale elastomeric templates for surface patterning
JP3850718B2 (ja) * 2001-11-22 2006-11-29 株式会社東芝 加工方法
DE10217089A1 (de) * 2002-04-17 2003-10-30 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Transferverfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Substrate
DE10217151A1 (de) * 2002-04-17 2003-10-30 Clariant Gmbh Nanoimprint-Resist
DE10217362B4 (de) * 2002-04-18 2004-05-13 Infineon Technologies Ag Gezielte Abscheidung von Nanoröhren
EP2399970A3 (de) * 2002-09-05 2012-04-18 Nanosys, Inc. Nanoverbundwerkstoffe
ITMI20021961A1 (it) * 2002-09-16 2004-03-17 Consiglio Nazionale Ricerche Procedimento per la fabbricazione ed il controllo mediante stampaggio su scale micro- e nanometriche di strutture e motivi di sostanze solubili e colloidali con riduzione delle dimensioni dei motivi dello stampo.
CA2530471A1 (en) * 2003-06-23 2005-02-17 William Marsh Rice University Elastomers reinforced with carbon nanotubes

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000021728A1 (en) * 1998-10-14 2000-04-20 Åmic AB A matrix and method of producing said matrix

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Star et al.:"Preparation and properties of po- lymer-wrapped single-walled carbon nanotubes" in Angew. Chemie. Int. Ed., 2001, Vol. 40, S. 1721-17 25
A. Star et al.:"Preparation and properties of po- lymer-wrapped single-walled carbon nanotubes" in Angew. Chemie. Int. Ed., 2001, Vol. 40, S. 1721-1725 *
Geng et al.: "Fabrication and Properties of Com- posites of Poly(ethylene oxide) and Functionali- zed Carbon Nanotubes" in Advanced Materials 2002, Vol.14, S.1387-1390 *
JP 2001 011 344 A mit Abstract und automatischer Übersetzung
JP 2001011344 A mit Abstract und automatischer Übersetzung *
Osman et al.: "Reinfocement of poly(dimethylsilo- xane) networks by mica flakes" in Polymer 2001, Vol.42, S.6545-6556 *
Schmid et al.: "Siloxane Polymers for High-Resolu- tion. High-Accuracy Soft-Lithography" in Macromo- lecules 2000, Vol.33, S.3042-3049
Schmid et al.: "Siloxane Polymers for High-Resolu-tion. High-Accuracy Soft-Lithography" in Macromo- lecules 2000, Vol.33, S.3042-3049 *
Xia et al.: "Softlithography" in Angewandte Chemie Vol.110, S.568-594
Xia et al.: "Softlithography" in Angewandte ChemieVol.110, S.568-594 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005038525A1 (de) 2005-04-28
US20060174789A1 (en) 2006-08-10
DE10344777A1 (de) 2005-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2144711B1 (de) Verfahren zum übertragen einer nanoschicht
EP1497695B1 (de) Nanoimprint-resist
DE602004013338T2 (de) Stempel für die sanfte Lithographie, insbesondere für das Mikro-Kontaktdruckverfahren und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10217362B4 (de) Gezielte Abscheidung von Nanoröhren
DE60021909T2 (de) Prägeform-lithographie
EP2150854B1 (de) Stempel für das mikrokontaktdrucken und verfahren zu seiner herstellung
EP2775483B1 (de) Elektrisch leitendes Material und dessen Verwendung als Elektrode in einem dielektrischen Elastomerkomposit oder als elektrisch leitende, dehnbare Faser
EP3237764B1 (de) Strukturierte oberfläche mit stufenweise schaltbarer adhäsion
DE102017203198A1 (de) Flexible Anzeigevorrichtung und Herstellungsverfahren derselben
EP1676330A2 (de) Strukturierung von elektrischen funktionsschichten mittels einer transferfolie und strukturierung des klebers
DE19746053A1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von Oberflächen, insbesondere an Dachziegeln
EP3074819B1 (de) Stempel mit einer stempelstruktur sowie verfahren zu dessen herstellung
EP3271435A1 (de) Komposit-pillarstrukturen
DE102006028659B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Weichform mit einer daran angebrachten Rückwand
DE102007046910A1 (de) Deformierbares Substrat mit mikrostruktuierter Oberfläche aus aufgebrachtem Material sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrates
DE10344777B4 (de) Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung
DE102005005121A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elastomers und Elastomer
EP3197840B1 (de) Verfahren zur herstellung eines optischen glaselements
EP0592972A2 (de) Mit einem Resist beschichtete Metall- oder Halbleitersubstrate und Verfahren zur Erzielung einer stabilen Resist-Substrat-Haftung
DE60307516T2 (de) Lithografieverfahren durch pressen eines substrats in einem nanoimprint-prozess
WO2019180031A1 (de) Verfahren zur herstellung und verwendung eines substrats mit einer funktionalisierten oberfläche
EP3011391B1 (de) Stempel mit einer stempelstruktur sowie verfahren zu dessen herstellung
EP0551118A1 (de) Verfahren zur Herstellung von nicht linearen optischen Mikro-Bauelementen
DE3616378A1 (de) Verfahren zur herstellung von keramischen polymeren werkstoffen und danach hergestellter werkstoff
DE102008051159B4 (de) Herstellung von Kreuzstrukturen von Nanostrukturen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee