SE515607C2 - Anordning och metod vid tillverkning av strukturer - Google Patents

Description

«.;«= 10 15 20 25 30 35 ~ > o \ | .u .51s eovgsggfigat 2 samt Leuven. Bo Cuí, Wei Wu, Linshu Kong, Xiaoyun Sun and Stephen Y. Chou: ”Perpendicular quantized magnetíc disks with 45 Gbits on a 4x4 cmz area ”, .I Appl.

Phys. 85, 5534 (1999). Ännu har dock ingen kommersiell utrustning för NIL presenterats, vilket till stor del beror på att ett helt nytt angreppssätt krävs for tillverkning av nanometerstora strukturer.

Framställning av så små dimensioner ställer betydligt högre krav än tidigare på samtliga ingående processteg, varvid nya processmaterial, nya konstruktioner och nya tekniska lösningar måste tas fram. Behovet av massproduktion av nanometerstora strukturer är dock stort och öppnar helt nya möjligheter för design av mer kompakta kretsar och sensorer för olika applikationer med betydligt högre känslighet än dagens.

Grundprincipen for NIL är mekaniskt deformation av ett tunt fllmskikt som är belagt på ett plan platta av kisel. NIL processen kan jämföras med tillverknings process för CD och kan beskrivas i tre steg: l. Framställning av mall: En mall kan framställas av olika material, t.ex. metall, halvledare, keramik eller av vissa plaster. För att skapa en 3-dimensionell struktur på mallens ena yta kan man använda sig av olika litografiska metoder, beroende på krav på strukturernas storlek och upplösning. E-stråle och röntgenlitografi används vanligen för struktur dimensioner som är mindre än 300 nm. Direkt laserexponering och UV-litografi används for större strukturer. 2. Imprint: På ett plant substrat av kisel appliceras ett tunt skikt av en polymer, tex. 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 Syre plasma utrustning. Ju tunnare detta kvarstående lager är desto finare strukturer kan skapas med nanoimprint processen.

Vid imprintsteget (2) är det essentiellt att mallen och substratet är absolut parallellt anordnade gentemot varandra. I kända utrustningar finns det dock en mängd felkällor som skapar problem med bristande parallellitet. I en del kända utrustningar, t.ex. i "Flip Chip" bönder, mätes därför parallelliteten mellan ytoma, varefter man med speciella anordningar, t.ex. piezoelektriska komponenter utför en mekaniska justering för att se till att ytorna blir parallella i förhållande till varandra. Se Alberto Jaramillo-Nüïez, 10 15 20 25 30 35 . . > . , t. 515.607 3 Carlos Robledo-Sánchez, and Alejandro C ornejo-Rodríguez: 'Measuring the parallelism of transparent and nontransparent plates", Optical Engineering -- Dec. 96 - V. 35, Issue 12, pp. 343 7-3441 . Denna typ av mätning och justering är dock komplicerad och är i sig behäfiad med felkällor, som motverkar parallelliteten mellan mall och substrat.

Vidare finns det strukturella variationer i materialet i ytan av en plan platta, eller med andra ord finns det, i rianometerskala, en ojämnhet i ytan hos varje platta (mall och substrat) även om plattorna är polerade. Dessa ojämnheter leder till en oönskad ojämn krañfördelning över ytorna då mall och substrat pressas samman, vilket i sin tur leder till en ojämnt nedsänkt struktur hos substratet. Detta är speciellt kritiskt för imprintprocessen då plattoma är stora, t.ex. då ytomas storlek är mer än 50mm i diameter.

För kommersiell framställning av nanometerstora strukturer med imprint-teknik finns det således två huvudproblem att lösa. Det ena problemet är parallellisering av de plana ytor som skall pressas samman och det andra problemet är tillförsel av en jämn kraftfördelning över den hela plana ytan. En lösning av dessa problem är en förutsättning för en kommersiell process för nanoimprint litografi av material för halvledarkomponenter på ytor med totala areor som är större än ca 7-20 cmz.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning har till syfie att erbjuda en anordning och metod vid litografi av strukturer av nanometerstorlek, medelst vilken anordning och metod ovanstående problem avseende parallellitet mellan substrat och mall samt jämn kraftfördelning vid sammanpressningen, löses. Speciellt har anordningen och metoden utvecklats för nanoimprint av strukturer på material för halvledarkomponenter, vilka material uppvisar totala areor, vanligen cirkulära areor, som är större än 7-20 cmz, men kan även tillämpas för nanoimprint av strukturer på andra material som uppvisar en viss rigiditet, dvs som ej är flexibla. Naturligtvis kan uppfinningen även tillämpas för nanoimprint av strukturer på material som uppvisar mindre totala ytor.

Enligt uppfinningen presenteras således en anordning enligt ingressen, kännetecknad av att den andra huvuddelen också innefattar en kavitet för ett medium, samt medel för att reglera ett tryck hos sagda medium, varvid en vägg hos kaviteten utgöres av ett flexibelt membran vars ena sida, vilken sida vetter bort från kaviteten, utgör den andra ytan. 10 15 20 25 30 35 515 60 4 Mallen stödjes således enligt uppfinningen av ett flexibelt membran, vilket membran trycksättes på dess motsatta sida, samtidigt som substratet, eller vice versa, stödjes av en fast och stabil yta. I och med detta kommer substratet och mallen att anordnas absolut parallellt gentemot varandra, och samtidigt kommer krafifördelningen vid sammanpressningen av substrat och mall att vara absolut jämn över ytoma hos substratet/mallen. Uppfinningen bygger således, enkelt men genialt, på ett utnyttjande av fysikaliska principer, vilket eliminerar behov av tidsödande, kostsam och osäker mätning ochjustering av parallellitet mellan substrat och mall.

Enligt en aspekt av uppfinningen utgöres membranet av ett flexibelt material, företrädesvis ett polymert material eller en tunn metall, än mer föredraget plast, gummi eller tunn metall, varvid membranet uppvisar en tjocklek av upp till 10 mm, företrädesvis upp till 3 mm och än mer föredraget upp till 1 mm. Någon undre gräns för membranets tjocklek finns egentligen inte, annat än praktiskt, varvid det ultimata skulle vara ett membran med en tjocklek som motsvarar ett enda atomskikt, vilket åtminstone i dagsläget är praktiskt omöjligt. Lämpligen är membranet fixerat vid den andra huvuddelen runt membranets periferi, vid kavitetens kanter, och utböjningsbart i övrigt.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen utgöres sagda medium av en gas eller en vätska med låg kompressibilitet, företrädesvis en olja och än mer föredraget hydraulolja. Även en enkel olja, som t.ex. bromsolja kan utnyttjas. Kaviteten är avsedd att hydrauliskt fyllas med sagda medium, varvid anordningen också innefattar medel för att reglera trycket i kaviteten till 1-500 bar (övertryck), företrädesvis l-200 bar, och än mer föredraget 1-100 bar under själva imprintsteget. Under uppvärmning av substratet, före imprintsteget, kan trycket därvid regleras till l-5 bar, och efter uppvärmningen, under själva imprintsteget kan trycket regleras till 5-500 bar, företrädesvis 5-200 bar, och än mer föredraget 5-100 bar. Naturligtvis kan trycket även nollställas.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen innefattar anordningen även medel för uppvärmning, t.ex. elektriska eller mekaniska medel, eller medel för bestrålning, samt medel för kylning av substratet, t.ex. medelst ett kylmedium. Värmningen och kylningen kan regleras för att åstadkomma substrattemperaturer typiskt mellan 30 och 300 °C.

Med anordningen och metoden enligt uppfinningen kan väldefinierade strukturer av nanometerstorlek skapas på rigida material med totala areor som är större än 7-20 cmz, tex. material med största bredd eller diameter av upp till 150, företrädesvis 250 mm, än 10 15 20 25 30 35 515 607 5 mer föredraget 350 mm eller ännu större, på ett snabbt, enkelt och billigt sätt. Typiskt tar en cykel for nanoimprinting enligt uppfinningen mindre än fyra minuter, eller mindre än 3 minuter, ofta omkring 2 minuter. De nanometerstora strukturerna kan därvid vara ned till under 100 nm i enskilda strukturer, eller under 50 nm, eller till och med under lO nm.

Uppfinningen är tillämpbar vid nanoimprint litografi på halvledarmaterial, såsom kisel, for tillverkning av halvledarkomponenter. Det har också förvånande visat sig att man medelst uppfinningen kan utföra nanoimprint litografi på andra halvledarmaterial som t.ex. indiumfosfid (InP) eller galliumarsenid (GaAs). Dessa material skiljer sig från kisel i det att de är betydligt mer spröda och därmed betydligt känsligare för ojämn krafifordelning vid nanoimprint. Ingen annan metod eller anordning har tidigare presenterats som klarar att utföra nanoimprint på spröda halvledarmaterial såsom indiumfosfid och galliumarsenid. Föreliggande uppfinning kan dock också tillämpas vid nanoimprint litografi på andra rigida material, såsom keramiska material, metaller eller polymerer med förhållandevis hög glasomvandlingstemperatur, for användning i t.ex. biosensorer.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det foljande att beskrivas i större detalj med hänvisning till figurerna, av vilka: Fig. 1 visar en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, sedd från sidan i tvärsnitt, Fig. 2a visar en andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, sedd från sidan i tvärsnitt, samt hur anordningens forsta huvuddel kan forskjutas, Fig. 2b visar utföringsformen enligt Fig. 2a, i perspektiv, Fig. 3a & b visar anordningen enligt Fig. 1 respektive 2, vid sammanpressning av substrat och mall, Fig. 4 visar en anordning enligt uppfinningen, sedd från sidan i tvärsnitt, inklusive anordningar för värmning respektive kylning av substratet, F ig. 5 visar en frontvy av en anordning, enligt Fig. 4, for värmning av substratet, Fig. 6 visar en frontvy av en anordning, enligt Fig. 4, för kylning av substratet, Fig. 7 visar ett alternativt sätt att värma substratet, 10 15 20 25 30 35 Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 8a 8b 9a 9b l0a 10b lla llb 11c 12a 12b 14a 14b-d 515 607 6 visar en sidovy i tvärsnitt av en anordning för vakuumfasthållning av substrat eller mall, visar en frontvy av anordningen i Fig. Sa, visar en frontvy av en andra huvuddel enligt uppfinningen, innefattande en anordning enligt Fig. 8, visar anordningen enligt Fig. 9a, sedd från sidan i tvärsnitt, visar en frontvy av en alternativ utföringsform av en andra huvuddel enligt uppfinningen, innefattande en anordning enligt Fig. 8, visar anordningen enligt Fig. 10a, sedd från sidan i tvärsnitt, visar en frontvy över en altemativ anordning för vakuumfasthållning av substrat och mall, visar en sidovy i tvärsnitt av anordningen enligt Fig. 1 la, visar anordningen enligt Fig. llb, i sidovy i tvärsnitt med substrat och mall därpå, visar en sidovy i tvärsnitt över ännu en altemativ anordning för vakuumfasthållning av substrat och mall, visar anordningen enligt Fig. l2a, i sidovy i tvärsnitt med substrat och mall därpå, visar ett diagram över substrattemperatur och tryck, som funktion av tiden, för en framställningscykel, visar en svepelektronmikroskopbild av en mall, visar svepelektronmikroskopbilder över olika nanometerstora strukturer som åstadkommits medelst anordningen och metoden enligt uppfinningen.

Detalj nummer 1 i Fig. 1 representerar en första huvuddel i en föredragen utföringsform av en anordning enligt uppfinningen. Denna första huvuddel 1 innefattar en första huvudsakligen plan basplatta 2 vilken företrädesvis är anordnad att förskjutas i en riktning som sammanfaller med normalen för dess mot en andra huvuddel 3 vettande yta 2a. På denna yta 2a kan en huvudsakligen plan stödplatta 4 anbringas, på vilken stödplatta substratet 5 är avsett att placeras. Alternativt kan substratet 5 placeras direkt på ytan 2a. Substratet utgöres tex., enligt känd teknik för nanoimprint litografi, av en kiselplatta med ett tunt skikt av tex. en polyamid, företrädesvis polymetylmetakiylat (PMMA), på dess mot den andra huvuddelen 3 vettande yta 5a. Substratet 5 är företrädesvis cirkulärt. Även huvuddelarna 1 och 3 uppvisar företrädesvis ett rotationssymmetriskt utseende. 10 15 20 25 30 35 . - | « . l» 1515. 607 f¿ÉÉ=š,II=_š__š'-Åf§=ï'.ë. 7 . .. . ..

Den andra huvuddelen 3 uppvisar en kavitet 6, vilken bildas av en botten 7 samt, i det visade fallet, cirkulärcylindriska sidoväggar 8. Som tak för kaviteten 6 är det anordnat ett plant, flexibelt membran 9, motstående mot bottnen 7. Detta membran 9 utgöres, i det visade fallet, av ett gummimembran, vars ena sida 9a utgör stöd för mallen 10, 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 10 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 1 vettande yta 10a.

Membranet 10 är fixerat vid den andra huvuddelen 3, runt membranets 9 periferi, vid kavitetens 6 kanter, medelst en fixeringsanordning. Som fixeringsanordning utnyttjas en, i det visade fallet cirkulär, ring 11 som är anordnad att pressa fast membranets 9 perifera kanter mellan sig själv och sidoväggarnas 8 fria kanter. Ringen ll är företrädesvis, utmed dess inre cirkulära kant, på den sida därav som vetter mot membranet, avfasad lla, för att medge en mjuk utböjning för membranet 9 vid övergången från ringen 11. Härigenom minskas risken för sprickor eller vikanvisningar i membranet 9, varvid dess livslängd förlängs.

Kaviteten 6 är avsedd att inrymma ett medium, företrädesvis hydraulolja, vilket kan trycksättas via en ingångskanal 12, som kan vara anordnad i sidoväggarna 8 eller i kavitetens botten 7 (såsom visas i Fig. 9b). Trycksättningen äger rum medelst en ej visad pump, vilken lämpligen är anpassad att ge ett tryck med mycket små fluktuationer. Detta kan t.ex. åstadkommas medelst en proportionalventil.

I den andra huvuddelen 3 innefattas också en andra huvudsakligen plan basplatta 13, vilken utgör stöd för delen med kaviteten 6.

I Fig. Za visas en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, varvid en huvudsakligen plan stödplatta 14 anordnats mellan membranet 9 och mallen 10.

Stödplattan 14 uppvisar en tjocklek av 0,1-30 mm, företrädesvis 0,1-20 mm, än mer föredraget 0,1-10 mm, och mest föredraget 0,1-5 mm och kan vara utförd i material såsom en metall, ett halvledarmaterial, eller ett keramiskt material, tex. rostfritt stål, kiselkarbid eller aluminiumoxid. Även den ovan nämnda stödplattan 4 uppvisas lämpligen dessa dimensioner och är lämpligen utförd i material av samma typ. 10 15 20 30 35 . . ~ n . un . 515 60 7 f¿ïï= 8 Stödplattan 14 på den andra huvuddelen 3 utgöres mest fördelaktigt av ett material som är en god termisk isolator, dvs som uppvisar låg termisk ledningsformåga.

Stödplattan 14 utgör en fixeringsanordning för mallen 10, vilket förklaras närmare i samband med Fig. 9. I denna utföringsform uppvisar ringen 11 företrädesvis en distansdel llb och en klack llc som hindrar stödplattan 14 från att falla av från huvuddelen 3 innan de båda huvuddelarna föres samman, åtminstone då huvuddelen 3 är anordnad ovanför huvuddelen 1.

I Fig. 2a visas också, med pilar, hur huvuddelen 1 är anordnad att förskjutas i förhållande till huvuddelen 3 i radiell led, dvs i en riktning som är parallell mot ytorna 2a och 9a hos huvuddelarna 1 och 3. Basplattan 2 kan därvid uppvisa en bort från ytan 2a vettande fixerad del 2b och en rörlig del 2. Förskjutning utföres i samband med byte av mall och/eller substrat. IFig. 2b visas utföringsformen enligt Fig. 2a i perspektiv.

IFig. 3a och b visas anordningen enligt Fig. 1 respektive 2, då trycket i kaviteten 6 höjts så att mallen 10 och substratet 5 pressas samman, tack vare membranets 9 flexibilitet, för överföring av den nanometerstora strukturen på mallens yta 10a till ytan 5a på substratet.

I Fig. 4 visas att huvuddelen 1, för substratet 5, även kan innefatta medel 15 för uppvärmning av substratet, samt medel 16 för kylning av substratet. I det visade, föredragna fallet utgöres dessa medel 15, 16 för uppvärmning respektive kylning, av stödplattor som är anordnade mellan substratet 5 och basplattan 2, företrädesvis i ordningsföljden substrat 5, stödplatta 4 (med vakuum för fasthållning av substratet), stödplatta 16 för kylning, stödplatta 15 för uppvärmning, samt basplatta 2. Stödplattan 15 för värmning av substratet utgöres lämpligen av ett material som uppvisar god termisk isoleringsförmåga, tex. ett keramiskt material såsom en keramisk isolator eller en keramisk komposit, t.ex. macor. Stödplattan 16 för kylning av substratet utgöres lämpligen av ett material som uppvisar god termisk ledningsförmåga, tex. kiselkarbid, rostfritt stål, aluminium eller aluminiumoxid i viss form. Stödplattorna 15 och 16 uppvisar företrädesvis en tjocklek i samma intervall som stödplattan 14 enligt ovan.

Fig. 5 visar hur stödplattan 15 kan innefatta en elektrisk värmespiral 17, som är inlagd i ett spår i ytan av stödplattan 15. Värmespiralen/spåret 17 är i den visade utföringsformen utformad som en dubbel spiral, men kan naturligtvis även ha andra former. Analogt kan stödplattan 16, enligt Fig. 6, innefatta en kanal 18 inuti densamma, 10 15 20 25 30 35 515 607"=i"=: 9 ' ' för ett kylmedium, t.ex. en gas såsom lufi, kväve eller annat, eller en kylvätska såsom vatten eller annat. Kanalen 18 är i den visade utföringsformen utformad som en dubbel spiral, men kan naturligtvis även ha andra former.

I Fig. 7 visas en alternativ utföringsform, där uppvärmning av substratet 5 utföres medelst bestrålning R' av substratet via basplattan 2 och en stödplatta 4 eller 16. Den utnyttjade strålningen R' kan t.ex. vara av typen [R-strålning (varvid stödplattan 16 lämpligen är utförd i kiselkarbid) eller strålning med radiofrekvenser, dvs frekvenser av från 10 MHz och uppåt, varvid anordningen innefattar medel (ej visade) for generering av sådan strålning.

I Fig. 8a och b visas hur stödplattan 4 kan vara försedd med anordningar for vakuumfasthållning av substratet 5. Stödplattan uppvisar därvid ett spår 19 i båda ytorna av stödplattan 4, i det visade fallet ett cirkulärt spår. Vid åtminstone en punkt 20 är de båda spåren 19 förenade med varandra i ett hål som är genomgående genom plattan 4.

Vakuum skapas i spåren 19 och hålet 20 genom en icke visad förbindelse till en vakuumfläkt, via basplattan 2. Medelst denna vakuumanordning suges substratet 5 fast vid stödplattan 4 och stödplattan 4, i sin tur, suges fast vid stödplattan 16 för kylning, eller direkt vid basplattan 2. Det skall inses att även, eller alternativt, stödplattan 15 för värmning och/eller stödplattan 16 för kylning kan förses med anordningar för vakuumfasthållning vid stödplattan 4 och basplattan 2.

Fig. 9a och 9b visar att även den i vissa fall anordnade stödplattan 14 mellan mallen 10 och membranet 9 kan utgöras av en stödplatta med vakuumanordning 19, 20. Till spåren 19 och hålet 20, företrädesvis i direkt anslutning till hålet 20, är det i detta fall anordnat en kanal 21 för anslutning till en icke visad vakuumfläkt. Även i detta fall kan det anordnas en avfasad del l1a hos ringen 11, vilken del l1a kan ligga mellan membranet 9 och vakuumstödplattan 14. I Fig. 9a visas stödplattan 14 utan mall därpå, medan det i F ig. 9b visas en stödplatta 14 med mall därpå. Det visas också hur ingångskanalen 12 kan anordnas i botten av huvuddelen 3, via basplattan 13.

Tillverkningscykeln för nanoimprinting av ett substrat 5 skall i det följande beskrivas med utgångspunkt i figurerna. I staitskedet är de båda huvuddelarna 1 och 3 förskjutna relativt varandra i axiell och radiell led, enligt Fig. 2. Substratet 5 placeras på stödplattan 4 och mallen 10 placeras på membranet 9 eller stödplattan 14. Substratet och mallen hålles lämpligen på plats med hjälp av Vakuum, men även andra sätt kan tänkas.

Den första huvuddelen 1 förskjutes i radiell led på plats i förhållande till den andra 10 15 20 25 30 35 515 607 ' 10 . . . . . .. huvuddelen 3, för att sedan förskjutas i axiell led mot densamma. Därvid utföres lämpligen förskjutningen i axiell led så att det fortfarande kvarstår ett mindre mellanrum, om t.ex. upp till 10 mm, företrädesvis upp till 5 mm och än mer föredraget upp till 1 mm, mellan ringen 11 och stödplattan 4 eller basplattan 2 om stödplatta 4 saknas. Detta visas i Fig. 3a. Alternativt sker den axiella förskjutningen så att ringen 11 eller dess klack llc, stöter emot stödplattan 4 eller basplattan 2. Detta visas i Fig. 3b, varvid dimensionerna hos de ingående komponenterna är avpassade så att det fortfarande kvarstår ett mindre mellanrum, motsvarande ovan nämnda mellanrum, mellan substratet 5 och mallen 10 då de båda huvuddelarna 1 och 3 stöter samman.

Efter den axiella förskjutningen av huvuddelama ökas trycket hos mediumet i kaviteten, via ingångskanalen 12, till omkring 1-5 bar så att membranet 9 flexar ut, varvid en lätt sammanpressning av substrat 5 och mall 10 äger rum. Substratet 5 värmes med hjälp av en anordning för uppvärmning av detsamma, t.ex. enligt Fig. 5 eller 7, och därefter ökas trycket hos mediumet i kaviteten 6 till 5-500 bar, företrädesvis 5-200 bar, och än mer föredraget 5-100 bar, via ingångskanalen 12, varvid substratet 5 och mallen 10 pressas samman med motsvarande tryck, vilket tryck överförs via det flexibla membranet 9.

Tack vare det flexibla membranet åstadkommes en absolut jämn kraftfördelning över hela kontaktytan mellan substratet och mallen, varvid dessa bringas att inrätta sig absolut parallellt gentemot varandra och varvid påverkan av ojämnheter i substratets eller mallens yta elimineras. Efier en sammanpressningstid som beror på materialval, temperatur, tryck etc, men som typiskt är under 3 minuter, företrädesvis under 1 minut, påbörjas kylning av substratet medelst en anordning t.ex. av den typ som visas i Fig. 6.

När kylningen fullbordats sänkes trycket i kaviteten 6 och de båda huvuddelarna 1 och 3 separeras från varandra, varefter substrat 5 och mall 10 separeras från varandra. Efter detta utsättes substratet för vidarebehandling enligt vad som är känt för nanoimprint litografr. Denna vidarebehandling utgör inte del av föreliggande uppfinning, och kommer därför ej att beskrivas i större detalj.

IFig. 10a visas en stödplatta 14 utan mall därpå, medan det i Fig. 10b visas en stödplatta 14 med mall därpå. Fig. 10a och 10b visar därvid en alternativ utföringsform av uppfinningen, där den andra huvuddelen 3 utformats som en periskopisk del för den axiella förskjutningen av densamma. Härvid utnyttjas kaviteten 6 med dess medium och tillhörande (ej visade) pump, även för den periskopiska förskjutningen. Utanför sidoväggarna 8 är det härvid anordnat ytterväggar 22 med endast en smal spalt 23 dem emellan. Vid sidoväggarnas 8, respektive ytterväggarnas 22, slut är det anordnat glidtätningar 24a respektive 24b. Lämpligen är det även anordnat icke visade 10 15 20 30 35 sig ::.:;:-:- " anordningar för att förhindra att delen med sidoväggarna 8 förskjutes så långt att den lossnar från ytterväggarna 22. Ytterväggarna 22 begränsas i andra änden av kavitetens botten 7 eller basplattan 13. Ingångskanalen 12 är anordnad i ytterväggarna 22, eller i bottnen 7, 13, dvs i området utanför spalten 23. I området för spalten 23 är en andra ingångskanal 25 anordnad, medelst vilken mängden medium i spalten 23, och dess tryck, kan påverkas. Den periskopiska förskjutningen av huvuddelen 3, eller snarare av membranet 9 och mallen 10, åstadkommes genom att trycket i kaviteten 6 ökas via ingångskanalen 12, samtidigt som mediumet i spalten 23 tillåtes att flöda ut via den andra ingångskanalen 25. När ringen 11, eller dess klack 11c, stöter emot den första huvuddelen 1 (ej visad i Fig. 10) leder fortsatt ökning av trycket i kaviteten till att membranet 9 fortplantar trycket till mallen, så att denna pressas samman med substratet, enligt beskrivning ovan.

För att dra tillbaka den periskopiska huvuddelen 3, efier fiillbordad imprint, släppes trycket i kaviteten 6 och istället ökas trycket i spalten 23, via den andra ingångskanalen 25. Därvid förskjutes sidoväggama 8, och därmed membranet 9 och mallen 10, mot basplattan 13, varvid glidtätningarna 24a och 24b glider mot ytterväggama 22 respektive sidoväggarna 8.

IFig. lla, b och c visas en alternativ anordning för vakuumfasthållning av substrat och mall, vilken anordning utgöres av en stödplatta av samma typ som tidigare, i samband med Fig. 1, nämnd stödplatta 4, i denna figur benämnd 4'. Stödplattan 4' är, på samma sätt som visas i Fig. 8, försedd med ett spår 19 i båda dess plana ytor och ett genomgående hål 20, som nedtill mynnar mot en icke visad vakuumanslutning, för åstadkommande av ett vakuum som håller fast substratet 5 på stödplattans 4' ena yta samt håller fast stödplattan 4' på ett underlag, t.ex. en, ej i denna figur visad, stödplatta för kylning av substratet 5. Utanför spåret 19 är det, enbart på stödplattans 4' ena sida, anordnat ett andra vakuumspår 26, i det visade fallet ett cirkulärt spår 26 med en diameter som år större än mallens 10 och substratets 5 diameter. Till spåret 26 är det, lämpligen via ett hål 27, anordnat en kanal 28 för anslutning till en icke visad vakuumfläkt. Med hjälp av stödplattan 4' kan substratet 5 hållas fast av det första vakuumspåret 19, varvid mallen 10 kan placeras direkt på substratet 5, och det därefter, såsom visas i Fig. 11c, kan placeras en heltäckande eller runt mallens och substratets periferi löpande, film eller folie 29 av t.ex. aluminium eller gummi, vilken film eller folie suges fast mot vakuumspåret 26 och därvid håller fast mallen 10 mot substratet 5.

Tack vare den i Fig. 11 visade anordningen kan således substratet 5 och mallen 10, såsom visas i Fig. 11c, placeras tillsammans på den ena huvuddelen 1, 3 av 10 15 20 25 30 35 = . f » . vv .515 607;@¿1P§2+ 12 anordningen, varefter huvuddelarna förskjutes i förhållande till varandra, så att de orienteras över varandra och nära varandra, enligt det som beskrivits tidigare. Efter imprintsteget kan vakuumet i spåret 19 släppas, medan vakuumet i spåret 26 bibehålles, varvid stödplattan 4' kan tas ut ur anordningen med kvarsittande mall och substrat för ett enkelt byte av substrat.

I Fig. 12a och b visas ännu en ännu en alternativ anordning för vakuumfasthållning av substrat och mall, vilken anordning utgöres av en stödplatta av samma typ som tidigare, i samband med Fig. 1, nämnd stödplatta 4, i denna figur benämnd 4”. Stödplattan 4” är, på samma sätt som visas i Fig. 8, försedd med ett spår 19 i båda dess plana ytor och ett genomgående hål 20, som nedtill mynnar mot en icke visad vakuumanslutning, för åstadkommande av ett vakuum som håller fast substratet 5 på stödplattans 4” ena yta samt håller fast stödplattan 4” på ett underlag, t.ex. en, ej i denna figur visad, stödplatta för kylning av substratet 5. I stödplattan 4” är det anordnat en upphöjd kant 30 utanför spåret 19 på stödplattans ena sida, och ett spår 31 i vinkeln mellan kanten 30 och stödplattan 4", vilket spår 31 är anslutet till en vakuumkanal 32. I Fig. 12a visas stödplattan 4” utan mall och substrat därpå, medan det i Fig. 12b visas en stödplatta 4" med mall 10 och substrat 5 därpå, innanför kanten 30. Dimensionema är anpassade så att det endast föreligger en smal spalt mellan kanten 30 och substrat/mall, genom vilken spalt det sugs luft till vakuumkanalen 32. Härigenom hålles såväl mall som substrat fast varvid samma funktion som i Fig_ 11 kan uppnås. Kanten 32 uppvisar en höjd som överstiger tjockleken hos substratet 5 (eller mallen 10 om denna skall placeras närmast stödplattan 4").

EXEMPEL Imprintförsök enligt uppfinningen utfördes enligt följande parametrar: substratet var 5,1 cm i diameter i Si/SiOg, med beläggning av 950 K PMMA som ugnsbakats vid 180 °C i 24 timmar. Maxtrycket var 60 bar, maxtemperaturen 170 °C och mintemperaturen 80 °C. Mallen var 5,1 cm i diameter i Si/SiO2, med mallstrukturer i form av linjer och prickar med linjebredder av 50, 75, 100 och 150 nm, respektive diametrar av 50 nm med avstånd prickarna emellan av 25 nm, Mallen var försedd med ett skyddslager av nickel med en tjocklek av 20 nm, som belagts genom förångning. Mallen rengjordes för imprint genom att sänkas ned i aceton under påverkan av ultraljud, och torkas med kvävgas.

IFig, 13 visas ett diagram över substrattemperatur och tryck, som funktion av tiden, för framställningscykeln som sträckte sig över lite drygt 2 minuter i en anordning enligt 10 20 25 30 35 515 607 13 uppfinningen. Såsom visas i diagrammet var tiden for temperaturstegringen ungefär 1 minut. Därefter lades det på ett tryck, via membranet, och då önskat maximalt tryck uppnåtts startades kylningen av substratet. Under kylningen reglerades trycket till önskat börvärde.

Försöken visade att ett tryck av omkring 60 bar gav avtryck av 200 nm djup i PMMA skiktet på substratet. Om större djup önskas, kan högre tryck utnyttjas.

Efier 10 cykler med samma mall kunde det konstateras att hela ytan på samtliga substrat var jämnt ”imprintad”. Inga signifikanta variationer i strukturen kunde observeras inom eller emellan områdena med olika struktur.

Omkring 50 nm PMMA kvarstod i avtrycken, vilket avlägsnades medelst etsning. Efter etsningen uppvisade profilen på substratets yta nära nog vertikala väggar. Efter etsningen belades substratet i avtrycken med Cr, genom forångning, och därefter utfördes ett steg for borttagning av resterande PMMA, vilket resulterade i en lyckad metallbeläggning i avtrycken.

IF ig. l4a visas en svepelektronmikroskopbild av en del av en mall med 100 nm breda linjer/fördjupningar och 300 nm spaltavstånd mellan linjerna. Mallens totala yta var 25 cmz. I Fig. 14b visas en del av ett substrat där ett skikt av PMMA ”imprintats” med mallen i Fig. l4a, i en anordning enligt uppfinningen. Den uppkomna strukturen är mycket regelbunden och utan defekter.

IFig. 14c visas en aluminiummetalliserad yta hos ett substrat av kisel som imprintats i en anordning enligt uppfinningen, med linjer av 100 nm, med 200 nm och 500 nm spaltavstånd mellan linjerna. I den visade bilden har den imprintade ytan metalliserats med aluminium och sedan har PMMA tagits bort. Substratets totala yta var 25 cmz.

IFig. 14d visas 50 nm stora aluminiumprickar tillverkade på ett kiselsubstrat, genom imprint iPMMA i en anordning enligt uppfinningen. Prickarna har gjorts med olika spaltavstånd på en total yta av 25 cmz. I den visade bilden har den imprintade ytan metalliserats med aluminium och sedan har PlVHvIA tagits bort. Det minsta spaltavståndet bedöms till mindre än 25 nm.

Uppfinningen är ej begränsad av ovan beskrivna utföringsformer och exempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Således inses det t.ex. lätt att 515 eo7¿ug¿;¿y¿ 4 1 mall och substrat kan byta plats med varandra i de visade figurema. Det inses också att konventionella åtgärder i samband med nanoimprinting bör utföras, såsom tex. renblåsning av ytorna hos substrat och mall, samt utrymmet dem emellan, med ren partikelfri gas, t.ex. kvävgas eller annan gas. Vidare inses det att fasthållning av membran, utformning av kavitet etc. kan utforas på väsentligt annorlunda sätt, utan att man på grund av detta avviker från den uppfinningsenliga tanken.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 sis so? lšifi PATENTKRAV . Anordning vid nanoimprint litografi, vilken anordning innefattar en första huvuddel (1) med en första huvudsakligen plan yta (2a) och en andra huvuddel (3) med en andra huvudsakligen plan yta (9a), varvid sagda forsta yta och andra yta är motstående mot varandra och anordnade i huvudsak parallellt gentemot varandra, med ett reglerbart mellanrum dem emellan, och varvid sagda första och andra yta är anordnade att utgöra stöd för ett substrat (5) respektive en mall (10), eller vice versa, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda andra huvuddel (3) också innefattar en kavitet (6) för ett vätskefonnigt medium, samt medel för att reglera ett tryck hos sagda medium till 1-5 00 bar (övertryck), varvid en vägg hos sagda kavitet utgöres av ett flexibelt membran (9) vars ena sida, vilken sida vetter bort fiân kaviteten (6), utgör sagda andra yta (9a). _ Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda membran (9) är fixerat vid den andra huvuddelen (3) runt membranets periferi, företrädesvis medelst en ring (11) som spärmer fast membranets periferi mot den andra huvuddelen. _ Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att membranet (9) utgöres av ett flexibelt material, företrädesvis ett polymert material eller en tunn metall, än mer föredraget plast, gummi eller tunn metall, varvid membranet uppvisar en tjocklek av upp till 10 mm, företrädesvis upp till 3 mm och än mer föredraget upp till 1 mm. . Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda membran (9) uppvisar en största bredd, företrädesvis en diameter, av 25-400 mm, företrädesvis 50-350 mm. . Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda medium utgöres av en vätska med låg kompressibilitet, företrädesvis en olja och än mer föredraget hydraulolj a. _ Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda medel för att reglera trycket hos sagda medium, är anordnat att reglera trycket till 1- 200 bar, företrädesvis 1-100 bar. 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 13. ,...t| t ~~ H' Q '_ . i f. t.. t .z I ' \ x 16 w- »- f' ' " . I .i v , , .u ß =I , , , , , t. l» V' f 515 607 t , . . . 1 n Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda första (2a) och andra (9a) yta är anordnade att förskjutas gentemot varandra i en riktning som sammanfaller med normalen för ytoma, och företrädesvis även i en riktning som är parallell mot ytorna. Anordning enligt krav 7, k ä. n n e t e c k n a d a v att sagda andra yta (9a) är anordnad att periskopiskt förskjutas mot sagda forsta yta (2a), i en riktning som sammanfaller med normalen för ytorna, varvid sagda andra huvuddel (3) innefattar en periskopiskt förskjutbar del (8, 9) som är anordnad att förskjutas medelst reglering av trycket hos sagda medium. Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att minst en stödplatta (4, 4', 4", 14, 15, 16) är anordnad mellan sagda första (2a) och/eller andra (9a) yta och sagda substrat (5) eller mall (10), vilken stödplatta uppvisar en tjocklek av O, 1-30 mm, företrädesvis 0,1-20 mm, än mer föredraget 0,1-10 mm, och mest föredraget 0,1-5 mm. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda stödplatta (4, 4', 4", 14, 15, 16) är anordnad att hållas fast mot sagda yta (2a, 9a), och/eller mot en annan stödplatta (4, 4', 4", 14, 15, 16), och/eller mot sagda substrat (5) och/eller mall (10), medelst vakuum, varvid anordningen även innefattar medel (19, 20, 21, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32) för att skapa ett sådant vakuum. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att en (16) av sagda minst en stödplatta utgöres av ett material som uppvisar god termisk ledningsförmåga, varvid stödplattan företrädesvis uppvisar kanaler (18) för ett kylrnedium. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att en (15) av sagda minst en stödplattor utgöres av ett material som uppvisar god termisk isoleringsförmåga, varvid stödplattan företrädesvis är anordnad att värrnas upp elektriskt (17), mekaniskt eller genom bestrålning (R'). Metod vid nanoimprint litografi, hädanefter benämnt nanoimprinting, varvid ett substrat (5) och en mall (10) placeras mellan en första yta (2a) och en andra yta (9a), 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 (9a) utgöres av ena sidan av ett flexibelt membran (9), varvid ett tryck av 10 15 20 14. 15. 16. 17. »17 515 607 1-5 00 bar (övertryck) skapas i ett vätskeforrnigt medium på andra sidan av sagda membran, så att mallen och substratet pressas samman, under mothâll av sagda första yta (2a). Metod enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda första (2a) och andra (9a) yta först förskjutes mot varandra, innan trycksättningen på membranets (9) andra sida utföres. Metod enligt krav 13 eller 14, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda tryck, under sammanpressningen, regleras till 5-500 bar, företrädesvis 5-200 bar, och än mer föredraget 5-100 bar. Metod enligt något av kraven 13-15, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda substrat (S) först värrnes, elektriskt, mekaniskt eller genom bestrålning, varefter mallen (10) och substratet (5) pressas samman genom sagda trycksättning, att substratet därefter kyles, medelst ett kylmedium, varefter mallen och substratet separeras från varandra. Metod enligt något av kraven 13-16, k än n e t e c k n ad av att en cykel för nanoimprinting utföres på en tid av under 4 minuter, företrädesvis 1-3 minuter.