Dünnfilmtechnische und mikro-mechanische Fertigungstechniken zur Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen

Transkript

1 NanoDay H.H. Gatzen und C. Ruffert 06. Oktober 2005 Dünnfilmtechnische und mikro-mechanische Fertigungstechniken zur Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen

2 Übersicht 4 Fertigungstechniken am imt zur Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen Dünnfilmtechnische Verfahren Überblick über in Dünnfilmtechnik gefertigte Mikrosensoren und -aktoren Mikromechanische Bearbeitungsverfahren 4 Kooperationen innerhalb des LNQE Lithographie mit fs-laserpulsen in Kooperation mit Prof. Chichkov, Laser Zentrum Hannover Galvanisieren von Nanostrukturen in Kooperation mit Prof. Haug, Institut für Festkörperphysik Mstr.-Rev ppt Blatt 2

3 Grundlagen der Dünnfilmtechnik - Photolithographie Technologien: 4 Positiv-, Negativ- und Umkehrlackprozesse 4 Technologie für dicke Lack-schichten (einige µm) 4 Novolak (AZ-Lack) u. epoxidharzbasierter (SU-8) Photolack Ausstattung: 4 Maskenjustieranlagen für Wafer Vorder- und Rückseite 4 Direktschreibende Laserlithographieanlage (0,8µm) 4 Maskenfertigung Mstr.-Rev ppt Blatt 3

4 Grundlagen der Dünnfilmtechnik - Beschichtungs- und Ätztechniken Beschichtungstechnologie: 4 Kathodenzerstäuben 4 Ionenstrahlbeschichtung 4 Plasma-CVD (DLC-, SiO 2 -, Si 3 N 4 - Schichten) 4 Galvanische Abscheidung Ätztechniken: 4 Ionenstrahlätzen (IBE) 4 Reaktives Ionen Ätzen (RIE) 4 Plasmaätzen (PE) 4 Fokussiert. Ionenstrahlätzen (FIB) 4 Nasschemisches Ätzen Mstr.-Rev ppt Blatt 4

5 Aktoren -Überblick Reluktanzmotor 1 x,y-synchronmotor 1 1mm 1 In Kooperation mit IAL Hannover 2 SFB 516, gefördert durch die DFG 3 In Kooperation mit UC Berkeley, BSAC, USA Hybridmotor 2 Pole Biomedizinischer Aktor 3 Mstr.-Rev ppt Blatt 5 Flussführung Spulenpaar I Spulenpaar II

6 Sensoren - Überblick 300µm Wirbelstromsensor GMR- Sensor Dehnmesssensor Positionsmesssensor Mstr.-Rev ppt Blatt 6

7 Mechanische Präzisionsbearbeitung Präzisionstrenn- u. Profilschleifen: Hochpräzises Trennschleifen und Profilieren von Mikrobauteilen aus 4 Keramik 4 Glas 4 Silizium Oberflächenbearbeitung: 4 Läppen 4 Nanoschleifen 4 Polieren 4 Chem.-Mech. Polieren (CMP) Mstr.-Rev ppt Blatt 7

8 Mechanische Mikro- und Nanobearbeitung Präzisionstrenngeschliffene Mikronadeln aus Al 2 O 3 -TiC Keramik Nanogeschliffene Al 2 O 3 -TiC Keramikoberfläche Mstr.-Rev ppt Blatt 8

9 Lithographie mit fs-laserpulsen - Zielsetzung 4 Kooperation zwischen dem LZH, Abteilung Nanotechnologie, und dem Institut für Mikrotechnologie 4 Ziel: Strukturen in Gold mit Auflösungen um 100nm gleichmäßig und reproduzierbar herstellen 4 Methode: Strukturierung dünner Positivphotolackschichten mit einem Femtosekundenlaser Bilder aus einzelnen Punkten mit Durchmesser von einigen 100nm zusammengesetzt Quelle: LZH 4 Variation von Schichtdicke und Prozessparameter zur Erzielung gleichmäßigerer Punkte in Kooperation mit dem Laser Zentrum Hannover Mstr.-Rev ppt Blatt 9

10 Lithographie mit fs-laserpulsen - Zwei Ansätze Degeneration des Photolacks Entwicklung Si-Wafer Si-Wafer mit Gold und Photolack Trockenätzen und Lack entfernen Photolack Gold Direkte Ablation des Photolacks 4 Zwei grundlegende Strukturierungsansätze [KOC05] Belichtung (Degeneration), Entwicklung u. Trockenätzen Direkte Ablation des Photolacks durch den Laserstrahl und Trockenätzen Vorteil: Prozess kürzer, da Entwicklung entfällt Nachteil: Redeposition abgetragenen Materials Beispiel für benötigte Energie: 0,7J/cm² bei 500nm dünner AZ- Lackschicht [KOC05] J. Koch et al.: Maskless nonlinear lithography with femtosecond laser pulses, accepted for Appl. Phys. A Mstr.-Rev ppt Blatt 10

11 Lithographie mit fs-laserpulsen - Ergebnisse und Ausblick Oben: Galvaniktest mit laserstrukturierter Lackform Unten: Struktur aus Löchern mit Durchmesser 150nm Quelle: LZH 4 Ergebnisse: Ablation wegen Materialredeposition weniger geeignet Testreihen mit Positivphotolacken der AZ-Serie (AZ1505, AZ5214) und Microdeposit (S1805, S1813) Minimal erreichter Lochdurchmesser bisher 150nm 4 Ausblick: Weitere Verringerung der Lochdurchmesser Optimierung der Gleichmäßigkeit der Löcher Photolack mit ausreichend großem Prozessfenster für Belichtung finden Mstr.-Rev ppt Blatt 11

12 Galvanisieren von Nanostrukturen - Zielsetzung 600 nm 4 Kooperation zwischen dem Institut für Festkörperphysik, Abteilung Nanostrukturen und dem Institut für Mikrotechnologie 4 Galvanisieren von Strukturen im Sub-Mikrometerbereich 50 µm Erster Galvanisierungsversuch von Nanostrukturen Quelle: imt 4 Anwendung: Herstellung magnetischer Topgates und Untersuchung der Veränderung der magnetischen Eigenschaften von Quanten-Hallsystemen in Kooperation mit dem Institut für Festkörperphysik Mstr.-Rev ppt Blatt 12

13 Galvanisieren von Nanostrukturen - Prozess 4 Prozessablauf zur Herstellung von Hallstrukturen mit Abmaßen im Sub- Mikrometerbereich Cr/Au-Beschichtung auf Siliziumwafer mittels Sputtern Aufbringen einer elektronenempfindlichen Lackschicht Belichtung (SEM) Kontaktierung für Galvanik Galvanische Beschichtung mit NiFe81/19 Mstr.-Rev ppt Blatt 13

14 Galvanisieren von Nanostrukturen - Ergebnisse und Ausblick 400nm SEM-Aufnahme der Nanogalvanik Quelle: FKP, Abteilung Nanostrukturen 4 Ergebnis: Galvanisieren v. Strukturen im Sub-Mikrometerbereich prinzipiell möglich, erfordert jedoch noch Optimierung 4 Ausblick: Reproduzierbare Nanogalvanik im mesoskopischen Bereich Untersuchung von Halbleiter- Metall-Übergang Ferromagn. Eigenschaften der galvanisierten Strukturen untersuchen, z.b. Mikro- Hallsonden Mstr.-Rev ppt Blatt 14

15 Zusammenfassung 4 Vorstellung der Kompetenzen des imt Dünnfilmtechnische und mikromechanische Fertigungstechniken zur Fertigung von Mikro- und Nanobauteilen Überblick über am imt gefertigte Mikrosensoren und -aktoren 4 Kooperative Projekte innerhalb des LNQE Erzeugung von Nanostrukturen in Gold mittels Lithographie und Trockenätzen Laserablation Galvanisieren von Nanostrukturen für Quanten-Hallsysteme Mstr.-Rev ppt Blatt 15