DE10104258A1 - Applying structured layer to support substrate involves filling structured pattern substrate with filler, placing pattern on support, binding filler to support, and removing pattern so that filler remains bonded to support - Google Patents
Applying structured layer to support substrate involves filling structured pattern substrate with filler, placing pattern on support, binding filler to support, and removing pattern so that filler remains bonded to supportInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer strukturierten Schicht auf ein Trägersubstrat.The invention relates to a method for applying a structured layer on a carrier substrate.
Ein solches Verfahren ist aus [1] bekannt.Such a method is known from [1].
Bei dem aus [1] bekannten Verfahren wird auf ein
Trägersubstrat eine Schicht aufgebracht, beispielsweise
mittels
In the method known from [1], a layer is applied to a carrier substrate, for example by means of
- - eines Abscheideverfahrens aus der Gasphase,- a separation process from the gas phase,
- - eines Aufdampfverfahrens oder auch- a vapor deposition process or also
- - eines Sputter-Verfahrens.- a sputtering process.
Die aufgebrachte Schicht wird mittels Lithographie strukturiert, beispielsweise indem auf die zu strukturierende Schicht eine Fotoresist-Schicht aufgebracht wird und eine der Struktur entsprechende Belichtung der Fotoresist-Schicht erfolgt und die Fotoresist-Schicht entwickelt wird, so dass entsprechend der zu bildenden Struktur oder als Negativ- Muster ein entsprechender Teil der Fotoresist-Schicht entfernt wird. Anschließend erfolgt ein Prozess, bei dem die Bereiche der zu strukturierenden Schicht entfernt werden, die durch die der Fotoresist-Schicht hindurch freigelegt wurden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise ein Ätzen der zu strukturierenden Schicht, vorzugsweise ein Nassätzen oder ein Trockenätzen, bei dem die noch bestehende Fotoresist-Schicht als Ätzmaske dient.The applied layer is by means of lithography structured, for example, by the structure to be structured Layer a photoresist layer is applied and one of the Structure-appropriate exposure of the photoresist layer is done and the photoresist layer is developed so that according to the structure to be formed or as a negative Pattern a corresponding part of the photoresist layer Will get removed. This is followed by a process in which the Areas of the layer to be structured are removed through which the photoresist layer was exposed. Such a method is, for example, an etching of the structuring layer, preferably a wet etching or Dry etching, in which the still existing photoresist layer serves as an etching mask.
Lithographie wird im Bereich der Herstellung von
mikroelektronischen Bauelementen eingesetzt, beispielsweise
bei
Lithography is used in the production of microelectronic components, for example in
- - Speichereinrichtungen,- Storage installations
- - optischen Elementen, - optical elements,
- - Biosensoren oder- biosensors or
- - Mikromaschinen,- micromachines
- - allgemein bei der Herstellung eines Elements, bei dem ein Muster auf einem Substrat definiert werden soll, das heißt eine Schicht strukturiert werden soll.- Generally in the manufacture of an element in which to define a pattern on a substrate that means a layer is to be structured.
Die Lithographie-Technologie weist insbesondere den Nachteil auf, dass das Bestrahlen der Schichten mit Licht und auch der anschließende Ätzprozess zu chemischen Veränderungen in einem chemisch empfindlichen Material führt.Lithography technology has the particular disadvantage on that irradiating the layers with light and also the subsequent etching process to chemical changes in one leads chemically sensitive material.
Ein weiterer Nachteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass sie aufwendig und somit teuer ist und insbesondere hinsichtlich einer weiter verbesserten Auflösung erhebliche technologische Probleme in der Realisierung aufwirft.Another disadvantage of this approach is there too see that it is complex and therefore expensive and especially with regard to a further improved resolution significant technological problems in the implementation raises.
Ferner ist aus [2] die sogenannte "Nanoimprint-Lithographie" bekannt.Furthermore, from [2] the so-called "nanoimprint lithography" known.
Bei dieser Art der Lithographie werden keine Lichtstrahlen benötigt, die auf eine Fotoresist-Schicht gestrahlt werden.With this type of lithography there are no light rays needed, which are blasted onto a photoresist layer.
Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Muster anschaulich mittels eines Stempels in das zu strukturierende Material, das heißt die zu strukturierende Schicht, gepresst, anders ausgedrückt, eingeprägt.In this known method, a pattern becomes clear by means of a stamp in the material to be structured, that is, the layer to be structured, pressed, different expressed, impressed.
Die zu strukturierende Schicht ist in diesem Fall üblicherweise thermoplastisches Material, bei dem es möglich ist, Aspektverhältnisse in der Struktur von < 1 und eine Auflösung von bis zu 10 nm für die zu bildende Struktur zu gewährleisten.The layer to be structured is in this case usually thermoplastic material where possible is, aspect ratios in the structure of <1 and one Resolution of up to 10 nm for the structure to be formed guarantee.
Ein weiterer Vorteil der Nanoimprint-Lithographie ist in der Möglichkeit zu sehen, dass ein großer örtlicher Bereich parallel mittels eines immer wieder verwendbaren "Stempels" bearbeitet werden kann.Another advantage of nanoimprint lithography is that Possibility to see that a large local area in parallel by means of a reusable "stamp" can be edited.
Gegenüber der optischen Lithographie weist diese Technologie insbesondere den Vorteil auf, dass sie sehr einfach durchführbar und dadurch sehr kostengünstig ist verglichen mit den Elektronenstrahl-/Ionenstrahl-Lithographie-Verfahren, die eine Vergleichbare Auflösung aufweisen.This technology is superior to optical lithography particular benefit on being very simple feasible and therefore very inexpensive is compared with the electron beam / ion beam lithography process, which have a comparable resolution.
Wie in [3] jedoch angegeben ist, weist diese Vorgehensweise für den Fall, dass als "Stempel", welcher im Weiteren auch als Mustersubstrat bezeichnet wird, beispielsweise Silizium zum Eindrücken der Struktur in dem thermoplastischen Polymer als zu strukturierendes Material, beispielsweise Polymethylmetacrylat (PMMA), einige Nachteile auf.However, as indicated in [3], this approach shows in the event that as a "stamp", which in the following also is referred to as a sample substrate, for example silicon for indenting the structure in the thermoplastic polymer as a material to be structured, for example Polymethyl methacrylate (PMMA), some disadvantages.
Insbesondere bei der Strukturierung einer größeren Fläche, das heißt für den Fall, dass das Mustersubstrat eine relativ große räumliche Ausdehnung aufweist, werden häufig Defekte in der strukturierten Schicht erzeugt.Especially when structuring a larger area, that is, in the event that the pattern substrate is a relative large spatial extent, defects are often in of the structured layer.
Ein weiterer Nachteil des in [2] beschriebenen Verfahrens ist darin zu sehen, dass vor dem Einpressen des Mustersubstrats in die zu strukturierende Schicht aus PMMA, allgemein aus einem entsprechenden Polymer, die Polymerstruktur mittels Erwärmen verflüssigt wird und bei Ausüben des Drucks, das heißt bei Eindrücken des Mustersubstrats in die flüssige zu strukturierende Schicht aus Polymeren die Polymere durch die mittels der Struktur in dem Mustersubstrat gebildeten Kanäle nicht ohne Weiteres abfließen können. Der durch die Verdrängung des Polymermaterials verursachte Fluss von Polymermaterial durch die dünnen Kanäle der Struktur des Mustersubstrats führen oftmals zu Verstopfungen, die im Weiteren zu einer fehlerhaften Strukturierung in der zu strukturierenden Schicht führen. Another disadvantage of the method described in [2] is to be seen in that before pressing the pattern substrate into the PMMA layer to be structured, generally from a corresponding polymer, the polymer structure by means of Heating is liquefied and when the pressure is exerted means when the sample substrate is pressed into the liquid structuring layer of polymers the polymers through the channels formed by the structure in the pattern substrate cannot drain off easily. The one through the Displacement of the polymer material caused flow of Polymer material through the thin channels of the structure of the Pattern substrates often lead to blockages, which in the Furthermore to an incorrect structuring in the structuring layer.
Probleme im Abfluss von verdrängtem Polymermaterial beim Einpressen des Mustersubstrats in das flüssige Polymer in die flüssige Polymerschicht treten insbesondere in den Randbereichen des Mustersubstrats auf, in denen ein gleichmäßiger Druck nicht mehr gewährleistet ist.Problems in the outflow of displaced polymer material during Pressing the sample substrate into the liquid polymer in the liquid polymer layer occur particularly in the Edge areas of the pattern substrate in which a uniform pressure is no longer guaranteed.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer strukturierenden Schicht auf ein Trägersubstrat anzugeben, welches zumindest einen Teil der oben beschriebenen Nachteile der bekannten Technologien verringert.The invention is based on the problem of a method for Applying a structuring layer on a Specify carrier substrate, which at least part of the Disadvantages of the known technologies described above reduced.
Das Problem wird durch das Verfahren zum Aufbringen einer strukturierenden Schicht auf ein Trägersubstrat mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.The problem is caused by the method of applying one structuring layer on a carrier substrate with the Features solved according to the independent claim.
Bei einem Verfahren zum Aufbringen einer zu strukturierenden Schicht auf ein Trägersubstrat wird ein strukturiertes Mustersubstrat bereitgestellt. Das strukturierte Mustersubstrat ist entsprechend der zu strukturierenden Schicht strukturiert ausgebildet, das heißt anschaulich, es weist die zu dem "Muster" der zu strukturierenden Schicht inverse Struktur auf. Das strukturierte Mustersubstrat wird mit einem Füllmaterial gefüllt. Das Mustersubstrat wird anschließend auf das Trägersubstrat gelegt und es wird ein Bindungsprozess durchgeführt, mittels dem das Füllmaterial an dem Trägersubstrat gebunden wird. In einem letzten Schritt wird das Mustersubstrat von dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat derart entfernt, dass das Füllmaterial an dem Trägersubstrat gebunden bleibt.In a method for applying a structure Layer on a carrier substrate becomes a structured Sample substrate provided. The structured Pattern substrate is according to the one to be structured Structured layer structured, that is, vividly, it points to the "pattern" of the layer to be structured inverse structure. The structured pattern substrate is filled with a filler. The pattern substrate is then placed on the carrier substrate and it becomes a Binding process carried out by means of which the filling material is attached is bound to the carrier substrate. In a final step the pattern substrate is filled with the filler and the Carrier substrate removed so that the filler on the Carrier substrate remains bound.
Durch die Erfindung wird es möglich, auf das Trägersubstrat und/oder auf einen Teil der zu strukturierenden Schicht, eine strukturierte Schicht auf ein Trägersubstrat aufzubringen, ohne Druck ausüben zu müssen. The invention makes it possible to on the carrier substrate and / or on a part of the layer to be structured, a apply structured layer on a carrier substrate, without having to apply pressure.
Auf diese Weise werden die Nachteile der bekannten Nanoimprint-Lithographie vermieden, da keine Störstellen aufgrund von Abflussdefekten, beispielsweise Verstopfungen etc. in den Kanälen des eingepressten Mustersubstrats auftreten.In this way, the disadvantages of the known Nanoimprint lithography avoided because there are no defects due to drainage defects, such as blockages etc. in the channels of the pressed-in pattern substrate occur.
Anschaulich bedeutet dies, dass keine Störstellen in der strukturierten Schicht aufgrund von Verdrängungsdefekten von verdrängtem Material der zu strukturierenden Schicht auftreten.This clearly means that there are no defects in the structured layer due to displacement defects of displaced material of the layer to be structured occur.
Die Vorgehensweise ist ferner sehr einfach und somit kostengünstig und mit sehr hoher Genauigkeit durchführbar.The procedure is also very simple and therefore inexpensive and with very high accuracy.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention result from the dependent claims.
Zur Verbesserung der Bindung zwischen dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat oder einer im Weiteren beschriebenen auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Bindungsschicht kann das Mustersubstrat auf das Trägersubstrat gedrückt werden, wobei jedoch zu bemerken ist, das keine Struktur, die durch das Mustersubstrat vorgegeben ist, in das Trägersubstrat oder in die Bindungsschicht geprägt wird, sondern der Druck lediglich dazu dient, die Bindung zwischen dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat bzw. der Bindungsschicht zu verbessern.To improve the bond between the filler and the carrier substrate or one described below the bonding layer applied to the carrier substrate can do this Pattern substrate are pressed onto the carrier substrate, wherein however, it should be noted that there is no structure created by the Pattern substrate is specified in the carrier substrate or in the bond layer is shaped, but only the pressure serves the bond between the filler and the To improve carrier substrate or the binding layer.
Somit reicht schon ein gegenüber der bekannten Nanoimprint- Lithographie erheblich, verringerter Druck aus, um schon eine sehr gute Bindungswirkung zu erreichen.Thus, one is enough compared to the well-known nanoimprint Lithography significantly, reduced print to just one to achieve a very good binding effect.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, das Füllmaterial und/oder das Trägersubstrat bzw. die im Weiteren beschriebene Bindungsschicht derart zu erwärmen, dass das jeweilige Material zumindest teilweise in einen flüssigen Zustand gebracht wird und somit die freien Moleküle des flüssigen Materials einer verbesserten Bindung unterliegen.According to a further embodiment of the invention, it is provided the filling material and / or the carrier substrate or the binding layer described in the following heat that the respective material at least partially in brought a liquid state and thus the free Molecules of the liquid material of an improved bond subject.
Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird die Effizienz des Verfahrens weiter erhöht.This embodiment of the invention increases efficiency the procedure further increased.
Weiterhin kann das Mustersubstrat aus einem Material hergestellt sein, welches einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Füllmaterial und/oder als das Trägersubstratmaterial oder als das für die Bindungsschicht verwendete Material.Furthermore, the pattern substrate can be made of one material be produced, which has a higher melting point as the filler material and / or as the carrier substrate material or as the material used for the bonding layer.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Füllmaterial mit dem Trägersubstrat in Kontakt gebracht und mittels des Bindungsprozesses wird das Füllmaterial unmittelbar mit dem Trägersubstrat in Bindung gebracht.According to one embodiment of the invention, the filling material brought into contact with the carrier substrate and by means of the Binding process is the filler material directly with the Carrier substrate bonded.
Anders ausgedrückt kann das Füllmaterial unmittelbar mit dem Material des Trägersubstrats reagieren und binden.In other words, the filling material can be used directly with the The material of the carrier substrate reacts and binds.
Die Bindung kann beispielsweise
The binding can for example
- - mittels kovalenter Bindung,- by means of covalent bonding,
- - mittels von der Waalscher Kräfte oder- by means of the Waal forces or
- - mittels Ionenbindung,- by means of ion binding,
erfolgen.respectively.
Die oben angegebenen Bindungsmöglichkeiten können auch jeweils nebeneinander auftreten.The binding options given above can also occur side by side.
Weiterhin kann gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auf das Trägersubstrat eine Bindungsschicht aufgebracht werden und das Füllmaterial mit der Bindungsschicht in Kontakt gebracht werden. Mittels des Bindungsprozesses wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung das Füllmaterial mit der Bindungsschicht in Bindung gebracht. According to an alternative embodiment, the Invention on the carrier substrate a bonding layer be applied and the filling material with the Binding layer are brought into contact. By means of the According to this embodiment, the binding process is the Invention the filler with the bond layer in bond brought.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, für die Bindungsschicht dasselbe Material zu verwenden wie für das Füllmaterial.According to this embodiment of the invention, it can be provided be the same material for the bond layer as for the filler.
Auf diese Weise wird es anschaulich möglich, auf das Trägersubstrat einen ersten Teil der zu strukturierenden Schicht aufzubringen und in die Struktur des Mustersubstrats einen zweiten Teil einzubringen und anschaulich durch Erwärmung die zu strukturierende Schicht auf dem Trägersubstrat zu bilden, indem die beiden Teilschichten aus dem gleichen Material miteinander in physischen Kontakt und in Bindung gebracht werden.In this way, it becomes vividly possible on the Carrier substrate a first part of the to be structured Apply layer and into the structure of the pattern substrate to introduce a second part and clearly Heating the layer to be structured on the Form carrier substrate by the two sub-layers the same material in physical contact and to be bound.
Das Mustersubstrat kann aus Silizium mit oder ohne einer oxidierten Oberfläche hergestellt sein.The pattern substrate can be made of silicon with or without one oxidized surface.
Ferner kann mittels eines chemischen Vorverarbeitungsschrittes auf die strukturierte Oberfläche des Mustersubstrats eine Mustersubstrat-Freigabeschicht aufgebracht werden, wobei das Material der Mustersubstrat- Freigabeschicht derart gewählt ist, dass die Bindung zwischen der Mustersubstrat-Freigabeschicht und dem Füllmaterial geringer ist als der Bindungsgrad zwischen dem Füllmaterial und der Bindungsschicht bzw. zwischen dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat.Furthermore, by means of a chemical Preprocessing step on the structured surface of the pattern substrate is a pattern substrate release layer are applied, the material of the sample substrate Release layer is chosen such that the bond between the pattern substrate release layer and the filler is less than the degree of binding between the filling material and the binding layer or between the filling material and the carrier substrate.
Dadurch wird das Entfernen des Mustersubstrats von dem Füllmaterial erleichtert und somit die Generierung von Defekten in der strukturierten Schicht weiter reduziert. In diesem Fall wird das Füllmaterial auf die Mustersubstrat- Freigabeschicht aufgebracht.This will remove the pattern substrate from the Filling material facilitates and thus the generation of Defects in the structured layer are further reduced. In In this case, the filler material is placed on the sample substrate. Release layer applied.
Die Mustersubstrat-Freigabeschicht wird vorzugsweise als monomolekulare Schicht auf die strukturierte Oberfläche des Mustersubstrats aufgebracht. The pattern substrate release layer is preferably as monomolecular layer on the structured surface of the Sample substrate applied.
Die Mustersubstrat-Freigabeschicht kann aus einem der
folgenden Materialien hergestellt sein:
The pattern substrate release layer can be made from one of the following materials:
- - Propyltrichlorsilan,- propyltrichlorosilane,
- - einem Material der Klasse n-decyltrichlorsilan, insbesondere- a material of the class n-decyltrichlorosilane, in particular
- - Dodecyltrichlorsilan.- dodecyltrichlorosilane.
Das Füllmaterial kann grundsätzlich mittels eines beliebigen Verfahrens in die Struktur des Mustersubstrats eingebracht, beispielsweise eingefüllt, werden, beispielsweise mittels eines Verdampfungsverfahrens oder eines Sputter-Verfahrens. Als Füllmaterial kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Harz, vorzugsweise Polymethylmetacrylat (PMMA) oder Polymethylmetacrylat MA (PMMA MA), verwendet werden.The filling material can in principle by any Process introduced into the structure of the pattern substrate, for example, are filled in, for example by means of an evaporation process or a sputtering process. According to one embodiment of the invention, the filling material can be a resin, preferably polymethyl methacrylate (PMMA) or Polymethyl methacrylate MA (PMMA MA) can be used.
PMMA eignet sich aufgrund seiner Materialeigenschaften für den Einsatz in dem Verfahren sehr gut und ist zudem sehr kostengünstig erhältlich.Due to its material properties, PMMA is suitable for use in the process is very good and is also very good available inexpensively.
Das Harz kann mittels eines Rotationsbeschichtungsverfahrens (Spin coating) in die Struktur des Mustersubstrats gefüllt werden.The resin can be spin coated (Spin coating) filled in the structure of the sample substrate become.
Alternativ dazu kann als Füllmaterial ein Metall verwendet
werden, beispielsweise
Alternatively, a metal can be used as filler material, for example
- - Gold,- Gold,
- - Silber,- Silver,
- - Kupfer,- copper,
- - Nickel,- Nickel,
- - Titan,- Titan,
- - Kobalt,- Cobalt,
- - Chrom,- Chrome,
- - Mangan,- manganese,
- - Eisen,- iron,
- - Platin,- platinum,
- - Palladium, oder - palladium, or
- - eine Legierung aus mindestens einem der vorgenannten Metalle.- An alloy of at least one of the aforementioned Metals.
Das Metall kann mittels Electroplating in die Struktur des Mustersubstrats gefüllt werden.The metal can be electroplated into the structure of the Sample substrates are filled.
Weiterhin kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung ein dielektrisches Material verwendet werden,
beispielsweise
Furthermore, according to another embodiment of the invention, a dielectric material can be used, for example
- - Siliziumdioxid,- silicon dioxide,
- - Siliziumnitrid,- silicon nitride,
- - Titanoxid, oder- titanium oxide, or
- - ein Polymer mit einer oxidierten Oberfläche.- a polymer with an oxidized surface.
Ferner kann das Mustersubstrat aus Silizium hergestellt sein. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die freiliegende Oberfläche des in die Struktur des Mustersubstrats gefüllten Füllmaterials vor dem Bindungsprozess zu polieren, wodurch eine weitere Verbesserung der Bindungseigenschaften zwischen dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat bzw. der Bindungsschicht erreicht wird.Furthermore, the pattern substrate can be made of silicon. According to another development of the invention, it is provided the exposed surface of the in the structure of the sample substrate filled before the Binding process to polish, creating another Improve the binding properties between the Filling material and the carrier substrate or the binding layer is achieved.
Zum Polieren kann beispielsweise ein chemisch-mechanisches Polierverfahren (CMP-Verfahren) eingesetzt werden.For example, a chemical-mechanical one can be used for polishing Polishing process (CMP process) can be used.
Die strukturierte Schicht und somit das Füllmaterial kann eine Mehrzahl von aufeinandergebrachter Schichten aufweisen, die in die Struktur des Mustersubstrats vorzugsweise in aufeinanderfolgenden Prozessschritten eingebracht werden.The structured layer and thus the filling material can have a plurality of layers placed one on top of the other, which in the structure of the pattern substrate preferably in successive process steps are introduced.
Auf das Trägersubstrat kann eine, vorzugsweise molekulare, Klebeschicht aufgebracht, um die Haftung des Trägersubstrats mit dem Füllmaterial zu erhöhen. A, preferably molecular, Adhesive layer applied to the adhesion of the carrier substrate with the fill material to increase.
Alternativ kann die Oberfläche des Trägersubstrats derart chemisch behandelt werden, dass die Haftung des Trägersubstrats mit dem Füllmaterial erhöht wird.Alternatively, the surface of the carrier substrate can be such be chemically treated that the liability of the Carrier substrate with the filling material is increased.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Herstellen
The invention is particularly suitable for manufacturing
- - eines Festplattenspeichers mit magnetischen Nanopunkten,- a hard disk storage with magnetic nanopoints,
- - eines photonischen Kristalls,- a photonic crystal,
- - einer integrierten Schaltung als Ersatz eines aufwendigen Lithographieverfahrens,- An integrated circuit as a replacement for one complex lithography process,
- - eines Mikrosensors, oder- a microsensor, or
- - einer Mikromaschine.- a micromachine.
Das Verfahren kann ebenfalls allgemein eingesetzt werden zur Herstellung von Mikrostrukturen und Nanostrukturen mit Anwendungen in allen Bereichen der Mikroelektronik, in den Bereichen der Datenspeicherung, optischer Elemente, in dem Bereich der Optoelektronik, den Biosensoren und den Mikromaschinen.The method can also be used generally for Manufacture of microstructures and nanostructures with Applications in all areas of microelectronics, in the Areas of data storage, optical elements in which Area of optoelectronics, biosensors and Micromachines.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are in the figures are shown and are explained in more detail below.
Es zeigenShow it
Fig. 1a bis 1d den Herstellungsprozess zum Herstellen eines Trägersubstrats mit einer strukturierten Schicht in seinen einzelnen Verfahrensschritten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 1a to 1d, the manufacturing process for producing a carrier substrate with a patterned layer in its individual process steps according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2a bis 2d den Herstellungsprozess zum Herstellen eines Trägersubstrats mit einer strukturierten Schicht in seinen einzelnen Verfahrensschritten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figures 2a to 2d the manufacturing process for producing a carrier substrate with a patterned layer in its individual process steps according to a second embodiment of the invention.
Fig. 1a zeigt ein Trägersubstrat 101 aus Silizium sowie ein Mustersubstrat 102 aus Silizium. FIG. 1 a shows a carrier substrate 101 made of silicon and a pattern substrate 102 made of silicon.
Das Mustersubstrat 102 aus Silizium wird mittels Elektronenstrahl-Lithographie derart strukturiert, dass es eine inverse Struktur mit entsprechend invers ausgestalteten Vertiefungen 103 aufweist, verglichen mit der zu bildenden Struktur in der aufzubringenden strukturierten Schicht.The pattern substrate 102 made of silicon is structured by means of electron beam lithography in such a way that it has an inverse structure with correspondingly inversely shaped depressions 103 , compared to the structure to be formed in the structured layer to be applied.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass Täler in der aufzubringenden zu strukturierenden Schicht Erhöhungen in dem Mustersubstrat 102 entsprechen.In other words, valleys in the layer to be structured to be applied correspond to elevations in the pattern substrate 102 .
Das Mustersubstrat 102 wird somit mittels Elektronenstrahl- Lithographie gebildet.The pattern substrate 102 is thus formed by means of electron beam lithography.
Die Oberfläche 104 des Mustersubstrats 102 wird in zwei Vorverarbeitungsschritten oxidiert und mit einer monomolekularen Schicht 105 aus beispielsweise Dodecyltrichlorsilan, als Mustersubstrat-Freigabeschicht beschichtet.The surface 104 of the pattern substrate 102 is oxidized in two preprocessing steps and coated with a monomolecular layer 105 made of, for example, dodecyltrichlorosilane, as the pattern substrate release layer.
Die Mustersubstrat-Freigabeschicht wird derart gewählt, dass das Material mit dem Füllmaterial, das heißt dem Material der zweiten Teilschicht 107 eine schwächere Bindung aufweist als die zweite Teilschicht 107 mit der ersten Teilschicht 106, nachdem die Bindung zwischen den Teilschichten 106, 107 erfolgt ist.The pattern substrate release layer is selected such that the material with the filler, ie the material of the second sub-layer 107, has a weaker bond than the second sub-layer 107 with the first sub-layer 106 after the bond between the sub-layers 106 , 107 has taken place.
Die Mustersubstrat-Freigabeschicht aus Dodecyltrichlorsilan wird aufgebracht, indem eine einprozentige Lösung des Dodecyltrichlorsilans in Tuloen auf die oxidierte und mit OH terminierte Mustersubstrat-Freigabeschicht aufgebracht wird.The sample substrate release layer made of dodecyltrichlorosilane is applied by a one percent solution of the Dodecyltrichlorosilane in Tuloen on the oxidized and with OH terminated pattern substrate release layer is applied.
Wie in Fig. 1b dargestellt ist, wird auf das Trägersubstrat 101 eine erste Teilschicht 106 aus Polymethylmetacrylat (PMMA) mittels eines Rotations-Beschichtungsverfahrens aufgebracht.As shown in FIG. 1b, a first partial layer 106 made of polymethyl methacrylate (PMMA) is applied to the carrier substrate 101 by means of a rotary coating process.
Als Füllmaterial kann alternativ ferner Polyethylmetacrylat (PEMA) oder Polyisobutylmetacrylat (PiBMA) verwendet werden.Alternatively, polyethylene methacrylate can also be used as filler material (PEMA) or polyisobutyl methacrylate (PiBMA) can be used.
Zwischen das Trägersubstrat 101 und das Trägersubstrat kann optional eine Klebe-Haftschicht 109 vorgesehen sein.An adhesive adhesive layer 109 can optionally be provided between the carrier substrate 101 and the carrier substrate.
Alternativ kann, ebenfalls optional, das Trägersubstrat 101 chemisch derart behandelt werden, dass die Haftung zwischen dem Füllmaterial und dem Trägersubstrat 101 erhöht wird.Alternatively, likewise optionally, the carrier substrate 101 can be chemically treated in such a way that the adhesion between the filling material and the carrier substrate 101 is increased.
Auf die strukturierte Seite des Mustersubstrats 102, das heißt auf die Schicht aus Dodecyltrichlorsilan 105 wird ebenfalls eine zweite Teilschicht, ebenfalls aus PMMA 107 aufgebracht derart, dass zumindest ein Teil der zweiten Teilschicht über die Struktur des Mustersubstrats 102 heraussteht.A second partial layer, also made of PMMA 107 , is likewise applied to the structured side of the pattern substrate 102 , that is to say to the layer made of dodecyltrichlorosilane 105 , in such a way that at least part of the second partial layer projects beyond the structure of the pattern substrate 102 .
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird PMMA 950 K als zwei- bis dreiprozentige Lösung in Chlorbenzen verwendet.According to this embodiment, PMMA 950 K is used as a two to three percent solution in chlorobenzene.
Das Aufbringen erfolgt derart, dass die Lösung auf einer heißen Platte vorzugsweise mehrfach hintereinander gebacken wird und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in mehrfachen einzelnen Teilschichten aufeinander aufgebracht wird, so dass die zweite Teilschicht 107 gebildet wird.The application takes place in such a way that the solution is preferably baked several times in succession on a hot plate and, according to one exemplary embodiment of the invention, is applied to one another in multiple individual partial layers, so that the second partial layer 107 is formed.
Zum Aufbringen wird ebenfalls ein Rotations- Beschichtungsverfahren eingesetzt.A rotary Coating process used.
In einem weiteren Schritt (vgl. Fig. 1c) werden das Trägersubstrat 101 sowie das Mustersubstrat 102 aufeinander gelegt derart, dass die freiliegende Oberfläche 108 der ersten Teilschicht 106 und die freiliegende Oberfläche 109 der zweiten Teilschicht 107 aufeinander zu liegen kommen und somit miteinander in physikalischen Kontakt gebracht werden. In a further step (cf. FIG. 1c), the carrier substrate 101 and the pattern substrate 102 are placed on top of one another in such a way that the exposed surface 108 of the first sub-layer 106 and the exposed surface 109 of the second sub-layer 107 come to lie on one another and thus physically with one another Be brought in contact.
In einem weiteren Schritt wird das sich ergebende System nun erhitzt, so dass die zweite Teilschicht 107 aus dem Füllmaterial sowie die erste Teilschicht 106 flüssig werden und miteinander chemisch gebunden werden.In a further step, the resulting system is now heated so that the second sub-layer 107 made of the filler material and the first sub-layer 106 become liquid and are chemically bonded to one another.
Die Teilschichten 106, 107 werden bis auf eine Temperatur
oberhalb ihrer Glas-Übergangstemperatur erhitzt, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel auf eine Temperatur T von
T = Glastemperatur Tg + 70°C ± einer Toleranz von ungefähr
20°C.The partial layers 106 , 107 are heated up to a temperature above their glass transition temperature, according to this exemplary embodiment to a temperature T of
T = glass temperature Tg + 70 ° C ± a tolerance of approximately 20 ° C.
Die übliche Glasübergangstemperatur Tg für PMMA liegt in einem Bereich zwischen 100°C und 130°C.The usual glass transition temperature Tg for PMMA is in a range between 100 ° C and 130 ° C.
Zur Verbesserung der physikalischen Verbindung wird ein Druck in einem Bereich von 50 bar bis 100 bar auf das Mustersubstrat 102 in Richtung des Trägersubstrats 101 ausgeübt.To improve the physical connection, a pressure in a range from 50 bar to 100 bar is exerted on the sample substrate 102 in the direction of the carrier substrate 101 .
In diesem Zusammenhang ist vorteilhafterweise zu gewährleisten, dass die Druckkraft auf das Mustersubstrat 102 in gerader Richtung senkrecht auf die Oberfläche des Trägersubstrats 101 bzw. der ersten Teilschicht 106 gerichtet ist und gleichmäßig über auf das gesamte Mustersubstrat 102 ausgeübt wird.In this connection, it is advantageously to be ensured that the compressive force on the pattern substrate 102 is directed in a straight direction perpendicularly to the surface of the carrier substrate 101 or the first partial layer 106 and is exerted uniformly over the entire pattern substrate 102 .
Dies kann beispielsweise durch Einsatz größerer Platten, die entsprechend dem Mustersubstrat 102 ausgestaltet sind, erfolgen.This can be done, for example, by using larger plates which are designed in accordance with the pattern substrate 102 .
Das in Fig. 1c dargestellte Gesamtelement wird für eine Zeitdauer von 10 min bis 30 min auf die oben dargestellte Temperatur erwärmt, um eine möglichst homogene und vollständige Bindung zwischen den Molekülen an der Oberfläche 108 der ersten Teilschicht 106 und der Oberfläche 109 der zweiten Teilschicht 107 zu gewährleisten.The total element shown in FIG. 1c is heated to the temperature shown above for a period of 10 minutes to 30 minutes in order to achieve a homogeneous and complete bond between the molecules on the surface 108 of the first partial layer 106 and the surface 109 of the second partial layer 107 to ensure.
Es wurde festgestellt, dass durch schrittweises Erhöhen des ausgeübten Drucks auf das Mustersubstrat 102 um jeweils 10 bar bis 20 bar bis zu dem endgültigen Druck von 100 bar bis 150 bar mit jeweils einer Erhöhung von 10 bar pro Minute zu einer sehr gleichmäßigen Strukturierung entlang der gesamten Oberfläche in dem Mustersubstrat 102 und somit in der zweiten Teilschicht 107 führt.It was found that by gradually increasing the pressure exerted on the sample substrate 102 by 10 bar to 20 bar each to the final pressure of 100 bar to 150 bar with an increase of 10 bar per minute to a very even pattern along the entire Surface leads in the pattern substrate 102 and thus in the second sub-layer 107 .
Diese Voraussetzungen werden beispielsweise vorteilhaft dadurch gewährleistet, dass die Oberfläche sowohl des Trägersubstrats als auch des Mustersubstrats 102 möglichst gleichmäßig und eben ausgestaltet wird und ebenso die freiliegenden Oberflächen 108, 109 der beiden Teilschichten 106, 107.These prerequisites are advantageously ensured, for example, by designing the surface of both the carrier substrate and the pattern substrate 102 as evenly and evenly as possible, and likewise the exposed surfaces 108 , 109 of the two sub-layers 106 , 107 .
In einem weiteren Schritt wird das System wieder abgekühlt, so dass die beiden Teilschichten 106, 107 wieder in festen Zustand übergehen.In a further step, the system is cooled again, so that the two sub-layers 106 , 107 revert to the solid state.
In einem letzten Schritt (vgl. Fig. 1d) wird das Mustersubstrat 102 von dem Trägersubstrat 101 entfernt und die zweite Teilschicht 107 mit der entsprechenden gewünschten Strukturierung verbleibt aufgrund der höheren Bindungskraft zwischen den beiden Teilschichten 106, 107 verglichen mit den Bindungskräften zwischen der zweiten Teilschicht 107 und der Oberfläche der Muster-Bindungsschicht 105 auf dem Trägersubstrat 101 und bildet somit die gewünschte strukturierte Schicht 108 gemeinsam mit der ersten Teilschicht 106.In a final step (see. Fig. 1d), the patterned substrate 102 is removed from the support substrate 101 and the second sub-layer 107 with the corresponding desired pattern remains because of the higher bonding force between the two partial layers 106, 107 compared with the bonding forces between the second partial layer 107 and the surface of the pattern binding layer 105 on the carrier substrate 101 and thus forms the desired structured layer 108 together with the first partial layer 106 .
Alternativ kann das Mustersubstrat 102 auch mittels üblicher optischer Lithographieverfahren und sogenannter Lift-off- Technologie hergestellt werden. Alternatively, the pattern substrate 102 can also be produced by means of conventional optical lithography processes and so-called lift-off technology.
Das zweite Ausführungsbeispiel ähnelt in seinen Verfahrensschritten dem Verfahren gemäß dem ersten Verfahrensbeispiel sehr, weshalb gleiche Elemente in den Fig. 2a bis Fig. 2d mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie die Elemente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.The second embodiment is similar in its method steps of the method according to the first process example, very, and therefore, like elements in FIGS. 2a through Fig. 2d are provided with the same reference numerals as the elements according to the first embodiment.
Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nur eine Schicht 107 aus PMMA oder PMMA MA als Füllmaterial in das Mustersubstrat 102 auf die oben beschriebene Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingebracht.In contrast to the method according to the first exemplary embodiment, according to the second exemplary embodiment only a layer 107 of PMMA or PMMA MA is introduced as filler material into the pattern substrate 102 in the manner described above according to the first exemplary embodiment.
Auf dem Trägersubstrat 101 wird keine Teilschicht aus dem Füllmaterial, das heißt aus PMMA aufgebracht, sondern eine Klebe-Haftschicht 201, die lediglich zum Befestigen, das heißt Ankleben der Schicht aus PMMA 107 auf dem Trägersubstrat 101 dient.No partial layer made of the filling material, that is to say made of PMMA, is applied to the carrier substrate 101 , but rather an adhesive adhesive layer 201 which is used only for fastening, that is to say gluing, the layer of PMMA 107 to the carrier substrate 101 .
Die Klebe-Haftschicht 201 weist vorzugsweise folgende
Materialien auf:
The adhesive adhesive layer 201 preferably has the following materials:
- - ein härtbares Zwei-Komponenten-System aus Polydimethylsiloxan (PDMS), oder- a hardenable two-component system Polydimethylsiloxane (PDMS), or
- - ein auf einem Epoxid basierenden Klebstoff.- an epoxy based adhesive.
Die weiteren Verfahrensschritte sind im Wesentlichen identisch zu dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und werden aus diesem Grunde hier nicht weiter erläutert.The further process steps are essentially identical to the method according to the first Embodiment and for this reason are not here explained further.
Es ist lediglich zu bemerken, dass eine chemische Bindung zwischen der Schicht aus PMMA 107 und der Klebe-Haftschicht 201 erfolgt und nicht zwischen zwei Teilschichten 106, 107 aus dem gleichen Material wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.It should only be noted that there is a chemical bond between the layer made of PMMA 107 and the adhesive adhesive layer 201 and not between two partial layers 106 , 107 made of the same material as in the first exemplary embodiment.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, anstelle eines thermoplastischen Polymers wie beispielsweise PMMA ein thermisch härtbares Polymer, beispielsweise PDMS, vorzugsweise Prepolymer von PDMS in flüssigem Zustand in die Struktur des Mustersubstrats einzufüllen und danach zu härten oder zu polymerisieren, diese mit einer Klebe-Haftschicht in Kontakt zu bringen, welche auf dem Trägersubstrat aufgebracht ist, und anschließend das PDMS auszuhärten.According to a third embodiment of the invention it is provided instead of a thermoplastic polymer such as for example PMMA a thermally curable polymer, for example PDMS, preferably prepolymer from PDMS in liquid state in the structure of the pattern substrate fill and then harden or polymerize, to bring them into contact with an adhesive adhesive layer, which is applied to the carrier substrate, and then harden the PDMS.
Bei dem Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird eine dünne Schicht aus PDMS auf dem Mustersubstrat gebildet. Anschließend wird das Prepolymer gehärtet und schließlich mittels einer Klebe-Haftschicht, beispielsweise einer epoxid basierten Klebe-Haftschicht, mit dem Substrat verbunden. In the method according to the third embodiment a thin layer of PDMS is formed on the pattern substrate. Then the prepolymer is cured and finally by means of an adhesive adhesive layer, for example an epoxy based adhesive layer, bonded to the substrate.
101101
Trägersubstrat
carrier substrate
102102
Mustersubstrat
patterned substrate
103103
Vertiefung
deepening
104104
Oberfläche strukturiertes Mustersubstrat
Surface structured pattern substrate
105105
Mustersubstrat-Freigabeschicht
Patterned substrate release layer
106106
Erste Teilschicht
First sub-layer
107107
Zweite Teilschicht
Second sub-layer
108108
Freiliegende Oberfläche erste Teilschicht
Exposed surface of the first sub-layer
109109
Freiliegende Oberfläche zweite Teilschicht
Exposed surface of the second sub-layer
201201
Klebeschicht
adhesive layer
Claims (29)
bei dem ein strukturiertes Mustersubstrat, welches entsprechend der strukturierten Schicht strukturiert ist, mit einem Füllmaterial gefüllt wird,
bei dem das Mustersubstrat auf das Trägersubstrat gelegt wird,
bei dem ein Bindungsprozess durchgeführt wird, mittels dem das Füllmaterial an dem Trägersubstrat gebunden wird,
bei dem das Mustersubstrat entfernt wird derart, dass das Füllmaterial an dem Trägersubstrat gebunden bleibt, wodurch die strukturierte Schicht auf dem Trägersubstrat gebildet wird.1. Method for applying a structured layer on a carrier substrate,
in which a structured pattern substrate, which is structured in accordance with the structured layer, is filled with a filling material,
in which the pattern substrate is placed on the carrier substrate,
in which a binding process is carried out by means of which the filler material is bound to the carrier substrate,
in which the pattern substrate is removed in such a way that the filler material remains bound to the carrier substrate, as a result of which the structured layer is formed on the carrier substrate.
bei dem das Füllmaterial mit dem Trägersubstrat in Kontakt gebracht wird, und
bei dem mittels des Bindungsprozesses das Füllmaterial unmittelbar mit dem Trägersubstrat in Bindung gebracht wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
in which the filling material is brought into contact with the carrier substrate, and
in which the filling material is directly bonded to the carrier substrate by means of the binding process.
bei dem auf das Trägersubstrat eine Bindungsschicht aufgebracht wird, und
bei dem das Füllmaterial mit der Bindungsschicht in Kontakt gebracht wird, und
bei dem mittels des Bindungsprozesses das Füllmaterial mit der Bindungsschicht in Bindung gebracht wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4,
in which a binding layer is applied to the carrier substrate, and
in which the filling material is brought into contact with the binding layer, and
in which the filling material is bonded to the binding layer by means of the binding process.
kovalenter Bindungen, und/oder
von der Waalscher Kräfte, und/oder
Ionenbindungen.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the bond between the filler and the carrier substrate or between the filler and the binding layer is carried out by means of
covalent bonds, and / or
von der Waalscher forces, and / or
Ionic bonds.
bei dem auf die strukturierte Oberfläche des Mustersubstrats eine Mustersubstrat-Freigabeschicht aufgebracht wird, und
bei dem das Füllmaterial auf die Mustersubstrat- Freigabeschicht aufgebracht wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
in which a pattern substrate release layer is applied to the structured surface of the pattern substrate, and
in which the filler material is applied to the pattern substrate release layer.
- - Propyltrichlorsilan,
- - einem Material der Klasse n-decyltrichlorsilan, insbesondere
- - Dodecyltrichlorsilan.
- Propyltrichlorosilane,
- - a material of the class n-decyltrichlorosilane, in particular
- - dodecyltrichlorosilane.
- - Gold,
- - Silber,
- - Kupfer,
- - Nickel,
- - Titan,
- - Kobalt,
- - Chrom,
- - Mangan,
- - Eisen,
- - Platin,
- - Palladium, oder
- - eine Legierung aus mindestens einem der vorgenannten Metalle.
- - Gold,
- - silver,
- - copper,
- - nickel,
- - titanium,
- - cobalt,
- - chrome,
- - manganese,
- - iron,
- - platinum,
- - palladium, or
- - An alloy of at least one of the aforementioned metals.
- - Siliziumdioxid,
- - Siliziumnitrid,
- - Titanoxid, oder
- - ein Polymer mit einer oxidierten Oberfläche.
- - silicon dioxide,
- - silicon nitride,
- - titanium oxide, or
- - a polymer with an oxidized surface.
- - einem Festplattenspeicher mit magnetischen Nanopunkten,
- - einem photonischen Kristall,
- - einer integrierten Schaltung,
- - einem Mikrosensor, oder
- - einer Mikromaschine.
- - a hard disk storage with magnetic nanopoints,
- - a photonic crystal,
- - an integrated circuit,
- - a microsensor, or
- - a micromachine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001104258 DE10104258A1 (en) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | Applying structured layer to support substrate involves filling structured pattern substrate with filler, placing pattern on support, binding filler to support, and removing pattern so that filler remains bonded to support |
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- 2001-01-31 DE DE2001104258 patent/DE10104258A1/en not_active Ceased
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