3D nanoimprint template generation and defect engineering by focused ion beam direct write technologies

Abstract

Nanoimprintlithographie (NIL) ist ein kostengünstiges Verfahren, welches die Replikation der dreidimensionalen Oberflächenstruktur von Abdruckformen erlaubt. Die dabei erreichte hohe Auflösung und geringen Stückkosten machen NIL es für ein breites Spektrum von Anwendungen attraktiv. Basis für alle Anwendungen ist hierbei die Verfügbarkeit von Abdruckformen mit ausreichend fein aufgelösten Strukturen.<br />Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren, welche die Erzeugung und Reparatur von Abdruckformen mit dreidimensional definierbarer Struktur ermöglichen. Dieses Ziel wird unter Einsatz von Ionenstahllithographie verfolgt. Zur Strukturerzeugung werde folgende Techniken untersucht und weiterentwickelt: (i) Mehrstufenstrukturierung mittels Ionenstrahldirektstrukturierung von Hartmasken und (ii) Graustufenstrukturierung mittel Galliumimplantation und reaktivem Ionenätzen. Die Reparatur der Abdruckformen wird mittels eines neuartigen, simulationsgestützten Verfahrens realisiert. Eine Störung der Replikation durch bei der Reparatur auftretende optische Transparenzverluste der Abdruckformen wurde hierbei als Problem identifiziert und Lösungen erarbeitet. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeit kann geschlossen werden, dass sich Ionenstrahllithothographie für alle Strukturierungsaufgaben welche während der Verwendungszeit von NIL Abdrucksformen auftreten eignet.<br />

Nanoimprint lithography (NIL) is a simple and low-cost patterning process which replicates the three dimensional (3D) surface topography of a template with a resolution down to the molecular level enabling a broad range of novel applications. The foundation enabling all those application is the availability of NIL templates with sufficient resolution.<br />Leveraging 3D NIL template manufacturing and repair with sufficient resolution is the aim of this work. This goal is accomplished by using vaious ion beam lithography (IBL) techniques. For template generation these techniques include: (i) multilevel patterning by direct patterning of hard masks (DPHM) and (ii) grayscale lithography using Ga implantation and reactive ion etching (RIE). Defect repair is performed using a simualtion based approach demonstrating for the first time successful NIL template repair using inverse modeling was demonstrated. Reduced transparency of IBL repaired patterns was identified as a source for pattern distortion in ultra violet nanoimprint lithography (UV-NIL) processes and viable solutions to this issue were identified. Based on the findings presented in this work it is concluded that IBL is well suited for all patterning needs occurring during the lifetime of 3D NIL templates.