Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6998

Röntgenlithographie, Vernetzungs- und Pyrolyseverhalten des präkeramischen Polymers ABSE

Richard Heldele

Zusammenfassung
Neben dem in der Industrie mittlerweile etablierten Hoch- und Niederdruck-Mikrospritzgießen keramischer Feedstocks existieren nur wenige Verfahren, wie die elektrophoretische Abscheidung, die Potential für die Fertigung keramischer Mikrostrukturen aufweisen. Durch die Nutzung lithographischer Strukturierungsverfahren, die die Grundlage für den Erfolg der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik darstellen, können keramische Mikrostrukturen mit einer geringen Linienbreite und einem hohen Aspektverhältnis im Nutzen hergestellt werden.

Die Strukturierbarkeit des keramischen Vorläuferpolymers ABSE konnte in früheren Arbeiten nachgewiesen werden. Zur Ermittlung der optimalen Lithographieparameter ist die Kenntnis des Vernetzungsverhaltens dieses neuartigen

Negativ-Resists essentiell. Diverse spektroskopische Methoden wurden zur Untersuchung des photochemischen Vernetzungsmechanismus in der vorliegenden Diplomarbeit eingesetzt.

Die starke Schrumpfung des präkeramischen Polymers während der Pyrolyse führt häufig zur Zerstörung der Mikrostrukturen auf Wafern (Al₂O₃, Si). Arteigene Substrate wurden durch verschiedene Gießverfahren hergestellt. Diese Substrate unterliegen der gleichen Schrumpfung während der Pyrolyse und gewährleisten so den Erhalt der Mikrostrukturen. Das Einbringen von Siliziumnitrid in die polymere Matrix ermöglicht die Verringerung des Pyrolyseschrumpfes. Es konnte gezeigt werden, dass die Art der Dispersionsaufbereitung großen Einfluss auf die Prozesseigenschaften hat.

X-ray lithography, crosslinking and pyrolysis behaviour of the preceramic polymer ABSE

Abstract
Low- and high pressure micro ceramic injection molding is the only fabrication method established in the industrial process. There are only a few techniques, besides electrophoretic deposition, that offer the potential for manufacturing ceramic micro parts. The success of microelectronics and microsystem technologies are based on the development of various lithographic methods. These could be used to fabricate high aspect ratio ceramic components with minimal line width.

Former work demonstrated that the preceramic polymer ABSE is structurable through x-ray lithography. Since ABSE is a novel negative resist the knowledge of its crosslinking behaviour for optimization of lithographic parameters is essential. The photochemical crosslinking was investigated in this present diploma thesis by various spectroscopic methods.

Ceramic precursors often show massive shrinkage during pyrolysis. This leads to the destruction of microstructures on wafers (Al₂O₃, Si). Hence, to guarantee dimensional reproducibility, new substrates out of the same material were manufactured through several casting processes. Adding silicon nitride to the polymeric matrix leads to lower shrinkage in the pyrolysis step. It was shown that the way of conditioning the dispersions is of important influence to the process.

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