the presented work demonstrates the fabrication process of the master for nano-imprint lithography (NIL) stamp for multi-mode waveguide (MM-WG) with μ-mirror using hybrid-lithography, which includes a 2-photon-polymerization direct laser writing process (2PP-DLW) for μ-mirror surface and UV-photo lithography for MM-WGs. For the definition of the mirror surface at either end of waveguides in the master stamp, the 2PP-DLW process was used. It offers a lower surface roughness (< 0.1 λ) with fewer processing steps, alignment accuracy of ± 1 μm, prints fine and sharp contours, and relatively faster scanning for a specific material, which makes it the foremost technology over the traditional micro-mirror processes such as the dicing process, moving mask lithography, laser ablation, wet etching, and dry etching. For the fabrication of the waveguide core with rectangular cross-sections in the master stamp, UV mask exposure with SU-8 was used. It is a mass-production and low-cost technique. It gives a smooth structure with 90-degree sidewalls compared to other processes like dry etching, wet etching, mosquito method, and E-beam writing. We demonstrated the design and process of a master pattern with a density range from 0.04 to 0.2 to maintain equal pressure over the stamp in the NIL step for an almost uniform residual thickness layer.:Abstract Introduction Design of Experiments Experimental Results and Discussions Conclusion

Der Siliciumauflöseprozess in HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen unterscheidet sich vom Ätzprozess in HF-HNO3-H2O-Standardmischungen in Bezug auf die Reaktivität gegenüber Silicium, erzielte Oberflächenmorpholgien sowie die beim Ätzen entstehenden gelösten und gasförmigen Produkte. Durch die Behandlung in H2SO4-reichen HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen werden auf Siliciumwafern Texturen mit hoher Rauigkeit und geringer Reflexion erzeugt. mc-Si-Solarzellen texturiert durch eine H2SO4-reiche Ätzlösung weisen vergleichend zu Solarzellen mit Standardtexturen höhere Wirkungsgrade auf. In HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen mit hohen Schwefelsäurekonzentrationen (c(H2SO4) > c(H2O)) wirkt sowohl das Salpetersäuremolekül HNO3 als auch das Nitrylion NO2+ als Oxidationsmittel. Trifluorsilan HSiF3 und Hexafluordisiloxan F3SiOSiF3 wurden erstmalig als gasförmige Produkte des sauren nasschemischen Ätzens identifiziert. Anhand von Modellreaktionen zur Reaktivität von Nitrylionen wurde deren Reduktionssequenz im Siliciumätzprozess aufgeklärt.

Ziel ist die räumliche Abbildung biologischer Materialien (Knochen, Kollagenfibrillen und Zähne) hinsichtlich deren Struktur auf der Nanometerskala mit Hilfe der Nanotomographie. Die Nanotomographie ist eine moderne dreidimensionale Volumenabbildungsmethode auf der Nanometerskala basierend auf der Rasterkraftmikroskopie. Für die Nanotomographie wurden Ätzprotokolle an Zähnen, Kollagenfibrillen und Knochen entwickelt, die einen gleichmäßigen Abtrag bewirken. Lineare Verschiebungen der aufgenommenen Schichten werden mit Hilfe der manuellen Registrierung korrigiert und zu einem Volumenbild rekonstruiert. Ein zentrales Ergebnis sind dabei erste hochaufgelöste Volumenbilder einzelner Kollagenfibrillen im nativen Knochen. Neben der konventionellen Nanotomographie wird ein Ansatz zur automatisierten Nanotomographie mit einer Auflösung von 10 nm am Beispiel des menschlichen Knochens und Zahnes demonstriert. Mit Hilfe von mikroskopischen und elektronenmikroskopischen Techniken wurden die verschiedenen Strukturebenen des humanen Zahn und Knochens abgebildet und die räumlichen Strukturen der TM-AFM-Bilder auf der Mikro- und Nanometerskala eingeordnet. Darüber hinaus konnte mit Hilfe analytischer Messmethoden die chemische Zusammensetzung des kortikalen nativen Knochens erfasst werden und Änderungen durch das Ätzen detektiert werden.

Der Siliciumauflöseprozess in HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen unterscheidet sich vom Ätzprozess in HF-HNO3-H2O-Standardmischungen in Bezug auf die Reaktivität gegenüber Silicium, erzielte Oberflächenmorpholgien sowie die beim Ätzen entstehenden gelösten und gasförmigen Produkte. Durch die Behandlung in H2SO4-reichen HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen werden auf Siliciumwafern Texturen mit hoher Rauigkeit und geringer Reflexion erzeugt. mc-Si-Solarzellen texturiert durch eine H2SO4-reiche Ätzlösung weisen vergleichend zu Solarzellen mit Standardtexturen höhere Wirkungsgrade auf. In HF-HNO3-H2SO4/H2O-Lösungen mit hohen Schwefelsäurekonzentrationen (c(H2SO4) > c(H2O)) wirkt sowohl das Salpetersäuremolekül HNO3 als auch das Nitrylion NO2+ als Oxidationsmittel. Trifluorsilan HSiF3 und Hexafluordisiloxan F3SiOSiF3 wurden erstmalig als gasförmige Produkte des sauren nasschemischen Ätzens identifiziert. Anhand von Modellreaktionen zur Reaktivität von Nitrylionen wurde deren Reduktionssequenz im Siliciumätzprozess aufgeklärt.

Es wird eine Alternative zum Ätzen von Siliciumnitrid (SiNx) auf Silicium-Wafern vorgestellt. Herkömmliche Verfahren zum Ätzen von SiNx auf Silicium-Wafern arbeiten mit Flusssäure oder Phosphorsäure. Zu diesen Chemikalien werden alternative organische Komplexbildner zum Ätzen von SiNx vorgestellt, welche im Gegensatz zu den herkömmlichen Substanzen weniger giftig und umweltschädlich sind. Bei den organischen Komplexbildnern handelt es sich um die Stoffgruppen der Hydroxycarbonsäuren und Aminosäuren. Für diese Substanzen wurden die ersten wichtigen Parameter für einen Einsatz in der Halbleiterindustrie untersucht. Dabei handelt es sich um Einflüsse durch die Herstellungsprozesse des SiNx selbst, des pH-Wertes, der chemischen Struktur des organischen Komplexbildners und die Konzentrations- und Temperaturabhängigkeit. Es werden für die Reaktion auch die ersten Reaktionsmechanismen postuliert.:1 Einleitung...................... 1 1.1 NachhaltigkeitinderHalbleiterindustrie................. 2 1.2 Nasschemische Ätzmethoden für Siliciumnitrid (SiNx).......... 5 1.3 ZieledieserForschungsarbeit........................ 9 2 Material und Methoden 11 2.1 Probenkörper ................................ 11 2.2 Ätzversuche ................................. 12 2.3 Charakterisierung.............................. 15 3 Ätzmittel für SiNx 25 3.1 Chemischer Aufbau von organischen Komplexbildnern für Siliciumnitrid.... 25 3.2 UntersuchungderMorphologie....................... 25 3.3 XPS-AnalysederOberfläche........................ 33 3.4 WirksameGruppen............................. 35 4 Methodenentwicklung zur Bestimmung von Ätzraten, Selektivität und Isotropie.... 37 4.1 Ätzrate.................................... 37 4.2 Selektivität................................. 39 4.3 Methoden zur Bestimmung der Schichtdickendifferenz .......... 43 4.4 Fehlerbetrachtung und Zusammenfassung der Methoden........ 46 4.5 Zusammenfassung der Messmethoden................... 51 5 Parameter mit Einfluss auf den Ätzprozess 53 5.1 Einfluss des Herstellungsprozesses..................... 53 5.2 Einfluss des pH-Wertes auf den SiNx-Abbau ................... 55 5.3 Einfluss von Wasser auf die Reaktion ................... 56 5.4 Einfluss der Struktur ............................ 57 5.5 Konzentrations- und Temperaturabhängigkeit der Ätzrate von Ätzmitteln 60 5.6 Untersuchung des kinetischen Verlaufs der Reaktion . . . . . . . . . . . 69 5.7 Untersuchung der Isotropie......................... 72 6 Postulierte Reaktionsmechanismen 77 6.1 Abbau des Stickstoffs aus der SiNx-Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . 77 6.2 Abbau des Si aus der SiNx-Oberfläche................... 78 6.3 Milchsäure als Katalysator zum Abbau von elementarem Si . . . . . . . 80 6.4 NMR-Analyse................................ 82 7 Zusammenfassung und Ausblick 87 7.1 Zusammenfassung.............................. 87 7.2 Ausblick................................... 89 6.5 Ergebniszusammenfassung der postulierten Reaktionsmechanismen . . . 86

Ziel ist die räumliche Abbildung biologischer Materialien (Knochen, Kollagenfibrillen und Zähne) hinsichtlich deren Struktur auf der Nanometerskala mit Hilfe der Nanotomographie. Die Nanotomographie ist eine moderne dreidimensionale Volumenabbildungsmethode auf der Nanometerskala basierend auf der Rasterkraftmikroskopie. Für die Nanotomographie wurden Ätzprotokolle an Zähnen, Kollagenfibrillen und Knochen entwickelt, die einen gleichmäßigen Abtrag bewirken. Lineare Verschiebungen der aufgenommenen Schichten werden mit Hilfe der manuellen Registrierung korrigiert und zu einem Volumenbild rekonstruiert. Ein zentrales Ergebnis sind dabei erste hochaufgelöste Volumenbilder einzelner Kollagenfibrillen im nativen Knochen. Neben der konventionellen Nanotomographie wird ein Ansatz zur automatisierten Nanotomographie mit einer Auflösung von 10 nm am Beispiel des menschlichen Knochens und Zahnes demonstriert. Mit Hilfe von mikroskopischen und elektronenmikroskopischen Techniken wurden die verschiedenen Strukturebenen des humanen Zahn und Knochens abgebildet und die räumlichen Strukturen der TM-AFM-Bilder auf der Mikro- und Nanometerskala eingeordnet. Darüber hinaus konnte mit Hilfe analytischer Messmethoden die chemische Zusammensetzung des kortikalen nativen Knochens erfasst werden und Änderungen durch das Ätzen detektiert werden.