Zone Lithographie Electronique

Principe

La lithographie électronique utilise, sur notre machine, un faisceau d'électrons convergent pour insoler une résine électrosensible déposée sur un échantillon dont on veut structurer la surface.
La trajectoire du faisceau d'électrons suit un dessin réalisé grâce à un logiciel de CAO/DAO. Chaque dessin est réalisé point par point. Le pas entre points définit donc la qualité du bord des motifs. Après révélation, la résine peut servir de masque et intégrer un procédé "classique" de micro ou nanofabrication : gravure sèche ou humide, lift-off….

Type de substrats

Nous travaillons sur tous types de substrats dont la taille varie de 4mm à 150mm. Leur épaisseur ne doit pas dépasser 5mm.
Dû à l'utilisation de particules chargées, les échantillons utilisés doivent être conducteurs ou rendu conducteurs (nous contacter).

Rôle de l'interféromètre laser 

Un masqueur électronique utilise une optique électronique qui ne lui permet pas d'avoir des champs d'insolation très grands sans distorsion. Par ailleurs, afin de réaliser un motif dépassant la taille d'un champ, il convient de raccorder les champs entre eux.
Cette fonction est remplie par un interféromètre laser qui permet de connaître la position de l'échantillon à 2nm près. Il permet : le raccord des champs (calibration de la taille des champs et correction de leur distorsion) mais aussi la mesure des dérives et l'alignement entre plusieurs niveaux.
La précision globale obtenue sur ces opérations est au mieux de 10nm et au plus de 60nm.
La résolution dépendant de la taille des champs nous utilisons des champs de :

- 100x100µm2 pour la réalisation des nanostructures
- 1x1mm2 pour la réalisation des microstructures.

Moyens de fabrication

Masqueur électronique RAITH150


Autres équipements:  Precision Etching Coating System :
Système de pulvérisation ionique (Cr, Ni, Au, SiO2, AuPd, Co, …) pour dépôts de faible épaisseur (<100nm) sur échantillon de taille inférieure à 1".

Savoir Faire

La taille des motifs réalisés dépend de la taille du faisceau d'électron ainsi que de la nature de l'échantillon et de la résine utilisée.

Sur notre machine la résolution peut atteindre 20nmsur une résine positive (la partie insolée part à la révélation - Figure 1) et 50nm sur une résine négative (seule la partie insolée reste à la révélation - Figure 2).

La résine utilisée dépend de ses propriétés et de ce à quoi elle est destinée.

Résines positives

PMMA (haute résolution, faible résistance à la gravure ICP-RIE) et ZEP520 (meilleure résistance à la gravure)

fig. 1 réseau de lignes de 22nm de large au pas de 80nm réalisé dans une résine positive (PMMA - épaisseur 150nm)

Résines négatives
SU8 (extrêmement sensible) et maN2403 toutes deux ayant une bonne résistance à la gravure.

fig. 2  vue à 45° d'une ligne isolée de 50nm de large à la base obtenue dans une résine négative (maN2403 - épaisseur 300nm).

Développements actuels

En passant d'une résine organique à un matériau inorganique (ou hybride) on change le mode d'insolation. Il devient essentiellement lié aux électrons rétrodiffusés qui, par leur répartition, permettent d'améliorer la résolution intrinsèque de la résine mais aussi le pas minimum entre deux motifs. Le principal inconvénient étant que la dose nécessaire pour insoler la résine augmente d'un facteur ~10 ainsi que le temps d'insolation dans la même proportion.
Nous avons choisi d'étudier la résine XR-1541 (HSQ) développé par la société Dow-Corning. Les premiers résultats indiquent une amélioration de la résolution et du pas entre motifs d'un facteur ~3 par rapport à la résine maN2403. Elle sera destinée principalement à la réalisation de masques de gravure pour la fabrication de moules pour la nano-impression ainsi que pour tous les projets nécessitant une grande densité de motifs sur de petites surfaces.