Zone Lithographie Electronique

Personnel

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. 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.
L'utilisation de particules chargées nous oblige à travailler sur des échantillons 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. Afin de réaliser un motif dépassant la taille d'un champ il convient de raccorder les champs entre eux.
Pour ce faire, notre machine est équipée d'un interféromètre laser qui permet de connaître la position de l'échantillon à 2nm près. Cette précision nous permet de calibrer la taille et la position des champs ainsi que la mesure de leur distorsion. Un logiciel calcule la compensation de celle-ci et permet donc : le raccord des champs, 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 :

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


Moyens de fabrication

Masqueur électronique RAITH 150

Autres équipements

Dépôt par pulvérisation :
(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 des caractéristiques du faisceau d'électron (courant, énergie), de la nature de l'échantillon et de la résine utilisée.

Sur notre machine la résolution peut atteindre :
  • 20nm sur une résine organique positive (la partie insolée part à la révélation -     Figure 1)
  • 50nm sur une résine organique négative (seule la partie insolée reste à la révélation -   Figure 2)
  • 6nm sur résine inorganique négative (Figure 3)

La résine utilisée dépend de l’application visée.

Résines organiques positives

  • PMMA : haute résolution, faible résistance à la gravure ICP-RIE
  • ZEP520 : meilleure résistance à la gravure



Figure 1 - réseau de lignes de 22nm de large au pas de 80nm (PMMA - épaisseur 150nm)


Résines organiques négatives

  • SU8 : extrêmement sensible (1µC/cm2 à 30kV) - meilleure résistance à la gravure que le PMMA.
  • maN2403 : meilleure résistance à la gravure que le PMMA.



Figure 3 -vue à 45° d'une ligne isolée de 50nm de large à la base obtenue dans la maN2403 (épaisseur 300nm).


Résine inorganique négative

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 (Figure 3) mais aussi le pas minimum entre deux motifs (Figure 4). Le principal inconvénient étant que la dose nécessaire pour insoler la résine augmente ainsi que le temps d'insolation dans la même proportion.

  • HSQ : XR1541 – épaisseur 40nm

 

Figure 4 - HSQ XR-1541 : ligne isolée de 6nm de large. La rugosité des bords de ligne est due principalement aux perturbations mécaniques transmises au faisceau d’électrons.





Figure 5 - HSQ XR-1541 : réseau de lignes de 20nm au pas de 50nm sans résidus. La rugosité des bords de ligne est due principalement aux perturbations mécaniques transmises au faisceau d’électrons

  • - HSQ : Fox-15 diluée – épaisseur 150nm



Figure 6 – HSQ Fox-15 diluée - Réseau de piliers de 20nm espacés de 150nm (sans résidus)




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