Analyse préliminaire des résultats CD-SAXS

Ces expériences, faites en collaboration avec le NIST, sont en cours de traitement. Nous présenterons brièvement les principaux résultats. Tout d’abord, le motif de répétition des cylindres est périodique dans les directions x et y. Le signal CD-SAXS sera donc également

périodique selon qxet qy. On obtient donc un réseau bidimensionnel de taches. Des premières

mesures sur le guide seul (étape a) avec SiARC ont été réalisées. Les intensités diffusées aux différents angles φ sont illustrées sur les figures 5.50a-e.

Le temps d’acquisition de chaque image est de 20 secondes pour les angles φ inférieurs à -30° et supérieurs à 30° (-60 < φ < -30 et 30 < φ < 60). Pour les angles compris entre -30° et 30°, des temps d’acquisition de 10 secondes ont été utilisés, le détecteur saturant pour de plus longs comptages. Cette différence de temps d’acquisition en fonction de l’angle laisse apparaître un bruit de fond plus important pour les temps d’acquisition faibles, expliquant la différence de couleur observée sur la figure 5.50g. Le temps total d’acquisition est de 40 minutes (30

minutes de mesure plus 10 minutes supplémentaires dues à la rotation de l’échantillon). Comme dans le cas des lignes dans le chapitre 4, l’objectif est de déterminer le facteur de forme des cylindres du guide. Dans le cas des réseaux de lignes sans rugosité, le facteur de forme ne peut être obtenu qu’à partir d’une coupe unidimensionnelle le long de la ligne de taches. Dans le cas d’un réseau 2D, le problème est plus compliqué. Néanmoins, l’objet

étant un cylindre, son facteur de forme est supposé isotrope et des coupes selon qxet qysont

équivalentes. Nous présentons sur la figure 5.50f une coupe obtenue suivant qxpour qy= 0

nm−1_{(ligne centrale). Cette approche entraîne la perte d’une partie de l’information sur la}

forme réelle des cylindres contenue sur la cartographie.

FIGURE5.50 – a-e) Intensités diffusées par le guide pour des angles d’échantillon, φ de -60, -30,

0, 30 et 60°. f) Coupe 1D pour φ = 0° à qy= 0 nm−1illustrée par le rectangle rouge sur l’image

2D. g) Cartographie 2D du réseau réciproque reconstruite à partir des coupes 1D faites pour chaque angle φ mesuré.

La démarche pour remonter au profil des trous de guidage est similaire à celle des réseaux de lignes. Une cartographie (qx,qz) est obtenue à partir des mesures faites aux différents angles

φ(figure 5.50g). On peut voir de fortes modulations de l’intensité le long des lignes intenses

correspondant aux pics du réseau 2D. Ces modulations proviennent du facteur de forme des cylindres. Les profils des quatre premiers pics de Bragg sont représentés sur la figure 5.51a. Si l’on regarde plus précisément ces quatre profils, on peut se rendre compte que les pics 1, 2 et 4 présentent des modulations marquées. Le décalage des minima des profil 1, 2 et 4 avec

5.6. Étude de l’auto-organisation de films de PS-b-PMMA dirigée dans des réseaux 2D de trous cylindriques (approche "contact hole shrink")

qz, illustré sur la figure 5.51a, et le dédoublement du pic central du profil du 3epic de Bragg,

sont caractéristiques d’un profil trapézoïdal (comme pour les réseaux de lignes). L’utilisation d’une méthode de type Monte-Carlo Markov (MCM) est en cours de développement pour extraire plus précisément le facteur de forme des cylindres. En effet, cette méthode utilisée pour des réseaux de lignes convergeait rapidement car elle ne reposait que sur une simulation des cartographies (qx, qz).

FIGURE5.51 – Profils 1D suivant qz des quatre premiers pics de Bragg a) avant dépôt du DSA,

correspondant à la cartographie présentée sur la figure 5.50, et b) après DSA.

Dans notre exemple, la coupe 1D suivant qx pour qy = 0 nm−1 n’utilise pas la totalité des

informations provenant des trous de guidage contenue dans la cartographie (selon qynotam-

ment). Afin d’extraire une description complète du trou, une reconstruction 3D du réseau réciproque (3D RSM) semble plus adaptée. De cette cartographie 3D, deux approches sont

envisageables : soit une intégration radiale du réseau réciproque selon qy(grâce à l’isotropie

supposée du trou) permettant de garder l’approche de type MCM sur un profil de cylindre, soit une simulation en trois dimensions du trou.

Cette seconde approche permet une description complète du trou de guidage. Néanmoins le temps de simulation et le volume de données seront plus importants. En effet, quand il faut 0,5 seconde pour simuler un profil de ligne en 2D, il faudra 5 secondes pour simuler un cylindre en trois dimensions. Le nombre de variable pour décrire le trou sera plus important dans le cadre d’une simulation 3D et le temps de comparaison des volumes de données le sera également. Ainsi, la convergence obtenue actuellement en 30 minutes sur les profils de ligne par la méthode MCM, sera obtenue en 5-10 heures dans le cadre de simulations 3D. La démarche actuelle est de réduire le jeu de données tout en limitant la perte d’information afin de trouver un compromis entre l’augmentation du temps de simulation et l’extraction optimum du facteur de forme.

Des mesures similaires après l’auto-organisation du copolymère dans les trous du guide ont été également réalisées. Pour ces mesures, le temps d’acquisition a été triplé, soit 60 secondes pour les angles φ inférieurs à -30° et supérieurs à 30° et 30 secondes pour les angles compris

entre -30° et 30°. Le temps total d’acquisition est de 100 minutes (90 minutes de mesure plus 10 minutes supplémentaires dues à la rotation de l’échantillon). Une approche similaire à celle utilisée sur les trous de guidage seuls a été réalisée pour obtenir les profils des quatre premiers pics de Bragg présentés sur la figure 5.51b.

En comparaison des profils avant dépôt du copolymère, les oscillations provenant du facteur

de forme sont moins marquées. De plus, le pic central du profil du 3e pic de Bragg n’est

plus dédoublé, et trois pics proches de l’origine semblent apparaître sur le profil du 4e_pic

de Bragg. La première conclusion de ces mesures est que le CD-SAXS détecte la présence du copolymère dans le guide et que le facteur de forme des cylindres de copolymères est contenu dans les profils des pics de Bragg. De plus, plusieurs approches (intégration radiale, simulations tridimensionnelles du cylindre, ...) sont en cours de développement pour extraire

plus précisément le facteur de forme des cylindres de copolymères (la coupe 1D suivant qx

pour qy = 0 nm−1n’étant pas la plus adaptée).