L’EVG770 NIL Stepper pr´esente une complexit´e technologique plus proche des ´equipements de l’industrie de la micro´electronique que l’EVG620, et a ´et´e sp´ecialement con¸cu pour l’UV-NIL : cet outil permet donc de suivre de mani`ere beaucoup mieux contrˆol´ee les diff´erents param`etres n´ecessaires au pressage. Il a ´et´e install´e en salle blanche du CEA-LETI en juillet 2006. Des photos de l’´equipement sont pr´esent´ees Figure 1.20.
(a) Vue d’ensemble
(b) Int´erieur de la chambre de presssage
Fig. 1.20 – Photos de l’EVG770 NIL Stepper.
IV.3.1 Description de l’´equipement L’EVG770 NIL Stepper est constitu´e :
• D’une source UV large-bande reli´ee `a la face arri`ere du moule par des fibres optiques. La source ´emet dans la gamme 365-435 nm avec une puissance de 11 mW/cm2, mesur´ee au niveau de la r´esine.
• D’une chambre de pressage. Le support du moule est fix´e sur le couvercle de cette chambre, au centre. Le couvercle se soul`eve (voir Figure 1.20 (b)) `a l’aide d’une pou- lie pour fixer le moule sur son support. La chambre, de dimension sup´erieure `a 600 mm de cˆot´e permet d’imprimer des substrats de 200 et 300 mm de diam`etre sur toute leur surface.
CHAPITRE 1. LA LITHOGRAPHIE ET LA NANOIMPRESSION ASSIST´EE PAR UV : G´EN´ERALIT´ES
• D’un dispositif de chargement. Il s’agit d’une fente sur le cˆot´e de la chambre de pressage permettant le passage du bras de chargement pour d´eposer et r´ecup´erer les plaquettes une `a une sur le porte-substrat.
• D’un logiciel pilot´e par un ´ecran de contrˆole. Il permet de d´efinir la position des puces sur le substrat, de s´electionner les puces `a exposer, de choisir la pression de travail dans la chambre, la pression en face arri`ere du moule, le temps d’attente avant exposition (temps pendant lequel la pression en face arri`ere du moule est fix´ee `a la pression choisie), et le temps d’exposition. Le Tableau 1.1 r´epertorie ces diff´erents param`etres ainsi que la gamme d’utilisation de chacun.
Param`etre Symbole Valeur Valeur Commentaire
minimale maximale Pression de la chambre (mbars) Pchambre 300 1000
Pression en face arri`ere Pf ace arriere 1000 1300 du moule (mbars)
Pression appliqu´ee (mbars) Pappliquee 0 1000 Pf ace arriere-Pchambre Temps d’attente avant tpressage 0 10000 `a P=Pappliquee
exposition (s)
Temps d’exposition (s) texposition 0 10000 r´eglable par pas de 0.1 s Tab. 1.1 – Plage d’utilisation des diff´erents param`etres de l’EVG770 NIL Stepper.
Lors de l’´etape de pressage, le porte-substrat se d´eplace verticalement en direction du moule pour venir en contact avec celui-ci. Une pression est alors appliqu´ee en face arri`ere du moule jusqu’`a la valeur choisie par l’utilisateur (Pf ace arriere). Cette pression est appliqu´ee pendant le temps d’attente et le temps d’exposition (tpressage et texposition), qui sont fix´es par l’utilisateur. Une fois le temps d’attente termin´e, un diaphragme positionn´e en sortie des fibres optiques s’ouvre alors pendant une dur´ee texpositionpour polym´eriser la r´esine. Quand l’exposition est termin´ee, la pression en face arri`ere est coup´ee et le porte substrat descend pour s´eparer le moule du substrat. Le porte substrat se d´eplace ensuite pour positionner la puce suivante en face du moule, une nouvelles s´equence est alors ex´ecut´ee.
Les pi`eces principales de l’´equipement (le syst`eme de fixation du moule et du substrat) sont sch´e- matis´ees sur la Figure 1.21. L’actionneur pi´ezo´electrique et le binoculaire sont utilis´es seulement lors de la s´equence d’alignement.
Les dimensions des moules utilis´es par cet ´equipement sont diff´erentes de ceux utilis´es par l’EVG620. Tout d’abord, la surface active est r´eduite (25*25 mm2), et le moule est plus ´epais (6.35 mm) pour lui conf´erer une meilleure tenue m´ecanique. De plus, le moule doit pr´esenter un ”mesa” sur sa face active autour du champ press´e, comme sch´ematis´e sur la Figure 1.21. Ce mesa, qui est un d´etourage plus ou moins profond `a la p´eriph´erie du moule, sert `a la fixation du moule dans son support. Le proc´ed´e de fabrication de moule (d´ecrit au chapitre 2) ayant ´et´e optimis´e sur des substrats fins, adapt´es `a l’EVG620, des techniques de report de moule fin sur un bloc support ´epais ont ´et´e ´evalu´ees. Ce report nous a ´evit´e, pendant ce travail de th`ese, le d´eveloppement d’un nouveau proc´ed´e de fabrication complet pour les moules ´epais. La proc´edure de report est d´ecrite en Annexe A.
Fig. 1.21 – Sch´ema de principe de l’EVG770 NIL Stepper.
IV.3.2 Les limitations de l’EVG770
Un certain nombre des limitations de cet outil ne concerne que le fonctionnement de l’´equipe- ment, alors que d’autres ont un impact direct sur le r´esultat du pressage. Nous allons passer en revue dans cette partie les principales limitations de l’´equipement et du r´esultat du pressage. Le moule est charg´e manuellement : il est port´e par un support en t´eflon qui est viss´e `a une membrane m´etallique (voir le sch´ema de la Figure 1.21). Le serrage des vis ´etant laiss´e `a l’appr´e- ciation de l’utilisateur, il est peu reproductible. Comme la plan´eit´e du moule est ensuite ajust´ee par un laser, le mode de fixation du moule est suppos´e sans cons´equence sur les r´esultats du pressage ; mais cet effet reste encore inconnu `a l’heure actuelle.
Par ailleurs, le syst`eme de fixation du substrat limite la zone d’impression aux puces centrales du substrat lorsque le pressage est r´ealis´e `a 300 mbars. De ce fait, dans la configuration actuelle, un substrat de 200 mm de diam`etre ne peut ˆetre compl`etement lithographi´e. De plus, le d´eplacement du substrat est r´ealis´e grˆace `a un syst`eme de coussins d’air. Cette solution, bien qu’inhabituelle en micro´electronique, a ´et´e retenue car elle assure une meilleure rigidit´e du porte-substrat, qui doit ˆetre compl`etement immobile lors du contact et de l’alignement entre le moule et le substrat. Cependant, le frottement du porte-substrat sur la table de d´eplacement g´en`ere des particules qui ont tendance `a se dispercer dans l’enceinte. Ce syst`eme de d´eplacement est donc tr`es critique en terme de propret´e requise pour les proc´ed´es de la micro´electronique.
Avec cet ´equipement, la surface de contact entre le moule et le substrat est r´eduite par rapport `
a celle de l’EVG620. De ce fait, avec des ´epaisseurs de r´esine de l’ordre de 200 nm, il se produit un contact sur toute la surface du moule, comme le montrent les photos de la Figure 1.22. Cependant, ces photos montrent aussi que dans les zones sans motif, les d´efauts de type capillaire apparaissent toujours. De plus, une simple observation visuelle des champs imprim´es nous permet de voir des h´et´erog´en´eit´es d’´epaisseur de r´esine, dans les motifs et hors des motifs.
CHAPITRE 1. LA LITHOGRAPHIE ET LA NANOIMPRESSION ASSIST´EE PAR UV : G´EN´ERALIT´ES
Fig. 1.22 – Photos de champs press´es avec l’EVG770 mettant en ´evidence un contact avec la r´esine sur toute la surface du moule, mais des d´efauts et des h´et´erog´en´eit´es d’´epaisseur de r´esine entre les motifs sont aussi visibles.
Enfin, lorsqu’une particule est pr´esente, en face avant ou en face arri`ere du substrat, des zones de d´efauts sont observ´ees dans la r´esine, comme le met en ´evidence la photo de la Figure 1.23.
Fig.1.23 – Photo d’un champ press´e avec l’EVG770 dans lequel une particule a cr´e´e un d´efaut de pressage de taille macroscopique.
Conclusion
La technique de lithographie actuellement utilis´ee en micro´electronique est la lithographie op- tique par projection fonctionnant avec des longueurs d’ondes de 193 nm. Cette technique de lithographie est largement r´epandue et a atteint un stade de maturit´e qui lui permet de r´esoudre convenablement des motifs de r´esine pour le nœud 65 nm. Jusqu’`a ce jour, une am´elioration constante des techniques existantes ´etait suffisante. Cependant, pour les nœuds technologiques futurs, 45, 32 et 22 nm, de nouvelles techniques de lithographie reposant sur de nouvelles ap- proches doivent ˆetre d´evelopp´ees pour r´epondre aux crit`eres de r´eduction des dimensions et de densification des motifs impos´es par l’industrie de la micro´electronique. Parmi les techniques de lithographie ´emergentes, la nanoimpression assist´ee par UV (UV-NIL) est un candidat attractif puisque cette technique ne paraˆıt pas limit´ee en r´esolution et les outils d’exposition sont peu on´ereux.
Cependant, l’UV-NIL pose de nouveaux probl`emes. En effet, cette technique fonctionne avec des moules transparents, dont les dimensions, `a l’´echelle 1X, sont agressives. Cette probl´ematique de fabrication de moules sera ´evalu´ee au chapitre 2. De plus, l’UV-NIL n´ecessite un contact entre le moule et la r´esine et un remplissage des cavit´es du moule. De ce fait, de nouvelles r´esines doivent ˆetre d´evelopp´ees, et la compr´ehension de leur comportement pendant le pressage analys´e. C’est ce que nous verrons au chapitre 3. Enfin, l’utilisation des nouvelles r´esines implique l’´evaluation de leurs cin´etique et m´ecanisme de gravure avant d’envisager l’int´egration de la technologie d’UV-NIL dans un proc´ed´e technologique complet. Nous ´etudierons cet aspect dans le chapitre 4.