Proc´ed´e utilisant une couche d’ITO

Un proc´ed´e alternatif permettant de contourner les probl`emes mentionn´es ci-dessus a ´et´e propos´e et d´evelopp´e par la mˆeme ´equipe [49, 51, 53, 54]. L’id´ee consiste `a introduire un mat´eriau conducteur et transparent en surface du moule afin de faciliter son inspection. L’ITO (Indium Tin Oxide = oxyde d’indium-´etain) est un tr`es bon candidat r´epondant `a ces deux crit`eres. Il est d´epos´e `a la surface d’un r´eticule vierge, puis recouvert d’un film d’oxyde de silicium. L’´epaisseur de l’oxyde d´epos´e est fonction de la hauteur des motifs souhait´ee, puisque les motifs seront 49

grav´es dans cette couche ; mais d’une mani`ere g´en´erale, l’´epaisseur du film d’oxyde est inf´erieure `

a 100-150 nm. Cette ´epaisseur d’oxyde est suffisamment faible pour que le film conducteur sous- jacent joue son rˆole ”d’´evacuation de charge” lors de l’exposition au faisceau d’´electrons. Une fois d´epos´e, l’oxyde est recouvert de r´esine dans laquelle les motifs sont expos´es, par lithographie ´electronique afin d’atteindre des dimensions inf´erieures `a 100 nm. Les motifs de r´esine sont ensuite transf´er´es dans la couche d’oxyde par gravure plasma, en s’arrˆetant `a la couche d’ITO. Un avantage suppl´ementaire de l’ITO est sa tr`es bonne s´electivit´e de gravure avec l’oxyde en gravure plasma avec des gaz fluorocarbon´es. Il sert donc de couche d’arrˆet `a la gravure, ce qui garantit un tr`es bon contrˆole de la hauteur des motifs finaux.

Ce proc´ed´e de fabrication est d´etaill´e Figure 2.2 (a) et un exemple de lignes denses de 100 nm ainsi obtenues [49] est pr´esent´e Figure 2.2 (b). Avec ce type de proc´ed´e, Dauksher et al. [53] ont montr´e des lignes de 20 nm espac´ees de 150 nm imprim´ees dans la r´esine apr`es l’´etape de nanoimpression avec ce type de moule.

(a) Proc´ed´e de fabrication (b) Exemple de motifs

Fig. _{2.2 – (a) Proc´ed´e de fabrication de moule utilisant une couche d’ITO : (1) d´epˆot de films} d’ITO, de SiO2 et de r´esine ; (2) exposition de la r´esine par lithographie ´electronique ; (3) trans- fert des motifs dans le SiO2 par gravure s`eche en s’arrˆetant sur l’ITO ; (4) retrait de la r´esine. (b) Exemple de motifs obtenus dans le film d’oxyde : lignes denses de 100 nm [49].

De plus, en r´ep´etant successivement les ´etapes de ce proc´ed´e (d´epˆot, lithographie, gravure), il est possible de fabriquer des moules `a plusieurs niveaux [55, 56]. Un exemple d’un tel proc´ed´e, ainsi qu’une photo MEB de ce type de moule sont pr´esent´es Figure 2.3.

Ces types de moules permettent d’imprimer directement deux niveaux topographiques. Par exemple, les niveaux lignes et vias des interconnexions du proc´ed´e dual-damasc`ene (cf. para- graphe III.5 du chapitre 1) sont produits en une seule ´etape. Johnson et al. [55] ont ainsi montr´e en 2003 des stuctures `a 2 niveaux avec des dimensions de 500 nm et 150 nm, pour le premier et deuxi`eme niveau respectivement.

Cependant, l’utilisation de l’ITO n´ecessite la v´erification de plusieurs points [49, 51, 53] : • Tout d’abord, la r´esistivit´e du mat´eriau, qui peut varier suivant les param`etres de d´epˆot,

doit ˆetre la plus faible possible afin de garantir une bonne ´evacuation des charges lors de l’´ecriture ´electronique et de l’observation post-fabrication. Par exemple, un recuit `a 300˚C (≈ 573 K) permet de r´eduire la r´esistivit´e de l’ITO de 0.1 apr`es d´epˆot `a 2*10−6 <sub>Ω.m [53]</sub> (`a titre de comparaison, les r´esistivit´es du cuivre et du SiO sont respectivement ´egales

CHAPITRE 2. FABRICATION DES MOULES POUR LA NANOIMPRESSION ASSIST´EE PAR UV

(a) Proc´ed´e de fabrication (b) Exemple de motifs

Fig. <sub>2.3 – (a) Proc´ed´e de fabrication de moule `a deux niveaux en r´ep´etant successivement les</sub> ´etapes de (1) d´epˆot de films d’ITO, d’oxyde et de r´esine, (2) exposition de la r´esine par litho- graphie ´electronique, (3) transfert des motifs dans l’oxyde par gravure. (b) Exemple de moule `a deux niveaux ainsi fabriqu´e [55].

• D’autre part, l’empilement ITO/oxyde doit ˆetre suffisamment transparent dans la gamme de longueurs d’ondes de 365 `a 453 nm pour permettre la photo-polym´erisation de la r´esine. Des mesures de transmission de films d’ITO d’´epaisseur comprise entre 40 et 80 nm montrent que le coefficient de transmission de l’ITO est compris entre 77 et 85 % [53, 57].

• Afin de garantir une lithographie correcte, il est par ailleurs n´ecessaire que l’empilement ITO/oxyde soit compatible avec le syst`eme de focalisation de l’outil d’exposition (il doit ˆetre suffisamment r´efl´echissant `a la longueur d’onde du laser de focalisation) [58]. • La s´electivit´e de gravure entre la r´esine et l’oxyde doit ˆetre suffisamment ´elev´ee pour

permettre un bon transfert des motifs.

• L’ITO se retrouvant `a nu en fond des motifs dans le moule, et donc en surface des motifs imprim´es, il doit pr´esenter une rugosit´e de surface la plus faible possible.

• L’ITO doit aussi pr´esenter une force d’adh´esion avec le SiO2 (du substrat et de la couche d´epos´ee par dessus) suffisamment grande pour ´eviter tout arrachage de motifs lors de l’´etape de s´eparation entre le moule et le substrat imprim´e.

• Enfin, les conditions de d´epˆot des films d’ITO et d’oxyde doivent aussi ˆetre optimis´ees de telle sorte que les contraintes (en tension ou en compression) dans les films soient minimis´ees afin de r´eduire les erreurs de localisation des motifs sur le moule lors de sa fabrication.

Les ´equipes des laboratoires Motorola et de l’Universit´e du Texas `a Austin ont montr´e que ce proc´ed´e ITO/oxyde r´epond au probl`eme d’accumulation de charges : il a ´et´e v´erifi´e que l’ITO permet de d´egager les charges lors de l’´etape de lithographie ´electronique [49] et l’inspection 51

des moules fabriqu´es selon la fili`ere ITO est facilit´ee par un meilleur contraste. Cette technique pr´esente cependant des limitations, par exemple lorsque le mesa du moule est grav´e : l’effet d’accumulation de charges r´eapparaˆıt au bout d’un certain temps, sugg´erant que l’ITO se charge progressivement sans pouvoir se d´echarger [33, 58]. Il semblerait donc que l’ITO ne puisse pas compl`etement r´esoudre les probl`emes li´es `a l’inspection.

De plus, la chimie utilis´ee pour d´eposer la couche anti-adh´esive sur le moule requiert la pr´esence de liaisons Si-O pendantes en surface du moule. Ce type de liaisons ne se trouve pas en surface de l’ITO. Ainsi, lorsque l’oxyde est grav´e, l’ITO se retrouve `a nu en fond des motifs et dans les zones sans motifs, surfaces sur lesquelles la couche anti-adh´esive ne peut se greffer correctement. Une ´etude sur la compatibilit´e de l’ITO avec la couche anti-adh´esive [53] v´erifie que son adh´erence est r´eduite sur une surface d’ITO par rapport `a une surface de SiO2. Les auteurs montrent mˆeme que la r´esine reste coll´ee sur le moule `a l’´etape de s´eparation [59]. Le probl`eme a ´et´e contourn´e en d´eposant une couche de 5 nm de SiO2 sur le moule fini afin d’encapsuler l’ITO. Cependant, cette solution ne peut ˆetre utilis´ee `a long terme car le d´epˆot de SiO2 induit une perte de cˆote, et donc un mauvais contrˆole des dimensions. Tant que cette question n’est pas r´esolue, ce proc´ed´e d’ITO ne paraˆıt pas ˆetre une solution satisfaisante.