Étude et caractérisation des films minces lors du procédé de lithographie par nanoimpression

Studyand characterization of thin polymer films during the nanoimprint process

• Auteur / Autrice : Frédéric Lazzarino
• Direction : Olivier Joubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

Quelque soit le domaine d'application (electronique, mecanique, optique, magnetique ou biologique), les dimensions des dispositifs diminuent regulierement. Dans cette course effrenee a la miniaturisation, la lithographie represente une etape technologique cle de la structuration d'un materiau. Son role, decisif, est rempli a ce jour par des outils de lithographie optique operant dans l'ultraviolet profond. La lithographie par faisceau d'electrons est aussi utilisee mais, malgre une excellente resolution, les temps d'exposition sont extremement longs. L'introduction et le developpement de nouvelles techniques de lithographie resolvantes, rapides et peu couteuses s'averent donc necessaire. C'est dans ce contexte que sont apparues les techniques de lithographie par impression qui figurent desormais parmi les ngl (next generation lithography). L'objet de ce travail est l'etude et le developpement de la technique de lithographie par nanoimpression. Il est principalement axe sur l'etude et la caracterisation des films minces de polymere lors du pressage. Nous nous sommes interesses aux proprietes thermophysiques des films sur leur substrat. Nous avons ainsi etudie l'influence de l'epaisseur et des conditions de recuit sur leur temperature de transition vitreuse. L'utilisation de reseaux de differentes densites nous a conduit vers une meilleure comprehension des mecanismes d'impression. Nous avons montre que le moule subit des deformations importantes et que l'uniformite est fonction de la densite de motifs a imprimer. Enfin, nous avons presente les differentes instabilites du film en nous interessant plus particulierement au mecanisme de formation des ponts capillaires.

Whatever the scientific field (electronic, mechanic, optic, magnetism or biology), the device dimensions decrease regularly. The acceleration of this miniaturization challenges lithographers since lithography is a key step in the structuring of a material. This is nowadays achieved thanks to optical lithography tools working with deep ultraviolet illumination. In this perspective, e-beam lithography tools are also widely used but are not appropriated to mass production since exposure times are extremely long, yet resolution is excellent. Then, it becomes essential to discover and develop for the future generations new lithographical solutions which could be implemented as a resolving and less time and money consuming technique. In this way, nanoimprint lithography has appeared and is now considered as a ngl (next generation lithography). The purpose of this phd work is to study and develop the technique of nanoimprint lithography. We have mainly focused our work on the study and characterization of thin polymer films during the nanoimprint process. We are interested in the thermophysical properties of the supported films and wi have studied the influence of both thickness and bake conditions on their glass transition temperature. The use of gratings of different densities leads us to a better comprehension of the imprint mechanisms. We have shown that mold undergoes significant deformations and that the uniformity depends on the mold pattern densities. Finally, we have presented the different film instabilities and we took mainl y an interest in the mechanisms of the capillary bridges formation.