Matériaux et problématique d’adhésion dans l’UV-NIL

Materials and anti-adhesive issues in UV-NIL

• Auteur / Autrice : Achille Francone
• Direction : Jumana Boussey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des technologies de la microélectronique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Rachel Auzély-Velty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Zelsmann, Nikolaos Kehagias, Cristina Iojoiu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guy Schlatter, Olivier Soppera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement ultraviolet

Épitaxie

Lithographie

Mots clés libres

Lithographie

Nanoimpression

Uv-nil

Graphoépitaxie

Écoulement

Anti-sticking layer

Dégradation

Résumé

La nano impression assistée par UV (UV-NIL) est une technique de lithographie émergente permettant de fabriquer des motifs de très petites dimensions (de l'ordre du nanomètre) par simple pressage d'un moule transparent (contenant dans sa surface des nanostructures) dans une résine fluide (déposée en film mince sur un substrat en silicium par centrifugation). L'étape suivante au pressage est l'exposition aux rayonnements UV qui photo-polymérise la résine, avant de séparer le moule de la résine durcie. En raison de son fort potentiel, l'UV-NIL est considéré comme un candidat possible pour réaliser l'étape lithographique dans la fabrication des circuits intégrés du futur. Deux aspects critiques peuvent empêcher l'adoption de l'UV-NIL à une échelle industrielle. Il s'agit des défauts générés après l'étape de pressage (liés à l'écoulement de la résine) et la courte durée de vie du moule traitée (il est en fait nécessaire de déposer une couche antiadhésive sur la surface du moule pour éviter que la résine s'y colle). La première problématique a été abordée à travers la proposition d'un modèle qui semble permettre d’estimer la longueur d'écoulement des résines fluide pour l'UV-NIL. Les recherches menées au tour de la deuxième problématique représentent le cœur de ce manuscrit. Une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation de la couche antiadhésive a été acquise. La dégradation est le résultat d'une attaque chimique (exercé par les radicaux produits dans la résine polymérisée contre la molécule fluorée et conditionné aussi par la nature chimique de la résine photosensible) et d'une dégradation mécanique (due aux stresses exercés pendant le démoulage et liée à la qualité du greffage de la molécule antiadhésive sur le moule). La rajoute de surfactants fluorés dans la formulation de la résine représente une solution valable pour augmenter le nombre d'impressions faites avec un même moule traité. Enfin une résine hybride (organique-inorganique) a été synthétisée pour une application concrète : la réalisation de moules qui permettent d'organiser à longue échelle (quelque millimètre) des di-bloc copolymères (avec une taille de quelques nanomètres) par grapho-épitaxie

The UV curing nanoimprint lithography (UV-NIL) is a next generation lithography technique that can produce very tiny patterns (in the nanometer scale) by a simple imprinting step performed with a patterned and transparent template in a flowable resist (deposed par spin-coating on a silicon substrate as thin layer). The imprinting step is then followed by UV exposure (that cures the resist) and demolding. Due to its high potential in replicating patterns with high resolution, UV-NIL is considered nowadays as a possible candidate to perform the lithographic step in the next generation integrated circuits. Two critical issues threaten the spreading of UV-NIL at large scale: defects generated during imprinting step (depending on the resist flowing behaviour) and short life-time of a treated mold (a fluorinated self assembled monolayer, F-SAM, is deposed on the mold surface to avoid the sticking of the resist). Concerning the first issue, a model potentially capable to predict the flowing distance of liquid photo curable resist is presented. The experiments performed over the second issue were really profitable and gave interesting results. In fact, a better understanding on the mechanisms of ASL degradation was achieved. This aging is due to a chemical attack (exerted by free radicals, which was generated into the uv curable resist during polymerization step, toward the fluorinated molecule, and conditioned as well by the chemical nature of the resist) and a mechanical degradation (caused by the stress exerted during demolding step and linked to the quality of F-SAM grafting on the mold surface). The add of fluorinated surfactants in the chemical formulation of the resist represent an effective solution for improving the number of imprints performed employing the same mold. At the end of this manuscript there is the presentation of a hybrid (organic-inorganic) resist, that was synthesized for a real useful application: the creation of templates to arrange at large scale (few millimetres) di-bloc copolymers (sized of few nanometres) by graphoepitaxy