Formation en photolithographie aux salles blanches du LNN

16 janvier 2014

© CRN2 / Département de génie électrique et de génie informatique, Université de Sherbrooke, reproduction interdite sans autorisation.

Table des matières A. Introduction à la photolithographie .................................................................................... 4

1. But .................................................................................................................................. 4

2. Étapes principales ........................................................................................................... 4

3. Étapes complémentaires ................................................................................................. 4

4. Les équipements utilisés actuellement ........................................................................... 5

a) Pour effectuer le revêtement ....................................................................................... 5

b) Pour faire l’exposition à la lumière ultra-violette .......................................................... 6

c) Pour faire le développement ........................................................................................ 7

B. Photorésines ....................................................................................................................... 8

1. Sensibilité au rayonnement ultra-violet .......................................................................... 8

2. Critères de sélection généraux ........................................................................................ 8

3. Type de résine (positive ou négative) et polarité du masque .......................................... 8

4. Produit de développement ou « développeur » ............................................................. 8

5. Caractéristiques de quelques types de résines commerciales ......................................... 9

6. Paramètres contrôlables par l’utilisateur ...................................................................... 11

C. Étapes de photolithographie............................................................................................. 11

1. Traitements thermiques ............................................................................................... 11

a) Déshydratation .......................................................................................................... 11

b) Cuisson douce ............................................................................................................ 14

c) Cuisson forte.............................................................................................................. 14

2. Étalement ..................................................................................................................... 15

a) Caractéristiques des tournettes disponibles ............................................................... 15

b) Opération de la tournette .......................................................................................... 15

c) Choix du programme et étapes de l’étalement ........................................................... 17

d) Méthode de déposition de la résine ........................................................................... 18

e) Promoteur d’adhérence ............................................................................................. 22

f) Ponction et dépôt de la résine ................................................................................... 22

g) Récupération ............................................................................................................. 24

h) Nettoyage de la tournette .......................................................................................... 25

3. Exposition au rayonnement UV .................................................................................... 26

a) Mise en route de l’aligneuse OAI200 .......................................................................... 26

b) Ajustement de la durée d’exposition .......................................................................... 28

c) Préparation du support de substrat et installation du masque ................................... 28

d) Installation du substrat .............................................................................................. 30

e) «Planarisation» .......................................................................................................... 31

f) Observation visuelle et au microscope ....................................................................... 31

g) Alignement ................................................................................................................ 33

4. Développement ............................................................................................................ 35

a) Développement par immersion .................................................................................. 35

b) Développement par pulvérisation avec la développeuse Polos ADC 200..................... 36

Formation en photolithographie aux salles blanches du LNN

A. Introduction à la photolithographie

1. But En général, il s’agit d’obtenir sur un substrat relativement plan des zones spécifiques dictées par le design qui seront recouvertes de résine photosensible afin de protéger ces zones durant certaines étapes de fabrication. En particulier, ce peut être pour protéger les zones recouvrant sur le substrat d’une gravure, d’une implantation ionique ou encore d’un dépôt d’une couche de matériau.

2. Étapes principales Il y a 3 principales étapes en photolithographie avant de faire le traitement sélectif comme tel (gravure ou autre): 1) Revêtement 2) Exposition 3) Développement

1) Le revêtement consiste à étaler sur un substrat ou un échantillon une couche de résine (photosensible ou autre) de façon uniforme et contrôlée.

2) L’exposition consiste à insoler ou exposer la résine photosensible à un rayonnement de lumière ultraviolette de façon sélective en masquant la lumière aux endroits qui n’ont pas à être exposés. Un masque photolithographie est utilisé, lequel est une plaque transparente avec l’image d’un niveau du design réalisé dans une couche opaque aux UV. Après exposition, une image latente correspondant au masque ou à son complément est obtenue dans la couche photosensible.

3) Le développement consiste à révéler l’image latente par la dissolution sélective de la couche photosensible. Selon que l’on a utilisé de la résine positive ou négative, l’image obtenue dans la résine sera l’image même du masque ou encore son complément.

• Résine positive : les zones exposées seront sans résine après développement, le reste qui n’a pas été exposé demeure.

• Résine négative : les zones exposées demeurent, le reste qui n’a pas été exposé s’en va au développement.

3. Étapes complémentaires Plusieurs étapes complémentaires peuvent s’ajouter. Certaines étapes seront requises selon le type de résine utilisée ou la nature du substrat, d’autres seront optionnelles selon la nature des étapes à faire ou encore selon le degré d’optimisation à atteindre pour la réalisation du dispositif. Voici une liste de quelques étapes complémentaires et une brève description de celles-ci :

• Étuvage : Déshydratation de la surface au four à étuve ou sur plaque chauffante avant le revêtement pour retirer toute humidité et augmenter l’adhérence de la résine

• Utilisation de promoteur d’adhérence : étalement de promoteur d’adhérence avant le dépôt de la résine, pour une adhérence meilleure

• Cuisson douce : Évaporation des solvants de la résine après étalement, sur plaque chauffante ou au four à une température et à une durée précise

• Cuisson post-exposition (PEB) : conditionnel à la résine et au procédé utilisé, traitement thermique après exposition (avant développement) pour faire réagir la partie exposée de la résine

• Enlèvement des ourlets de résine (EBR) : dépendamment de la précision requise et du format d’échantillon, utilisation d’une des méthodes de «EBR» pour retirer l’accumulation de résine sur les bords ou les coins des échantillons. Ce peut être effectué suite à l’étalement de la résine (par ex : échantillons circulaires) ou après cuisson douce par des étapes supplémentaires d’exposition et de développement avec utilisation d’un masque adapté à la taille de l’échantillon.

• Cuisson forte : pour durcir la résine et la rendre plus résistante aux attaques des solutions (généralement acides) lors des gravures chimiques.

4. Les équipements utilisés actuellement

a) Pour effectuer le revêtement 1) Tournette Polos 150 pour substrats jusqu’à 150mm ou 6po de diamètre (fig.1)

Fig.1 Tournette Polos 150

2) Tournette Polos 200 pour substrats jusqu’à 200mm ou 8po de diamètre (fig.2)

Fig.2 Tournette Polos 200

b) Pour faire l’exposition à la lumière ultra-violette 1) Aligneuse OAI 200 (fig.3)

Fig.3 Aligneuse OAI 200

2) Aligneuse OAI 806 MBA (fig.4)

Fig.4 Aligneuse OAI 806 MBA

c) Pour faire le développement 1) De façon manuelle, par immersion dans un bain de développeur et puis bain de

rinçage (fig.5)

Fig.5 Développement par immersion dans des cristallisoirs ou béchers de pyrex

2) Développeuse Polos ADC 200 pour substrats jusqu’à 200mm ou 8 po (fig.6)

Fig.6 Développeuse Polos ADC 200

B. Photorésines Bien entendu, la photorésine est l’élément de base pour la photolithographie. Cette section traite de quelques-unes de ses propriétés et des types de résines disponibles au laboratoire.

1. Sensibilité au rayonnement ultra-violet La photorésine, plus exactement nommée résine photosensible, est normalement sensible à la lumière blanche (laquelle contient des UV). Elle devra obligatoirement rester à l’abri de la lumière ou exposée uniquement en lumière filtrée (éclairage en jaune) pour ne pas être exposé involontairement, et ce jusqu’au développement final. Les résines sont cependant optimisées pour être plus sensibles à certaines longueurs d’ondes du spectre UV, correspondant généralement à un maximum d’intensité (ou raie) produit par une lampe UV à vapeur de mercure (voir tableau 1).

Tableau 1 Longueur d’ondes des raies associées aux pointes d’intensité de lampes UV à vapeur de Hg

Nom de la raie i-line h-line g-line Longueur d’onde 365,4nm 404,7nm 435,8nm

2. Critères de sélection généraux Il est important de bien choisir la photorésine en regard des équipements et des méthodes utilisés durant la photolithographie, selon des paramètres du design et selon les étapes de fabrication post développement jusqu’à ce qu’elle soit retirée du substrat.

3. Type de résine (positive ou négative) et polarité du masque Il faut aussi que soient en accord le type de résine et la polarité du masque photolithographique pour le procédé à réaliser. Le tableau 2 ci-dessous indique la présence ou l’absence de résine après développement sur un substrat pour les deux types de résine avec ou sans exposition UV.

Tableau 2 Correspondance entre le type de résine et la polarité du masque après développement

Type de résine Zone claire sur le masque Zones opaques sur le masque (chrome) Résine positive Substrat (absence de résine) Résine Résine négative Résine Substrat (absence de résine)

4. Produit de développement ou « développeur » Évidemment, une résine requiert un produit de développement adapté. Les développeurs sont généralement des bases, particulièrement pour les résines positives. Certaines résines (résines négatives ou de type époxy par exemple) sont développées avec des solvants. Le produit recommandé par le manufacturier ou un produit équivalent est normalement disponible soit dans les armoires principales de rangements de produits chimiques (celui des bases ou celui des solvants), dans le bas de l’armoire des résines ou encore dans le rangement du banc de développement. Exceptionnellement, le réfrigérateur des produits chimiques peut aussi servir

de rangement de certains développeurs. Noter que certains développeurs sont concentrés et nécessitent une dilution et une agitation. Cette préparation est effectuée normalement par le personnel des salles blanches.

Fig.7 Cabinet de rangement de produits chimiques en salles de photolithographie

5. Caractéristiques de quelques types de résines commerciales Les tableaux suivants donnent quelques caractéristiques des photorésines disponibles pour la photolithographie aux salles blanches (tableaux 3, 4 et 5). Il vous faudra certainement consulter les fiches techniques des photorésines pour prendre des décisions concernant votre procédé. Celles-ci sont disponibles sur le guide de l’usager des salles blanches sous Produits chimiques -> Résine et développeurs -> Photolithographie. Cliquer sur fiche technique ou sur un autre nom de document pour faire afficher l’information d’un produit qui vous intéresse. Noter que si on clique sur le nom du produit, cela affiche la feuille de MSDS (Material Safety Data Sheet).

Tableau 3 Résines positives

Nom Optimisé longueur d’onde

(nm)

Plage d’épaisseur

couche simple (um)

Développeur recommandé

ou compatible

Enlèvement chimique de

la résine avec :

Commentaires (voir fiche technique pour plus de détails)

S1805 436nm (g-line)

0,4 à 0,7um MF-319 Acétone Remover 1165

Résine mince Usage général

S1813 436nm (g-line)

1,0 à 1,9um MF-319 Acétone Remover 1165

Résine régulière Usage général

S1818 436nm (g-line)

1,4 à 2,7um MF-319 Acétone Remover 1165

Résine plus épaisse Usage général

SPR 220 405nm (i-line)

1,1 à 10um MF-319 Acétone Remover 1165

Résine épaisse Adhésion accrue

Bonne pour placage AZ9245 405nm et

365nm h-line et i-

line

3,5 à 10um AZ 400K dilué 1:4 *

Acétone Remover 1165

Profils plus abrupt Bonne pour DRIE

AZP4903 436nm (g-line)

9 à 30um AZ 400K dilué 1:4 *

Acétone Remover 1165

Résine très épaisse Bonne pour placage

AZ MiR701 (11cPs)

365nm (i-line)

0,8 à 1,2um MF-319 Acétone Remover 1165

Haute résolution (en i-line)

AZ5214E 310nm à 420nm

(sensibilité spectrale)

1,1 à 2um MF-319 Acétone Remover 1165

à inversion d’image pour soulèvement

avec angles inversés et possibilité de T-

shape

PSC Red Consulter le personnel

PR1-12000A

Consulter le personnel

* Note : L’utilisation du développeur AZ400K dilué à 1:4 est recommandée dans les fiches techniques pour les résines AZ. Cependant la fiche technique du développeur AZ400K spécifie qu’une dilution (standard) de 1:4 privilégie un haut contraste alors que le 1:3 privilégie plutôt une plus haute sensibilité.

Tableau 4 Résines négatives

Nom Optimisé Longueur

d’onde (nm)

Plage d’épaisseur

couche simple (um)

Développeur recommandé

ou compatible

Enlèvement chimique de la

résine avec :

Commentaires (voir fiche

technique pour plus de détails)

AZ nLof 2020

365nm (i-line)

1,7 à 4,5um MF-319 Acétone Remover 1165

Pour soulèvement à haute résolution

SU8-2005

365nm (i-line)

5 à 8um (peut aussi être

dilué pour épaisseur moindre)

SU-8 Developper

Remover PG si SU-8 repose sur Omnicoat

Époxy, peut être permanent

SU8-2015

365nm (i-line)

17 à 38um

SU-8 Developper

Remover PG si SU-8 repose sur Omnicoat

Époxy, peut être permanent

KMPR 1005

365nm (i-line)

5 à 10um (peut aussi être

dilué pour épaisseur moindre)

SU-8 Developper

(MF-319 possible)

Remover 1165 XP Remover

et XP Neutralizer K (pour epoxy)

Époxy Résiste bien au

DRIE Bonne pour

placage KMPR 1025

365nm (i-line)

22 à 58um SU-8 Developper

(MF-319 possible)

Remover 1165 XP Remover

et XP Neutralizer K (pour epoxy)

Époxy Très épais

NR4-8000P

Consulter le personnel

MX 5015

365nm (i-line

15-17um (en rouleau)

D4000 0,75% wt

KOH 3% vol Acétone EKC 162 EKC 830

Dry film Peut être laminé ou pressé contre

le substrat Bon pour placage

DRIE

Tableau 5 Autres résines et produits associés

Nom Plage d’épaisseur couche simple

(um)

Développeur recommandé

ou compatible

Enlèvement chimique

avec :

Commentaires (voir fiche technique pour plus de détails)

LOR 3A 0,25 à 0,58um MF-319 Remover 1165 Pour soulèvement de couches minces de moins de 200 à

450nm LOR 5A 0,42 à 0,98um MF-319 Remover 1165 Pour soulèvement

de couches de moins de 300 à 750nm

LOR 30B 2,4 à 5,8um AZ 400K 1:4 MF-319

Remover 1165 Pour soulèvement de couches épaisses de

moins de 1,8 à 4,5um Omnicoat

Quelques dizaines

de nm MF-319 Remover 1165 Pour décapage du SU-

8 non-permanent (>17nm)

Couche d’adhésion HMDS n/a n/a n/a Promoteur

d’adhérence MCC Primer 80/20

n/a n/a n/a Promoteur d’adhérence

6. Paramètres contrôlables par l’utilisateur Un paramètre important pouvant être ajusté par l’utilisateur est l’épaisseur de la résine selon la vitesse d’étalement rapide appliqué par la tournette.

Certains paramètres sont dépendant de la résine elle-même comme la résolution, la facilité de dissolution ou de nettoyage, tandis que d’autres comme l’adhérence, peuvent dépendre des couches sous-jacentes ou de la préparation de la surface avant le dépôt de la résine. Noter que l’angle des profils dépend d’abord du type de résine (positive =pente ou négative = angle réentrant) mais que certains résines optimisées i-line donnent en général des profils plus abrupts lorsque les étapes sont effectuées conformément aux recommandations de la fiche technique.

C. Étapes de photolithographie

1. Traitements thermiques

a) Déshydratation Il est important d’effectuer une déshydratation des échantillons avant de faire le revêtement sinon l’adhérence de la photorésine sera faible. Ceci s’effectue normalement à plus de 100C.

Aussi, les cuissons douces (softbake), PEB (Post Exposure Bake) et cuissons fortes (hardbake) nécessitent aussi des températures variant entre 65C et 180C. Pour ce faire, on utilise soit un des deux fours à étuvage de la salle de photolithographie (fig.8), soient une des plaques chauffantes situés dans les hottes contenant les tournettes (fig.9).

Fig.8 Fours à étuvage Fig.9 Plaque chauffante

Bien entendu, si l’échantillon vient tout juste d’être retiré d’une fournaise à haute température, d’un appareil de gravure au plasma ou d’un appareil sous vide, il n’est pas nécessaire d’effectuer un étuvage dans les petits fours, si on fait le revêtement dans les minutes qui suivent.

En général, pour une simple déshydratation, 30 minutes à 125C pour un étuvage au four est suffisant ou encore quelques minutes sur une plaque chauffante (5 min à 150C par exemple).

Des supports métalliques pouvant accepter jusqu’à 25 tranches de 3 pouces de diamètre peuvent être utilisés dans les fours. Des verres de montre ou autres support résistant à la température peuvent être utilisé pour d’autres formats d’échantillons. Utiliser les poignées adaptées ou des pinces spéciales pour retirer les supports du four ou encore les gants de silicone pour ne pas se brûler.

1) Fours à étuvage

a. Four Despatch L’ajustement de la température du four brun Despatch se fait avec le bouton de contrôle, mais ne pas se fier aux indications de température sur le cadran (fig.10). Se fier plutôt au lecteur de température fixé sur la paroi latérale et relié au thermocouple inséré dans l’enceinte par le haut du le four (fig.11).

Ce four est ajusté par défaut à la température de 125C. Si vous voulez modifier la température d’un des fours, il faut réserver le four c’est-à-dire inscrire sur la feuille dans la pochette sur la porte de ce four votre nom, la date et l’heure du début du changement de température et la date et l’heure prévue de la fin de l’utilisation et du retour à la température par défaut du four. Bien entendu, il faut d’abord s’assurer qu’il n’y a pas d’usager qui a une réservation en cours et qu’il n’y a pas d’autres échantillons actuellement dans le four avant d’entreprendre tout changement de la température.

Fig.10 Contrôle du four Despatch Fig.11 Thermocouple (affichage en température)

b. Four BlueM Le four blanc Lindberg/BlueM s’ouvre en appuyant sur le bouton noir de la poignée sur la porte du four. L’ajustement de la température se fait en changeant la température sur le contrôleur à affichage numérique. Utiliser les flèche haut ^ et bas v pour passer en mode d’ajustement et augmenter ou réduire la température. Appuyer ensuite sur retour pour valider retourner au mode d’affichage de la température actuelle du four. Noter que la température standard de ce four est de 100C (fig.12).

Fig.12 Contrôle du four Lindberg/Blue M

2) Plaques chauffantes Il y a différents modèles de plaques chauffantes au laboratoire. Au poste d’étalement, on retrouve des plaques chauffantes à contrôle numérique où la température de la cuisson doit être ajustée à la valeur désirée. Pour l’un, il s’agit simplement d’appuyer sur les flèches vers le haut ou vers le bas du contrôleur de température pour faire afficher puis augmenter ou diminuer la consigne de température, la température actuelle s’affichant automatiquement ensuite. Pour un autre, il faut sélectionner la commande pour la consigne, l’ajuster puis valider.

Il faut pour certains modèles de plaques activer le chauffage. Si l’affichage n’est pas double, la valeur affichée de la température alternera entre la valeur cible et la valeur actuelle lue par le thermocouple intégré. Sur certaines plaques, un témoin lumineux indique que la plaque est chaude.

Pour plus de précision et de reproductibilité, démarrer à l’avance les plaques et laisser la température se stabiliser. Noter que le transfert thermique de la plaque au substrat doit être bon, ce qui signifie que le substrat doit bien faire contact et conduire la chaleur. Ainsi, le transfert thermique sera moindre si le substrat est fait de matériau isolant thermiquement tel que le verre, ou encore s’il est incurvé ou très épais. Ce qui signifie qu’il faudra compenser (durée ou température) pour être dans les mêmes conditions à la surface comparativement à un bon conducteur de chaleur comme le silicium par exemple.

Il est recommandé d’ajuster la plaque pour que la lecture d’un thermomètre de surface (thermocouple et lecteur ou cadran avec bilame métallique) indique la température désirée pour la cuisson. Si un suscepteur ou support intermédiaire est utilisé (par exemple, un tranche de silicium pour y déposer de petits échantillons à recuire), déposer plutôt le thermomètre sur la surface du suscepteur afin d’avoir une lecture de la température de la surface sur laquelle seront déposés les échantillons.

Les plaques chauffantes des postes d’étalement peuvent être laissées allumées durant les jours et heures ouvrables et être fermées seulement en fin de journée. Cependant, après un usage à plus haute température (supérieur à 150C), ramener la consigne à une valeur usuelle modérée telle que 115-120C.

b) Cuisson douce La cuisson douce, faite après étalement, se fait normalement entre 90C et 115C. Noter que l’effet d’une cuisson de résine par plaque chauffante n’est pas le même que par étuvage. Il est préférable de suivre les indications du fabricant, ou sinon d’adapter les températures et durées en conséquence. Par exemple, une cuisson douce sur plaque chauffante d’une minute à 115C pour la résine S1813 peut être remplacée par un étuvage au four de 7 min à 100C. Une optimisation des résultats de la photolithographie peut être faite en ajustant les conditions de la cuisson douce. Aussi, les résines très épaisses nécessitent des précautions et/ou des étapes supplémentaires pour ce recuit.

c) Cuisson forte La cuisson forte (faite après le développement) se fait typiquement au four à 125C durant 15 minutes (cas des résines S1800). Un temps plus court sur plaque chauffante pourrait être utilisé. Noter que plus on s’approche de la température de transition vitreuse de la résine, plus les profils de la résine sont adoucis. De plus, il se forme un «pied» de résine à la base des zones de résine provenant de la résine qui a tendance à un peu «couler» au fond, ce qui peut altérer le traitement subséquent en masquant une partie des régions ouvertes. Ceci est particulièrement problématique dans les petites ouvertures dans la résine où l’on doit graver par voie chimique.

Pour y remédier, on peut soumettre (avant la gravure par exemple) le substrat à un plasma d’oxygène à faible puissance et/ou de courte durée (ex : 100W, 1 à 2 min.) pour éliminer partout sur la tranche une mince couche de résine et ainsi dégager les ouvertures.

2) Étalement

a) Caractéristiques des tournettes disponibles a) Polos 200 pour substrat jusqu’à 8po, encastrée dans la surface du banc ventilé, contrôle au dessus (fig.1)

b) Polos 150 pour substrat jusqu’à 6po, de format «tabletop», contrôle sur le devant (fig.2)

Ces appareils programmables peuvent contrôler la vitesse de rotation, l’accélération et la durée des étapes d’étalement.

b) Opération de la tournette Le vacuum servira au maintient de l’échantillon ou du substrat sur le mandrin de la tournette. Noter qu’un message s’affiche sur le contrôleur lorsque le niveau de vide ou vacuum est absent ou insuffisant.

Installer l’échantillon ou le substrat sur le plateau. Utiliser un adaptateur approprié monté sur le mandrin de 45mm de diamètre pour les petits échantillons (fig.15). Pour des substrats de 3po ou 4po, utiliser les outils de centrage (fig.16) et les placer directement sur le mandrin de 45mm. Appuyer sur le bouton VAC (vacuum) du panneau du contrôleur. Une DEL verte s’illumine pour indiquer que le vacuum est bien activé. Noter que les programmes ne débutent pas si le vacuum n’est pas activé et vont s’interrompre si le vacuum tombe en deçà d’un certain seuil.

Fig.15 Adaptateurs variés Fig.16 Outils de centrage (substrats 4 et 3 po)

Il existe aussi des adaptateurs spécialisés tels que ceux pour échantillons minces, pour lames de verres, pour plaques carrées (masques photolithographiques) de 4, 5 ou 7po de diamètre (fig.17). Il est aussi possible de faire fabriquer un support spécial sur demande.

Fig.17 Supports de plaques et autre support pour tournettes Polos (étalement et revêtement)

Le panneau de contrôle des tournettes POLOS est illustré ci-dessous. La séquence générale d’opération en 8 étapes est indiquée dans l’encadré.

c) Choix du programme et étapes de l’étalement Noter que le choix du programme est généralement fait parmi les programmes dits standards. Les programmes sont normalement protégés par mot de passe. Tous les programmes dits standards effectuent 3 étapes, soit l’étalement lent, l’étalement rapide et l’arrêt. Il est possible de créer des programmes sur mesure pour mieux s’adapter aux particularités de procédés. Consulter le personnel des salles blanches pour plus d’information.

L’étalement lent sert à répandre la résine sur la surface du substrat, tandis que l’étalement rapide est effectué pour obtenir l’épaisseur désirée. Consulter les courbes d’épaisseur ou «spin curves» de la résine choisie dans les fiches techniques (accessibles depuis le site du Guide de l’usager ou sur le site du fabricant) afin de déterminer la vitesse de rotation requise pour obtenir l’épaisseur de résine désirée.

d) Méthode de déposition de la résine La séquence de l’étalement sera reprise en détail plus loin. Cette section présente des approches possibles pour faire l’étalement par rotation, en fonction du format de l’échantillon. et quelques trucs pour améliorer la qualité du revêtement.

1) Échantillons non-circulaires et petits échantillons Pour faire l’étalement de résine par rotation sur des échantillons non-circulaires ou de petite taille, il est préférable de déposer la résine goutte à goutte, de façon statique, sur toute la surface de l’échantillon afin de garantir que la résine soit présente partout sur l’échantillon suite à l’étalement.

a. Soulever le couvercle et se positionner au-dessus de l’endroit à déposer la résine, en maintenant la pipette inclinée. Pour plus de stabilité, on peut maintenir le poignet de la main qui tient la pipette avec l’autre main.

b. On vise une couverture complète, mais il faut quand même éviter de faire déborder la résine de l’échantillon. Il faut donc placer les premières gouttes les plus tangentes possible aux bords de l’échantillon. Commencer par déposer une goutte dans chaque coin, puis, si les gouttes ne se sont pas rejointes, déposer des gouttes entre les coins, pour faire finalement le centre.

c. Si malgré tout, avant l’étalement, une partie de l’échantillon n’est pas couvert de résine jusqu’au bord et que cela ne peut être toléré, on peut aussi se servir du bout de la pipette comme un pinceau pour déplacer délicatement la résine en surplus sur l’échantillon vers la zone non-couverte. A défaut de faire ceci, il est probable que cette zone demeure non-couverte même après étalement.

2) Grands échantillons circulaires Avec des équipements automatiques et dans un contexte industriel, la déposition de la résine est optimisée pour une utilisation réduite en résine tout en obtenant au final une couverture complète et uniforme de la résine sur les substrats.

Avec au laboratoire des appareils d’étalement beaucoup plus manuels, il est possible de déposer une quantité raisonnable de résine de façon statique et/ou dynamique et d’obtenir une couverture complète. En pratique, le rendement n’est pas de 100%, pour différentes raisons, dont l’état de la surface, la nature de la résine, et la dextérité de l’opérateur. On pourra adapter la méthode selon les circonstances pour faire un bon compromis entre les coûts, les risques, les délais et le rendement.

a. Méthode de déposition statique i. Placer la pipette pleine de résine dans l’ouverture centrale du couvercle et appuyer sur l’ampoule de la pipette pour déposer dans la région centrale du substrat (si possible en un jet continu) une petite flaque de résine jusqu’au diamètre voulu. Ceci fonctionnera bien pour des résines assez fluides. SI on préfère ou pour des résines plus visqueuses, on pourra plutôt soulever le couvercle et déposer la résine au centre du substrat, en un mouvement de spirale du

centre vers l’extérieur pour répandre plus uniformément la résine qui formera une flaque jusqu'au diamètre voulu. Le diamètre de la flaque devrait être au moins du tiers du diamètre du substrat. Augmenter ce diamètre jusqu’au deux tiers, voire à la couverture complète, pour une résine plus visqueuse ou si des zones ne sont pas couvertes après étalement avec un programme approprié (vitesses, accélération et durées adaptées).

ii. Avec le couvercle fermé, lancer le programme d’étalement aussitôt.

b. Méthode de déposition statique/dynamique Voici une méthode de déposition sur grand substrats circulaires faite en deux étapes, soit statique puis dynamique, qui donne généralement le meilleur rendement en utilisant potentiellement moins de résine qu’une déposition statique sur l’ensemble de la surface.

i. Remplir deux pipettes d’une quantité suffisante de résine, et les suspendre à la verticale.

ii. D’une première pipette, déposer la résine de façon statique au centre pour former une flaque d’au moins le tiers du diamètre du substrat. Suspendre la pipette pour faire remonter les bulles d’air. S’il y a lieu, cette résine pourra servir lors de l’étalement de votre prochain substrat.

iii. Avec le couvercle fermé, positionner la seconde pipette dans l’ouverture centrale du couvercle de la tournette, au-dessus de la plaque de résine, mais tangent au bord de celle-ci.

iv. Lancer le programme et injecter aussitôt en 1 à 2 secondes, durant l’étalement lent (soit à l’intérieur d’une durée de 3 à 5 secondes selon le programme), un jet continu et abondant de résine tout en déplaçant radialement le bout de la pipette vers l’extérieur du substrat pour le couvrir entièrement. Ce mouvement combiné de la machine et de l’opérateur équivaut à déposer la résine en spirale.

v. Suspendre la seconde pipette. Noter qu’il faut éviter de déposer de la résine durant l’étalement rapide.

vi. Lorsque le déplacement et l’injection ont été bien dosés et synchronisés avec la séquence d’étalement, on devrait constater à la fin de celle-ci une couverture en résine complète avec une bonne uniformité sur la surface du substrat.

e) Amélioration de la qualité du revêtement de résine Cependant, si on n’y arrive pas à chaque étalement similaire, pour éviter d’avoir à recommencer, l’usager pourra toujours choisir de faire la couverture complète de la résine de façon statique pour garantir une couverture complète. Ceci consommera évidemment plus de résine par étalement mais peut-être moins de façon absolue.

Lorsque la résine est déposée sur l’échantillon, avant de lancer l’étalement, pour éviter les défauts localisés de non-uniformité dans la résine un fois étalée, retirer toute bulle dans la résine en aspirant un peu de résine avec la pipette. Déposer tout surplus de résine dans la bouteille de récupération.

S’il y a présence de particules dans la résine et que cela vient de la bouteille, il est possible, si la résine n’est pas trop visqueuse, de la filtrer (avec filtre et seringue) avant de la déposer sur la surface.

Quand la déposition de la résine n’est pas faite sur toute la surface, sous certaines conditions, lorsque l’accélération et/ou la vitesse d’étalement lente sont trop élevées, il est possible que la résine ne soit pas étalée partout sur la surface, comme si la résine aurait «passé par-dessus» certaines zones aux limites de l’échantillon. Il est préférable d’utiliser alors une recette avec une accélération et/ou une vitesse d’étalement lent un peu plus faibles et pour les grands substrats, ce peut-être aussi avec une augmentation de la durée de l’étalement lent.

f) Programmes d’étalement aux tournettes Les tournettes Polos peuvent avoir en mémoire jusqu’à 50 programmes que les usagers peuvent choisir. Si aucun des programme ne convient ou pour tenter une optimisation, l’usager pourra demander au personnel de lui créer un programme adapté. Noter que les programmes sont protégés par mot de passe. Consulter le tableau 6 pour obtenir un aperçu des recettes standards des Polos 150 et 200.

Tableau 6 Recette standard des POLOS 150 et 200

Programme Étape durée [sec.]

Vitesse cible [rpm] Accélération (définie à l'étape 1)

1 1 3,0 500 1245 2 30,0 1000 3 3,0 0

2 1 3,0 1000 1245 2 30,0 2000 3 3,0 0

3 1 3,0 1000 1245 2 30,0 2500 3 4,0 0

4 1 3,0 1000 1245 2 30,0 3000 3 5,0 0

5 1 3,0 1000 1245 2 30,0 3500 3 5,0 0

6 1 3,0 1000 1245 2 30,0 4000

3 5,0 0

7 1 3,0 1000 1245 2 30,0 4500 3 6,0 0

8 1 3,0 1000 1245 2 30,0 5000 3 7,0 0

9 1 3,0 1000 1245 2 30,0 6000 3 8,0 0

10 1 5,0 300 1245 2 30,0 1000 3 3,0 0

11 1 5,0 300 1245 2 30,0 2000 3 4,0 0

12 1 5,0 500 1245 2 30,0 3000 3 5,0 0

13 1 5,0 500 1245 2 30,0 4000 3 6,0 0

14 1 5,0 500 1245 2 30,0 5000 3 7,0 0

15 1 5,0 500 1245 2 30,0 6000 3 7,0 0

Note: Les programmes standards sont les mêmes pour les deux appareils POLOS 150 et POLOS 200. Pour plus de détails, consulter la liste complète des programmes en vigueur, qui est affichée aux postes d’étalement.

g) Promoteur d’adhérence L’utilisation optionnelle de promoteur d’adhérence tels que le MCC Primer 80/20 ou encore le HMDS (fig.18) peut se faire avec le même programme que pour l’étalement de la résine, puisque la vitesse de rotation d’un liquide aussi fluide ne changera pas significativement l’épaisseur du promoteur sur le substrat. Ceci évite de changer de programme et réduit les sources d’erreur.

Il est recommandé de déposer le promoteur de façon dynamique, c'est-à-dire pendant le début de l’étalement LENT, par l’orifice sur le dessus, puisque l’appareil ne fonctionne que le couvercle fermé (fig.19). Une seule goutte pour un petit échantillon ou quelques gouttes pour un grand substrat suffisent. Les bouteilles de promoteur sont munies d’un compte-gouttes intégré au bouchon. Éviter de toucher la pipette de verre du compte-goutte lors des manipulations.

Certains recommandent de faire un court recuit du promoteur en déposant le substrat sur une plaque chauffante, mais cela n’est généralement pas nécessaire.

Fig.18 Bouteilles de promoteur d’adhérence Fig.19 Dépôt dynamique de promoteur d’ad.

h) Ponction et dépôt de la résine Le dépôt de la résine se fait normalement de façon statique sur nos appareils de laboratoire. Ceci permet de déposer la résine sur la surface d’un échantillon ou sur le centre d’un plus grand substrat avec le couvercle relevé pour un accès plus facile.

Des petites bouteilles contenant les résines photorésines disponibles aux salles blanches sont rangées dans l’armoire ventilée située près des tournettes (fig.20). Ces bouteilles sont remplies au besoin par le personnel des salles blanches à partir de la bouteille originale du fabriquant. Noter qu’il faut toujours laisser les bouteilles à la verticale et les remettre dans l’armoire à l’endroit prévu.

Contrairement au promoteur d’adhérence, les bouteilles de résine ne sont pas munies de compte-goutte. On utilise des pipettes jetables en plastique pour faire une «ponction» de résine dans la bouteille (fig.21).

Fig.20 Rangement des bouteilles Fig.21 Pipettes de plastique (en 2 formats)

Pour éviter bien des problèmes, il est essentiel de ne pas contaminer le contenu des bouteilles (particules, résine séchée, etc.), et tout d’abord, il ne faut jamais remettre de la résine dans les bouteilles.

De plus, on ne trempe qu’une seule fois une pipette propre dans une bouteille. La résine dans la pipette peut cependant être utilisée pour plus d’un échantillon. Des supports sont installés près des tournettes pour y déposer les pipettes verticalement entre deux dépôts.

Pour prendre la résine et la déposer :

1) Dévisser le bouchon de la bouteille de résine en la maintenant à la verticale 2) Déposer la bouteille bien à plat sur la surface du banc ventilé 3) Prendre une pipette de la grosseur appropriée dans un des contenants sur le dessus du

banc ventilé. Les pipettes avec un plus gros «goulot» sont utilisées pour les résines plus visqueuses (SU-8, KMPR, AZ P4903, SPR220,…) qui donnent des épaisseurs de l’ordre de 10um et plus après étalement. Dans certains cas, pour les résines très visqueuse, on ira même jusqu’à coupé le bout de la pipette pour avoir un orifice de plus grand diamètre.

4) Appuyer sur l’ampoule de la pipette pour y retrancher du volume selon la quantité de résine requise.

5) Immerger la pipette sans toucher le fond 6) Relâcher la pression sur l’ampoule et laisser la résine «monter» dans la pipette et

remplir l’ampoule. LAISSER la pipette IMMERGÉE durant ce temps. 7) Lorsque la résine cesse de monter, retirer la pipette de la bouteille en maintenant une

très légère pression sur l’ampoule pour éviter l’entrée de bulle d’air. 8) Déposer la pipette sur son support (optionnel) 9) Préparer à l’avance une autre pipette si la quantité de résine de la première pipette est

insuffisante pour l’échantillon 10) S’il y a présence de bulle dans le goulot ou que la pipette a été remplie de résine depuis

un certain laps de temps, on peut par exemple vider une ou deux gouttes de résine dans la bouteille de récupération pour éliminer les bulles et de possibles particules de résine séchée.

11) Déposer la résine sur l’échantillon ou le substrat installé sur la tournette. Rappelons que :

• Pour un substrat circulaire, déposer une flaque de résine au centre. Pour les résines plus visqueuses, il faut étaler la résine sur une plus grande surface (procéder en spirale à partir du centre par exemple).

• Pour des échantillons carrés ou rectangulaires, déposer de la résine dans les coins, le plus près possible du coin, mais sans faire déborder la résine (pour ne pas enduire l’endos du substrat et le mandrin), puis au centre et entre les coins pour couvrir toute la surface. Alternativement, si on veut réduire la consommation de résine pour faire des étalements sur plusieurs grands substrats non-circulaires, on peut optimiser un programme d’étalement et/ou un patron de dépôt de résine initial qui ne couvre pas toute la surface.

• Pour des échantillons relativement petits (moins de 1cm), souvent 1 à 3 gouttes suffisent. La position de chaque goutte de résine est déterminante pour obtenir une bonne couverture sur toute la surface. Ainsi il est difficile de couvrir les 4 coins parfaitement. Noter qu’ajouter trop de résine formera un «dôme» de résine qui ne va généralement pas aider à couvrir de meilleure façon les coins non-couverts avant étalement. Au contraire, soit que la goutte «passe par-dessus», soit que le «dôme» se brise et que de la résine s’enduise sous l’échantillon et sur le mandrin.

• Dans tous les cas, il est sage de s’exercer à l’étalement de la résine choisie sur des échantillons de test de taille similaire aux échantillons de procédé afin de trouver une méthode donnant une couverture et une uniformité adéquates. Noter que le type de surface et les traitements antérieurs de celle-ci influencent la couverture ainsi que l’adhérence de la résine.

12) Déposer la pipette sur un support 13) Fermer le couvercle et procédé à l’étalement sans tarder 14) Pour d’autres échantillons, répéter à l’étape 11 s’il reste de la résine OU à l’étape 1 s’il

manque de résine mais dans ce cas avec une pipette NEUVE. 15) A la fin, vider toute résine des pipettes dans le contenant de récupération de résine et

déposer ensuite la pipette dans le bac de pipettes usagées, situé au fond dans le banc ventilé.

16) Effectuer le nettoyage de la tournette (OBLIGATOIRE à la fin de vos étalements!)

Note : S’il y a lieu, laisser reposer l’échantillon à la température ambiante (typiquement une minute) tout échantillon auparavant soumis à de plus hautes températures avant de déposer la résine sur celui-ci.

i) Récupération Tout surplus de résine est éliminé dans la bouteille de récupération de résine située à chaque poste d’étalement. Noter que les électrorésines (ou résines sensibles aux faisceau d’électrons) les photorésines, les LOR et autres résines diluées dans des solvants organiques non-halogénés sont récupérés ensembles dans une même bouteille.

Fig. 22 Bouteilles de récupération identifiées

j) Nettoyage de la tournette La tournette doit être nettoyée à fond après usage. Ce nettoyage est la responsabilité de l’utilisateur. Veuillez aviser le service technique si la tournette n’est pas propre à votre arrivée ou ne se trouve pas en bonne condition. Il faut savoir que la résine collée sur les parois finira par sécher et se décoller, ce qui cause une grande source de contamination sur les résines fraichement étalés sur les substrats.

Pour nettoyer la tournette, revêtir les gants rangés dans l’armoire de transfert. Ne pas utiliser les gants servant aux bancs humides pour ne pas les contaminer et les détériorer! Noter que les gants noirs résistent beaucoup mieux aux solvants de nettoyage comme l’acétone que les gants verts Solvek. Utiliser ceux-ci de préférence. Aviser le personnel si un de ces gants est endommagé.

Le nettoyage se fait en deux étapes : le nettoyage du support et le nettoyage des parois de la tournette.

1) Nettoyage des supports de tournette

a. Mandrin principal et support en plastique, avec joints toriques de Viton© • Nettoyer dès que possible après étalement le dessus et le côté du mandrin principal et

s’il y a lieu les supports en plastiques avec un chiffon imbibé d’alcool (tel que IPA) • Si la résine ne peut se retirer, utiliser brièvement un chiffon imbibé de solvant approprié

(acétone ou de PGMEA i.e. de AZ EBR) pour dissoudre la résine et passer ensuite le linge imbibé d’alcool pour minimiser les dommages au joint de Viton©.

b. Supports amovibles métalliques, sans joint • Vérifier devant la lumière le dégagement du/des trous d’aspiration • Si c’est le cas, déboucher les trous obstrués par une aiguille et/ou par immersion dans

du solvant avec ultrasons durant 5 minutes ou plus.

• Nettoyer entièrement le support amovible (en incluant le dessous) avec un chiffon imbibé du solvant approprié pour dissoudre toute résine

Un support obstrué ou un joint usé, sale ou craquelé est souvent la cause de problème de vide insuffisant. Prévenir le personnel technique si des échantillons sont éjectés ou si le problème de vide persiste!

2) Nettoyage des tournettes Polos • Après avoir nettoyé le support, nettoyez les parois internes du fond et du capot des

étaleuses avec les solvants appropriés selon la résine utilisée (acétone ou solvant EBR qui contient du PGMEA). particulièrement sur le rebord interne du capot («gouttière») où la résine s’accumule.

• Porter les gants dédiés au nettoyage des tournettes (rangés dans l’armoire de transfert).

• Nettoyer la tournette en 2 étapes (Ne pas attendre que la résine sèche)

1) Utilisez une tranche de 4 po pour projeter les solvants, avec un programme 1000-2000rpm durant au moins 20 secondes. S’il y a besoin et s’il y a beaucoup de résine, faire 3 cycles de 30 secondes : -Acétone -EBR -Acétone

2) Retirer la tranche et enlevez les résidus et le solvant saturé de résine en frottant longuement, les surfaces intérieures ( ++devant) avec des chiffons et des gants appropriés. Poursuivre le nettoyage tant que le chiffon imbibé de solvant(s) se salit. Imbiber de nouveau le chiffon lorsque nécessaire.

• Répétez les étapes 1) et 2) si nécessaire

Jeter tous les chiffons usagés dans une poubelle sous extraction.

Noter que les LOR peuvent s’enlever facilement avec un solvant régulier (acétone, IPA, …) s’il n’a pas eu le temps de sécher, c’est-à-dire, en pratique, immédiatement après chaque étalement. Sinon, utiliser le AZ EBR (PGMEA).

3) Exposition au rayonnement UV Les aligneuses à contact tels que la OAI 200 ou la OAI 806 MBA (fig. 3 et 4) sont constitués d’une source lumineuse UV, d’une source d’alimentation pour la lampe, d’un châssis avec support du masque et support de substrat et d’un système de microscope pour aider à faire l’alignement du substrat avec le masque lorsque cela est requis.

a) Mise en route de l’aligneuse OAI200 1) Les valves d’azote, de succion et d’air comprimé sont normalement déjà ouvertes pour

les appareils de photolithographie. Sinon demander au service technique. 2) Mettre sous tension la source d’alimentation de la lampe UV (fig.23). Pour ce faire

soulever le levier du disjoncteur vers le haut.

Fig.23 Source d’alimentation de la lampe UV de l’OAI 806 MBA

3) S’assurer que le sélecteur d’affichage (METER SELECT) est à la position POWER et que le sélecteur de mode est au mode Constant Intensity CI (indicateur à DEL éteint) et non pas CP (CP= LED rouge allumé sur le contrôleur de la lampe UV).

4) Appuyer ensuite momentanément sur le bouton START pour allumer la lampe UV. De 1 à 3 secondes suffisent normalement pour que les pulses à haute tension appliqués entre les électrodes de la lampe fassent illuminer la vapeur de mercure. On peut donc relâcher le bouton dès que l’affichage de la puissance (POWER) appliquée à la lampe n’est plus nul. La source d’alimentation va maintenant augmenter la puissance appliquée à la lampe jusqu’à la puissance nominale (195W-200W pour la OAI 200). Pendant la période de stabilisation, le courant à la lampe va diminuer et la tension va augmenter jusqu’à leur valeur nominale recommandé par le fabricant (inscrite sur l’emballage de la lampe). Pour plus de reproductibilité dans les résultats, il est recommandé d’attendre la fin de la période de stabilisation (au moins 5 minutes) avant d’exposer. Noter que la lampe est allumée AVANT l’appareil pour éviter que les pointes de tension n’affecte l’électronique des contrôles celui-ci.

5) Mettre sous tension le contrôleur de l’obturateur de l’aligneuse (TIMER), c’est-à-dire ce qui commande la pièce mobile bloquant le passage des UV vers la lentille. (fig.24)

EXPOSE : force l’exposition UV de la durée indiquée au timer RESET : Ferme l’obturateur et stoppe l’exposition UV 1000 SEC : Sélection de l’échelle (plage de 0 à 999sec) 100 SEC : Sélection de l’échelle (plage de 0 à 99,9sec) LAMP TEST : exposition UV de durée indéfinie (réservé pour maintenance et calibration) DEL allumée : point décimal pour le contrôle numérique de la durée

Fig.24 Contrôleur de l’obturateur de l’aligneuse OAI200

b) Ajustement de la durée d’exposition 1) Sélectionner l’échelle de 1000 secondes ou de 100 secondes selon la durée

d’exposition. Bien que l’échelle de 100 secondes permette une précision théorique à la dixième de seconde, le mouvement de l’obturateur requière tout de même plus ou moins 0.3 seconde. Il est donc recommandé de ne pas exposer moins de 3 secondes pour avoir plus de reproductibilité sur la durée d’exposition.

2) Ajuster la durée d’exposition désirée en pivotant les roulettes numériques du Timer sachant que l’intensité est normalement fixée à 15mW/cm2 (photodétecteur sensible à +/-400nm). Note : Énergie (mJ/cm2)=Intensité (mW/cm2) x durée (sec)

c) Préparation du support de substrat et installation du masque 1) S’assurer que le support de masque est abaissé en position horizontale, soit avec le

bouton MASK FRAME vers le bas (CLOSE) (fig.26). 2) Si ce n’est pas déjà fait, déplacer délicatement le chariot du microscope complètement

vers l’arrière. Pour ce faire, utiliser votre main droite sur la poignée du bas et appuyer avec le pouce sur le bouton noir pour désactiver la succion et permettre le déplacement.

3) Centrer le support du substrat dans l’ouverture circulaire du support de masque à l’aide des vis micrométriques de déplacement du support en X et Y (fig.25 et 26). ATTENTION : Utiliser l’extrémité des vis et non pas la bague d’ajustement différentiel sub-micrométrique de ces vis pour ne pas endommager le mécanisme!

Fig.25 Vis micrométrique de déplacement en Y : déplacements différentiel et régulier

4) Positionner la vis micrométrique de déplacement angulaire du support à mi-course

(environ 12mm), pour un maximum de latitude dans les deux sens de rotation.

Fig.26 Chariot mobile du support de masque et de substrat

5) Dévisser et retirer les boulons des 2 plaques de retenus sur le dessus du support de

masque. On peut aussi laisser un boulon partiellement dévissé à une extrémité de chaque plaque et faire pivoter celles-ci pour une réinstallation plus rapide.

6) Installer le masque de 4x4po (chrome anti-réfléchissant de couleur bronze vers le bas!) en plaçant celui-ci contre les 2 butées vers l’arrière. Centrer le masque entre les 2 orifices latéraux.

7) Appliquer la succion au support de masque en poussant sur le bouton MASK VAC (PUSH ON) (fig.27).

8) Replacer les plaques et revisser les boulons uniformément sans trop serrer.

Fig.27 Contrôles impliquant la succion

9) Vérifier si le masque est bien positionné angulairement. Pour corriger l’angle du masque, dévisser partiellement les boulons situés au deux côtés du support de masque et faire pivoter sur lui-même le disque supportant le masque. Idéalement, les axes de déplacement du microscope en X et Y devraient coïncider avec les axes orthogonaux du design sur le masque. Ne pas oublier de resserrer correctement les boulons.

Y

R

Z

MASK FRAME

X

d) Installation du substrat 1) Placer l’interrupteur MASK FRAME en position OPEN ce qui soulève le support de

masque avec un angle d’environ 45 degrés. Si le support de se soulève pas, s’assurer que le chariot du microscope est bien positionné entièrement vers l’arrière. En effet, dans ces conditions, le MASK FRAME ne pourra se soulever afin d’éviter qu’ils ne s’entrechoquent.

2) Avec le bouton BALL VAC en position vers le bas (OFF) (fig.27), le plateau du support de substrat est mobile pour permettre la «planarisation» du substrat contre le masque, un peu à la manière d’une rotule. Cependant, la position du plateau peut être figée en plaçant le bouton BALL VAC à vers le haut (ON).

3) Le support de substrat peut être monté ou descendu pour rapprocher ou éloigner le substrat du masque en tournant le gros bouton à cadran sur de devant du chariot (axe Z). Le support va monter (ou descendre) si on tourne dans le sens horaire (ou antihoraire).

4) S’assurer que le chariot est en position suffisamment basse si des substrats de plus forte épaisseur sont utilisés. Noter que même si on peut tourner continuellement le bouton dans le sens antihoraire, la position la plus basse du support correspond à la position ou un épaulement de la tige centrale sous le support est dans le même plan que le haut du châssis du chariot. ÉVITER de poursuivre la rotation, sinon la vis «sans fin» viendra appuyer sur la tôle métallique du châssis et un déplacement du chariot dans ces conditions endommagera cette surface (écaillage de la peinture et usure du métal).

5) Si vous utiliser le mode Vacuum contact (pour plus de précision), installer soigneusement le joint d’étanchéité dans la rainure autour du support de substrat. Consulter le personnel technique pour les détails.

6) La «planarisation» avec des substrats de 3po est aisée, mais pas pour de plus petits échantillons. Pour faciliter cette étape, il est recommandé de placer le plateau du support d’échantillon le plus à l’horizontale possible.

7) Déposer le substrat ou l’échantillon à l’aide de pince au centre du plateau, sur l’orifice de succion. Noter qu’un autre plateau avec une croix plutôt qu’un simple orifice permet de mieux maintenir la succion sur un substrat de 3po de diamètre. Pour faire ces changements, demander au personnel technique.

8) Corriger grossièrement l’angle ou la position du substrat ou de l’échantillon en le pivotant avec les pinces puis enclencher la succion avec SUB VAC en position haute (ON).

9) Corriger au besoin l’angle du plateau du substrat avec le micromètre de position angulaire ou de rotation (R à la fig.26). Le plateau tourne dans le sens horaire (ou antihoraire) vu du dessus quand on tourne le micromètre dans le sens horaire (ou antihoraire) vu de face.

10) Abaisser le support de masque avec MASK FRAME en position basse (CLOSE).

e) «Planarisation» 1) Au besoin, ajuster la «force» maximale pouvant être appliquée par le bouton CHUCK Z

ADJUST (fig.28). En général, on voudra réduire cette force pour des échantillons plus fragile (InP, substrats minces, …). Bien entendu, comme le contact est fait manuellement, il n’est pas nécessaire d’atteindre le seuil maximal pour mettre l’échantillon en contact avec le masque. Par contre, si on tente de dépasser le seuil, la corroie du bouton de montée ou descente du plateau va glisser et la force maximale ne sera pas dépassée.

Fig.28 Cadran de lecture et contrôle de l’ajustement de la force maximale applicable selon l’axe vertical (Z)

2) Monter le substrat jusqu’au contact avec le masque pour faire la «planarisation» et redescendre légèrement le plateau du substrat pour pouvoir effectuer des mouvements (déplacements selon X, Y ou R avec les micromètres).

f) Observation visuelle et au microscope 1) Si le masque est à champs clair ou présente des ouvertures suffisamment grandes pour

voir le contour de l’échantillon ou des repères visuels sur l’échantillon, effectuer des déplacements grossiers en rotation, et en X et Y en observant à l’œil nu au travers de ces ouvertures.

2) Tourner le bouton à mi-échelle (position «0») pour ouvrir l’alimentation de la source lumineuse et obtenir un bon éclairage par fibre optique des binoculaires du microscope (fig.29). Noter qu’un filtre empêche toute exposition UV de la source vers le substrat.

Fig.29 Source lumineuse du microscope Fig.30 Microscope binoculaire et caméra

3) Déplacer le chariot du microscope complètement vers l’avant en utilisant votre main droite sur la poignée du bas et en appuyant sur le bouton avec le pouce. Ralentir en fin de course.

4) Avec la main droite sur la poignée du haut, appuyer avec vos doigts sur les boutons pour permettre le déplacement du microscope selon un ou selon les deux axes X et Y.

5) Ajuster la hauteur des oculaires du microscope en les inclinant à votre hauteur et en pivotant pour ajuster la distance interoculaire (fig.30). Il est possible aussi de les pivoter complètement pour une plus grande variation de la hauteur effective pour l’usager.

6) Le microscope est muni d’un zoom de 0.75x à 11.25X et d’oculaires 20X (les 10X sont aussi disponibles sur demande). Les boutons de zoom sont situés à mi-hauteur sur la colonne. Un peu plus bas, les gros boutons coaxiaux servent à l’ajustement grossier et à l’ajustement fin du foyer sur le plan du masque et/ou de l’échantillon.

7) Sur le devant, la roulette noire permet augmenter (ou de réduire) la profondeur de champ en réduisant en contrepartie la quantité de lumière incidente.

8) Complètement au bout des objectifs se situe une lame quart de longueur d’onde. Elle peut être pivotée légèrement au besoin pour maximiser la quantité de lumière perçue.

9) Pour voir l’image sur l’écran, déplacer la souris pour activer l’écran (fig.31). L’application Pixelink permet de voir l’image perçue par la caméra. Noter que seule l’image venant de l’oculaire droit est affiché puisque la caméra partage le chemin optique de ce côté.

10) La fenêtre de Setup de cette application permet d’ajuster une durée d’exposition ou de passer en mode automatique (non-recommandé). Noter qu’il y a toujours un petit délai d’affichage qui est perceptible, surtout pour un temps d’exposition un peu plus long.

11) Dans la figure 31 ci-dessous, il s’agit bien d’un masque à champ foncé, mais ce champ opaque apparait clair puisque c’est la lumière réfléchie qui retourne vers les oculaires ou la caméra (chrome réfléchissant). Ainsi, pour un masque à champ foncé, ce sera en regardant dans les ouvertures sombres qui sont en fait les parties claires du masque que l’on fera l’alignement! Autrement dit, les attributs «champ clair» ou «champ foncé» correspondent à la propriété de la lumière TRANSMISE et non pas réfléchie…

Fig.31 Zone d’un masque vue par la caméra

g) Alignement 1) L’alignement est souvent trivial pour un premier niveau de lithographie. Ce peut être

un méplat du substrat ou une arrête de l’échantillon qui détermine la rotation à faire par rapport au masque. Ensuite, ce peut être simplement un centrage approximatif pour le positionnement en X et Y.

2) Pour tous les niveaux subséquents de lithographie, un alignement précis est requis, et dans certains cas, on recherche une précision aux limites de l’appareil (<1um).

3) Pour une efficacité accrue à l’alignement et un rendement maximal pour les dispositifs, il faut d’abord effectuer l’ajustement de la rotation, sans nécessairement prioriser le positionnement X et Y. Utiliser les micromètres X, Y et R (fig.26). Pour ce faire, aligner des structures visibles de l’échantillon avec des parties rectilignes les plus allongés du design du masque (cadre, bord de grandes ouvertures, lignes) qui doivent être parallèles. Laisser un décalage X et/ou Y suffisants pour bien visualiser le gap entre ces lignes parallèles. Déplacer le microscope le long de ces lignes et observer si les lignes s’éloignent ou se rapprochent. Si c’est le cas, ajuster l’angle de rotation et recommencer l’observation gauche/droite ou avant/arrière jusqu’à ce que les lignes soient parallèles sur toute leur longueur.

4) Lorsque la rotation est bien ajustée, effectuer l’alignement en X et Y. Retrouver les repères d’alignement et aligner d’abord avec les micromètres d’ajustement régulier. Au besoin, ajuster de façon optimale pour réduire les décalages en X et Y de part et d’autre du plan du substrat.

5) Effectuer une inspection au microscope pour des éléments du design à divers grossissements et sur d’autres repères d’alignement éloignés sur votre substrat pour garantir que l’alignement est bien fait.

6) Faire contact avec le masque. Si «l’ombrage» perçu s’amenuise et stagne lorsque l’on applique de plus en plus de force, il n’est pas nécessaire de poursuivre jusqu’au seuil maximum. Si l’ombrage reste relativement grand, le contact n’est pas complet, sans doute parce que le EBR n’a pas été fait, ou qu’il y a quelque chose qui empêche que le substrat soit en contact avec le masque. La définition du design dans la résine sera moins bonne mais peut convenir pour des niveaux de design moins critiques.

7) Optionnellement, utiliser le mode Vacuum contact (fig.32). Ce mode met en contact étroit le substrat avec le masque et donne souvent la meilleure résolution pour des substrats de 3po sur l’OAI 200. Au microscope, l’ombrage est minimisé en utilisant ce mode, souvent même si aucun EBR n’a été fait sur le substrat circulaire. Consulter le personnel pour plus de détails.

Fig.32 Contrôle du mode Vacuum contact de l’OAI 200

8) Vérifier l’alignement à nouveau. Si l’alignement n’est plus bon, descendre un peu pour dégager, déplacer pour aligner et remettre en contact.

9) Lorsque l’alignement est satisfaisant, déplacer le chariot du microscope vers l’arrière. 10) Pour démarrer l’exposition, utiliser ensuite votre main gauche sur la poignée du chariot

du support de masque et d’échantillon, appuyer sur le bouton avec le pouce et déplacer le chariot complètement vers la gauche.

11) Après un court délai (<2sec), l’obturateur se déplace alors automatiquement pour permettre l’exposition aux UV pour la durée indiquée. ATTENTION : NE PAS regarder le rayonnement UV directement ou indirectement car cela peut endommager votre vision de façon permanente.

12) Durant l’exposition, le cadran de la source d’alimentation de la lampe UV peut afficher l’intensité lumineuse perçue par le détecteur si le sélecteur du cadran de droite est à la position Intensity au lieu de Power. Celle-ci devrait être de 15mW/cm2.

13) A la fin de l’exposition, avec la main gauche et en appuyant sur le bouton, ramener complètement le chariot vers la droite, en ralentissant en fin de course.

14) Descendre légèrement le plateau du substrat (sens antihoraire) 15) Ouvrir le Mask Frame (OPEN) 16) Fermer la succion SUB VAC 17) Retirer l’échantillon et effectuer l’étape de photolithographie suivante, soit un PEB

optionnel ou un développement. 18) Si après développement, le résultat est satisfaisant pour le premier échantillon,

effectuer l’exposition des autres échantillons. Si l’analyse montre qu’il y a sous-exposition, augmenter la durée; s’il y a surexposition, la réduire. Noter que l’étape de

développement peut compenser un peu les sous-expositions, mais il est préférable d’ajuster la durée et de fixer les paramètres du développement.

19) Le tableau 7 donne un aperçu de résultats possibles obtenu après développement pour divers degrés d’exposition. Tableau 7 Quelques symptômes de sous-exposition et de surexposition de résines Résine positive Résine négative Sous-exposition forte

Résine pas développée jusqu’au fond, très faible contraste de l’image

Résine complètement lavée après développement

Sous-exposition moyenne

Résine résiduelle cause coloration uniforme ou sous forme de tache sur le bord et dans le fond des ouvertures, franges visibles à l’œil nu, contours des ouvertures plus foncés dû aux profils en pente douce

Éléments de résine plus étroits, résine moins résistante

Bonne dose d’exposition

Ouvertures dégagées, uniformes, angles et structures fines bien définis, profils plus verticaux, dimensions ok

Éléments de résine bien définis, profil inversé, dimensions ok

Surexposition moyenne

Angles plus arrondis, profils en pente plus douce

Dimension accrue des éléments de résine

Surexposition forte

Ouvertures agrandies, effet de proximités sur les angles ouverts, lignes étroites qui disparaissent

Éléments de résine qui s’étalent, ouvertures dans la résine rétrécies.

20) Noter qu’il est possible de reprendre du début les photolithographies en retirant la résine du substrat, tant que l’étape qui suit le développement n’a pas été effectuée.

4) Développement

a) Développement par immersion 1) Immerger dans un bain de développeur pour une durée prédéterminée. Une légère

agitation peut parfois être de mise. Noter que la température du développeur, sa fraîcheur et la saturation en résine influence sa capacité de développement. Les développeurs au KOH sont aussi très sensibles aux contaminations par des développeurs au TMAH.

2) Immerger ensuite dans un bain de rinçage constitué généralement d’eau déionisée pour la pluparts des résines ou encore d’alcool isopropylique (IPA) pour certaines résines négatives. Ce peut être aussi fait avec rinçage continu ou par jets (bouteilles compressibles par exemple)

3) Sécher au jet d’azote sur un chiffon de salles blanches. 4) La récupération des produits de développement après usage se fait dans des bouteilles

de récupération identifiées.

b) Développement par pulvérisation avec la développeuse Polos ADC 200 Le panneau de contrôle est identique à celui des étaleuses Polos à l’exception de vannes de contrôles dont l’ouverture est programmée pour chacune des étapes (fig.37). Consulter le document des recettes pour plus de détails.

1) Les services d’eau DI, d’azote, de succion et de CDA sont déjà activés sur l’appareil. SI ce n’est pas le cas, aviser le service technique.

2) Les réservoirs de développeurs (MF-319 et d’AZ400K dilués) situés sous le banc sont sous pression d’azote pour pouvoir obtenir un jet de développeur dans la Polos 200 ADC. Les manomètres devraient indiquer une pression entre 5 et 15psi (fig.34 et 35)

Fig.34 Réservoirs pressurisés Fig.35 Indicateur de niveau bas et manomètre

3) Les réservoirs de développeurs sont aussi munis de détecteur de bas niveau (fig.34 et 35). Vérifier que la lumière qui indique un bas niveau est bien éteinte. Dans le cas contraire, aviser le service technique. Noter qu’il peut y avoir encore plus d’un litre de solution lorsque la détection de niveau bas s’affiche. Il est donc possible de poursuivre encore quelques développements avant de manquer de développeur.

4) Pour de plus petits échantillons, installer l’adaptateur approprié (fig.36).

Fig.36 Intérieur de la Polos 200 ADC Fig.37 Panneau de contrôle de la Polos 200 ADC

5) Le mandrin de 45mm convient pour les substrats de 3 et 4po. Utiliser les outils de centrage correspondants.

6) Pour les autres grands formats tels que ceux pour masques photolithpgraphiques

• Dévisser le mandrin 45 mm. S’assurer de ne pas perdre le joint d’étanchéité de la succion situé au-dessous.

• Remplacer par un autre mandrin convenant au substrat. S’assurer que celui-ci a aussi son joint d’étanchéité au dessous.

• Visser bien droit en serrant juste assez pour écraser légèrement le joint en dessous. ATTENTION : NE PAS trop visser pour ne pas endommager les filets!

7) Installer le substrat ou l’échantillon et appuyer sur VAC. La DEL verte devrait s’allumer. Si le message Vacuum insuffisant s’affiche ce peut être:

• Une valve de succion restée fermée

• Des fuites sous le substrat

• Un mandrin insuffisamment vissé

• L’absence de joint d’étanchéité sous le mandrin 8) Fermer le couvercle 9) Choisir le programme en fonction du développeur requis, et des détails concernant la

méthode et la durée de développement. Consulter le document décrivant les recettes de développement. Noter que les programmes standards ont un rinçage à l’eau Di intégré dans leur séquence. Il n’y a donc pas de nettoyage manuel à faire.

10) Démarrer la séquence 11) Lorsque terminé, soulevé le couvercle, couper la succion (VAC off) et retirer

l’échantillon. Retirer à la fois l’adaptateur avec l’échantillon si utilisé. 12) Terminer le séchage au jet d’azote si nécessaire 13) Essuyer l’arrière de l’adaptateur et le mandrin avec un chiffon de salles blanches pour

éviter les problèmes d’infiltration de liquide dans le système de succion. 14) Effectuer le développement de l’échantillon suivant s’il y a lieu en répétant les étapes

précédentes. 15) Pour terminer, refermer le couvercle et laisser le poste de travail propre et sec.

©Copyright CRN2, diffusion interdite sans autorisation préalable. Rév. 31 janvier 2014