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Timestamp: 2018-07-16 15:36:56+00:00
Document Index: 181219742

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FR2849221A1 - Application of Nano Imprint Lithography for use in micro-technology involves pressing substrates in a mould provided with a motif of hollows and projections through to a hardened polymer sub-layer - Google Patents
Application of Nano Imprint Lithography for use in micro-technology involves pressing substrates in a mould provided with a motif of hollows and projections through to a hardened polymer sub-layer Download PDF
FR2849221A1
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Lithography by pressing a substrate includes a preparation stage during which the substrate (1) is covered with a layer, a pressing stage in a mould provided with a motif made up of hollows and projections on only a part of the thickness of the layer, at least one stage of attack on the layer to denude some parts of the substrate surface and a stage of engraving the substrate with the mould motif. The preparation stage includes a sub-stage for the formation of a lower sub-layer (2A) of a hardenable material, a stage of hardening this sub-layer and a sub-stage for the formation of an outer sub-layer adjacent to the hardened sub-layer. The pressing stage includes the penetration of the projections of the mould into this outer sub-layer up to contact with the hardened sub-layer.
L'invention concerne la nano-impression (aussi appelée Nanolmprint The invention relates to nano-printing (also called Nanolmprint
Lithography, ou NIL), qui est une technique de lithographie par pressage de substrats dans les microtechnologies. Lithography, or NIL), which is a lithography technique pressing substrates in microtechnology.
Cette technique présente divers avantages par rapport aux méthodes connues: elle permet d'obtenir les mêmes résolutions que la 15 lithographie électronique, tout en étant beaucoup plus rapide et de moindre cot En pratique, I'objectif est de réaliser des nanostructures (donc à une échelle inférieure au micron, typiquement quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres) sur de grandes surfaces Elle peut avoir notamment des applications dans la réalisation d'éléments de stockage magnétique à haute 20 densité, de composants optiques à base de cristaux photoniques et dans les biotechnologies. This technique has several advantages over known methods: it provides the same resolution as the 15 electron-beam lithography, while being much faster and less cost in practice I'objectif is to produce nanostructures (thus a submicron scale, typically tens to hundreds of nanometers) on large surfaces it may have applications in particular in the realization of magnetic storage elements 20 high density optical components based on photonic crystals and biotechnology . La nano-impression consiste à presser un moule dans un polymère recouvrant un substrat, en silicium ou en un autre matériau approprié Le moule est typiquement réalisé en silicium par les techniques de lithographie/gravure 25 standards Ce moule est pressé dans une couche de polymère chauffé au delà de sa température de transition vitreuse en sorte d'être déformable Après refroidissement et démoulage, les motifs du moule se retrouvent imprimés en négatif dans le polymère. The nanoimprint consists of pressing a mold in a polymer covering a substrate made of silicon or other suitable material The mold is typically made of silicon by lithography techniques / etch 25 This mold standards is pressed into a layer of heated polymer beyond its glass transition temperature so as to be deformable After cooling and demolding, the mold units can be found printed in negative in the polymer.
Afin d'éviter un contact qui pourrait être destructif entre le moule et le 30 substrat qui supporte le polymère, une fine couche résiduelle de polymère est laissée volontairement au fond des motifs en saillie du moule En effet, les pressions appliquées au moule sont telles que, si le moule et le substrat venaient en contact direct, les deux plaques seraient fragilisées et pourraient se casser Pour garantir la présence de cette couche résiduelle, l'épaisseur initiale de polymère est choisie de telle sorte que, en fin de pressage, le polymère remplisse les creux des motifs du moule. In order to avoid contact which might be destructive between the mold and the substrate 30 supporting the polymer, a thin residual polymer layer is intentionally left at the bottom of the projecting patterns of the mold because the pressures applied to the mold are such that , if the mold and the substrate come into direct contact, the two plates would be weakened and may break to ensure the presence of this residual layer, the initial polymer thickness is chosen such that, at the end of pressing, the polymer fill the hollow of the mold units.
L'épaisseur résiduelle de polymère est ensuite éliminée par un plasma d'oxygène, ce qui met localement à nu le substrat Les motifs de la couche de polymère sont alors reproduits (on dit qu'ils sont transférés) dans le substrat par gravure plasma (typiquement la technique connue sous le signe RIE pour "Reactive Ion Etching"), comme dans le cas d'une lithographie/gravure 10 habituelle. The residual thickness of polymer is then removed by an oxygen plasma, which locally expose the substrate The units of the polymer layer are then reproduced (they are said transferred) into the substrate by plasma etching ( typically under the RIE sign known technique for "Reactive Ion etching"), as in the case of lithography / 10 usual etching.
Une telle technique est décrite dans le document "Imprint of sub25 nm vias and trenches in polymers" de SY CHOU, PR KRAUSS, and P J. RENSTROM, paru dans Appl Phys Lett 67 ( 21) 20 november 1995, pp 31143116. Such a technique is described in the document "Imprint of SUB25 nm vias and trenches in polymers" SY Chou, PR KRAUSS, and J. P Renström, Appl Phys Lett appeared in 67 (21) November 20, 1995, pp 31,143,116.
La difficulté principale de cette technique est d'obtenir une épaisseur résiduelle uniforme, quelques soient la taille et la densité des motifs pressés. The main difficulty of this technique is to obtain a uniform residual thickness, regardless of the size and density of pressed patterns.
En effet, si l'épaisseur résiduelle en fond de motif n'est pas homogène, le plasma d'oxygène qui vise à l'éliminer induira une modification locale de la taille des motifs là o cette couche est la plus fine; Indeed, if the residual thickness pattern background is not homogeneous, the oxygen plasma, which aims to eliminate induce a local modification of the grounds of size there where this layer is the thinnest; or cette diminution de taille, à 20 propos de motifs a priori inconnus, ne peut pas être prise en compte dans le dimensionnement des motifs du moule Il en découle une imprécision dans le contrôle des dimensions des motifs qui est incompatible avec une utilisation industrielle de cette technique. or the decrease of size 20 about reasons a priori unknown, can not be taken into account in the design of the mold patterns This results in an inaccuracy in controlling the dimensions of the patterns that is incompatible with industrial use of this technical.
Cette modification erratique de la taille des motifs de la couche de 25 polymère peut s'expliquer comme suit. This erratic change in the size of the patterns of the polymer layer 25 can be explained as follows.
Tout d'abord, les différences locales dans l'épaisseur résiduelle proviennent du fait que plus les saillies et les creux du motif du moule sont rapprochés, plus la pénétration du moule dans la couche de polymère implique le déplacement d'une quantité importante de matière, et plus le moule a du mal 30 "à entrer" dans la couche de polymère. Firstly, local differences in residual thickness due to the fact that over the projections and the mold pattern of the recesses are closer, the more the penetration of the mold into the polymeric layer involves the movement of a large quantity of material , and the mold has trouble 30 "enter" in the polymer layer.
Lors de l'étape de gravure en plasma d'oxygène de cette couche résiduelle en fond de motif, il y a élimination en chaque endroit de la matière polymère en direction du substrat Mais lorsqu'en un endroit o la couche résiduelle est initialement très fine, la surface sous-jacente du substrat a été mise à nu, la continuation de l'application du plasma (nécessaire pour éliminer la couche résiduelle là o elle est la plus épaisse) se traduit par une attaque 5 désormais latérale du polymère, ce qui se traduit localement par un agrandissement des creux du motif En conséquence les motifs les plus isolés (o la couche résiduelle a été la plus fine) sont diminués par rapport aux saillies du moule, alors que les motifs les plus denses (o la couche résiduelle a été la plus épaisse) sont maintenus identiques par rapport aux saillies du moule. During the plasma etching step of this residual oxygen layer patterned background, there is elimination at each point of the polymeric material toward the substrate But when a place where the residual layer is initially very fine , the underlying surface of the substrate was exposed, the continued application of the plasma (necessary to remove the residual layer there where it is thickest) results in a side 5 now attack the polymer, which translates locally by an enlargement of the hollow pattern accordingly the most isolated patterns (o residual layer was finer) are reduced relative to the protrusions of the mold, while the most dense patterns (o residual layer was thickest) are kept identical with respect to the mold projections.
Cette disparité d'épaisseur est très difficile à éviter En fait, les principaux paramètres du pressage sont la pression, la température et le temps de pressage Des essais ont montré que, si l'on veut graver des lignes de 500 nm de largeur, avec un espace entre les lignes qui varie entre 650 nm et 10 000 nm, sous une pression de 50 bars à 120 C, l'épaisseur résiduelle varie entre 15 55 et 120 nm pour une durée de pression de 5 minutes, entre 40 à 75 nm pour une durée de 30 minutes, et entre 65 et 75 nm pour une durée de 60 minutes. This thickness disparity is very difficult to avoid in fact, the main pressing parameters are the pressure, temperature and the pressing time Tests have shown that, if one wants to burn line width 500 nm, with a space between the lines which varies between 650 nm and 10 000 nm at a pressure of 50 bar at 120 C, the residual thickness varies between 15 55 and 120 nm for a 5 minute duration pressure between 40 to 75 nm for a period of 30 minutes and between 65 and 75 nm for a period of 60 minutes.
Cela montre, d'une part la disparité d'épaisseur (le maximum est généralement observé pour un écart entre les lignes qui est de l'ordre de 1000 nm), mais aussi que, cette disparité diminue lorsque l'on augmente la durée de pressage. This shows, firstly the thickness disparity (the maximum is generally observed for a gap between the lines is on the order of 1000 nm), but also that this disparity decreases when increasing the length of pressing. 20 Il apparaît ainsi qu'il est possible d'obtenir un pressage sensiblement uniforme dans un réseau, mais que cela implique des températures et des durées (plus la température est élevée, moins la durée de pressage a besoin d'être longue) pouvant apparaître trop élevées et donc trop coteuses. 20 It thus appears that it is possible to obtain a substantially uniform pressing in a network, but it involves temperatures and durations (the higher the temperature, the lower the pressing time needs to be long) can appear too high and too coteuses.
Cela rend cette technique moins rapide et donc moins avantageuse 25 que les procédés standards. This makes it slower and therefore this technique is less advantageous than 25 standard methods.
Mais ce qui précède concerne un réseau d'une taille donnée, dont les motifs sont particuliers (des lignes uniquement, de même largeur), de sorte qu'il peut être conclu que, s'il est possible, avec des conditions bien adaptées, d'obtenir un réseau de lignes uniformément pressées dans des tailles données, 30 il est quasiment impossible d'avoir avec les mêmes conditions une épaisseur résiduelle de même valeur dans des réseaux de taille et de densité de motifs différentes, et a fortiori avec des motifs de formes diverses En conséquence, l'étude complète de l'homogénéisation de pressage est à refaire en fonction des trois paramètres précités, dès que l'on change de taille de réseau ou de motifs de pressage. But above A network of a given size, the grounds are private (only the lines of the same width), so it can be concluded that, if possible, with well-adapted conditions to obtain a network of uniformly pressed lines in data size, 30 it is almost impossible to have the same conditions with a residual thickness of the same value in network size and density of different reasons, let alone with patterns as a result of various forms, complete the pressing homogenization study be redone according to the three aforementioned parameters, as soon as you change network size or pressing reasons.
Pour obtenir des impressions de bonne qualité, il a été proposé, 5 notamment par le document "Tri-layer systems for nanoimprint lithography with an improved process latitude" de A LEBIB, Y CHEN, F CARCENAC, E. CAMBRIL, L MANIN, L COURAUD et H LAUNOIS, paru dans Mircoelectronic engineering 53 ( 2000) 175-178, d'utiliser une technique mettant en oeuvre trois couches sur le substrat que l'on veut graver: ce substrat est recouvert par une 10 couche inférieure de résine PMGI cuite à 270 C, elle-même recouverte d'une fine couche de germanium, elle-même recouverte par une couche supérieure de résine PMMA ou 51805 Le procédé comporte de multiples étapes: pressage du moule dans la seule couche supérieure, élimination du résidu de la partie imprimée de la couche supérieure, transfert du motif dans la couche de 15 germanium par attaque de cette couche intermédiaire en utilisant la couche supérieure comme masque, et cette couche de germanium sert ensuite de masque pour l'attaq For good quality prints, it was suggested, including 5 in the document "Tri-layer systems for nanoimprint lithography with an Improved process latitude" A Lebib, CHEN Y, F CARCENAC E. Cambril, MANIN L, L COURAUD LAUNOIS and H appeared in Mircoelectronic engineering 53 (2000) 175-178, to use a technique employing three layers on the substrate that it is desired to burn: the substrate is covered by a bottom layer 10 of resin cooked PMGI to 270 C, itself covered with a thin germanium layer, itself covered by a top layer of PMMA or 51805 resin the method comprises multiple steps: pressing of the mold in only the upper layer, removing the residue of the printed portion of the upper layer, transferring the pattern in the layer of germanium 15 by etching said intermediate layer using the upper layer as a mask, and the germanium layer then serves as a mask for atta ue de la couche inférieure Il y a ensuite dépôt d'une couche métallique sur la couche inférieure puis élimination de cette couche inférieure: les portions de cette couche métallique qui ont été au fond des creux de cette 20 couche, sur la surface du substrat, sont les seules à subsister et servent enfin de masque pour l'attaque du substrat Il faut noter que c'est un procédé de nature différente de celui précédemment décrit puisque ce n'est pas la couche inférieure qui sert, par ses portions en saillie, de masque pour l'attaque du substrat, mais les portions métalliques directement déposées sur ce substrat, 25 correspondant aux creux de cette couche inférieure Cette technique impliquant un dépôt au fond des creux de la couche inférieure est souvent désignée sous la désignation anglaise de "lift-off". ue of the lower layer Then there depositing a metal layer on the lower layer and then removing said lower layer: the portions of the metal layer which were at the bottom of recess 20 of this layer on the substrate surface, are the only ones to survive and finally used as a mask for etching of the substrate It is noted that this is a different kind of method from that previously described because it is not the bottom layer which serves, through its projecting portions, mask for the etching of the substrate, but the metal portions deposited directly on the substrate 25 corresponding to the hollow of the lower layer the technique involving a bottom of the recesses to the deposition of the bottom layer is often referred to as the English name of "lift -off ".
L'invention a pour objet un procédé de lithographie par pressage d'un substrat, capable d'être mis en oeuvre à l'échelle industrielle avec un nombre 30 modéré d'opérations, qui conduise à une bonne précision des motifs lithographiés puis pressés, pour des pressions, des temps et des températures de pressage modérés. The invention lithography process object by pressing of a substrate, capable of being implemented on an industrial scale with 30 moderate number of operations, which leads to a good accuracy of the lithographic then pressed patterns, for pressures, times and moderate pressing temperatures.
L'invention propose à cet effet un procédé de pressage d'un substrat comportant une étape de préparation au cours de laquelle ce substrat est recouvert d'une couche, une étape de pressage d'un moule muni d'un motif constitué de creux et de saillies sur une partie seulement de l'épaisseur de la 5 couche, au moins une étape d'attaque de cette couche jusqu'à dénuder des parties de la surface du substrat, et une étape de gravure du substrat selon un motif de gravure défini à partir du motif du moule, caractérisé en ce que l'étape de préparation comporte une sous-étape de formation d'une sous-couche inférieure en un matériau durcissable, une étape de durcissement de cette 10 sous-couche, et une sous-étape de formation d'une sous-couche externe qui est adjacente à cette sous-couche durcie, l'étape de pressage comportant la pénétration des saillies du moule dans cette sous-couche externe jusqu'au contact avec cette souscouche inférieure durcie. The invention provides for this purpose a pressing process of a substrate comprising a preparation step during which the substrate is covered by a layer, a pressing step of a mold provided with a pattern of recesses and projections over only part of the thickness of the layer 5, at least one attack of this layer stripping step until portions of the surface of the substrate, and a step of etching the substrate in a defined etching pattern from the mold pattern, characterized in that the preparing step comprises forming a sub-step of a lower sub-layer of curable material, a step of curing the undercoat 10, and a sub- an outer sub-layer forming step which is adjacent to the cured sub-layer, the pressing step including penetration of the protrusions of the mold into this external sub-layer until it contacts the cured lower sublayer.
On peut noter que la mise en oeuvre d'une couche de matériau 15 durcissable ayant subi un traitement de durcissement n'est en soi pas nouvelle dans le domaine de la nano-impression, puisque le document précité de LEBIB et al enseignait l'empilement de trois couches dont la couche inférieure avait fait l'objet d'un traitement de recuit Par contre, il n'avait pas encore été proposé de mettre à profit la dureté d'une telle couche pour en faire une couche d'arrêt 20 lors du pressage du moule, puisqu'il est précisé dans ce document que, pour éviter que le moule ne vienne en contact avec le substrat, l'épaisseur de la couche supérieure est légèrement supérieure à la profondeur de moule, et il est même précisé, ainsi que cela a été déjà mentionné, qu'on enlève le résidu de la couche supérieure avant de s'en servir de masque pour l'étape d'attaque de la 25 couche sous-jacente; It may be noted that the implementation of a layer of curable material 15 having undergone a hardening treatment is per se not new in the field of nanoimprint, since the aforementioned document of Lebib et al taught the stack of three layers of which the lower layer had been subject to an annealing treatment for against, it had not yet been proposed to utilize the hardness of such a layer into a barrier layer 20 upon pressing the mold, since it is stated in this document that, to prevent the mold coming into contact with the substrate, the thickness of the top layer is slightly greater than the depth of the mold, and it is even stated, as has already been mentioned, it removes the residue of the upper layer prior to use as a mask for the etching step 25 of the underlying layer; ce document ne divulguait donc pas d'utiliser une couche d'arrêt pour le pressage (pas même celle en germanium), et a fortiori ne divulguait pas d'utiliser une couche d'arrêt en polymère durci. disclosed herein thus does not use a barrier layer for pressing (not even that germanium), and a fortiori does not disclose to use a barrier layer of hardened polymer.
L'invention apporte une simplification par rapport aux solutions connues, y compris dans le cas des techniques de type "lift-off", puisqu'elle 30 permet de contrôler avec précision la profondeur de pénétration du moule en tout point de la couche, ce qui contribue à obtenir une grande précision dans la reproduction lors de la gravure du motif du moule. The invention provides a simplification compared to the known solutions, including in the case of techniques known as "lift-off", since 30 allows to precisely control the penetration depth of the mold at every point of the layer, which contributes to achieve high accuracy in the reproduction during the etching of the mold pattern.
Toutefois, I'invention est tout particulièrement intéressante lorsque, comme dans la technique décrite au début, la couche imprimée sert de masque pour la gravure du substrat, ce qui correspond à un procédé bien plus simple et bien plus rapide que ceux du type "lift-off" Un cas avantageux de 5 l'invention est donc celui o on forme cette sous-couche inférieure en contact avec la surface du substrat, et en ce que, lors de l'étape d'attaque, on creuse la sous-couche inférieure au travers des creux de la sous-couche externe et, lors de l'étape de gravure, on attaque le substrat au travers de ces mêmes creux. However, the invention is particularly advantageous when, as in the art described at the beginning, the printed layer serves as a mask for etching the substrate, which corresponds to a much simpler process and much faster than those of the type "lift -off "An advantageous case of 5 the invention is therefore one where is formed said lower sub-layer in contact with the substrate surface, and in that, during the etching step, one digs the underlayer lower through the hollow of the outer sub-layer and, during the etching step, the substrate is attacked through the same recesses.
Une simplification complémentaire est obtenue lorsque la sous10 couche inférieure et la sous-couche externe sont réalisées en un même matériau, auquel cas il n'y a à prévoir qu'un seul matériau, les deux souscouches étant différentiées par le fait que l'une d'entre elles est durcie, l'autre pas; An additional simplification is achieved when the sous10 lower layer and the external sub-layer are made of the same material, in which case there is expected that a single material, the two sublayers being differentiated by the fact that a of them is cured, the other not; cela simplifie en outre le choix du mode d'attaque du substrat, puisqu'il suffit de vérifier qu'il est compatible avec ce matériau commun. it also simplifies the choice of mode of attack of the substrate, since it is sufficient to verify it is compatible with the common material.
De manière préférée, le traitement de durcissement comporte un traitement thermique de la sous-couche inférieure à une température supérieure à sa température de durcissement, l'étape de pressage étant réalisée à une température de pressage légèrement supérieure à la température de transition vitreuse de la sous-couche externe De manière 20 préférée, ce matériau est un polymère, par exemple une résine réticulable Il s'agit par exemple d'une résine négative; Preferably, the curing treatment includes heat treatment of the lower sublayer to a temperature higher than its curing temperature, the pressing step being performed at a pressing temperature slightly above the glass transition temperature of the external sublayer 20 preferably, this material is a polymer, for example a crosslinkable resin this is for example a negative resin; il peut aussi s'agir d'une résine positive. it can also be a positive resin. L'épaisseur minimale de la sous-couche inférieure pour qu'elle puisse servir efficacement de couche d'arrêt varie selon divers paramètres, dont 25 la pression de pressage et la nature du matériau polymère; The minimum thickness of the lower sub-layer so that it can serve effectively as a barrier layer varies depending on various parameters, 25 the pressing pressure and the nature of the polymeric material; par ailleurs il est recommandé que cette épaisseur ne soit pas beaucoup plus importante que ce minimum de manière à ne pas allonger inutilement le temps d'attaque de cette sous-couche pour mettre localement à nu la surface du substrat Compte tenu de ces commentaires, il est avantageux que cette sous-couche inférieure ait 30 une épaisseur comprise entre 0,01 et 1 micron. otherwise it is recommended that the thickness is not much larger than this minimum so as not to unnecessarily lengthen the attack time of this sub-layer to locally expose the surface of the light of these comments substrate, it is advantageous that this lower sub-layer 30 has a thickness of between 0.01 and 1 micron.
Pour faciliter la pénétration du moule dans la sous-couche externe jusqu'à la sous-couche interne, cette épaisseur de la sous-couche externe est avantageusement inférieure à la profondeur des creux du motif du moule. To facilitate penetration of the mold in the outer sub-layer to the inner sub-layer, the thickness of the outer sublayer is preferably less than the depth of the pattern of the mold hollow.
Le substrat est de préférence en silicium, qui est un matériau très 5 bien connu dans les applications micro-électroniques Toutefois le matériau constitutif du substrat (du moins en ce qui concerne sa partie à graver) peut être choisi dans une grande gamme de matériaux utilisable dans les microtechnologies, parmi lesquels on peut citer le germanium ou les alliages Si Ge (avec des proportions variées), In P, As Ga, etc Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue schématique d'une première étape du procédé de l'invention, selon laquelle on positionne un moule sur une couche formée sur un substrat, 15 la figure 2 est une vue schématique d'une seconde étape selon laquelle on presse le moule dans la couche jusqu'à une souscouche d'arrêt, la figure 3 est une vue schématique d'une troisième étape selon laquelle, après démoulage, on attaque la so The substrate is preferably made of silicon, which is a five well-known material in microelectronic applications, however the material constituting the substrate (at least as regards its portion to be etched) can be selected from a wide range of usable materials in microtechnology, among which mention may be made of germanium or alloys If Ge (with varying proportions), InP, GaAs, etc. objects, features and advantages of the invention emerge from the following description, given with of the appended drawing in which: Figure 1 is a schematic view of a first step of the method of the invention in which a mold is positioned on a layer formed on a substrate 15 in Figure 2 is a schematic view of a second step in which the mold is pressed into the layer to a stop sublayer, Figure 3 is a schematic view of a third step in which, after demoulding, is etched so us-couche d'arrêt, 20 la figure 4 est une vue schématique d'une quatrième étape selon laquelle on grave le substrat, et la figure 5 est un graphique corrélant l'épaisseur résiduelle après pressage du moule en fonction des caractéristiques du motif à reproduire. us-stop layer 20 in Figure 4 is a schematic view of a fourth step in which the substrate is etched, and Figure 5 is a graph correlating the residual thickness after pressing of the mold depending on the characteristics of the pattern reproduce.
Les figures 1 à 4 représentent quatre stades du procédé de l'invention, mettant en oeuvre un substrat 1 sur lequel on a formé une couche 2, et un moule 3 muni d'un motif formé de saillies 4 et de creux 5 définissant un motif selon lequel on veut graver le substrat Le substrat et le moule sont ici en un même matériau, par exemple en silicium. Figures 1 to 4 show four stages of the process of the invention, employing a substrate 1 on which was formed a layer 2, and a mold 3 provided with a pattern of projections 4 and recesses 5 defining a pattern that one wants to etching the substrate the substrate and the mold are here of the same material, for example silicon.
La figure 1 représente une étape dans laquelle la couche 2 a déjà été formée sur le substrat, sous la forme de deux sous-couches, à savoir une sous-couche intérieure 2 A et une couche externe 2 B, et dans laquelle le moule est positionné sur cette couche, au moment de commencer le pressage. 1 shows a step in which the layer 2 has been formed on the substrate in the form of two sub-layers, namely an inner sub-layer 2A and an outer layer 2 B, and wherein the mold is positioned on this layer at the time of starting the pressing.
La couche intérieure est formée en un matériau durcissable Cette couche est d'abord formée sur la surface libre du substrat (avec ou non une couche d'oxyde naturel), puis traitée en sorte de durcir. The inner layer is formed of a curable material This layer is first formed on the free surface of the substrate (with or without a natural oxide layer), and then treated so as to harden.
Ce matériau peut être un polymère ou tout autre matériau plus mou que le matériau du substrat (au moins dans sa partie superficielle) Lorsqu'il s'agit d'un polymère, le traitement de durcissement est un traitement thermique à une température supérieure à sa température de durcissement Ce polymère 10 est de préférence choisi en sorte d'avoir une température de transition vitreuse supérieure à la température à laquelle va être fait le pressage Il est par ailleurs choisi en sorte de pouvoir, après pressage, être attaqué en sorte de dénuder localement la surface du substrat, par exemple par plasma d'oxygène Il s'agit avantageusement d'une résine réticulable. This material can be a polymer or any other material softer than the substrate material (at least in its surface portion) In the case of a polymer, the curing treatment is a heat treatment at a temperature above its This curing temperature polymer 10 is preferably selected so to have a glass transition temperature higher than the temperature at which the pressing will be made It is also chosen so as to be able, after pressing, be attacked ensure stripping locally the surface of the substrate, for example by oxygen plasma It is advantageously a crosslinkable resin.
Après traitement de durcissement de cette sous-couche inférieure 2 A, on forme sur cette couche durcie la sous-couche 2 B qui est destinée à constituer la partie externe du revêtement du substrat. After hardening treatment of this lower sublayer 2A is formed on the cured layer the underlayer B 2 which is intended to constitute the outer portion of the coating from the substrate.
Cette sous-couche externe est réalisée en tout matériau connu approprié, par exemple un polymère thermoplastique, capable d'être déformé, 20 éventuellement après chauffage au dessus d'un seuil de ramollissement Il peut s'agir d'un polymère ou d'une résine réticulable. This external sub-layer is made of any suitable known material, eg a thermoplastic polymer capable of being deformed, 20 optionally after heating above a softening threshold may be a polymer or a crosslinkable resin.
De manière tout à fait avantageuse, cette sous-couche externe est formée dans le même matériau utilisé pour former la sous-couche inférieure, à ceci près que l'on applique pas de traitement de durcissement à cette sous25 couche externe, y compris lors de l'éventuel chauffage pour le pressage. So Quite advantageously, this external sub-layer is formed of the same material used to form the lower sublayer, except that not applying hardening treatment in this sous25 outer layer including at the potential for heating pressing.
Le matériau constitutif de ces deux couches est avantageusement une résine négative couramment utilisée en micro-électronique, qui possède un agent réticulant thermiquement activé Lorsque l'on chauffe la résine au dessus de sa température de réticulation, I'agent réticulant devient actif et lie entre elles 30 les macromo 17 cules Celles -ci ne pouvant plus se déplacer, le polymère devient dur et ce, de façon irréversible. The material of these two layers is advantageously a negative resin commonly used in microelectronics, which has a thermally activated crosslinking agent When the resin is heated above its cure temperature, the Agent crosslinking becomes active and binds they 30 the macromo 17 cules these -ci can no longer move, the polymer becomes hard and it irreversibly.
En pratique, que la sous-couche externe soit dans le même matériau que la sous-couche inférieure, ou non, elle fait avantageusement l'objet d'un traitement standard, impliquant un traitement thermique, insuffisant pour induire un durcissement, mais suffisant pour stabiliser le polymère. In practice, the outer sub-layer is in the same material as the lower sublayer, or not, it is advantageously subjected to a standard treatment involving heat treatment, sufficient to induce curing, but sufficient for stabilize the polymer.
La figure 2 représente un stade o le pressage (après éventuel échauffement) a eu lieu et s'est poursuivi jusqu'à venue des saillies du moule en contact avec la couche d'arrêt 2 A Lors de ce pressage cette couche d'arrêt joue un rôle d'amortisseur. Figure 2 shows a stage when pressing (after possible overheating) took place and lasted until the projections come into contact with the barrier layer mold 2 A When this pressing this barrier layer plays a shock absorber.
On observe que les creux du moule, entre les saillies, sont 10 incomplètement remplis du matériau constitutif de la sous-couche externe En effet, les creux du moule ont une profondeur supérieure à l'épaisseur de la sous-couche externe, ce qui évite que la pénétration des saillies de ce moule dans cette sous-couche soit bloquée par les bourrelets 2 C de matière refoulée dans ces creux Ainsi, quelle que soit la densité des motifs du moules, isolés ou 15 denses, le pressage peut donc facilement s'effectuer sur l'ensemble du substrat, même lorsque celui-ci est de grandes dimensions Suite à son durcissement, la couche d'arrêt est suffisamment dure pour résister à une pénétration par les saillies, tout en restant suffisamment élastique pour absorber la pression appliquée On garantit bien que toutes les saillies viennent 20 à une distance donnée de la surface du substrat (l'épaisseur de cette couche d'arrêt voir aussi la figure 5), sans pour autant risquer de contact It is noted that the mold cavity, between the projections 10 are incompletely filled with the material constituting the outer sublayer Indeed, the mold recesses have a depth greater than the thickness of the outer sub-layer, which prevents that the penetration of the projections of the mold in the sub-layer is blocked by the beads 2 C material forced into these hollow thus, regardless of the density of the patterns of the molds, singly or 15 dense, pressing can therefore easily s' performed on the entire substrate, even when the latter is large following curing, the barrier layer is sufficiently hard to resist penetration by the projections, while remaining sufficiently resilient to absorb the applied pressure is ensures that all the projections 20 are at a given distance from the surface of the substrate (the thickness of this barrier layer see also Figure 5), without risking contact entre le moule et le substrat, donc de dégradation entre ces éléments. between the mold and the substrate, so degradation therebetween.
Il est à noter que, plus la différence entre l'épaisseur de la souscouche et la profondeur des creux du moule est importante, plus le risque qu'il y 25 ait localement remplissage complet de ces creux est faible, et plus facile est le démoulage ultérieur A titre complémentaire, puisque les creux ne se remplissent pas, les contraintes mécaniques au sein du moule restent sensiblement uniformes lors du pressage, de sorte que ce moule ne se déforme quasiment pas, ce qui accroît sa durabilité. It should be noted that the greater the difference between the thickness of the underlayer and the depth of the mold cavity, the greater the risk that there 25 is locally complete filling of these hollow is low, and is easier demoulding further in addition, since the recesses are not filled, the mechanical stresses within the mold remain substantially uniform during pressing, so that the mold hardly deform, which increases its durability.
Il est apparu possible d'obtenir un bon contact entre les saillies du moule et la couche d'arrêt, sans détérioration de celle-ci. It became possible to obtain a good contact between the projections of the mold and the barrier layer, without damaging it.
Les figures 3 et 4 représentent la suite du procédé de gravure du substrat, reprenant des étapes connues en soi. Figures 3 and 4 show the result of the substrate etching process, repeating steps known per se.
A la figure 3, le moule a été retiré, ne laissant subsister que les bourrelets de la matière de la sous-couche qui se sont formés dans les creux 5 du moule En utilisant ces bourrelets comme masque d'attaque, on a attaqué, par exemple par plasma d'oxygène (le substrat étant en silicium), la couche d'arrêt, jusqu'à dénuder localement le substrat. In Figure 3, the mold was removed, leaving only the beads of the material of the undercoat layer which are formed in the mold cavity 5 By using these beads as the etching mask, it is attacked by example by oxygen plasma (the substrate being made of silicon), the barrier layer, to locally stripping the substrate.
A la figure 4, les creux ménagés dans la couche d'arrêt ont été utilisés comme masque pour l'attaque du substrat, par tout moyen connu 10 approprié tel que l'attaque au plasma classiquement utilisée en lithographie, selon un motif qui est défini par celui du moule, en ce sens que les creux du substrat correspondent très exactement aux saillies du moule. In Figure 4, the hollow formed in the barrier layer were used as a mask for etching of the substrate by any suitable known means 10, such as plasma etching is conventionally used in lithography, in a pattern which is defined by that of the mold, in that the hollow substrate correspond exactly to the mold projections.
Il est ainsi possible d'obtenir les performances voulues en précision avec des pressions plus faibles que dans les solutions connues, par exemple 5 15 minutes au lieu de 30 minutes, sous 15 bars au lieu de 50 bars Le dimensionnement de l'installation de pressage s'en trouve simplifié et son encombrement réduit. It is thus possible to obtain the precision desired performance with lower pressures than in the known solutions, eg 5 15 minutes instead of 30 minutes under 15 bar instead of 50 bar The pressing facility's design is simplified and compact.
La figure 5 représente les résultats obtenus pour diverses configurations: un ensemble de lignes dans le moule dont la largeur L varie 20 entre 0 35 et 0 5 microns, une épaisseur E entre les lignes qui varie entre 0 35 et 0 5 microns suite à un pressage de 10 minutes à 140 OC sous 15 bars, les sous-couches externe et inférieure étant en une même résine négative. 5 shows the results obtained for various configurations: a set of rows in the mold, the width L varies 20 between 0 35 and 0 5 microns, a thickness E between the lines varies between 0 35 and 0 5 microns following a pressing 10 minutes at 140 OC under 15 bar, the outer and lower sub-layers being of the same negative resin.
Lorsque l'on mesure l'épaisseur résiduelle de la sous-couche d'arrêt finalement obtenue après contact du moule avec celle-ci, on observe que celle-ci, malgré 25 quelques fluctuations pouvant être attribuées à de possibles écrasements locaux différents entre les zones considérées, reste sensiblement uniforme d'une ligne à l'autre, comprise dans tous les cas dans une gamme de l'ordre de 40 à 60 nanomètres; When measuring the residual thickness of the barrier underlay finally obtained after contact with the mold it is observed that the latter, despite 25 some fluctuations can be attributed to possible crashes between different local areas considered, remains substantially uniform from one row to another, included in all cases in a range of about 40 to 60 nanometers; cela établit aussi que l'épaisseur de cette sous-couche d'arrêt peut n'être que de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, ce qui 30 est très fin Dans cet exemple: épaisseur de la couche externe initiale: 100 nm profondeur des motifs du moule: 250 nm it also establishes that the thickness of this barrier sublayer may be only of the order of a few tens of nanometers, which is very fine 30 In this example: initial thickness of the outer layer: 100 nm depth the mold units: 250 nm
1 Procédé de lithographie par pressage d'un substrat comportant 5 une étape de préparation au cours de laquelle ce substrat ( 1) est recouvert d'une couche, une étape de pressage d'un moule muni d'un motif constitué de creux et de saillies sur une partie seulement de l'épaisseur de la couche, au moins une étape d'attaque de cette couche jusqu'à dénuder des parties de la surface du substrat, et une étape de gravure du substrat selon un motif de 10 gravure défini à partir du motif du moule, caractérisé en ce que l'étape de préparation comporte une sous-étape de formation d'une sous-couche inférieure ( 2 A) en un matériau durcissable, une étape de durcissement de cette sous-couche, et une sous-étape de formation d'une sous-couche externe ( 2 B) qui est adjacente à cette sous-couche durcie, l'étape de pressage comportant la 15 pénétration des saillies du moule dans cette sous-couche externe jusqu'au contact avec cette sous-couche durcie. 1 pressing lithography process of a substrate with 5 a preparation step during which the substrate (1) is covered with a layer, a pressing step of a mold provided with a pattern consisting of pits and projections on only part of the thickness of the layer, at least a step of etching this layer until stripping portions of the surface of the substrate, and a step of etching the substrate in a pattern of etching 10 defined from the mold pattern, characterized in that the preparing step comprises forming a sub-step of a lower sublayer (2 a) a curable material, a step of hardening of said undercoat, and sub-step of forming an outer sub-layer (2B) which is adjacent to the cured sub-layer, the pressing step including penetration 15 of the mold projections into this external sub-layer until it contacts this cured sub-layer.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme cette sous-couche inférieure en contact avec la surface du substrat, et en ce que, lors de l'étape d'attaque, on creuse la sous-couche inférieure au travers 20 des creux de la sous-couche externe et, lors de l'étape de gravure, on attaque le substrat au travers de ces mêmes creux. 2 A method according to claim 1, characterized by forming said lower sub-layer in contact with the substrate surface, and in that, during the etching step, one digs the lower sublayer through 20 of the hollow of the outer sub-layer and, during the etching step, the substrate is attacked through the same recesses.
3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la sous-couche inférieure et la sous-couche externe sont réalisées en un même matériau. 3 A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the lower sub-layer and the external sub-layer are made of the same material.
4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement de durcissement comporte un traitement thermique de la sous-couche inférieure à une température supérieure à sa température de durcissement, l'étape de pressage étant réalisée à une température de pressage supérieure à la température de transition vitreuse de 30 la sous-couche externe. 4 A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the curing treatment includes heat treatment of the lower sublayer to a temperature higher than its curing temperature, the pressing step being performed at a pressing temperature higher than the glass transition temperature of 30 the outer sublayer.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ce matériau est un polymère. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that this material is a polymer.
6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ce matériau est une résine réticulable. 6 A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said material is a crosslinkable resin.
7 Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ce matériau est une résine négative ou une résine positive. 7 A method according to claim 5 or claim 6, characterized in that said material is a negative resin or a positive resin.
8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que cette sous-couche inférieure a une épaisseur comprise entre 0,01 et 1 micron. 8 A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that this lower sub-layer has a thickness between 0.01 and 1 micron.
9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la sous-couche externe est inférieure à la 10 profondeur des creux du motif du moule. 9 A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the thickness of the external sub-layer is less than the depth 10 of the pattern of the mold hollow.
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