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Lithographie par Balayage de faisceau d’électrons/ions
La lithographie par balayage de faisceau est un ensemble de procédés technologiques sans utilisation de masque d’insolation. Deux technologies similaires peuvent être regroupées sous ce dénominatif : la lithographie électronique et la lithographie par faisceau d’ions focalisé (FIB : Focused ion beam).
. FIB
Les ions sont utilisés pour une grande variété de modification de surface : la nanolithographie (via une résine), la nanofabrication par gravure localisée (pas besoin de résine) avec ou sans gaz réactif (sélective, accélérée ou non), l’implantation ionique localisée, le dépôt localisé par décomposition induite sous faisceau [7,8]. . . Le faisceau, généré par une source d’ions (métal liquide (Ga, Ge, In, Au) ou gaz inerte ionisé), est focalisé sur la surface de l’échantillon par un système composé de lentilles électrostatiques (propriétés focalisatrices indépendantes du rapport entre la charge et la masse de la particule). L’observation de l’échantillon par imagerie ionique permet une mise au point et un positionnement précis de la sonde, dont le meilleur diamètre est de l’ordre de 5-10 nm avec un courant de quelques picoampères pour une source à métal liquide de Ga. La taille de sonde est principalement limitée par les aberrations (chromatiques et sphériques) introduites par le système de lentilles électrostatiques à cause de la large dispersion énergétique de la source à métal liquide (LMIS, liquid metal ionic source). L’effet de ces aberrations est d’autant plus prononcé qu’on augmente le courant du faisceau. En raison de leur masse plus grande que celle des électrons, les ions du faisceau diffusent peu et pénètrent moins dans la matière avec laquelle ils interagissent (peu de rétrodiffusion). Bien que légèrement élargie par les électrons secondaires, peu énergétiques, la zone d’interaction obtenue est mieux délimitée. C’est pourquoi la résolution accessible avec la lithographie par faisceau d’ions (motif transféré) est normalement meilleure que celle obtenue avec des électrons (pour une même taille de sonde). Du fait de cette très grande efficacité du transfert d’énergie entre les ions et la résine, une même résine aura généralement une sensibilité plus élevée au faisceau d’ions qu’au faisceau d’électrons. Voici les meilleurs résultats en termes de résolution, obtenus en lithographie ionique :
– des lignes d’Aluminium larges de 10 nm à partir d’AlF3, résine inorganique, de 50 nm d’épaisseur (décomposition de AlF3 sous le faisceau par sublimation du F) [9].
– des réseaux de plots avec des diamètres variant de 10 à 20 nm dans une couche de PMMA (poly(méthyl methacrylate)) de 60 nm d’épaisseur [10].
– des lignes à base d’or de faibles dimensions latérales (30 nm) et verticales (<10 nm) avec un facteur de forme ajustable avec la dose [11].
Lorsque le faisceau est suffisamment intense et énergétique, la collision des ions provoque la pulvérisation des atomes de la surface et une gravure localisée s’opère. Cette option est très intéressante puisqu’elle permet d’effectuer la lithographie et la gravure simultanément sans besoin d’un masque de résine intermédiaire. Habituellement, deux étapes sont nécessaires: la lithographie produit le masque de résine destiné au transfert du motif par lift-off ou gravure. Contrairement au lift-off, la gravure détériore souvent la résolution du motif de résine par érosion ou pulvérisation. D’où l’intérêt de ce mode de fabrication par FIB qui permet la nanofabrication de structures à l’échelle de la dizaine de nanomètres en une seule étape. Des lignes larges de 8 nm ont été obtenues par cette technique (en régime de gravure) dans une couche de GaAs au travers d’une couche de 50 nm d’AlF3 [9]. Cette gravure peut être rendue sélective ou être accélérée par l’addition d’un gaz réactif dans l’enceinte. Ce procédé de gravure (sélectif ou non) est utilisé pour réparer les masques ou les circuits défectueux (avec dépôt localisé possible), fabriquer des membranes, préparer des échantillons pour une analyse au microscope électronique à transmission . . . Récemment, il a servi à la réalisation de réseaux de trous, constituant des sites de croissance préférentielle pour la fabrication de boîtes quantiques organisées, sur des surfaces de InP(001), Si(001) et GaN [12].
Bien que très lents, la lithographie et l’usinage par faisceau d’ions focalisé sont versatiles, flexibles et permettent une intervention localisée directe à l’échelle nanométrique. Malheureusement, les ions étant des particules lourdes, ils induisent toutefois des dommages en surface :
– amorphisation (possibilité de réduire cet effet en augmentant la température de l’échantillon pendant l’irradiation).
– implantation non contrôlée d’ions issus de la source (Ga…).
– re-dépôt d’atomes éjectés lors du bombardement ionique (possibilité de réduire cet effet soit en procédant à plusieurs passages, soit en introduisant un gaz réactif dans l’enceinte pour former des éléments volatils évacués par le pompage)
Il en résulte une perte de cristallinité et une contamination de la surface, très handicapantes pour certaines applications comme une reprise de croissance, par exemple.
. Lithographie par faisceau d’électrons focalisé (EBL, Electron Beam Lithography)
La lithographie par faisceau d’électrons ou lithographie électronique est la technique la plus souvent employée pour fabriquer des dispositifs nanométriques. Elle consiste à balayer par un faisceau d’électrons une résine électro-sensible (sensible aux électrons) pour y dessiner un motif (figure 6) Le dessin des motifs sur la résine est donc dans ce cas sériel et non parallèle comme en photolithographie. La résine peut être soit organique (PMMA…), soit inorganique (procédé SiDWEL : Silicide Direct Write Electron Beam Lithography…).
Technologies de « contact printing »
ADN et hybridation
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Table des matières
Introduction
Chapitre I : Micro et nanotechnologie
1-LES METHODES DE LITHOGRAPHIES :
1-1-LES DIFFERENTES APPROCHES DE LA LITHOGRAPHIE
1-1-1-Approche Top down
1-1-2-Approche Bottom-up
1-2-LES TECHNOLOGIES CLASSIQUES DE LITHOGRAPHIE
1-2-1-Photolithographie par proximité
1-2-2-Lithographie par Balayage de faisceau d’électrons/ions
1-3-LES TECHNOLOGIES DE LITHOGRAPHIE DOUCE
1-3-1-Technologies d’“Embossing” et de Molding
1-3-2-Technologies de « contact printing »
2-BIOPUCES A ADN
2-1-GENERALITES
2-1-1-Le marché des Biopuces
2-1-1-ADN et hybridation
2-1-2-Systèmes de détection par fluorescence
2-2-MICROARRAYS
2-2-1-La problématique et les solutions existantes
2-2-2-« Microarray » obtenus par dépôt robotisé de gouttes
2-2-3-Puce in-situ
2-3- MOLECULES UNIQUES
2-3-1-Peignage moléculaire
2-3-2-Suivi de molécules uniques
3-VERS LA FABRICATION DE BIOPUCES PAR LITHOGRAPHIE DOUCE5 REFERENCES
1-MOULES
1-1-FABRICATION DES MOULES
1-2-TRAITEMENTS DE SURFACE
1-2-1-Les différentes méthodes
1-2-2-Le traitement en phase liquide
2-TIMBRES
2-1-PDMS
2-1-1-Une formulation commerciale: Sylgard
2-1-2-Hard PDMS
2-1-3-Timbre hybride
2-2-POLLUTION OCCASIONNEE LORS DU CONTACT PAR LE TIMBRE DE PDMS
2-2-1- Caractérisation du procédé de contamination
2-2-2-Influence des conditions de réticulation sur le degré de contamination
2-2-3-Influence de la composition du PDMS
2-2-4-Nettoyage des timbres de PDMS
2-3-PROPRIETES MECANIQUES DU TIMBRE EN PDMS
2-3-1-Conformation du timbre sur le substrat
2-3-2-Effondrement du timbre
2-3-3-« Retrait thermochimique » du PDMS
REFERENCES :
Chapitre III : Encrage des timbres
1-PREPARATION DES SURFACES
1-1-PLASMA
1-1-1-Impact du processus de nettoyage sur la persistance du traitement de surface par plasma O2 des timbres de PDMS
1-1-2-Effet du plasma sur le PDMS
1-2-TRAITEMENTS CHIMIQUES
2-ENCRE MOLECULAIRE
2-1-MOLECULES BIOLOGIQUES (SOLVANTS PROTIQUES)
2-1-1-Adsorption de l’ADN sur un timbre de PDMS
2-1-2-Impact du processus de nettoyage du PDMS sur l’encrage des molécules d’ADN
2-1-3-Adsorption des protéines sur un timbre de PDMS
2-2-MOLECULES SYNTHETIQUES (SOLVANTS POLAIRES APROTIQUES)
2-2-1-Molécules inférieures au nm
2-2-2-Molécules synthétiques hydrophiles
2-2-3-Molécules synthétiques hydrophobes
3-SUBSTRATS
3-1-SILANES
3-2-DENDRILAMES
REFERENCES :
CHAPITRE IV : BIOPUCES
1-DENDRIMERES
1-1-PRINCIPE DU DEPOT
1-2-LES DIFFERENTS REGIMES DE DEPOT
1-2-1-Régime d’excès
1-2-2-Régime de déficit
1-3-HAUTE RESOLUTION
2-BIOPUCES A ADN
2-1-ETUDE DU NOMBRE ET DU TEMPS DE CONTACT
2-2-COMPARAISON ENTRE LE SPOTTER ET LE µCP
2-3-FABRICATION DE BIOPUCES POUR LA DETECTION DE MUTATION, MULTIPLEXAGE
3-BIOPUCES A MOLECULES UNIQUES : PERSPECTIVES
3-1-OBJECTIFS ET CONTEXTE
3-2-PEIGNAGE D’ADN
REFERENCES :
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