Photolithographie : Les bases

La photolithographie est un procédé de transfert d'images binaires qui peut être utilisé pour améliorer de nombreuses applications de microfabrication.

Les principes fondamentaux de la préformation de la photolithographie consistent en les procédures suivantes :

• Nettoyage de surface
• Enrobage par centrifugation
• Cuisson douce
• Exposition et masquage
• Cuisson après exposition (PEB)
• Développement
• Cuisson au four

Nettoyage de surface

Le nettoyage de la surface est l'une des étapes les plus importantes de la préformation de la photolithographie. Il est essentiel d'obtenir une surface propre pour créer des surfaces microfabriquées de qualité. Les particules qui se trouvent sur un substrat peuvent provoquer des défauts indésirables dans le motif final de la résine. En outre, la contamination du film peut entraîner une mauvaise adhérence. Souvent, les matériaux sont simplement rincés avec une solution d'alcool, puis séchés. Piranha sert également de solution de nettoyage du verre. Cependant, en raison de la présence d'un acide, cette méthode de nettoyage est moins souhaitable.

Enrobage par centrifugation

L'enduction par centrifugation s'effectue dans une machine d'enduction par centrifugation équipée d'un mandrin d'enduction par centrifugation. La vitesse d'essorage détermine l'épaisseur de la résine photosensible, un matériau sensible à la lumière. Une résine photosensible se compose d'une résine, d'un sensibilisateur, d'un promoteur d'adhésion et d'un diluant. Il existe deux types de résine photosensible, positive et négative. Les photorésines positives deviennent plus faciles à graver lorsqu'elles sont exposées à la lumière, tandis que les photorésines négatives sont plus difficiles à graver lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Chaque résine photosensible a sa propre courbe de vitesse de rotation qui peut être utilisée pour déterminer l'épaisseur résultante.

Lors du dépôt d'une résine photosensible sur un substrat, il est possible d'effectuer une dépose statique ou dynamique. Lors d'une dépose dynamique, le substrat est en mouvement pendant la dépose. La dépose statique se produit lorsqu'une résine photosensible est appliquée au centre d'un substrat avant le mouvement. Le type de dépose dépend de l'application souhaitée.

Cuisson douce

Après l'enduction par centrifugation, une étape de cuisson douce permet de réduire la teneur en solvant afin de stabiliser le film de réserve. La cuisson douce est principalement utilisée pour prévenir la délamination en améliorant l'adhérence. Le temps de cuisson douce détermine le taux d'évaporation qui peut entraîner des défauts s'il est effectué trop rapidement ou trop lentement. Des bulles peuvent se former si l'étape de cuisson douce est effectuée pendant des périodes prolongées et un film collant peut se former en raison d'une cuisson insuffisante. La détermination d'un temps de cuisson doux adéquat est très importante au cours du processus de photolithographie.

Exposition et masquage

Un système d'exposition est utilisé pour émettre une longueur d'onde spécifique de la lumière nécessaire pour activer le composé photoactif dans la résine photosensible. Le temps pendant lequel un substrat est soumis à l'exposition est utilisé pour créer les dimensions souhaitées des macrostructures et des microstructures. Il est important de noter que les propriétés de la résine photosensible peuvent varier en fonction de la température. Par conséquent, une surexposition produit des motifs de résine plus petits, tandis qu'une sous-exposition produit des structures plus larges. Une longueur d'onde plus courte permet d'obtenir des caractéristiques plus petites.

Les masques sont utilisés pour créer un motif souhaité sur un substrat. L'impression peut se faire par contact, par projection ou par proximité. Comme son nom l'indique, l'impression par contact se produit lorsqu'un masque est directement placé sur un substrat avant l'exposition. Cette méthode est utilisée pour créer des caractéristiques plus importantes. L'impression par projection fait appel à une lentille qui permet une meilleure résolution des caractéristiques. L'impression de proximité consiste à maintenir un substrat à une distance donnée d'un masque, créant ainsi un espace de proximité.

Cuisson après exposition

Une étape de cuisson après exposition est nécessaire pour éviter l'écaillage du film et réduire l'effet d'onde stationnaire. L'écaillage du film peut être réduit ou évité en ajustant la solubilité de la résine polymère présente dans la résine photosensible. La présence d'ondes stationnaires peut rendre le contrôle de la largeur de ligne plus difficile. Le PEB permet d'égaliser les valeurs maximales et minimales de la concentration du sensibilisateur de la résine photosensible, créant ainsi un taux de développement uniforme.

Développement

Le développement consiste à immerger un substrat recouvert de résine photosensible dans une solution de développement. Dans le révélateur, les photorésistances non polymérisées sont éliminées par lavage pour créer un motif de réserve final. Il peut être nécessaire de répéter ce processus plusieurs fois pour s'assurer que les caractéristiques sont correctement établies sur le substrat.

Cuisson au four

La dernière étape d'un processus de photolithographie typique est la cuisson dure. La cuisson dure rend le motif plus stable thermiquement grâce à la liaison croisée. Les températures élevées améliorent l'adhérence de la résine au substrat.

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