Effet tunnel dépendant du spin : Des simples aux doubles ... - LPM

Elaboration de jonctions tunnel
a) b) c)
Fig. 16 : Schéma de principe de la lithographie
L'échantillon est tout d'abord enduit d'une fine couche de résine (de 0,2 à 10 µm
d'épaisseur) (figure 16.a). Cette résine est alors recuite afin d'évaporer ses solvants. L'exposition
au rayonnement lumineux à travers un masque va permettre de modifier localement les
propriétés chimiques de la résine (fig. 16.b). L'interaction avec la lumière va permettre
d'améliorer la solubilité dans un produit développeur dans le cas d'une résine positive. Après
développement, les zones exposées sont dissoutes et le dessin du masque est reproduit dans la
résine (fig. 16.c).
Précisons maintenant un peu ces différents points.
• L'enduction
Avant enduction, la surface est nettoyée par des solvants (acétone et propanol) qui
permettent de dissoudre les graisses et les résines. L'enduction de la résine se fait par centrifugation
de quelques gouttes de liquide sur une tournette. L'épaisseur finale de résine résulte
d'un équilibre entre les forces de viscosité et la force centrifuge. Elle est donc proportionnelle
au coefficient de viscosité de la résine et inversement proportionnelle au carré de la vitesse de
rotation. Pour ma part, j'ai utilisé une résine Shipley 1813 enduite à 6000 tours.min -1 donnant
une épaisseur de 1,3 µm. Lorsque que l'échantillon n'est pas circulaire, il se produit des effets
de bords et l'homogénéité est dégradée dans les coins. Dans notre cas, l'échantillon est
généralement un quart de wafer circulaire et l'épaisseur peut doubler dans les coins. Lors de
l'enduction de surfaces métalliques ou isolantes, il peut y avoir des problèmes d'adhérence
entre la résine et la surface. L'emploi d'un promoteur d'adhérence (ou primer), lui aussi enduit
par centrifugation, permet d'éliminer ce problème. Après enduction, la résine est recuite une
minute sur une plaque chauffante à 90°C afin d'évaporer les solvants.
• L'exposition et le développement
L'exposition consiste à "impressionner" la résine à travers un masque afin de modifier
localement sa solubilité au développeur. Nous utilisons des résines positives que les UV
rendent plus solubles (les motifs sombres du masque sont reproduits dans la résine). Les
photons UV vont alors briser les chaînes de polymères contenues dans la résine. Dans notre
cas, le masque est directement en contact avec l'échantillon. Nous ne rentrerons pas dans le
détail des mécanismes de l'exposition ni des facteurs influençant la résolution (qui n'a pas été
limitante pour le réalisation des jonctions). Grosso modo, la résolution est limitée par la
diffraction (proportionnelle à la longueur d'onde λ, 365 nm dans notre cas 1 ) et par la distance
entre le masque et l'échantillon 2 . Ici, c'est ce dernier facteur qui est limitant. La résine étant
plus épaisse sur les bords, le masque n'est pas vraiment en contact sur toute la surface. La
résolution maximale est inférieure au micron [ENC 99] .
Le développement s'effectue par immersion dans le développeur. L'échantillon est
agité manuellement afin de faciliter la dissolution de la résine et d'améliorer l'uniformité. Les
1
D'autres moyens d'exposition permettent de diminuer cette longueur, jusqu'à 1 nm pour le rayonnement X
synchrotron.
2
Dans les masqueurs modernes ou steppers, le masque n'est pas en contact avec l'échantillon mais son image est
projetée à travers une lentille. C'est alors cette optique qui limite la résolution [CHI 97] .
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