Mémoire de Thèse de Matthieu Lagouge

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Marie-Thérèse Lemieux
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1 Conception de microsystèmes à base d actionneurs en SU8 pour la manipulation de micro-objets en milieu liquide et transfert vers un milieu quasi-sec * * * Annexes Mémoire de Thèse de Matthieu Lagouge soutenue le 30 janvier 2006

et transfert vers un milieu quasi-sec * * * Annexes

3 Table des matières Table des matières 3 A Procédé de fabrication des microsondes 5 B Banc de test 11 B.1 La station sous pointes B.2 Carte à pointes B.3 Plans et schémas de l ensemble carte+boîtier B.3.1 Géométrie des contacts B.3.2 Schémas de connexion du boitier et de la carte

3 Plans et schémas de l ensemble carte+boîtier.......... 13 B.3.1 Géométrie des contacts.

4 TABLE DES MATIÈRES 4

5 Annexe A Procédé de fabrication des microsondes Le procédé de fabrication présenté au chapitre 3 est une version synthétique du procédé complet. Celui-ci est donc redonné ici. Procédé technologique Étape et paramètres Image synthétique du procédé Nettoyage du substrat silicium 3 Bain «piranhas» 10min Rinçage EDI 10min Bain HF 1% : 5 min Rinçage EDI 10min 5

Procédé technologique Étape et paramètres Image synthétique du procédé Nettoyage du

6 Chapitre A. Procédé de fabrication des microsondes Étape et paramètres Image synthétique du procédé Masque pour la gravure des canaux 300nm d oxyde thermique humide Gaz-O sccm Gaz-H sccm 1050 C 100 mtorr 40 min Lithographie optique Gravure de l oxyde Bain B.O.E min Gravure des canaux suivant la maille cristalline Concentration KOH 40 % 80 C 40 min Retrait du masque Gravure humide de l oxyde Bain B.O.E min 6

gravure des canaux 300nm d oxyde thermique humide Gaz-O 2 1.5 sccm Gaz-H 2 3.

7 Étape et paramètres Image synthétique du procédé Passivation 300nm de Si x N y au four LPCVD Gaz-SiH 2 Cl 2 20 sccm Gaz-NH 3 10 sccm 800 C 100 mtorr 100 min Dépôt couche conductrice 500nm de polysilicium LPCVD Gaz-SiH 4 50 sccm Gaz-P H 3 10 sccm Gaz-H 2 10 sccm 700 C 100 mtorr 85 min Gravure de l électrode Lithographie optique Gravure sèche du polysilicium au bâti Oxford Gaz-SF 6 20 sccm Puissance R.F. 50 W 50 mtorr 4.5 min Dépôt de la couche sacrificielle 2µm de LTO aux fours LPCVD Gaz-SiH 4 70 sccm Gaz-O sccm Gaz-N 2 25 sccm 410 C 150 mtorr 95 min 7

85 min Gravure de l électrode Lithographie optique Gravure sèche du polysilicium au bâti Oxford Gaz-SF 6 20 sccm Puissance R.F. 50 W 50 mtorr 4.

8 Chapitre A. Procédé de fabrication des microsondes Étape et paramètres Image synthétique du procédé Dépôt couche structurelle 2µm de polysilicium LPCVD dopé par diffusion Gaz-SiH 4 50 sccm 585 C 200 mtorr 413 min 2µm de PSG LPCVD Gaz-SiH 4 20sccm Gaz-O 2 /P H 3 10/100sccm 410 C 200mTorr 120min Recuit Gaz-N 2 2.5sl/min 1000 C 60min Retrait PSG Bain B.O.E. 9min Gravure de la couche structurelle Gravure sèche au bâti Oxford Gaz-SF 6 25sccm Gaz-CF 4 25sccm Gaz-O 2 2sccm Puissance R.F. 125W 30mTorr 10min 8

polysilicium LPCVD dopé par diffusion Gaz-SiH 4 50 sccm 585 C 200 mtorr 413 min 2µm de PSG LPCVD Gaz-SiH 4 20sccm Gaz-O 2 /P H

9 Étape et paramètres Image synthétique du procédé Couche structurelle SU8 1 Lithographie optique SU8 10µm Métallisation Lithographie optique Dépôt N i/cr 50nm par évaporation à faisceau électronique Dépôt Au 250nm par évaporation à faisceau électronique Lift-off Couche structurelle SU8 2 Lithographie optique SU8 500nm Libération Gravure humide de l oxyde Bain B.O.E min 9

faisceau électronique Dépôt Au 250nm par évaporation à faisceau électronique Lift-off Couche

10 Chapitre A. Procédé de fabrication des microsondes 10

11 Annexe B Banc de test Les tests des microsystèmes développés dans ce mémoire ont nécessité l utilisation d appareillages spécifiques. Ces équipements comportent du matériel usuel pour des mesures en électronique, mais également des équipements plus spécialisés pour les composants intégrés. Ce sont ces équipements qui sont présentés ici. B.1 La station sous pointes La petite taille des composants réalisés en microtechnologie interdit, et on le comprend, d y intégrer de la connectique standard. Et contrairement à l environnement industriel, il n est pas toujours nécessaire de mettre le composant en boitier pour déterminer si les objectifs fixés sont atteints. Pour tester des composants directement sur un substrat, des bancs de tests sous pointes (figure B.1) sont apparus dans le commerce. Il s agit de centrales de test comprenant un support pour des optiques suspendu au dessus d une table de déplacement en X, Y, Z, Θ OZ. Autour de cette table, on trouve des supports physiques ou magnétiques capables de recevoir des micromanipulateurs, qui sont des outils de précision, comportant un bras contrôlable sur des déplacements de l ordre du micromètre, sur lequel on vient fixer une pointe. Le manipulateur comporte lui une connectique adapté à l électronique ma- 11

Ce sont ces équipements qui sont présentés ici. B.

12 Chapitre B. Banc de test Fig. B.1 Photographie du banc de test sous pointes Fig. B.2 Photographie d une carte à pointe et de son boitier de connexion croscopique, afin de pouvoir établir une liaison électrique entre la pointe et l équipement électronique. B.2 Carte à pointes Aux manipulateurs, relativement universels, puisque quel que soit la disposition des contacts électriques sur le composant, les pointes peuvent venir s y poser, s ajoutent des cartes à pointes (figure B.2). Celles-ci sont des cartes PCB sur lesquelles sont montées des micropointes, disposées suivant une géométrie précise. Ces cartes à pointes disposent généralement, elles, directement d une connectique permettant d adresser facilement les pointes. Elles ne permettent par contre de tester que les dipositifs dont la conception inclut le même schéma géométrique que la carte, mais celle-ci a l avantage certain de pouvoir intégrer bien plus de pointes que des manipulateurs isolés répartis autour de la table de déplacement. Les cartes à pointes utilisées sont des exemplaires uniques, et le boîtier de connexion associé est artisanal. La réutilisation de ces outils est possible, tant que la géométrie des contacts sur le composant intégré est respectée. 12

cartes à pointes (figure B.2). Celles-ci sont des cartes PCB sur lesquelles sont montées des micropointes, disposées suivant une géométrie précise.

13 B.3 - Plans et schémas de l ensemble carte+boîtier Fig. B.3 Schéma de la géométrie des contacts pour la carte à 44 pointes B.3 Plans et schémas de l ensemble carte+boîtier B.3.1 Géométrie des contacts La carte a été fabriquée pour être utilisée sur des ensembles de contacts tels que spéficiés sur la figure B.3. B.3.2 Schémas de connexion du boitier et de la carte La carte et le boitier sont reliés par une nappe. Le connecteur est à 3 rangées de 32 points, dont 2 sont réellement utilisées. Le cablage de la nappe n est pas inversible! Le sens de cablage de la nappe est opposé sur la carte et sur le connecteur. Les schémas de cablage de la carte et du boîtier sont donnés respectivement sur les figures B.4 et B.5 13

Le connecteur est à 3 rangées de 32 points, dont 2 sont réellement utilisées. Le cablage de la nappe n est pas inversible!

14 Chapitre B. Banc de test A B C Connecteur sur la carte B14 A14 B15 A15 B16 A16 B17 A17 B18 A18 B19 A19 B10 A23 A09 B24 B09 A24 A08 B25 B08 Empreinte des micropointes A25 A07 sur la carte B26 B07 A26 A06 B27 B06 A27 A05 B28 B02 A01 B01 B11 B05 B04 B03 B30 B31 A32 B32 A31 Fig. B.4 Schéma de connexion de la carte à pointes 14

29 30 31 Connecteur sur la carte B14 A14 B15 A15 B16 A16 B17 A17 B18 A18 B19 A19 B10 A23 A09 B24 B09 A24

15 B.3 - Plans et schémas de l ensemble carte+boîtier A B C Connecteur de nappe B14 B10 A09 B09 A08 B08 A07 B07 A06 B06 A05 B02 A14 A01 B15 A15 B16 A16 B17 A17 B18 A18 B19 A19 B01 Connecteurs sur le boîtier B11 B05 B04 B03 B30 B31 A32 B32 A23 B24 A24 B25 A25 B26 A26 B27 A27 B28 A31 Fig. B.5 Schéma de connexion du boîtier de liaison 15

A05 B02 A14 A01 B15 A15 B16 A16 B17 A17 B18 A18 B19 A19 B01 Connecteurs sur le boîtier B11 B05 B04 B03 B30

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