EP2633366A1 - Banc d'ecriture laser directe de structures mesa comportant des flancs a pentes negatives - Google Patents

Banc d'ecriture laser directe de structures mesa comportant des flancs a pentes negatives

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Publication number
EP2633366A1
EP2633366A1 EP11770461.9A EP11770461A EP2633366A1 EP 2633366 A1 EP2633366 A1 EP 2633366A1 EP 11770461 A EP11770461 A EP 11770461A EP 2633366 A1 EP2633366 A1 EP 2633366A1
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EP
European Patent Office
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optical beam
layers
plane
photosensitive
bench
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11770461.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Dellea
Pascal Fugier
Zoé TEBBY
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2633366A1 publication Critical patent/EP2633366A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0272—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers for lift-off processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2053—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
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    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H01L21/0275—Photolithographic processes using lasers
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor

Definitions

  • Direct laser writing bench of MESA structures with slopes with negative slopes The field of the invention is that of maskless photolithography that more precisely implements direct laser-patterning of photosensitive materials.
  • the device and the method according to the invention can, for example, be used for producing electronic or optoelectronic components.
  • the device and method according to the invention find a direct application in the field of microelectronics to achieve in particular a method known as the Anglo-Saxon "lift-off” or “detachment” in French.
  • This technique is a well-known method in the field of microelectronics. It makes it possible to structure a thin film deposited on a substrate without having to etch the material or materials constituting the film.
  • This technique is called “additive” as opposed to “subtractive” because it does not include a step of direct etching of the materials constituting the film.
  • This technique is particularly useful for the structuring of metal layers whose etching solutions are sometimes complex and / or incompatible with the materials in the presence.
  • the "lift-off” consists in forming on a substrate by means of a "stencil” layer the inverse image of the pattern to be produced.
  • This stencil layer covers certain areas of the substrate and reveals others.
  • the film to be structured is then deposited over the "stencil” layer.
  • the stencil layer is dissolved in a liquid.
  • the dissolution of the stencil layer causes the detachment of the film deposited on its surface.
  • the key point of the lift-off lies in the profile of the edges of the stencil layer. These edges must imperatively be inclined so as to create a break in the deposited film to allow the dissolution of the stencil layer.
  • the main disadvantage is the difficulty in creating the adapted stencil.
  • the stencil layer may consist of:
  • Figure 1 illustrates the technique of the "lift-off" carried out with a negative photoresist, that is to say that the insolated part is dissolved during development and during insolation mask.
  • This technique comprises five main steps denoted A, B, C, D and E in FIG. 1.
  • Step A consists in depositing a layer of resin 2 on a substrate 1.
  • Step B consists in depositing a mask 3 and in insolvent the resin 2, the masked parts not being insolated.
  • Step C consists of dissolving or developing the masked portions 4.
  • Step D consists in uniformly depositing the film 5 to be structured.
  • step E the resin 2 is dissolved.
  • the film 6 remains at the mask locations.
  • the company Heidelberg has developed a direct laser writing equipment which comprises a deflection system of the laser beam associated with a device moving the substrate under the beam.
  • the method of writing developed by Heidelberg is called “scanning” and consists in traversing the complete surface of the substrate whatever the structuring to be performed.
  • the depth of the system field developed by Heidelberg is limited by the deflection system.
  • the beam is fixed, it is shaped to have a great depth of field
  • the writing method is called vector, that is to say that the laser beam moves only in places to structure.
  • FIG. 2 represents a general view of a photolithography bench by direct laser writing, similar to those developed by the company KLOE.
  • the direct laser direct photolithography method consists in structuring a thin photosensitive layer by means of a focused laser beam moving above the layer. In this approach, only the areas to write are traversed by the laser beam, this writing mode is called "vector". In this type of equipment, it is important, to achieve very fine engravings, that the writing laser beam is focused on the photosensitive layers with a very small spot size, close to one micron and that this beam has a large depth of field, that is to say a slight divergence around the pinching area of the laser.
  • the writing bench 10 essentially comprises two main parts:
  • This optical part consists of a UV laser source 20 emitting a beam F in the ultraviolet, a device for shaping the beam 21 and 22 and a focusing device 23 of the beam F This optical chain is fixed and finally makes it possible to obtain a laser spot whose size is of a size close to that of the microstructures to be produced.
  • FIG. 3 schematically represents the focusing of the beam F by the focusing device 23 on the substrate 1, via a single lens;
  • This mechanical part consists of translation plates 30 which move the sample or the substrate 1 under the laser beam in both directions of a plane substantially perpendicular to the laser beam.
  • the writing bench also comprises control means which are:
  • means for managing the power of the UV laser source consist of a separator cube 24 and a photodetector 25;
  • control camera 41 which makes it possible to produce an image in the visible range of the substrate being written through the dichroic plate 26.
  • the assembly is controlled by a computer 40 which manages the UV source, the ignition and extinction of the writing beam and coordinates the displacement of the translation plates.
  • the objective of the optical portion is to provide a focused laser beam having the lowest possible intensity profile to generate a uniform illumination associated with a large depth of field.
  • the laser source 20 is the optical element most upstream in the assembly, its characteristics are decisive for the writing quality and play on the optical processing chain required. This source must have the following characteristics:
  • the beam shaping device is necessary to obtain a small circular spot at focus of the focusing lens 23.
  • a possible arrangement is to perform spatial filtering by means of a circular aperture 22 diffracting the light. This circular opening effects the truncation of the incident beam and makes it possible to obtain a constant intensity profile at the focusing point. This produces light beams whose energy distribution is substantially constant.
  • the size of the light spot at the focal point can be changed by simply changing the size of the calibrated aperture 22 without changing the focus lens.
  • the loss in light intensity at the passage of the diffraction hole is considerable, the hole allowing only one percent of the incident energy to pass.
  • a prefocus lens 21 can be positioned to concentrate the beam at the passage of the diffraction hole 22.
  • the device according to the invention makes it possible to simply create "cap” shaped layer profiles without profoundly modifying the existing benches.
  • the subject of the invention is a direct laser writing bench intended to produce mesa structures with an inverted slope on a substrate.
  • the invention also relates to the use of such a bench for the production of electronic components by the technique known as "lift-off" on a planar substrate comprising one or more photosensitive flat layers.
  • the subject of the invention is a direct laser writing bench intended to produce mesa type structures, said bench comprising at least:
  • the optical beam from the writing laser being radially symmetrical
  • the bench comprises optical or mechanical means arranged so that the useful portion of the optical beam is inclined at the level of the plane of the photosensitive layers in order to create in said layers inverted slope, the useful part of the optical beam being the part of the optical beam that actually contributes to create said profiles.
  • the writing laser comes from a short wavelength laser source emitting in the UV, in order to obtain a focused beam allowing the realization of micrometric size patterns.
  • the lasers envisaged there are in particular laser diodes, gas lasers and solid-state lasers.
  • focusing optics may be, for example, a microscope focusing optics. It may have variable focus. It is thus possible to adjust the inclination of the flanks formed in the resin.
  • the optical or mechanical shutter means may be chosen from an opaque thin straight edge plate or an apodization plate, the absorption filters, the reflection filters, the interference filters, the neutral filters and the polarizing filters.
  • the invention also relates to the use of a bench as defined above for producing inclined slopes in a resin.
  • the invention relates to the use of a bench as defined above for carrying out a step of a photolithographic process, in particular a "lift-off" step.
  • the invention then consists of a method of direct laser writing on a substrate coated with a resin consisting of:
  • the optical axis of the focusing optics is perpendicular to the plane of the photosensitive layers and the bench comprises means for partially occluding the optical beam located in the vicinity of the focusing optics.
  • the sealing means are either an opaque thin thin straight edge plate or an apodization plate for generating at the level of the plane of the photosensitive planar layers an optical beam such that the useful portion of the optical beam is inclined at the plane of the plane. photosensitive layers without diffraction fringes.
  • the closure means are mounted on at least one platen adjustable in translation and / or in rotation.
  • the optical beam is radially symmetrical up to the level of the plane of the photosensitive flat layers, the optical axis of the focusing optics being perpendicular to the plane of the photosensitive layers, the optical beam being defocused at the plane flat photosensitive layers.
  • the focusing optics introduces spherical aberration onto the optical beam so that the spherical aberration caustic at the plane of the photosensitive planar layers has more energy at the periphery than at the center.
  • the invention also relates to the use of a direct laser writing bench as described above for carrying out a step of a photolithographic process.
  • FIG. 2 represents a general view of a laser writing bench according to the prior art
  • FIG. 3 represents the focusing of the writing beam on the substrate according to the prior art
  • Figures 4, 5 and 6 show schematically different embodiments according to the invention of the focusing of the writing beam on the substrate.
  • the general principle of the device according to the invention is to introduce on the writing bench optical or mechanical means arranged so that the useful part of the optical beam is inclined at the level of the plane of the photosensitive layers in order to create in said layers of inverse slope profiles, the useful part of the optical beam being the part of the optical beam that actually contributes to create said profiles.
  • FIGS. 4 to 6 Several embodiments are possible. They are represented in FIGS. 4 to 6. In each figure, the beam F coming from the source 20 is represented by a series of light rays, the focusing optics 23 and the substrate 1.
  • the optical axis of the focusing optics is perpendicular to the plane of the photosensitive layers and the bench comprises partial optical beam closing means 50 located in the vicinity of the optics of the optics. focusing.
  • the shutter means are located before the focusing optics
  • the shutter means are located after the focusing optics.
  • the shutter means are an opaque thin flat plate with a straight edge, as illustrated in FIGS. 4 and 5, or an apodization plate making it possible to generate, at the plane of the light-sensitive planar layers, an optical beam such as the useful portion of the optical beam. is inclined at the plane of the photosensitive layers without diffraction fringes.
  • the closure means may be mounted on at least one platen adjustable in translation and / or in rotation so as to adjust the angle of attack of the focusing beam.
  • the great advantages of this technique are its simplicity of implementation which requires little adaptation of the bench and its adjustment possibilities, offering the ability to dynamically adjust the closing means.
  • the shutter means may be selected from absorption filters, reflection filters, interference filters, neutral filters and polarizing filters.
  • the optical beam is radially symmetrical up to the level of the plane of the light-sensitive planar layers, the optical axis of the focusing optics being perpendicular to the plane of the photosensitive layers, the optical beam being defocused. a distance d at the plane of the photosensitive plane layers.
  • the pre-focusing or focusing optics can introduce spherical aberration on the optical beam so that the spherical aberration caustic at the level of the plane of the photosensitive planar layers has more energy in it. periphery than in the center, favoring photosensitization.

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Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des bancs de photolithographie destiné à réaliser des composants électroniques par la technique connue sous le terme de « lift-off » sur un substrat plan (1) comportant une ou plusieurs couches planes photosensibles. Le banc selon l'invention est à écriture laser directe. Il comprend des moyens optiques ou mécaniques agencés de façon que la partie utile du faisceau optique (F) soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles afin de créer dans lesdites couches des profils à pente inversée, la partie utile du faisceau optique étant la partie du faisceau optique qui contribue effectivement à créer lesdits profils. Dans un mode privilégiée de l'invention, le banc comporte des moyens (50) d'obturation partielle du faisceau optique situés au voisinage de l'optique de focalisation (23).

Description

Banc d'écriture laser directe de structures MESA comportant des flancs à pentes négatives. Le domaine de l'invention est celui de la photolithographie sans masque mettant en œuvre plus précisément la structuration par écriture laser directe de matériaux photosensibles.
En effet, le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent, par exemple, servir à la réalisation de composants électroniques ou optoélectroniques.
Le dispositif et le procédé selon l'invention trouvent une application directe dans le domaine de la micro-électronique pour réaliser notamment un procédé connu sous le nom anglo-saxon de « lift-off » ou « décollement » en français.
Cette technique est un procédé bien connu dans le domaine de la micro-électronique. Elle permet de structurer un film mince déposé sur un substrat sans avoir à graver le ou les matériaux constituant le film. Cette technique est dite « additive » en opposition à « soustractive » car elle ne comporte pas d'étape de gravure directe des matériaux constituant le film. Cette technique est tout particulièrement utile pour la structuration des couches métalliques dont les solutions de gravure sont parfois complexes et/ou incompatibles avec les matériaux en présence.
Le « lift-off » consiste à former sur un substrat au moyen d'une couche « pochoir » l'image inverse du motif à réaliser. Cette couche pochoir couvre certaines zones du substrat et en laisse apparaître d'autres. Le film à structurer est ensuite déposé par-dessus la couche « pochoir ». Puis, la couche pochoir est dissoute dans un liquide. La dissolution de la couche pochoir entraine le décollement du film déposé à sa surface. Le point clef du lift-off réside dans le profil des bords de la couche pochoir. Ces bords doivent être impérativement inclinés de façon à créer une rupture au niveau du film déposé afin de permettre la dissolution de la couche pochoir.
Les avantages de cette technique du « lift off » sont :
- De structurer en une seule étape le film déposé, sans utiliser de solution de gravure spécifique liée au film généralement constitué de matériaux différents ; - De minimiser les risques de pollution du substrat car une seule étape de structuration est opérée ;
- D'obtenir des bords de motifs en pente.
Le principal désavantage est la difficulté à créer le pochoir adapté.
Dans le domaine de la lithographie par masquage, la couche pochoir peut être constituée :
- D'une couche en résine photosensible
- De deux couches qui peuvent être les associations suivantes :
o résine photosensible/résine photosensible o polyamide /molybdène
o couche diélectrique inorganique/résine photosensible ;
- De trois couches qui peuvent être les associations suivantes :
o résine photosensible/aluminium/résine photosensible ; o polyamide /polysulfone/SiO
La figure 1 illustre la technique du « lift-off » réalisée avec une résine photosensible négative, c'est-à-dire que la partie insolée est dissoute lors du développement et lors d'une insolation sous masque. Cette technique comporte cinq étapes principales notées A, B, C, D et E sur la figure 1. L'étape A consiste à déposer une couche de résine 2 sur un substrat 1. L'étape B consiste à déposer un masque 3 et à insoler la résine 2, les parties masquées n'étant pas insolées. L'étape C consiste à dissoudre ou à développer les parties masquées 4. L'étape D consiste à déposer uniformément le film 5 à structurer. Dans l'étape E, on dissout la résine 2. Le film 6 reste aux emplacements du masque.
Une des conditions pour que le « lift-off » fonctionne bien est d'assurer une cassure franche entre la couche de matériau 5 déposée à la surface du pochoir et la couche de matériau 2 déposée sur le substrat 1 . Cette séparation permet au solvant d'entrer en contact avec la couche pochoir et de la dissoudre parfaitement. Pour assurer cette cassure, le bord de la résine ouverte à l'étape C doit présente un profil en forme de « casquette » garantissant la réussite du « lift-off ». On entend par là un profil incliné à pente inversée. La pente inversée ne permet pas l'accrochage de la couche 5 sur ses flancs. Dans le domaine de la photolithographie par masquage, cette technique est maîtrisée. Cependant, il existe d'autres techniques de photolithographie comme la photolithographie par écriture laser directe. Cette technologie d'écriture laser directe permet de faire, entres autres, du prototypage rapide et de réaliser rapidement des composants sur mesure en petites et moyennes séries.
De nombreux secteurs techniques sont concernés par cette technologie comme la microstructuration de surface, la microfluidique, la microélectronique, les capteurs,... Plusieurs entreprises ont développé avec des approches techniques différentes le procédé d'écriture laser directe. Les points techniques clefs qui différencient ces entreprises concernent en particulier la mise en forme du faisceau laser et la gestion de l'écriture qui peut être obtenue soit par déplacement du faisceau laser, soit par déplacement du substrat.
Ainsi, la société Heidelberg a développé un équipement d'écriture laser direct qui comporte un système de déflexion du faisceau laser associé à un dispositif déplaçant le substrat sous le faisceau. La méthode d'écriture développée par Heidelberg est appelée « scanning » et consiste à parcourir la surface complète du substrat quelque soit la structuration à effectuer. La profondeur du champ du système développé par Heidelberg est limitée par le système de déflexion.
La société française KLOE a mis au point un banc d'écriture laser qui se différencie de celui de la société Heidelberg sur les deux points suivants :
- Le faisceau est fixe, il est mis en forme pour avoir une grande profondeur de champ ;
- la méthode d'écriture est dite vectorielle, c'est-à-dire que le faisceau laser ne se déplace qu'aux endroits à structurer.
La figure 2 représente une vue générale d'un banc de photolithographie par écriture laser directe, similaire à ceux développés par la société KLOE. Le procédé de photolithographie par écriture laser directe consiste à structurer une couche mince photosensible à l'aide d'un faisceau laser focalisé se déplaçant au-dessus de la couche. Dans cette approche, seules les zones à écrire sont parcourues par le faisceau laser, ce mode d'écriture est dit « vectoriel ». Dans ce type d'équipement, il est important, pour réaliser des gravures de grande finesse, que le faisceau laser d'écriture soit focalisé sur les couches photosensibles avec une taille de spot très faible, proche du micron et que ce faisceau possède une profondeur de champ importante, c'est-à-dire une faible divergence autour de la zone de pincement du laser.
Le banc d'écriture 10 comprend essentiellement deux parties principales :
- Une partie optique : Cette partie optique est constituée d'une source laser UV 20 émettant un faisceau F dans l'ultraviolet, d'un dispositif de mise en forme du faisceau 21 et 22 et d'un dispositif de focalisation 23 du faisceau F. Cette chaîne optique est fixe et permet d'obtenir au final un spot laser dont la taille est de dimension voisine de celle des microstructures à réaliser. La figure 3 représente schématiquement la focalisation du faisceau F par le dispositif de focalisation 23 sur le substrat 1 , via une lentille simple ;
- Une partie mécanique : Cette partie mécanique est constituée de platines de translation 30 qui permettent de déplacer l'échantillon ou le substrat 1 sous le faisceau laser dans les deux directions d'un plan sensiblement perpendiculaire au faisceau laser.
Le banc d'écriture comprend également des moyens de contrôle qui sont :
- des moyens de gestion de la puissance de la source laser UV, ces moyens sont constitués d'un cube séparateur 24 et d'un photodétecteur 25 ;
- une caméra de contrôle 41 qui permet de réaliser une image dans le domaine visible du substrat en cours d'écriture à travers la lame dichroïque 26.
L'ensemble est piloté par un ordinateur 40 qui gère la source UV, l'allumage et l'extinction du faisceau d'écriture et coordonne le déplacement des platines de translation. La partie optique a pour objectif de fournir un faisceau laser focalisé ayant un profil d'intensité le plus plat possible pour générer un éclairement homogène associé à une grande profondeur de champ.
La source laser 20 est l'élément optique le plus en amont dans le montage, ses caractéristiques sont déterminantes sur la qualité d'écriture et jouent sur la chaîne de traitement optique nécessaire. Cette source doit avoir notamment les caractéristiques suivantes :
- Une longueur de cohérence importante ;
- Une faible largeur de raie ;
- Une faible divergence ;
- Une longueur d'onde faible pour que les taches de diffraction soient les plus faibles possibles au niveau du substrat.
Le dispositif de mise en forme du faisceau est nécessaire pour obtenir un spot circulaire de faible dimension au foyer de l'objectif de focalisation 23. Un montage possible consiste à réaliser un filtrage spatial au moyen d'une ouverture circulaire 22 diffractant la lumière. Cette ouverture circulaire effectue la troncation du faisceau incident et permet d'obtenir au point de focalisation un profil d'intensité constant. On obtient ainsi des faisceaux lumineux dont la répartition d'énergie est sensiblement constante. De plus, on peut modifier la taille du spot lumineux au point focal en changeant simplement la dimension de l'ouverture calibrée 22 sans changer l'objectif de focalisation. Cependant, la perte en intensité lumineuse au passage du trou de diffraction est considérable, le trou ne laissant passer qu'un pour cent de l'énergie incidente. Pour minimiser ces pertes, une lentille de préfocalisation 21 peut être positionnée afin de concentrer le faisceau au passage du trou de diffraction 22.
Un des inconvénients de la photolithographie par écriture laser directe est qu'il est difficile d'obtenir et de contrôler dynamiquement les profils en forme de « casquette » souhaités garantissant la réussite du « lift- off ». Le dispositif selon l'invention permet de réaliser simplement des profils de couches en forme de « casquette » sans modifier profondément les bancs existants. Plus précisément, l'invention a pour objet un banc d'écriture laser directe destiné à réaliser des structures de type mésa à pente inversée sur un substrat. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel banc pour la réalisation de composants électroniques par la technique connue sous le terme de « lift-off » sur un substrat plan comportant une ou plusieurs couches planes photosensibles.
Ainsi l'invention a pour objet un banc d'écriture laser directe destiné à réaliser des structures de type mesa, ledit banc comprenant au moins :
un laser d'écriture, le faisceau optique issu du laser d'écriture étant à symétrie radiale ;
une optique de focalisation du faisceau optique au niveau du plan des couches planes photosensibles ;
des moyens de déplacement en translation du substrat plan, caractérisé en ce que le banc comprend des moyens optiques ou mécaniques agencés de façon que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles afin de créer dans lesdites couches des profils à pente inversée, la partie utile du faisceau optique étant la partie du faisceau optique qui contribue effectivement à créer lesdits profils.
De préférence, le laser d'écriture provient d'une source laser de courte longueur d'onde émettant dans l'UV, afin d'obtenir un faisceau focalisé permettant la réalisation de motifs de dimension micrométrique. Parmi les lasers envisagés, on trouve notamment les diodes laser, les lasers à gaz et les lasers à solides.
Le choix de l'optique de focalisation n'est pas limitatif. Elle peut être, par exemple, une optique de focalisation de microscope. Elle peut-être à focale variable. On peut ainsi régler l'inclinaison des flancs formés dans la résine.
Les moyens optiques ou mécaniques d'obturation peuvent être choisis parmi une lame plane mince opaque à bord droit ou une lame d'apodisation, les filtres par absorption, les filtres par réflexion, les filtres interférentiels, les filtres neutres et les filtres polariseurs. L'invention a également trait à l'utilisation d'un banc tel que défini plus haut pour la réalisation de pentes inclinées dans une résine.
En particulier, l'invention à trait à l'utilisation d'un banc tel que défini ci-dessus pour la réalisation d'une étape d'un procédé photolithographique, notamment une étape de « lift-off ».
L'invention consiste alors en un procédé d'écriture laser directe sur un substrat recouvert d'une résine consistant en :
- la fourniture d'un banc d'écriture laser tel que défini ci-dessus, - le traitement de ladite résine par le laser issu du banc.
Plusieurs modes de réalisation sont possibles. Dans une première variante, l'axe optique de l'optique de focalisation est perpendiculaire au plan des couches photosensibles et que le banc comporte des moyens d'obturation partielle du faisceau optique situés au voisinage de l'optique de focalisation. Les moyens d'obturation sont ou une lame plane mince opaque à bord droit ou une lame d'apodisation permettant de générer au niveau du plan des couches planes photosensibles un faisceau optique tel que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles sans franges de diffraction. Avantageusement, les moyens d'obturation sont montés sur au moins une platine réglable en translation et/ou en rotation.
Dans une seconde variante, le faisceau optique est à symétrie radiale jusqu'au niveau du plan des couches planes photosensibles, l'axe optique de l'optique de focalisation étant perpendiculaire au plan des couches photosensibles, le faisceau optique étant défocalisé au niveau du plan des couches planes photosensibles.
Avantageusement, l'optique de focalisation introduit de l'aberration sphérique sur le faisceau optique de sorte que la caustique d'aberration sphérique au niveau du plan des couches planes photosensibles comporte plus d'énergie en périphérie qu'au centre.
L'invention concerne également l'utilisation d'un banc d'écriture laser directe comme décrit précédemment pour la réalisation d'une étape d'un procédé photolithographique.
Elle concerne enfin un procédé d'écriture laser directe sur un substrat recouvert d'une résine consistant en : - la fourniture d'un banc d'écriture laser directe comme décrit précédemment ;
- le traitement de ladite résine par le laser issu de ce banc d'écriture laser.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :
La figure 1 déjà commentée représente les principales étapes du procédé dit de « lift-off » ;
La figure 2 représente une vue générale d'un banc d'écriture laser selon l'art antérieur ;
La figure 3 représente la focalisation du faisceau d'écriture sur le substrat selon l'art antérieur ;
Les figures 4, 5 et 6 représentent schématiquement différentes variantes de réalisation selon l'invention de la focalisation du faisceau d'écriture sur le substrat.
Le principe général du dispositif selon l'invention est d'introduire sur le banc d'écriture des moyens optiques ou mécaniques agencés de façon que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles afin de créer dans lesdites couches des profils à pente inversée, la partie utile du faisceau optique étant la partie du faisceau optique qui contribue effectivement à créer lesdits profils.
Plusieurs modes de réalisation sont possibles. Elles sont représentées sur les figures 4 à 6. Sur chaque figure, on a représenté le faisceau F venant de la source 20 par une série de rayons lumineux, l'optique de focalisation 23 et le substrat 1 .
Dans une première variante illustrée en figures 4 et 5, l'axe optique de l'optique de focalisation est perpendiculaire au plan des couches photosensibles et le banc comporte des moyens d'obturation partielle 50 du faisceau optique situés au voisinage de l'optique de focalisation. En figure 4, les moyens d'obturation sont situés avant l'optique de focalisation, en figure 5, les moyens d'obturation sont situés après l'optique de focalisation. Les moyens d'obturation sont ou une lame plane mince opaque à bord droit comme illustrée sur les figures 4 et 5 ou une lame d'apodisation permettant de générer au niveau du plan des couches planes photosensibles un faisceau optique tel que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles sans franges de diffraction. Ainsi, les rayons lumineux atteignent le substrat avec un angle par rapport à la normale du plan sur lequel repose le substrat. Les moyens d'obturation peuvent être montés sur au moins une platine réglable en translation et/ou en rotation de façon à ajuster l'angle d'attaque du faisceau de focalisation. Les grands avantages de cette technique sont sa simplicité de mise en œuvre qui nécessite peu d'adaptations du banc et ses possibilités de réglage, offrant la capacité de régler dynamiquement les moyens d'obturation. Ainsi il a été montré que plus la lame d'apodisation pénètre le faisceau, plus l'effet est accentué au niveau de la couche photosensible ; la pente du profil étant plus importante. Alternativement, les moyens d'obturation peuvent être choisis parmi les filtres par absorption, les filtres par réflexion, les filtres interférentiels, les filtres neutres et les filtres polariseurs.
Dans une seconde variante illustrée en figure 6, le faisceau optique est à symétrie radiale jusqu'au niveau du plan des couches planes photosensibles, l'axe optique de l'optique de focalisation étant perpendiculaire au plan des couches photosensibles, le faisceau optique étant défocalisé d'une distance d au niveau du plan des couches planes photosensibles. Pour obtenir l'effet de pente sur les bords de la résine, il est nécessaire de défocaliser au-delà de la profondeur de champ. Ceci peut entraîner une perte de résolution, le pinceau de lumière étant plus large et une perte de la puissance d'insolation. Pour pallier cet inconvénient, les optiques de pré-focalisation ou de focalisation peuvent introduire de l'aberration sphérique sur le faisceau optique de sorte que la caustique d'aberration sphérique au niveau au niveau du plan des couches planes photosensibles comporte plus d'énergie en périphérie qu'au centre, favorisant la photosensibilisation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Banc d'écriture laser directe (10) sur un substrat plan (1 ) comportant une ou plusieurs couches planes photosensibles, ledit banc comprenant au moins :
un laser d'écriture (20), le faisceau optique (F) issu du laser d'écriture étant à symétrie radiale ;
une optique de focalisation (23) du faisceau optique au niveau du plan des couches planes photosensibles ;
des moyens de déplacement en translation (30) du substrat plan, caractérisé en ce que le banc comprend des moyens optiques ou mécaniques (50) agencés de façon que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles afin de créer dans lesdites couches des profils à pente inversée, la partie utile du faisceau optique étant la partie du faisceau optique qui contribue effectivement à créer lesdits profils, l'axe optique de l'optique de focalisation étant perpendiculaire au plan des couches photosensibles.
2. Banc d'écriture laser directe selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le banc comporte des moyens d'obturation partielle du faisceau optique situés au voisinage de l'optique de focalisation.
3. Banc d'écriture laser directe selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont une lame (50) plane mince opaque à bord droit.
4. Banc d'écriture laser directe selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont une lame d'apodisation permettant de générer au niveau du plan des couches planes photosensibles un faisceau optique tel que la partie utile du faisceau optique soit inclinée au niveau du plan des couches photosensibles sans franges de diffraction.
5. Banc d'écriture laser directe selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont montés sur au moins une platine réglable en translation et/ou en rotation.
6. Banc d'écriture laser directe selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le faisceau optique est à symétrie radiale jusqu'au niveau du plan des couches planes photosensibles, l'axe optique de l'optique de focalisation étant perpendiculaire au plan des couches photosensibles, le faisceau optique étant défocalisé au niveau du plan des couches planes photosensibles.
7. Banc d'écriture laser directe selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'optique de focalisation introduit de l'aberration sphérique sur le faisceau optique de sorte que la caustique d'aberration sphérique au niveau du plan des couches planes photosensibles comporte plus d'énergie en périphérie qu'au centre.
8. Utilisation d'un banc d'écriture laser directe selon l'une des revendications précédentes pour la réalisation d'une étape d'un procédé photolithographique.
9. Procédé d'écriture laser directe sur un substrat recouvert d'une résine consistant en :
- la fourniture d'un banc d'écriture laser directe selon l'une des revendications 1 à 7 ;
- le traitement de ladite résine par le laser issu dudit banc.
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