FR2920554A1 - Procede de lithographie d'une image par ecriture directe continue - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les techniques de photolithographie, et plus particulièrement les techniques de photolithographie sans masque dans lesquelles on écrit directement un motif sur un substrat au moyen d'un faisceau énergétique, typiquement un faisceau laser.Selon l'invention, la position du faisceau est déplacée en mouvement continu relativement à la surface du support et le faisceau est allumé ou éteint selon le motif à inscrire dans le support ; le motif est tel que la plus petite largeur des zones à illuminer est plus grande que la plus petite largeur (L, L1 ) des zones (8) qui ne doivent pas être illuminées ; le diamètre actif (D) du faisceau d'illumination est supérieur à cette dernière. On atteint ainsi une résolution plus élevée que ce que permet théoriquement le diamètre du faisceau, car on procède par détourage des zones de résolution très élevée.

Description

PROCEDE DE LITHOGRAPHIE D'UNE IMAGE PAR ECRITURE DIRECTE CONTINUE L'invention concerne les techniques de photolithographie, et plus particulièrement les techniques de photolithographie sans masque dans lesquelles on écrit directement un motif sur un substrat au moyen d'un faisceau énergétique, typiquement un faisceau laser.

Dans le domaine de la microélectronique ou plus généralement des microtechnologies qui évoluent maintenant vers les nanotechnologies, on cherche à structurer des couches de matériaux selon des motifs de plus en plus fins. La lithographie est la technique usuelle qui permet de structurer une couche déposée sur un substrat avec des motifs dont la plus petite largeur peut être aujourd'hui de l'ordre de 100 nanomètres. Elle se pratique en général avec un masque dont le dessin est transféré globalement sur une couche de résine photosensible : la couche est illuminée à travers le masque par une optique de projection de lumière ; l'optique est une optique de réduction permettant d'obtenir des motifs de résine plus petits que les motifs du masque ; l'action de la lumière est en général une réticulation ou polymérisation de la résine, tout particulièrement lorsque la longueur d'onde de la lumière utilisée est ultraviolette. La résine est ensuite développée chimiquement de manière à ne laisser sur le substrat que les zones insolées (Si la résine est une résine dite "négative") ou au contraire que les zones non insolées (si la résine est une résine dite "positive"). La résine subsistant sur le substrat sert elle-même de masque pour définir une action localisée dans le substrat qu'elle recouvre : action de gravure d'une couche sous- jacente là où la résine est absente, action d'implantation d'impuretés là où la résine est absente, etc. Cette technique de lithographie à l'aide d'un masque est avantageuse du fait que l'exposition de la résine à la source de lumière est instantanée (une étape de développement de la résine doit cependant être prévue). Mais il faut passer par une étape de fabrication du masque, ce qui est acceptable lorsque le masque doit servir de multiples fois, pour des fabrications en grande série, mais qui est difficilement acceptable pour des fabrications en très petit nombre (réalisation de petites séries, d'échantillons, ou de prototypes). D'autre part, cette technique de lithographie passe par une exposition de la résine à travers une optique ; l'optique doit avoir une très grande ouverture numérique afin de garantir une bonne résolution ; mais alors la profondeur de champ est très limitée et on ne peut exposer que des couches de résine très minces ; des résines trop épaisses seraient mal exposées en profondeur. Des résines épaisses peuvent cependant être nécessaires pour effectuer des gravures profondes des zones sous-jacentes non protégées par la résine, car la résine est en partie attaquée par les produits de gravure de ces couches sous-jacentes et son épaisseur doit ~o permettre de résister à cette attaque pendant tout le processus de gravure. On a donc cherché à explorer d'autres voies de lithographie, et plus précisément des techniques de lithographie sans masque, notamment : - la lithographie par faisceau d'électrons qui donne une très bonne résolution mais qui nécessite un temps de fabrication très long ; 15 - la lithographie à l'aide d'un modulateur spatial : le masque est remplacé par un modulateur de lumière électro-optique matriciel qui est interposé comme un masque entre une source de lumière d'insolation et la résine à exposer le même modulateur peut être configuré pour réaliser n'importe quel motif, et il n'y a donc plus à passer par une étape de 20 fabrication d'un masque spécifique pour chaque motif ; il y a cependant des limites en résolution et en profondeur de champ ; - la lithographie par écriture directe au moyen d'un faisceau laser qui est placé successivement au-dessus de chacune des zones de résine qui doivent être insolées et qui est alors allumé pour effectuer 25 l'insolation ; cette technique permet une grande finesse de motifs insolés mais elle est d'autant plus lente que la résolution désirée est grande ; d'autre part, lorsque la résolution est très élevée, on doit se limiter à de faibles épaisseurs de résine. Un but de l'invention est d'atteindre des vitesses d'écriture plus 30 élevées que dans l'art antérieur, tout en bénéficiant des bonnes caractéristiques de résolution de la technique d'écriture directe par un faisceau laser, et ceci même pour des épaisseurs de résine relativement importantes. Selon l'invention, on propose un procédé de lithographie d'une 35 image par écriture directe au moyen d'une source produisant un faisceau énergétique dirigé vers un support sensible à ce faisceau, dans lequel la position du faisceau est déplacée en mouvement continu relativement à la surface du support et le faisceau est allumé ou éteint selon le motif à inscrire dans le support, caractérisé en ce que le motif est tel que la plus petite largeur des zones à illuminer est plus grande que la plus petite largeur des zones qui ne doivent pas être illuminées, et le diamètre actif du faisceau d'illumination est supérieur à cette dernière largeur. Par "faisceau énergétique", on entend un faisceau qui sera le plus souvent un faisceau de radiations électromagnétiques, en général un 10 faisceau de lumière, notamment ultraviolette, mais qui pourrait être aussi un faisceau de particules (électrons, ions). Par "support sensible à ce faisceau", on entend - soit un support en un matériau qui est directement sensible au faisceau et dans lequel on veut inscrire un motif à l'aide du faisceau ; par 15 exemple, un support en un matériau transparent dont l'indice de réfraction ou la structure cristalline peuvent être modifiés par l'action thermique du faisceau de radiations ou de particules, le motif désiré étant inscrit directement dans ce matériau sous forme de variations locales d'indice ou de structure cristalline ; 20 - soit un support constitué par un substrat recouvert d'une couche de résine sensible au faisceau, et le procédé de lithographie comportera d'abord des étapes de structuration géométrique de cette couche de résine pour y établir un motif déterminé, puis des étapes de transfert de ce motif (en positif ou en négatif) sur une autre couche du substrat 25 (préalablement présente au-dessous de la résine ou déposée ultérieurement après développement de la résine). Par "diamètre actif du faisceau", on entend le diamètre d'une section de faisceau dans laquelle la densité de puissance permet effectivement d'agir sur le support (notamment : polymériser la résine sur 30 toute sa profondeur) pour y inscrire le motif, sachant que la répartition de la densité de puissance dans la section du faisceau laser est le plus souvent sensiblement une gaussienne, plus forte au centre, plus faible sur les bords du faisceau ; la périphérie du faisceau, de plus faible énergie ne fait donc pas partie de ce diamètre actif.

Une valeur simplifiée qu'on peut prendre pour le diamètre actif est la largeur à mi-hauteur de la courbe gaussienne représentant la distribution de densité de puissance le long d'un diamètre de la section du faisceau. Selon l'invention, le déplacement continu du faisceau expose le support sur une largeur supérieure aux plus petits motifs à réaliser ; les plus petits motifs sont des motifs de résine qui ne doit pas être insolée, ce ne sont pas des motifs de résine qui doivent être insolés. On conserve des zones de résine non insolée de largeur plus petite que le faisceau simplement en interrompant l'insolation par le faisceau pendant une durée suffisamment brève au cours de son passage au-dessus de ces zones ; on conserve également de telles zones non insolées en faisant passer le faisceau le long de deux trajets voisins séparés par une distance inférieure au diamètre actif du faisceau, cette distance définissant un motif de résine non insolée. En d'autres mots, le procédé selon l'invention consiste à détourer les plus petits motifs en insolant la résine tout autour de ces plus petits motifs avec une largeur de faisceau plus grande que ces plus petits motifs. On établit ainsi une structure dont les détails les plus fins sont plus petits que le diamètre actif du faisceau d'illumination, alors que dans l'art antérieur on utilisait un faisceau de diamètre actif au plus égal à la plus petite largeur de motif à réaliser, indépendamment du fait que cette plus petite largeur fasse partie des motifs à insoler ou des motifs à ne pas insoler. Le mouvement relatif du faisceau par rapport au support sera de préférence en hélice, ou en spirale, selon la nature du support et selon le type de motif à inscrire. Il peut cependant aussi être en lacet ou en balayage ligne par ligne. L'invention fonctionne avec des résines positives ou négatives, selon que les plus petits motifs subsistant après développement de la résine, qui sont plus petits que la largeur du faisceau, sont des îlots de résine (îlots de résine non insolée délimités par l'élimination de la résine insolée) ou des ouvertures dans la résine (ouvertures formées par l'élimination de résine non insolée). La durée d'écriture de l'ensemble du support est d'autant plus brève que le diamètre du faisceau d'insolation est grand. En pratique, le diamètre actif du faisceau sera au moins deux fois 35 supérieur et de préférence trois ou quatre fois supérieur à la largeur des plus petits motifs de la structure à réaliser, c'est-à-dire à la plus petite largeur des zones qui ne doivent pas être illuminées. Le pas de balayage du faisceau sera de préférence égal à (D+L)/k, où D est le diamètre actif, L la plus petite largeur des zones qui ne 5 doivent pas être illuminées, et k un nombre entier supérieur à 1 et de préférence égal à 3 ou 4. Le support sera le plus souvent en forme de disque plan tournant autour d'un axe perpendiculaire à sa surface ; le faisceau se déplace alors en translation dirigée de la périphérie vers l'axe (ou dans le sens contraire), 10 engendrant un balayage en spirale de la surface du disque ; la vitesse de rotation du disque sera d'autant plus élevée que le faisceau est plus proche de l'axe, afin de conserver constante la vitesse linéaire de déplacement du faisceau relativement au support. Dans une autre réalisation, le support peut être cylindrique 15 circulaire, et en rotation à vitesse constante autour de l'axe du cylindre, et le faisceau se déplace alors en translation à vitesse globalement constante parallèlement à cet axe.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 20 à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente de manière schématique un exemple de structuration souhaitée pour la résine recouvrant un substrat ; - la figure 2 représente le principe d'une écriture directe par un 25 faisceau laser balayant la surface du substrat ; - la figure 3 représente les étapes de structuration successives dans le cas d'une résine positive (3a à 3d) ou négative (3e) ; - la figure 4 représente des étapes de réplication par moulage après des étapes de structuration successives d'une résine négative ; 30 - la figure 5 représente le procédé mis en oeuvre dans le cas d'un support plan tournant en continu ; - la figure 6 représente la division du support en 20 cellules carrées ; - la figure 7 représente le procédé mis en oeuvre dans le cas d'un 35 support cylindrique tournant en continu ; - la figure 8 représente la constitution du faisceau laser à l'endroit de la focalisation dans la résine ; - la figure 9 représente la formation d'un motif en Té ayant une branche transversale et une branche longitudinale avec un faisceau de diamètre actif D et un pas p entre pistes de balayage du faisceau ; - la figure 10 représente l'allure crénelée d'une partie de motif lorsque le motif est oblique par rapport à la direction de balayage du faisceau.

On décrira l'invention à propos d'un exemple dans lequel le motif à inscrire dans un substrat est formé indirectement à partir de la structuration d'une couche de résine photosensible déposée sur le substrat, l'ensemble du substrat et de la couche de résine formant ce qu'on a appelé ci-dessus un "support" soumis à I"exposition d'un faisceau énergétique. On comprendra cependant que dans certains cas le faisceau pourrait insoler directement une surface de substrat non recouverte de résine mais sensible à l'action du faisceau, pour y inscrire directement des motifs par action du faisceau sur le matériau du substrat ; c'est le cas en particulier lorsqu'un faisceau laser vient échauffer localement un matériau transparent pour imposer une modification locale de structure cristalline (passage d'une structure amorphe à une structure cristalline ou inversement) ou pour imposer une modification locale d'indice de réfraction optique. Dans l'exemple décrit ci-après à titre d'illustration de l'invention, le faisceau est un faisceau laser en lumière ultraviolette et la résine est une résine sensible à l'exposition à cette lumière ultraviolette. On verra que cette résine peut être "positive" ou "négative". Dans le premier cas, le développement chimique après insolation laisse subsister sur le substrat les zones de résine non insolées. Dans le deuxième cas, le développement laisse subsister les zones de résine insolées.

La figure 1 représente le principe d'une structure 2 de résine positive (après développement) qu'on cherche à réaliser sur un substrat 1. Le motif de résine possède un facteur de forme élevé ; le facteur de forme dans ce contexte est le rapport entre la hauteur de la structure (ici, l'épaisseur de résine) et la plus petite largeur de paroi du motif. Typiquement, la hauteur peut être de 10 micromètres et la plus petite largeur de paroi peut être de 1 micromètre. Mais dans cette structure à réaliser selon l'invention, l'espacement entre deux parois de résine positive est partout plus grand que la plus petite largeur de paroi. Autrement dit, la finesse du motif résulte de la finesse des parois et non de la finesse des ouvertures entre parois. Si la résine était négative, ce serait le contraire : elle comporterait des ouvertures dont la plus petite largeur serait inférieure à la largeur des plus petits motifs de résine subsistante ; la finesse du motif résulterait alors de la finesse des ouvertures et non de la finesse des parois de résine. Le facteur de forme serait déterminé par le rapport entre la hauteur de la résine négative (par exemple 10 micromètres) et la plus petite largeur d'ouverture dans la résine (par exemple 1 micromètre). Pour réaliser la structure 2 de résine positive de la figure 1, on va procéder selon l'invention par détourage des parois, c'est-à-dire qu'on va exposer la résine uniquement là où il ne doit pas subsister de parois, et ceci au cours d'un défilement continu du faisceau laser au-dessus de pistes tracées sur l'ensemble de la surface du substrat, en éteignant le faisceau chaque fois qu'il passe au-dessus d'une zone de paroi qui doit subsister après développement. La figure 2 explique ce principe : le faisceau laser 4 est focalisé dans une zone 5 de la résine 6 ; la référence 6 désigne la résine avant les phases d'insolation et de développement ; la résine est insolée dans cette zone 5, sur toute sa profondeur. Le passage du spot laser focalisé sur la résine provoque une modification en profondeur de la résine, en général une réticulation ou polymérisation ; la portion de résine ainsi réticulée est représentée par la zone à hachures croisées 7. L'émission du faisceau est interrompue localement dans une zone 8 et la résine n'est pas réticulée dans cette zone. L'effet du faisceau laser peut être directement photonique (réaction des photons avec le matériau structurable) ou thermique (réaction due à l'échauffement du matériau sous le spot laser) ; dans le cas d'une résine réticulable en présence d'ultraviolets, l'action est plutôt photonique ; dans le cas où le matériau insolé n'est pas une résine photosensible mais est directement le substrat, l'action est plutôt thermique, les énergies mises en jeu étant d'ailleurs plus élevées.

Le faisceau laser balaye régulièrement la surface du matériau structurable, sur la totalité du substrat, et l'émission lumineuse du laser est interrompue chaque fois qu'une zone de matériau ne doit pas être insolée. Plusieurs stratégies d'insolation peuvent être envisagées, et elles dépendent bien entendu de la nature positive ou négative de la résine utilisée. La première stratégie utilise une résine positive et le motif à réaliser dans la couche de résine sera défini par les zones non insolées qui subsisteront sur le substrat. La figure 3 (3a à 3d) montre les différentes étapes : en 3a, on voit le substrat 1 recouvert d'une couche uniforme de résine photosensible 6 ; en 3b on voit le déplacement du faisceau laser 4, de diamètre actif D, de gauche à droite au-dessus de la couche, et la transformation de la résine dans la zone 7 sous le passage du faisceau laser allumé ; en 3c on voit que les zones transformées 7 présentent une interruption, désignée par 8, due au fait que le faisceau laser a été éteint pendant son passage au-dessus de la zone 8 ; la résine n'est pas polymérisée dans la zone 8 ; enfin, en 3d on voit la résine après développement : les zones 7 insolées ont été éliminées par un produit d'attaque sélective auquel la résine non insolée est peu sensible et la résine insolée est sensible ; la zone 8 non insolée a été conservée et forme une paroi 9. La largeur LI de cette paroi dans les motifs les plus étroits de la structure réalisée est plus petite que le diamètre actif D du faisceau laser. La largeur LI est ici liée non pas au diamètre D du faisceau laser mais à la durée d'interruption du faisceau laser pendant le défilement relatif de la source laser et du substrat. On comprend que le rapport de forme peut être élevé, mais à la condition que le faisceau laser soit peu divergent dans toute la profondeur de la résine. On a volontairement représenté une certaine divergence pour faire comprendre ce point, et de cette divergence peut résulter des parois non verticales de la structure comme cela est représenté.

On expliquera plus loin comment on peut obtenir des parois les plus verticales possibles même pour des résines épaisses. La résine positive ainsi conservée dans les zones 8 peut notamment servir de 'masque de gravure ou de masque d'implantation selon la nature de ce qu'on veut réaliser dans le substrat 1. Les zones sous- jacentes seront gravées ou implantées là où la résine a été éliminée. Cette solution s'applique aux cas où le motif à réaliser comporte des zones très étroites ne devant pas subir d'implantation ou de gravure, mais pas de zones très étroites gravées ou implantées. Une deuxième stratégie consiste à utiliser une résine négative.

L'interruption du faisceau laser sur de très courtes longueurs pendant le défilement relatif de la source laser par rapport au substrat produira des zones non insolées qui seront éliminées lors du développement chimique de la résine. Le motif de résine après développement comportera donc des ouvertures très étroites permettant par exemple d'effectuer une gravure très étroite ou une implantation très étroite dans le substrat sous-jacent. C'est le cas par exemple de ce qui est représenté en 3e ; les étapes sont les mêmes qu'en 3a, 3b, 3c, mais la résine est négative et les parties insolées subsistent après développement. Cette solution convient dans le cas où les zones les plus étroites sont uniquement des zones devant subir une implantation ou une gravure, mais pas des zones qui doivent être protégées contre l'implantation ou la gravure. Sur la figure 4 on a représenté, à titre indicatif illustrant les possibilités multiples de l'invention, une autre manière d'utiliser une résine négative configurée avec des ouvertures très étroites de largeur LI comme à la figure 3e. Dans cet exemple de la figure 4, on forme d'abord un motif de résine à ouvertures très étroites, puis on transforme ce motif à ouvertures très étroites en motif complémentaire à parois très étroites. En 4a, on voit la couche de résine 26 après insolation et développement, avec une ouverture de largeur LI (les étapes précédentes, analogues aux figures 3a, 3b et 3c mais avec une résine négative, ne sont pas représentées). La figure 4b présente une couche 27 de report de motif, qui comble toutes les ouvertures du motif de résine 26. Cette ouche 27 peut être déposée puis éventuellement planarisée afin d'y coller un substrat de report 28. La couche 27 peut également être injectée sous forme liquide dans un processus de type réplication par moulage. En 4c, on a éliminé par action mécanique et/ou chimique le substrat 1 et la résine 26, et il reste sur le substrat de report 28 une couche 27 dont le motif est le complémentaire du motif de la résine 26. Ainsi, la couche 27 est pourvue d'une paroi en saillie 30 de largeur LI qui correspond au complément de l'ouverture de largeur LI laissée dans la résine 26.

Sur la figure 5 on a représenté l'application de ce procédé à un support plan circulaire 13 sur lequel on veut graver des informations alignées selon une piste en spirale 14 (ou des pistes circulaires et concentriques). L'optique de focalisation 12 d'une source laser émettant un faisceau 4 est placée au-dessus du support 13 et le mouvement relatif entre l'optique et le support est un mouvement en spirale : le support tourne (flèche 11) autour d'un axe vertical, et la source laser se déplace (flèche 10) perpendiculairement à l'axe de rotation du support et dans la direction de cet axe (en s'approchant de la périphérie vers l'axe ou en s'éloignant de l'axe vers la périphérie). Si on désire que le pas de répartition des pistes inscrites soit p, on donne à la vitesse de translation Vtrans du faisceau une valeur égale à Vrot.p si Vrot est la vitesse de rotation du support. On remarquera qu'il est préférable que la vitesse linéaire de déplacement du spot le long d'une piste soit constante, car l'énergie fournie pour l'insolation de la résine est liée à la vitesse de défilement pour une puissance donnée du faisceau laser. Si la vitesse n'était pas constante, la réponse de la résine au faisceau laser ne serait pas uniforme. Dans le cas d'un balayage en spirale du support 13, la longueur des pistes pour un tour du support se réduit au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'axe de rotation ; il faut donc que la vitesse de rotation du support augmente au fur et à mesure que le spot laser se rapproche de l'axe de rotation ou diminue au fur et à mesure qu'on s'éloigne. La zone centrale du support doit être sacrifiée. Le rayon de cette zone centrale est lié à la vitesse de rotation maximale qu'on peut donner au support.

Si la vitesse linéaire souhaitée pour une exposition correcte de la résine est Vlin, et si la vitesse de rotation maximale acceptable est Vrotmax, alors le rayon de la zone sacrifiée est Rmin = Vlin/2irVrotmax. Si on appelle Rmax le rayon maximal du support, la durée d'exposition totale du support est T1 = (1/Vlin)7r(Rmax2-Rmin2)/p A titre d'exemple, les valeurs numériques pourraient être les suivantes : Vrotmax = 5000 tours/minutes, soit 83 tours/seconde, Vlin = 8 mètres/seconde Rmin = 16 mm, soit 0,016 m Rmax = 100 mm, soit 0,100 m p = 833 nanomètres, soit 833x10-9 mètres on trouve une durée d'exposition T1 de 1h17 minutes. Si le support est divisé en 20 cellules carrées (référence 16) de 32 millimètres de côté organisées conformément au découpage de la figure 6 5 (une cellule est supprimée au centre et définit la zone sacrifiée 17), la durée d'exposition d'une cellule est de 4 minutes environ. Si la vitesse de translation du faisceau est continue et constante, la trajectoire relative entre le spot laser et le disque est une trajectoire en spirale centrée sur l'axe du disque ; si le déplacement est discontinu, en pas-à-pas à intervalles de temps constants et égaux à la durée d'un tour, la trajectoire est une succession de pistes circulaires concentriques ; la vitesse de translation peut être aussi considérée comme globalement constante en moyenne bien que le déplacement soit discontinu ; par conséquent, que le déplacement soit continu ou discontinu, on considérera comme vitesse de 15 translation constante la vitesse moyenne d'avance du faisceau perpendiculairement aux pistes.

Sur la figure 7 on a représenté un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel le support, désigné par 19, est de forme cylindrique 20 circulaire et tourne en continu (flèche 11) autour de son axe, et l'optique 12 de la source laser se déplace en translation (flèche 10) parallèlement à l'axe de rotation du cylindre. Cette solution est applicable en particulier dans le cas d'un support 19 formé par un substrat souple épousant la forme d'un tambour cylindrique 18 qui l'entraîne dans sa rotation. 25 Si la vitesse de translation du faisceau est continue et constante, la trajectoire relative entre le spot laser et le support est une trajectoire hélicoïdale dont l'axe est l'axe de rotation du tambour. Si le déplacement est en pas-à-pas à intervalles constants égaux à la durée d'un tour, la trajectoire est une succession de pistes circulaires parallèles ; là encore, la vitesse de 30 translation du faisceau qui doit être considérée comme étant constante, malgré le caractère discontinu des pas de déplacement, est la vitesse moyenne. L'avantage de la méthode de la figure 7 est le fait que la vitesse de rotation du tambour peut rester constante au cours du déplacement en 35 translation à vitesse constante de la source laser. De plus il n'y a pas de zone sacrifiée. La durée totale d'exposition est T2 = Ls/(Vrot.p) où Ls est la longueur du substrat dans le sens de la translation de l'optique 12, Vrot la vitesse de rotation constante, et p le pas de la piste hélicoïdale. Avec des valeurs numériques semblables à celles qui ont été données ci-dessus, et plus précisément avec Vlin = 8 m/s, un pas de 833 nanomètres, et un substrat d'environ 160 mm x 130 mm (cette dernière valeur 130 mm étant prise parallèlement à l'axe de rotation) comprenant 20 cellules carrées de 32 mm de côté, on peut utiliser un tambour d'environ 30 millimètres de rayon et on trouve une durée d'exposition de l'ordre d'une heure (3 minutes par cellule) ; la vitesse de rotation est effet alors de 2500 tours par minute environ. Si la vitesse de rotation est augmentée à 5000 tours par minute et si on accepte une vitesse linéaire de 16 m/s plutôt que 8, la durée peut être réduite à 30 minutes environ, soit 1 minute et demie par cellule.

Pour mettre en oeuvre l'invention de la manière la plus efficace possible il faut déterminer à la fois la largeur D du faisceau la plus appropriée pour insoler la résine et le pas p de déplacement du faisceau dans son mouvement relatif en lignes parallèles (spirale ou hélice), ces deux grandeurs étant liées comme on va le voir. On rappelle que l'optique de focalisation du laser établit en principe un faisceau en forme de diabolo tel que celui qu'on voit sur la figure 8 : le faisceau converge progressivement jusqu'à une zone où il est le plus étroit, puis il diverge.

Le calcul optique, dans le détail duquel on n'entrera pas ici, permet de montrer que la divergence du faisceau est d'autant plus forte que le diamètre minimal wo du faisceau, là où la convergence est la plus forte, est plus petit. Si on veut exposer une résine de grande profondeur tout en lui conservant des parois bien verticales, il faut donc utiliser un faisceau plus large que si on veut exposer une résine peu épaisse ; on avait donc dans l'art antérieur une résolution moins bonne, du fait du faisceau d'écriture plus large, lorsque l'épaisseur de résine était plus grande. L'invention permet d'utiliser un faisceau plus large, donc faiblement divergent, tout en gardant une très bonne résolution puisqu'on procède par détourage des motifs les plus étroits qui sont uniquement des motifs non insolés ; on pourra donc exposer correctement des résines plus épaisses. Mais si le faisceau est plus large il faut aussi remarquer qu'on perd en précision d'exposition à la fois dans le sens de la largeur du faisceau et dans le sens de la profondeur de la résine insolée, du fait de la distribution gaussienne d'énergie à l'intérieur du faisceau ; un faisceau plus étalé a une distribution d'énergie avec des frontières moins nettes entre la partie active et la partie non active de la section du faisceau ; la réticulation de la résine insolée est en effet très dépendante de la répartition d'énergie à l'intérieur du faisceau et il y a des effets de seuil de réticulation en fonction de la dose d'éclairement reçue, la dose reçue en un point étant à la fois fonction de la distance x du point par rapport à l'axe du faisceau et de la position du point le long de cet axe (donc de la profondeur du point dans la résine). L'utilisation d'un faisceau trop large risquerait donc de faire perdre en précision de la frontière de réticulation de la résine ce qu'on aurait gagné en réduction de la divergence du faisceau. On choisira donc un diamètre actif de faisceau qui ne soit pas le plus large possible mais qui soit un compromis acceptable. Une valeur préférée du diamètre actif wo du faisceau à l'endroit de 20 la convergence maxirnale est approximativement la suivante : wo = (XAz/27rn)1"2, où est la longueur d'onde du faisceau laser, Az est la profondeur de la résine qu'on veut insoler, et n est l'indice optique de la résine. Par exemple, pour une profondeur de résine de 20 micromètres, 25 une longueur d'onde de 500 nanomètres, et un indice optique de 1,5, on peut choisir un diamètre actif de faisceau d'environ 1 micromètre. On peut considérer, pour simplifier, que le diamètre actif du faisceau est défini typiquement, pour une distribution d'énergie gaussienne à l'intérieur du faisceau, par la distance séparant deux points diamétralement 30 opposés pour lesquels la densité de puissance est la moitié de la densité de puissance sur l'axe du faisceau (en d'autres mots le diamètre actif est alors considéré pour simplifier comme étant la largeur à mi-hauteur de la gaussienne de distribution de densité de puissance) ; cependant, si la réticulation de la résine se fait pour une densité de puissance inférieure ou 35 supérieure à la moitié de la densité de puissance reçue sur l'axe, le diamètre actif qu'il faut considérer sera plus large ou plus étroit que cette valeur typique. Dans tous les cas, le diamètre D du faisceau devra être inférieur ou égal à la plus petite largeur des zones qui sont à illuminer. L'invention s'applique seulement à la réalisation de structures dans lesquelles la plus petite largeur des zones à insoler est plus grande que la plus petite largeur des zones qui ne sont pas à insoler.

Dans le balayage continu du faisceau au-dessus du support, on devra allumer le faisceau sur son trajet et l'éteindre chaque fois qu'un motif de résine non insolée devra être inscrit transversalement à la direction de déplacement relatif du faisceau par rapport au support. De plus, on devra balayer des pistes parallèles d'une manière telle que des intervalles non insolés pourront subsister entre pistes, parallèlement à la direction de déplacement relatif du faisceau. Ces deux paramètres définiront les largeurs de motifs non insolés et devront permettre de réaliser les motifs non insolés les plus étroits prévus par le dessin de la structure à réaliser, aussi bien transversalement que longitudinalement. La figure 9 représente schématiquement le balayage d'un faisceau de diamètre actif D de gauche à droite selon des lignes parallèles séparées d'une distance p qui représente le pas de déplacement du faisceau d'une piste à la suivante. Sept passages de faisceau sont représentés sur la figure. Le faisceau est éteint pendant une durée minimale Ti au cours de son trajet longitudinal pour laisser des zones non insolées 23 transversales (perpendiculaires au trajet du faisceau) de largeur minimale L1. Le faisceau est également éteint sur une durée qui peut être supérieure à Ti, et ceci sur plusieurs pistes consécutives, pour laisser des zones longitudinales non insolées 24 de largeur minimale L. La largeur minimale L est liée au diamètre D et au pas p des pistes comme on va le voir. On voit donc sur la figure 9 l'élaboration progressive, sur sept pistes consécutives d'un motif non insolé en forme de Té dont les branches transversale 23 et longitudinale 24 ont des largeurs LI et L. La largeur minimale L1 dans le sens longitudinal dépendra du temps minimum nécessaire à l'extinction et au rallumage du faisceau laser.

Par exemple, un faisceau modulable à 500 MHz et se déplaçant à 8m/s permettra d'obtenir une largeur L1 de motif non insolé de 22 nanomètres. La largeur minimale L dans le sens transversal se déduit à la fois du pas p et de la largeur D du faisceau selon la formule L = k.p - D, k étant un entier positif au moins égal à 2. En effet, si on suppose qu'on insole une bande de largeur D (largeur du faisceau) le long d'une piste, qu'on éteint le faisceau au même endroit pendant les k-1 pistes suivantes et qu'on rallume le faisceau sur sa largeur D à la k'ème piste, on constate qu'on aura laissé une bande non insolée de largeur égale à k.p -D. A noter que k ne peut pas être égal à 1 ; il faut en effet que p reste inférieur à D pour permettre un recouvrement des zones insolées lorsque cela est nécessaire (insolation sur une zone continue). On peut prendre comme hypothèse simplificatrice que L et L1 sont égales, c'est-à-dire que la structure à réaliser comporte des motifs non insolés très étroits aussi bien longitudinalement que transversalement. Le cas de motifs obliques sera considéré plus loin. Dans un exemple, la largeur des plus petits motifs à réaliser est L=L1=0,5 micromètre. La largeur D du faisceau a été choisie, selon l'invention, par principe plus grande que L ou L1. La largeur D est de préférence d'au moins deux fois L ou L1. Par exemple, on peut choisir D de l'ordre de 3 ou 4 fois L ou L1 ; dans un exemple numérique D=2 micromètres pour L = L1 = 0,5 micromètres. Les valeurs numériques choisies pour L et D imposent un choix limité de possibilités de valeurs du pas p à donner au trajet du faisceau. En 25 effet, d'après la formule précédemment indiquée, p=(D+L)/k. Si on choisit une valeur de k élevée, on améliore la rectitude de la frontière des zones non insolées transversales 23, c'est-à-dire qu'on réduit l'effet de festonnage de la frontière due à la forme circulaire du spot. Mais c'est au détriment du temps de balayage global de la surface qui peut 30 devenir très long si le pas p est faible donc si k est élevé. Si au contraire on choisit une valeur de k faible (k=2 qui est le minimum) le temps de balayage sera plus rapide mais les frontières des zones 23 seront festonnées. Si on se reporte à l'exemple de la figure 9, on peut considérer que 35 le faisceau a une largeur D égale à peu près à trois fois la largeur minimale L, de sorte que D+L est sensiblement égal à 4xL. On a pris k égal à 4, ce qui donne un pas p sensiblement égal à L et le faisceau est éteint pendant trois passages pour constituer la bande non insolée 24 de largeur L = 4p -D. Le faisceau est rallumé au quatrième passage. Mais on aurait pu prendre aussi k = 2, ce qui donnerait un pas p d'environ 2xL, ou encore k=3 et un pas p d'environI,3xL, ou encore k = 5 et un pas d'environ 0,8xL. Dans l'exemple numérique où L=0,5 micromètre et D=2 micromètres, on peut choisir un pas p ayant les valeurs suivantes : p = 1,25 micromètre (k=2), p = 0,83 micromètre (k=3), p = 0,625 micromètre (k=4), p =0,5 micromètre (k=5). Le choix de p = 0,83 micromètre est un bon compromis entre rapidité et rectitude (absence de festonnage) des frontières orientées transversalement au mouvement du faisceau. La figure 10 représente schématiquement l'allure générale des frontières transversales, longitudinales, et obliques, qu'on va obtenir avec un faisceau de largeur D et un pas p. Le léger festonnage des contours verticaux n'a pas été représenté. Le contour fortement festonné des motifs de structure présentant une oblicité par rapport à l'axe de balayage du faisceau est caractéristique de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les deux exemples de la figure 10 montrent ce festonnage pour deux angles différents d'oblicité.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de lithographie d'une image par écriture directe au moyen d'une source produisant un faisceau énergétique (4) dirigé vers un support (1, 6) sensible à ce faisceau, dans lequel la position du faisceau est déplacée en mouvement continu relativement à la surface du support et le faisceau est allumé ou éteint selon le motif à inscrire dans le support, caractérisé en ce que le motif est tel que la plus petite largeur des zones (7) à illuminer est plus grande que la plus petite largeur (L, L1) des zones (8) qui ne doivent pas être illuminées, et le diamètre actif (D) du faisceau d'illumination est supérieur à cette dernière.

2. Procédé de lithographie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre actif du faisceau d'illumination est au moins deux fois supérieur à la plus petite largeur des zones qui ne doivent pas être illuminées.

3. Procédé de lithographie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau balaye en mouvement continu la surface du support selon des pistes réparties avec un pas p = (D+L)/k où D est le diamètre actif du faisceau, L est la plus petite largeur des zones qui ne doivent pas être illuminées, et k est un nombre entier supérieur à 1.

4. Procédé de lithographie selon la revendication 3, caractérisé en ce que k est égal à 3 ou 4.

5. Procédé de lithographie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support est un substrat (1) recouvert de résine photosensible (6) et le faisceau est un faisceau laser à une longueur d'onde à laquelle la résine est sensible, en vue de réaliser une structure de résine selon un motif déterminé puis un transfert positif ou négatif du motif de résine sur une autre couche du support.

6. Procédé de lithographie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support est en forme de disque plan (13) tournant autour d'un axe et le faisceau se déplace en translation de la périphérie vers l'axe ou inversement.

7. Procédé de lithographie selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du support est d'autant plus élevée que le faisceau est plus proche de l'axe. 10

8. Procédé de lithographie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le support (19) est cylindrique circulaire et en rotation à vitesse constante autour de l'axe du cylindre, et le faisceau se déplace en translation à vitesse constante parallèlement à cet axe. 15

9. Procédé de lithographie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support comprend un substrat en un matériau transparent sensible à une action thermique du faisceau, en vue d'une inscription directe d'un motif dans ce matériau. 20

10. Procédé de lithographie selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau est apte à subir une variation d'indice optique ou un changement de structure cristalline sous l'effet de l'énergie apportée par le faisceau. 25