WO2006059030A1 - Dispositif et procede de photolithographie ameliores permettant la realisation de motifs a flancs inclines - Google Patents

Dispositif et procede de photolithographie ameliores permettant la realisation de motifs a flancs inclines Download PDF

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WO2006059030A1
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WO
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mask
layer
patterns
optical system
angle
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PCT/FR2005/050997
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Christophe Kopp
Marc Rabarot
Mathieu Kipp
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Commissariat A L'energie Atomique
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Definitions

  • the present invention relates to an improved method and an improved controlled-incidence photolithography device for producing inclined-walled patterns in thin layers, in particular in the context of the manufacture of microcomponents or microsystems.
  • Photolithography is used for the manufacture of integrated circuits, it is also a basic technique for the fabrication or prototyping of microsystems such as MEMS (Anglo-Saxon abbreviation for "Micro Electro Mechanical Systems” or electro-mechanical microsystems), optical microsystems, micro-fluidic systems, biochips.
  • MEMS Anglo-Saxon abbreviation for "Micro Electro Mechanical Systems” or electro-mechanical microsystems
  • optical microsystems micro-fluidic systems
  • biochips biochips.
  • Photolithography consists in insolating or exposing a photosensitive layer, for example based on photosensitive resin, with the aid of a light beam, for example ultraviolet, through a mask, in order to form patterns in this layer.
  • a photosensitive layer for example based on photosensitive resin
  • a light beam for example ultraviolet
  • a layer of photoresist 11 having a refractive index Ni which is then attached to a mask is deposited first on a substrate 10. 13 of photolithography.
  • the mask 13 has opaque portions 14, for example made of chromium and transparent portions 15 of refractive index N 3, for example of silica.
  • the substrate 10 covered with the photoresist layer 11 and the mask 13 form an assembly that is tilted under a beam of light rays 12, for example ultraviolet of main direction di, so that the beam of light rays 12 through an air layer of refractive index N 0 approximately equal to 1 and achieves an angle of incidence Ii on the mask 13, non-zero with respect to a normal n to the main plane of the substrate 10 before entering through the transparent portions 15 of the mask 13.
  • the beam of light rays 12 is then refracted as it passes through the transparent parts 15 of the mask 13.
  • the main direction di of the beam 12 is then deflected and makes an incident angle R 1 with a normal at the main plane of the substrate 10 at the moment when the beam is about to pass through the photosensitive resin layer 11.
  • the incident angle R 1 on the resin layer 11 is less than the angle of incidence Ii on the mask eu 13 since the beam passes air to a more refractive medium (N 3 > N 0 ).
  • the light beam 12 then penetrates through the photoresist layer 11, and is then refracted again.
  • the main direction di of the beam 12 produces, with the normal n, an angle resulting from insolation R 2 which is a function of the incident angle
  • the mask 13 is removed from the photoresist layer 11.
  • the photoresist layer 11 is developed for example using a strong base.
  • resin patterns with sloping flanks 20 are obtained (FIG. 1B).
  • the inclined flanks of the patterns 18 form an angle ⁇ with a normal n to the main plane of the substrate 10, approximately equal to the resulting angle of insolation R 2 .
  • the angle ⁇ of the flanks 20 of the patterns 18 is strongly limited. Indeed, during the insolation step, the beam of light rays 12 first inevitably crosses an air layer of index N 0 , then a refractive index mask N 3, for example of the order of 1.45 for a silica mask, then a layer of photoresist 11 refractive index Ni approximately equal to 1, 6 (1.67 for a layer of resin 11 SU-8 type).
  • the large difference in refractive index between the air layer and the mask 13 and the difference in refractive index between the mask 13 and the photoresist layer 11 causes a large difference between the angle of incidence. Ii on the mask 13 and the resulting angle of insolation R 2 . Even when the photoresist layer 11 is insulated with an angle of incidence Ii on the mask 13, the resulting exposure angle R 2 remains low. Moreover, from a certain value of Ii, one also comes up against problems of reflection of the beam 12 on the mask 13. After development of the photoresist layer 11, the angle ⁇ (approximately equal to R 2 ) that the sloping flanks 20 of the resin patterns 18 are made with the normal is therefore also limited.
  • the limitation of the angle ⁇ of the resin patterns 18 is very disadvantageous and in particular prevents the production of numerous microstructures. For example, the production of patterns at angles of 45 ° or beyond is impossible with such a method.
  • an angle OC is first inclined, a substrate 10 covered with a layer of photoresist 11, under a beam of light rays.
  • the layer of photoresist 11 is insolated through a first mask 31 and a second mask 32 both integrated directly. to the photosensitive resin layer 11.
  • the photosensitive resin layer is composed of a base sublayer 33a of refractive index Ni resting on the substrate 10 and of an intermediate sub-layer 33b located above the sub-layer. basecoat 33a and refractive index Ni.
  • the masks 31, 32 are respectively formed of a first metal layer and a second metal layer, for example titanium or aluminum, separated from each other by the intermediate photoresist layer 33b.
  • the first mask 31 comprises openings 34
  • the second mask 32 has identical openings 35 offset laterally slightly with respect to the openings 34.
  • the main direction (I 1 of the beam 12 forms an angle of incidence I 1 on the mask 31 with a normal n to the main plane of the substrate 10 equal to the angle of inclination OC, before penetrating through the photoresist layer 11.
  • the beam 12 passes through the photoresist layer 11, it is refracted and its direction principal (I 1 realizes an angle resulting from insolation
  • the embodiment of the masks 32 and 33 implies that this method is only valid for making simple patterns of relatively large size (of the order of ten micrometers), on the other hand the production of masks 32 and 33 integrated in the resin layer 11, requires additional steps of photolithography compared to that illustrated in Figure IA.
  • the technique of making patterns with inclined flanks by photolithography illustrated in FIG. 2 always has the disadvantage that the angle of inclination ⁇ of the flanks of the resin patterns obtained remains limited.
  • the LIGA technique (LIGA for "Lithography Galvaniesirung und Abformung” is finished lithography by galvanization) consists in exposing a photoresist layer, for example a PMMA-type polymer
  • X-rays are very little refracted when they penetrate through the layer of photoresist 11. X-rays thus allow to obtain resin patterns having an angle of inclination with respect to a normal to a main plane of the substrate greater than that obtained by conventional techniques using ultraviolet rays. But X-ray photolithography nevertheless has significant disadvantages.
  • a first disadvantage associated with the use of this technique comes from the fact that X-ray sources
  • the object of the present invention is to propose a process for producing patterns, in particular on inclined flanks, by photolithography, as well as a device for producing this method.
  • the method as well as the device are simple to implement and of reduced costs, unlike X-ray photolithography techniques.
  • the present invention makes it possible to produce photolithographic patterns having inclined flanks at an angle much greater than those can be obtained with the prior art.
  • the present invention also relates to a device as well as a method which makes it possible to overcome the problems of parasitic reflections that occur, with certain processes conventional photolithography with inclined light beam beam.
  • the present invention relates to a method for producing one or more patterns by photolithography comprising the following steps: a) depositing on a substrate a photosensitive layer, for example based on resin or a polymer, b) insolation of the photosensitive layer through a mask by a beam of light rays having a main direction, the light beam having previously passed through an optical system comprising at least a first diffraction grating and at least a second diffraction grating superimposed, able to diffract the beam of light rays in at least one direction of diffraction called "maximum efficiency", the beam having been at least partly deflected by the optical system at least a deflection angle so that the main direction of the beam of light rays, corresponding to the direction of diffraction of maximum efficiency, has an angle of incide on the non-zero mask with a normal to the main plane of the substrate when the light beam penetrates through the mask, c) removal of the mask, d) development
  • each order being associated with an efficiency that can be adjusted, for example as a function of the choice of the shape of the patterns of the diffraction gratings of the optical system.
  • the first order diffraction direction of the optical system will correspond to the direction of maximum efficiency. But according to another implementation possibility, other orders of diffraction may be preferred.
  • the first diffraction grating of the optical system may be attached to the mask or an index matching layer resting on the mask.
  • the mask may also be attached to the photosensitive layer or an index matching layer resting on the photosensitive layer.
  • the method may further comprise after step a) and prior to step b): depositing an index matching layer on the photosensitive layer.
  • depositing between the photosensitive layer and the mask for example made of silica, an index matching layer in the form of a liquid or a gel that is chosen as a function of the index jump between the mask and the photoresist layer.
  • the index matching layer has an index of refraction, preferably greater than that of air, between the refractive index of the mask and the refractive index of the photoresist layer and thus eliminates Fresnel reflections between the mask and the resin layer.
  • the latter may further comprise after step a) and prior to step b): the deposition of an index matching layer between the optical system and the mask.
  • an index matching layer can be deposited between the photosensitive layer and the mask, it is possible, before the exposure step, to place an index matching layer between the mask and a mask.
  • This second index matching layer is for example in the form of a gel or a liquid deposited on the mask and which diffuses by capillarity between the diffraction grating and the attached mask.
  • the angle of incidence of the light beam on the mask may vary.
  • the angle of incidence on the mask can be varied. realizes the main direction of the light beam with a normal to the main plane of the substrate. In this way it is possible to vary the angle resulting from insolation of the photoresist layer and to obtain in this way, after development, resin patterns with flanks having a variable inclination angle.
  • the photosensitive layer or the optical system can rotate on itself or on itself, so that the optical system of on the one hand and the photosensitive layer on the other hand, can be moved relative to one another.
  • the optical system can remain fixed while a set formed by the substrate, the photosensitive resin layer and possibly the mask, turns on itself. This can make it possible to obtain resin patterns with flanks inclined in different directions.
  • the optical system and for example each of the diffraction gratings, can rotate on itself while a set formed by the mask, the substrate and the photosensitive layer remains fixed.
  • the first network and the second network comprise, respectively, a plurality of first patterns and a plurality of second patterns, able to deflect the light beam, according to a diffraction angle dependent or function of the orientation of each of these patterns.
  • said first patterns on the one hand and said second patterns on the other hand may have different orientations with respect to the insolation light beam.
  • Said first patterns and / or said second patterns may optionally have, during step b), a variable orientation with respect to the insolation light beam.
  • the light beam may have, before passing through the optical system, a non-zero angle of incidence with a normal to a main plane of the photosensitive layer.
  • a non-zero angle of incidence with a normal to a main plane of the photosensitive layer.
  • This angle of incidence may be possibly variable during step b).
  • the optical system used in the process according to the invention may optionally comprise more than two superposed diffraction gratings.
  • the optical system may comprise at least one diffraction grating having a slot profile.
  • a network with such a profile can achieve the same efficiency between symmetrical diffraction orders. For example, with such a network, it is possible to obtain a diffraction order 1, of efficiency substantially equal to that of the diffraction order -1.
  • the optical system may comprise at least one diffraction grating with a sawtooth profile.
  • a network with such a profile can provide increased efficiency in the first order diffraction direction.
  • the optical system may comprise at least one diffraction grating comprising patterns comprising a stepped profile.
  • a network provided with such a profile can also make it possible to have a significant efficiency in the first order diffraction direction.
  • the invention also relates to a device for producing one or more patterns inclined by photolithography, comprising a substrate on which resides a photosensitive layer, a mask, means for insolating the photosensitive layer with a main direction light beam, an optical system comprising at least a first diffraction grating and at least a second diffraction grating superimposed, capable of deflecting, the main direction of a beam of light rays passing therethrough and intended to insolate the photosensitive layer, by at least one deflection angle, so that the main direction of the beam has an angle of incidence on the nonzero mask with a normal to the main plane of the substrate at the moment when the beam of light rays penetrates through the mask.
  • the mask may be adhered to the photosensitive layer or an index matching layer resting on the photosensitive layer.
  • the first diffraction grating of the optical system may be in turn attached to the mask or to an index matching layer resting on the mask.
  • At least one network of the optical system may comprise a slot profile.
  • At least one network of the optical system may comprise a sawtooth profile.
  • at least one network of the optical system may comprise a staircase profile.
  • the latter may further comprise an index matching layer between the photosensitive resin layer and the mask and / or an index matching layer between the optical system and the mask.
  • At least one diffraction grating of the optical system may be able to move or be mobile with respect to the photosensitive layer.
  • At least one diffraction grating of the optical system may be able to perform a rotational movement or may be rotatable.
  • a diffraction grating of the optical system may be fixed, while another network may be able to perform a rotational movement or be rotatable.
  • the device according to the invention may further comprise means for inclining the substrate relative to the beam of light rays.
  • FIGS. 1A-1B, 2, 3, already described represent examples of photolithography processes according to the known art which allow the production of resin patterns with inclined flanks,
  • FIG. 4 illustrates an example of a photolithography device enabling the production of resin patterns with inclined sides according to the invention
  • FIGS. 5A, 5B show two different arrangements of an optical system comprised in a photolithography device according to the invention and provided with two superposed diffraction gratings,
  • FIG. 6 represents an example of a device allowing the implementation of a photolithography method according to the invention
  • FIGS. 7A-7B represent examples of patterns obtained using a method according to the invention
  • FIG. 8 represents a variant of a photolithography device for carrying out one or more resin patterns with inclined flanks according to the invention
  • FIG. 9 represents another example of an inclined-wall pattern obtained by means of a method according to the invention.
  • FIG. 10 represents another variant of a photolithography device for producing one or more inclined-wall resin patterns according to the invention
  • FIG. 11 represents a variant of a photolithography device for producing one or more resin patterns with inclined flanks according to the invention
  • FIG. 12 represents another variant of a photolithography device for producing one or more inclined-wall resin patterns according to the invention
  • FIGS. 13A-13C show examples of diffraction gratings that can be used to form an optical system with two diffraction gratings included in a photolithography device according to the invention.
  • the first step of this process consists in depositing a photosensitive layer 101, for example based on a resin or a polymer of refractive index Ni, on a substrate 100.
  • the photosensitive layer 101 for example a layer of negative photoresist
  • the epoxy base such as that sold by the company Micro-Chemical Corporation under the reference "SU-8" is deposited by a conventional method and has a thickness for example of about 100 microns.
  • the substrate 100 may for example be based on glass, a plastic material or a semiconductor material such as silicon.
  • an absorbent layer (not shown) of light rays underlying the resin layer 101 may have been deposited on the substrate 100 prior to the deposition of the resin layer 101.
  • absorbent layer of light rays can prevent the reflection on the substrate 100 of light rays.
  • the absorbent layer of light rays can be for example an organic thin layer of BARC type (BARC being the English terminology for "Bottom Anti Reflective Coating" which means anti-corrosion coating). reflective). His thickness can be for example several tens of nanometers, for example of the order of 80nm.
  • this absorbent layer of light rays may be a resin or a polymer mixed with a carbon powder or may be an inorganic layer such as a layer comprising at least one SiO 2 / TiO 2 stack.
  • the mask 103 comprises opaque zones 103a and transparent zones 103b in the light or in the light radiation with which the resin layer 101 is to be insolated.
  • the opaque zones 103a can be for example metal such as chromium, while the transparent areas 103b may be for example silica.
  • index matching layer 102 it is possible to deposit an index matching layer 102 on the photoresist layer 101 before attaching the mask 103 to the resin layer 101.
  • This index matching layer 102 has a refractive index N 2 close to the index N 3 of the mask 103 and the index Ni of the photoresist layer 101 and is placed between the photoresist layer 101 and the mask 103 placed on top.
  • the index adaptation layer 100 makes it possible to minimize the Fresnel reflections at the mask interface 103-photoresist layer 101. The Fresnel reflections are indeed due to a thin layer of air inevitably found between the mask 103 and the photosensitive resin layer 101.
  • the adaptation layer of index 102 is provided to replace this thin layer of air with a more refractive material.
  • the index jump caused by the thin air layer is therefore limited by replacing it with the index matching layer 102 of refractive index N 2 greater than 1 and between Ni and N 3 .
  • the index matching layer 102 may take the form of a gel or a liquid such as water. It can be deposited on the photoresist layer using for example a micropipette. The water has a refractive index approximately equal to 1.33 between N 1 and N 3 and diffuses by capillarity between the photoresist layer 101 and the mask 103 which is placed on top to form the layer of index matching 102.
  • the index matching layer 102 may also be formed based on glycerin with a refractive index of about 1.47 between Ni and N 3 or a fatty liquid. Glycerine also has the advantage of allowing the mask 103 to move relative to the photoresist layer 101 while ensuring index matching between the latter and the mask 103.
  • refractive index N 2 o placed above the first network 110, parallel and at a distance for example of the order of 1 mm from the first network 110.
  • the two arrays are separated by a suitable refractive index medium.
  • This medium may be, for example, air, or a medium chosen to allow the optical system to transmit a maximum of light power in a given direction.
  • the method it is possible, before joining the first diffraction grating 110, to deposit another index matching layer 104 on the mask 103.
  • the other index matching layer 104 then comes interposing between the mask 103 and the first diffraction grating 110.
  • This other index matching layer 104 has a refractive index N 4 ideally between the index Ni 0 of the first diffraction grating 110 and the index N 3 of the mask 103.
  • the other index matching layer 104 makes it possible to prevent Fresnel reflections between the mask 103 and the optical system 106 by reducing the index jump between the first diffraction grating 110 and the mask 103.
  • the other index matching layer 104 may consist for example of a liquid such as water, or a glycerin-based gel or a fatty fluid which is deposited on the mask 103.
  • the fluid or the liquid deposited on the mask 103 is then compressed by the system optical me 106 that is placed over it, and diffuses by capillarity between the mask 103 and the optical system 106 ( Figure 4).
  • the networks 110 and 120 may be respectively in the form of a first plate and a second plate respectively provided with a plurality of first patterns 130 parallel, regularly ordered in a step ⁇ i, and a plurality of second parallel patterns 132 arranged in a regular manner according to another step A 2 .
  • These plates may be based, for example, on a material such as quartz or silica.
  • the two networks have respective refractive indexes Ni 0 and N 2 o which may be identical, for example of the order of 1.46, and respective steps ⁇ i and A 2 , which may also be identical, and for example of the order of 2 times the wavelength ⁇ of the radiation with which the photosensitive layer is intended to be insolated, for example of the order of 618 nanometers.
  • the pitch of the gratings, as well as the orientation of the patterns of one grating relative to the patterns of the other grating, can be adjusted so as to adjust the angle of deflection or diffraction of a light beam capable of passing through the system.
  • the adjustment of the orientation of one network relative to the other can be facilitated by means of angular marks 134 and 136 located, for example at the edge or corner of each of the networks 110 and 120.
  • This adjustment can be performed using a device for performing a relative rotation of one network relative to the other, for example a teflon-based ring inserted between the networks 110 and 120. This ring can be kept when a step of insolation.
  • FIG. 5A illustrates an example of positioning of the optical system 106 with two networks 110 and 120 in which the first patterns 130 of the first network 110 and the second patterns 132 of the second network 120 have an identical orientation, that is to say that the principal direction of each of the first patterns (defined in FIG. 5A by the direction of a vector O 1 ) and the principal direction of each of the second patterns (defined in FIG. 5B by the direction of a vector U 2 ) are parallel.
  • FIG. 5B illustrates another example of positioning of the optical system 106 with two networks 110, in which the first patterns 130 of the first network 110 and the second patterns 132 of the second network 120 are oriented at 90 °, that is to say that each of the first patterns 130 has a main direction (defined for example in Figure 5B by the vector S 1 ) has a direction orthogonal to the main direction (defined for example in Figure 5B by the direction of a vector a 2 ) of each of the second patterns 132.
  • An incident light beam which would cross the optical system 106 thus positioned, would undergo the same amplitude of deviation in two perpendicular directions and would make it possible to obtain a total amplitude of deviation which would be of the order of V2 times the amplitude of deviation for a single diffraction grating.
  • the angle of deflection, for patterns oriented at 90 °, may be at least 25 °.
  • an insolation angle of the resin that is to say an angle R 2 that achieves a light beam passing through the photosensitive layer 101 after passing through the optical system 106 and the mask 103 between 29.7 ° and 45 °.
  • the photosensitive resin layer 101 is then irradiated with a beam of light rays 122 coming, for example, from a ray source 130.
  • ultraviolet emitting for example around the wavelength of 365 nm.
  • the incident light ray beam has a main direction di and can penetrate, in normal incidence, through the optical system 106 formed by two superimposed diffraction gratings 110 and 120.
  • the incident light beam 122 Before entering through the optical system, the incident light beam 122 has a main direction di orthogonal to the main plane of the resin layer 101 and the substrate 100
  • the optical system 106 deflects the main direction di of the optical beam by at least a first deflection angle (not shown in FIG. 6), in particular as a function of the geometrical and physical characteristics of the second network 120 and the first network 110 such that their steps ⁇ 2 and ⁇ i, their respective refractive indices N 2 o and Ni 0 , as well as the respective orientations of their patterns.
  • the main direction of the beam produces at least one angle of incidence (not shown in FIG. 6) on the non-zero mask 103 with a normal n at the main plane of the substrate 100. Then, the beam of light rays 102 passes through the mask 103 and its main direction di is again deflected and produces on the resin layer 101 at least one incident angle
  • photoresist layer 101 thus comprises insolated zones 140 inclined with respect to the normal to the main plane of the substrate 100.
  • the optical system 106 capable of deflecting the main direction di of the beam of light rays 102 makes it possible to reduce the difference between the angle of incidence on the mask 103 and the angle resulting from insolation R 2 .
  • the optical system 106 From an incident beam coming from the source 130, orthogonal to the main plane of the resin layer 101, the optical system 106 makes it possible to insolate the photosensitive resin layer 101 according to at least one angle resulting from insolation R 2 , which may be at least 35 ° or at least 45 °.
  • the diffraction gratings 110 and 120 may advantageously be made of a material whose refractive index is close to that of the transparent zones 103a of the mask 103, or possibly in the same material as that of the transparent zones 103a of the mask 103.
  • the incident angle R 1 of the light beam on the resin layer 101 is almost equal to the angle of incidence on the mask 103.
  • an optical system 106 and a mask 103 made of the same material it is therefore possible to further decrease the difference between the angle of incidence and the resulting angle of insolation R 2 and allow insolation of the photoresist layer with at least one angle resulting from insolation R 2 even more important. (Figure 6).
  • the efficiency represents a ratio between a light power transmitted by the optical system in a given diffraction direction, and a light power incident at the input of the optical system.
  • the efficiency represents, for its part, a ratio between a light power transmitted by the optical system in a given diffraction direction, and a total light power transmitted by the optical system.
  • the mask 103 and the optical system 106 are removed from the photoresist layer 101.
  • the photoresist layer 101 is developed using, for example, a strong base, so to obtain resin patterns with sloping flanks.
  • the inclined flanks or part of the inclined flanks of the patterns produce at least one angle ⁇ which may be at least 35 ° or at least 45 ° with a normal n at the principal plane of the substrate 100.
  • the angle ⁇ of the flanks is almost equal to the resulting angle of insolation R 2 .
  • the method according to the invention therefore makes it possible to obtain resin patterns inclined according to at least one non-zero angle ⁇ and a function of the deflection angle of the superimposed diffraction gratings system.
  • the angle ⁇ of the pattern flanks may be much greater than that obtained with methods according to the prior art.
  • FIG. 7A represents an example of a pattern 150, for example based on a polymer or a photosensitive resin, formed on a substrate (not represented) and obtained using a method and a photolithography device of the type described above in connection with FIG. 6.
  • the photolithography device used to obtain such a pattern may comprise an optical system (not shown) formed of a first diffraction grating and a second diffraction grating whose patterns are respectively oriented in a first direction
  • the mask (not shown in FIG. 7A) for photolithography used may itself have square openings.
  • the patterns 150 are in the form of a six-sided polyhedron having two sides 152 and 154 having an angle of inclination ⁇ with respect to a normal and to the main plane of the substrate.
  • FIG. 7B represents another example of a pattern 160, for example based on a polymer or a photosensitive resin, formed on a substrate (not represented) and obtained using a method and a device for photolithography of the type described FIG. 6.
  • the photolithography device used may comprise an optical system (not shown) formed of a first diffraction grating and a second diffraction grating whose patterns are respectively oriented in a first direction (defined in FIG. by the vector S 1 in FIG. 7B) and in a second direction (defined by the vector a 2 in this same figure) orthogonal to the first.
  • the mask (not shown) of photolithography used may be provided with square openings.
  • the patterns 160 are in the form of a truncated apex pyramid having four faces 162, 164, 166, 168 having an angle of inclination ⁇ with respect to a normal n to the main plane of the substrate.
  • a so-called "rotary" insolation of the resin layer 101, during which the patterns of the gratings 110 and 120 rotate with respect to the beam and to an axis orthogonal to the main plane of the resin layer 101, can be done.
  • This rotary irradiation can, according to a possibility illustrated in FIG. 8, be provided by means making it possible to apply to the two networks 110 and 120 a rotational movement on themselves and with respect to the beam 122 and to an axis ⁇ i orthogonal to the main plane of the resin layer 101, while maintaining the substrate 100 covered with the photosensitive layer 101 immobile.
  • This rotating insolation may, according to another possibility (not shown) be provided by means making it possible to apply a rotary motion to the substrate 100 covered with the photoresist layer 101, for example using a turntable, while the optical system 106 remains stationary.
  • the mask 103 may also rotate.
  • the rotational movement may be continuous and 360 ° to obtain resin patterns whose flanks achieve a uniform angle of inclination relative to the main plane of the substrate 100.
  • FIG. 9 represents an example of a pattern 170, for example of resin or photosensitive polymer, formed on a substrate (not shown) and obtained by using a method and a photolithography device of the type of that described above in connection with FIG.
  • the patterns 170 are in the form of a circular cone 172 with a truncated apex.
  • an exposure during which only one of the gratings rotates relative to the beam 122 and to an axis A 1 orthogonal to the main plane of the resin layer 101 can be carried out.
  • This insolation may, according to one possibility, be provided by a rotary movement of the second network 120, while the first network 110 and the photosensitive layer 101 resting on the substrate 100 remain stationary.
  • this rotation can be ensured by a rotary movement of the first network 110 associated with the photosensitive layer 101 resting on the substrate 100, while the second network remains stationary.
  • the angle of incidence of the beam on the mask (103) varies without the inclination of the substrate relative to the incident beam is changed.
  • This insolation can make it possible to obtain resin patterns whose flanks realize a variable angle of inclination with respect to the main plane of the substrate 100.
  • FIG. 11 represents an example of a pattern 180, for example a resin or photosensitive polymer, formed on a substrate (not shown) and obtained by using a method and a photolithography device of the type of that described above in connection with FIG. 8
  • the photolithography mask (not shown) used to make this pattern 180 may be provided with circular openings.
  • the pattern 180 is in the form of a truncated cone with a base 182 of the shape of an ellipse.
  • an inclined beam exposure during which the incident beam 122 of insolation makes an angle ⁇ with the photoresist layer 101 before entering through the optical system 106, can be realized.
  • This angle may possibly be variable during sunstroke.
  • the photolithography device may for example comprise a plate 190 adapted to adopt an angle of inclination ⁇ variable, with respect to the beam 122 and on which rests the substrate assembly 100-resin layer 101.
  • This variant may optionally be combined with one of the two rotary insolation variants previously described in connection with FIGS. 8 and 10.
  • the first diffraction grating 110 and / or the second diffraction grating 120 of the optical system 106 belonging to the inclined-wall photolithography device according to the invention may or may be similar to the diffraction grating illustrated in FIG. 10A and which goes to FIG. present be described.
  • This network may be in the form of a plate 200 for example based on a material such as quartz or silica, preferably of refractive index close to or identical to that of the photolithography mask 103.
  • the plate 200 is provided with two main faces seen in section in FIG. 10A, in a section plane orthogonal to the main plane of the plate 200 (the main plane being a plane of the plate 200 parallel to the plane [O; i; k ] of an orthogonal reference [O; i; j; k] illustrated in FIG. 13A).
  • a first face 202 of the plate 200 is flat, while the second face 204 has a plurality of patterns 210 which will be called "binary" patterns and which are ordered regularly in a step ⁇ for example of the order of 618 nanometers.
  • Each of the binary patterns 210 is formed of a block 206 (and delimited in part by dashed lines in FIG. 13A), and a trench 208, juxtaposed parallelepipedic shapes.
  • the block 206, and the trench 208 respectively have a height h and a depth equal to the height h for example of the order of 500 nanometers.
  • the patterns 210 of the plate are seen in section in FIG. 3A, in a sectional plane orthogonal to the principal elongation direction.
  • the patterns 210 of the diffraction grating are preferably parallel to each other and provide a profile 214 in a slot in at least one direction parallel to the main plane of the plate 200.
  • the plate 200 constitutes the first diffraction grating 110 of the two-array system, that is to say the grating placed between the photolithography mask 103 and the second diffraction grating 120
  • the first face 202 without patterns of the plate 200 is placed so as to face the second diffraction grating 120
  • the second face 204 comprising the patterns 210 is placed so as to face the photolithography mask 103
  • the first face 202 of the plate 200 is placed so as to be opposite the photosensitive layer 101
  • the second face 204 comprises the 210, is placed so as to be opposite the first diffraction grating 110.
  • Such a type of grating may have been produced for example by UV lithography, or by electron beam or laser beam lithography of the plate 200.
  • FIG. 13B represents another example of a diffraction grating, which varies from the example of diffraction grating which has just been described, by virtue of the shape of its patterns denoted 220, which will be called
  • the patterns 220 have a height h for example of the order of 0.5 micrometers (defined in a direction parallel to the axis j of the orthogonal reference [O; i; j; k]) and are arranged regularly according to a step ⁇ for example of the order of 618 nanometers.
  • These multi-level patterns each have the shape of superimposed parallelepiped blocks (delimited in part by dashed lines in FIG. 10B) of different widths, for example three blocks 216, 217, 218 superimposed, so that each pattern 220 of the plate 200 produces a profile 224 in a staircase, extending in at least one direction parallel to the main plane of the plate 200.
  • Such a network can make it possible to obtain an increased efficiency, for example of the order of 80%, in the direction of diffraction of order 1.
  • FIG. 13C represents a third example of a diffraction grating, which varies from examples of diffraction gratings which have just been described with reference to FIGS. 10A and 10B, in particular because of the shape of its patterns.
  • the reasons 230 of this third network example are called "analog patterns" and are each formed of a block of the shape of a prism whose bases (delimited by dashed lines in FIG. 13C) are parallel to a plane orthogonal to the main plane of the plate 200) and have the shape of a triangle which can be a right triangle.
  • the patterns 230 of this third network example thus produce a sawtooth profile 234, which extends in at least one direction parallel to the main plane of the plate 200.
  • Such a network can make it possible to have an even greater efficiency, for example close to 100%, in the direction of diffraction of order 1.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de photolithographie doté d'un système optique comportant au moins deux réseaux de diffraction superposés et permettant la réalisation de motifs inclinés dans une couche de photosensible (101) posée sur un substrat (100). Les motifs obtenus à l'aide d'un tel procédé comprennent au moins un flanc incliné par rapport à une normale (n) à un plan principal du substrat et qui présente un angle d'inclinaison bien supérieur à celui des motifs obtenus selon l'art antérieur. L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE PHOTOLITHOGRAPHIE AMELIORES PERMETTANT LA REALISATION DE MOTIFS À FLANCS INCLINES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQtJE ET ART ANTERIEtJR
La présente invention concerne un procédé ainsi qu'un dispositif améliorés de photolithographie sous incidence contrôlée pour la réalisation de motifs à flancs inclinés dans des couches minces, dans le cadre en particulier de la fabrication de microcomposants ou de microsystèmes.
La photolithographie est utilisée pour la fabrication des circuits intégrés, elle est aussi une technique de base pour la fabrication ou le prototypage de microsystèmes tels que les MEMS (abréviation anglo- saxonne de "Micro Electro Mechanical Systems" soit microsystèmes électro-mécaniques) , les microsystèmes optiques, les systèmes micro-fluidiques, les biopuces.
La photolithographie consiste, à insoler ou exposer une couche photosensible, par exemple à base de résine photosensible, à l'aide d'un faisceau lumineux, par exemple ultraviolet, au travers d'un masque, afin de former des motifs dans cette couche.
Classiquement, un procédé de photolithographie se fait sous incidence normale, c'est à dire que la couche dans laquelle on souhaite réaliser les motifs, est habituellement perpendiculaire à la direction principale d'un faisceau de rayons incident par lequel on insole cette couche. Aujourd'hui avec l'avènement des microtechniques, on cherche à obtenir des microstructures de formes de plus en plus complexes. Pour cela, on doit réaliser parfois, lors des procédés de photolithographie, des motifs à flancs inclinés.
Selon un exemple de procédé de photolithographie permettant de réaliser des motifs à flancs inclinés, on dépose tout d'abord, sur un substrat 10, une couche de résine photosensible 11 d'indice de réfraction Ni que l'on on accole ensuite à un masque 13 de photolithographie. Le masque 13, possède des parties opaques 14, par exemple en chrome et des parties transparentes 15 d'indice de réfraction N3 par exemple en silice. Ensuite, le substrat 10 recouvert de la couche de résine photosensible 11 et du masque 13 forment un ensemble que l'on incline sous un faisceau de rayons lumineux 12, par exemple ultraviolet de direction principale di, de sorte que le faisceau de rayons lumineux 12 traverse une couche d'air d'indice de réfraction N0 environ égal à 1 et réalise un angle d'incidence Ii sur le masque 13, non nul par rapport à une normale n au plan principal du substrat 10 avant de pénétrer à travers les parties transparentes 15 du masque 13. Le faisceau de rayons lumineux 12 est ensuite réfracté lorsqu'il passe à travers les parties transparentes 15 du masque 13. La direction principale di du faisceau 12 est alors déviée et réalise un angle incident Ri avec une normale n au plan principal du substrat 10 au moment où le faisceau s'apprête à traverser la couche de résine photosensible 11. L'angle incident Ri sur la couche de résine 11 est inférieur à l'angle d'incidence Ii sur le masque 13 puisque le faisceau passe de l'air vers un milieu plus réfringent (N3>N0) .
Le faisceau de rayons lumineux 12 pénètre ensuite à travers la couche de résine photosensible 11, et est alors à nouveau réfracté. Dans la couche de résine photosensible 11, la direction principale di du faisceau 12 réalise avec la normale n , un angle résultant d'insolation R2 fonction de l'angle incident
Ri, des indices de réfraction N3 et Ni (figure IA) . La couche de résine photosensible 11 est donc insolée par un faisceau de rayons lumineux 12 incliné et réalisant un angle résultant d'insolation R2 avec la normale n au plan principal du substrat 10.
Ensuite, le masque 13 est ôté de la couche de résine photosensible 11. Puis, la couche de résine photosensible 11 est développée par exemple à l'aide d'une base forte. Après développement, on obtient des motifs 18 de résine à flancs inclinés 20 (Figure IB) . Les flancs 20 inclinés des motifs 18 forment un angle θ avec une normale n au plan principal du substrat 10, environ égal à l'angle résultant d'insolation R2.
Avec ce procédé de réalisation de motifs 18 de résine à flancs 20 inclinés, l'angle θ des flancs 20 des motifs 18 est fortement limité. En effet, lors de l'étape d'insolation, le faisceau de rayons lumineux 12 traverse tout d'abord inévitablement une couche d'air d'indice N0, puis un masque d'indice de réfraction N3 par exemple de l'ordre de 1,45 pour un masque en silice, puis une couche de résine photosensible 11 d'indice de réfraction Ni environ égal à 1, 6 (1,67 pour une couche de résine 11 de type SU-8) .
L'importante différence d'indice de réfraction entre la couche d'air et le masque 13 et la différence d'indice de réfraction entre le masque 13 et la couche de résine photosensible 11, entraîne un écart important entre l'angle d'incidence Ii sur le masque 13 et l'angle résultant d'insolation R2. Même lorsqu'on insole la couche de résine photosensible 11 avec un angle d'incidence Ii sur le masque 13 élevé, l'angle résultant d'insolation R2 reste faible. Par ailleurs, à partir d'une certaine valeur de Ii, on se heurte en plus à des problèmes de réflexion du faisceau 12 sur le masque 13. Après développement de la couche de résine photosensible 11, l'angle θ (environ égal à R2) que réalisent les flancs inclinés 20 des motifs 18 de résine avec la normale n est donc lui aussi limité.
La limitation de l'angle θ des motifs 18 de résine, est très pénalisante et empêche en particulier de pouvoir fabriquer de nombreuses microstructures. La réalisation par exemple de motifs à angles de 45° ou au delà est impossible avec un tel procédé.
En plus de la limitation de l'angle θ des motifs de résine, d'autres problèmes apparaissent avec le procédé illustré sur la figure IA. Tout d'abord celui des réflexions de Fresnel entre le masque 13 et la couche de résine photosensible 11. Les réflexions de Fresnel sont dues à une fine couche d'air se trouvant inévitablement entre le masque 13 et la couche de résine photosensible 11. Elles peuvent entraîner notamment une mauvaise définition des motifs 18 de résine après l'étape de développement de la couche de résine photosensible. Une solution permettant de diminuer les réflexions de Fresnel est décrite dans le document [1] référencé à la fin de la présente description.
Lors de l'étape d'insolation illustrée par la figure 2, on incline tout d'abord d'un angle OC, un substrat 10 recouvert d'une couche de résine photosensible 11, sous un faisceau de rayons lumineux
12 ultraviolet de direction principale di à l'aide d'un plateau 30 inclinable sur lequel repose le substrat 10. La couche de résine photosensible 11 est insolée au travers d'un premier masque 31 et d'un deuxième masque 32 tous deux intégrés directement à la couche de résine photosensible 11. La couche de résine photosensible est composée d'une sous-couche de base 33a d'indice de réfraction Ni reposant sur le substrat 10 et d'une sous couche intermédiaire 33b située au dessus de la sous- couche de base 33a et d'indice de réfraction Ni. Les masques 31, 32 sont quant à eux respectivement formés d'une première couche métallique et d'une deuxième couche métallique, par exemple en titane ou en aluminium, séparées entre elles par la sous-couche de résine photosensible intermédiaire 33b. Le premier masque 31 comprend des ouvertures 34, tandis que le deuxième masque 32 est doté d'ouvertures 35 identiques mais décalées latéralement légèrement par rapport aux ouvertures 34. La direction principale (I1 du faisceau 12 réalise un angle d'incidence Ii sur le masque 31 avec une normale n au plan principal du substrat 10 égal à l'angle d'inclinaison OC, avant de pénétrer à travers la couche de résine photosensible 11. Lorsque le faisceau 12 traverse la couche de résine photosensible 11, il est réfracté et sa direction principale (I1 réalise un angle résultant d'insolation
R2 avec la normale n au plan principal du substrat 10. La couche de résine photosensible 11 est ainsi exposée selon un angle résultant d'insolation R2. Dans cet exemple, les masques 31 et 32 étant intégrés à la couche de résine photosensible 11, les réflexions parasites, par exemple de type réflexions de Fresnel, sont supprimées puisqu'il n'y a plus de couche d'air entre masque et résine. Le fait d'intégrer les masques 32,33 directement à la couche de résine photosensible 101 permet donc d'obtenir des motifs de meilleure résolution qu'avec l'exemple de procédé décrit en liaison avec la figure IA. Le procédé de réalisation de motifs à flancs inclinés illustré sur la figure 2 présente encore plusieurs inconvénients.
Tout d'abord, le mode de réalisation des masques 32 et 33 implique que ce procédé n'est valable que pour réaliser des motifs simples et de taille relativement élevés (de l'ordre de la dizaine de micromètres), d'autre part la réalisation de masques 32 et 33 intégrés à la couche de résine 11, nécessite des étapes supplémentaires de photolithographie par rapport à celui illustré à la figure IA. De plus, la technique de réalisation de motifs à flancs inclinés par photolithographie illustrée par la figure 2, présente toujours l'inconvénient que l'angle d'inclinaison θ des flancs des motifs de résine obtenus reste limité.
Il est connu de pouvoir réaliser des microstructures tridimensionnelles avec des flancs inclinés en utilisant une technique de photolithographie à base de rayons X. Par exemple, la technique LIGA (LIGA pour "Lithographie Galvaniesirung und Abformung" soit lithographie finie par galvanisation) consiste à exposer une couche de résine photosensible, par exemple un polymère de type PMMA
(PMMA pour polylméthyl méthacrylate) à l'aide de rayons X provenant d'un synchrotron. La couche de résine photosensible est ensuite développée. Des motifs de résine de bonne définition sont ainsi formés. Pour obtenir des motifs de résine à flancs inclinés, à l'aide d'un procédé de photolithographie par rayons X, on peut utiliser une méthode dérivée de la méthode LIGA telle que décrite dans les documents [2] et [3] référencés à la fin de la présente description. Cette méthode illustrée sur la figure 3 consiste à réaliser plusieurs expositions d'un substrat 10 recouvert d'une couche de résine photosensible 11 et en gardant l'ensemble masque 51-subtrat 10 incliné par rapport à un faisceau de rayons X incident noté 50 provenant d'un synchrotron (non représenté) . Contrairement aux rayons ultraviolets, les rayons X sont très peu réfractés lorsqu'ils pénètrent à travers la couche de résine photosensible 11. Les rayons X permettent donc d'obtenir des motifs de résine ayant un angle d'inclinaison par rapport à une normale à un plan principal du substrat supérieur à celui obtenu par les techniques classiques utilisant les rayons ultraviolets. Mais la photolithographie par rayons X comporte néanmoins d'importants inconvénients. Un premier inconvénient associé à l'utilisation de cette technique vient du fait que les sources de rayons X
(synchrotrons) utilisées pour mettre en œuvre un tel type de photolithographie sont très coûteuses et très encombrantes. Les masques utilisés en photolithographie par rayons X sont également très coûteux. Enfin, la photolithographie par rayons X à cause de son coût et de sa difficulté de mise en œuvre n'est pour l'instant pas utilisée au niveau industriel dans des procédés de fabrication de circuits intégrés ou de microsystèmes.
EXPOSÉ DE I/ INVENTION
La présente invention a pour but de proposer un procédé de réalisation de motifs, en particulier à flancs inclinés, par photolithographie, ainsi qu'un dispositif de réalisation de ce procédé. Le procédé ainsi que le dispositif sont simples à mettre en œuvre et de coûts réduits, contrairement aux techniques de photolithographie par rayons X. La présente invention permet de réaliser des motifs par photolithographie ayant des flancs inclinés réalisant un angle bien supérieur à ceux que 1 ' on peut obtenir avec l'art antérieur. La présente invention concerne également un dispositif ainsi qu'un procédé qui permettent de s'affranchir des problèmes de réflexions parasites qui surviennent, avec certains procédés classiques de photolithographie à faisceau de rayons lumineux incliné.
Pour atteindre ces buts, la présente invention concerne un procédé de réalisation d'un ou plusieurs motifs par photolithographie comprenant les étapes suivantes : a) dépôt sur un substrat d'une couche photosensible, par exemple à base de résine ou d'un polymère, b) insolation de la couche de photosensible à travers un masque par un faisceau de rayons lumineux ayant une direction principale, le faisceau de rayons lumineux ayant traversé auparavant un système optique comprenant au moins un premier réseau de diffraction et au moins une deuxième réseau de diffraction superposés, apte à diffracter le faisceau de rayons lumineux selon au moins une direction de diffraction dite « d'efficacité maximum », le faisceau ayant été au moins en partie dévié par le système optique d'au moins un angle de déviation de sorte que la direction principale du faisceau de rayons lumineux, correspondant à la direction de diffraction d'efficacité maximum, présente un angle d'incidence sur le masque non nul avec une normale au plan principal du substrat lorsque le faisceau de rayons lumineux pénètre à travers le masque, c) retrait du masque, d) développement de la couche photosensible de façon à obtenir les motifs à flancs inclinés par rapport à une normale au plan principal du substrat en fonction dudit angle de déviation. A différentes directions de diffraction accessibles en sortie du système optique, correspondent différents ordres de diffraction, chaque ordre étant associé à une efficacité qui peut être ajustée, par exemple en fonction du choix de la forme des motifs des réseaux de diffraction du système optique.
En général, la direction de diffraction d' ordre 1 du système optique correspondra à la direction d'efficacité maximum. Mais selon une autre possibilité de mise en oeuvre, d'autres ordres de diffraction pourront être privilégiés.
Durant l'étape b) , le premier réseau de diffraction du système optique peut être accolé au masque ou à une couche d' adaptation d' indice reposant sur le masque.
Durant l'étape d'insolation, le masque peut également être accolé à la couche photosensible ou à une couche d' adaptation d' indice reposant sur la couche photosensible. Selon une possibilité de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre en outre après l'étape a) et préalablement à l'étape b) : le dépôt d'une couche d'adaptation d'indice sur la couche photosensible. Ainsi, on peut déposer entre la couche photosensible et le masque par exemple en silice, une couche d'adaptation d'indice sous forme généralement de liquide ou de gel choisie en fonction du saut d'indice entre le masque et la couche de résine photosensible. La couche d'adaptation d'indice a un indice de réfraction, de préférence supérieur à celui de l'air, compris entre l'indice de réfraction du masque et l'indice de réfraction de la couche de résine photosensible et permet ainsi de supprimer les réflexions de Fresnel entre le masque et la couche de résine. Selon une variante de réalisation du procédé, ce dernier peut comprendre en outre après l'étape a) et préalablement à l'étape b) : le dépôt d'une couche d'adaptation d'indice entre le système optique et le masque. Ainsi, de même qu'on peut déposer une couche d'adaptation d'indice entre la couche photosensible et le masque, on peut, avant l'étape d'insolation, placer une couche d'adaptation d'indice entre le masque et un réseau de diffraction du système optique. Cette deuxième couche d'adaptation d'indice se présente par exemple sous forme d'un gel ou d'un liquide déposé sur le masque et qui se diffuse par capillarité entre le réseau de diffraction et le masque accolé .
Selon une mise en œuvre particulière du procédé, pendant l'étape b) d'insolation, l'angle d'incidence du faisceau lumineux sur le masque peut varier. Ainsi, par exemple en faisant varier l'orientation de l'un ou de chacun des réseaux de diffraction du système optique par rapport à la direction principale du faisceau de rayons lumineux, on peut faire varier l'angle d'incidence sur le masque que réalise la direction principale du faisceau de rayons lumineux avec une normale au plan principal du substrat. On peut de cette manière faire varier l'angle résultant d'insolation de la couche de résine photosensible et obtenir de cette façon, après développement, des motifs de résine avec des flancs ayant un angle d'inclinaison variable.
Selon une autre mise en œuvre particulière du procédé, pendant l'étape b) d'insolation, la couche photosensible ou le système optique peut effectuer un mouvement de rotation sur elle-même ou sur lui-même, de sorte que le système optique d'une part et la couche photosensible d'autre part, peuvent être animés d'un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre. Ainsi, selon une première possibilité, le système optique peut rester fixe alors qu'un ensemble formé par le substrat, la couche de résine photosensible et éventuellement le masque, tourne sur lui-même. Cela peut permettre d'obtenir des motifs de résine avec des flancs inclinés dans différentes directions. Selon une deuxième possibilité le système optique, et par exemple chacun des réseaux de diffraction, peut tourner sur lui-même alors qu'un ensemble formé par le masque, le substrat, la couche photosensible reste fixe. En faisant tourner le système optique et/ou le masque par rapport au substrat, on peut obtenir des motifs de résine avec des flancs non nécessairement plans et inclinés dans différentes directions . Le premier réseau et le deuxième réseau comportent respectivement, une pluralité de premiers motifs et une pluralité de deuxièmes motifs, aptes à dévier le faisceau lumineux, selon un angle de diffraction dépendant ou fonction de l'orientation de chacun de ces motifs. Ainsi, selon une possibilité de mise en œuvre du procédé, lesdits premiers motifs d'une part et lesdits seconds motifs d'autre part, peuvent avoir des orientations différentes par rapport au faisceau lumineux d'insolation. Lesdits premiers motifs ou/et lesdites seconds motifs peuvent éventuellement avoir au cours de l'étape b) , une orientation variable par rapport au faisceau lumineux d'insolation.
Selon une mise en œuvre particulière du procédé, pendant l'insolation, le faisceau lumineux peut présenter, avant de traverser le système optique, un angle d' incidence non nul avec une normale à un plan principal de la couche photosensible. Ainsi, on peut modifier l'inclinaison d'insolation accessible via le système optique.
Cet angle d' incidence peut être éventuellement variable au cours de l'étape b) .
Le système optique utilisé lors du procédé suivant l'invention peut éventuellement comporter plus de deux réseaux de diffraction superposés.
Selon une possibilité de mise en oeuvre, le système optique peut comporter au moins un réseau de diffraction doté d'un profil en créneau. Un réseau doté d'un tel profil peut permettre d'obtenir une même efficacité entre des ordres de diffraction symétriques. Par exemple, avec un tel réseau, on peut obtenir un ordre de diffraction 1, d'efficacité sensiblement égale à celle de l'ordre de diffraction -1.
Selon une autre possibilité de mise en œuvre, le système optique peut comporter au moins un réseau de diffraction doté d'un profil en dent de scie. Un réseau doté d'un tel profil peut permettre d'avoir une efficacité accrue dans la direction de diffraction d' ordre 1.
Selon encore une autre possibilité de mise en œuvre, le système optique peut comporter au moins un réseau de diffraction comprenant des motifs comportant un profil en escalier. Un réseau doté d'un tel profil peut également permettre d' avoir une efficacité importante dans la direction de diffraction d'ordre 1. L'invention concerne également un dispositif de réalisation d'un ou plusieurs motifs inclinés par photolithographie, comprenant un substrat sur lequel repose une couche photosensible, un masque, des moyens pour insoler la couche photosensible à l'aide d'un faisceau de rayons lumineux de direction principale, un système optique comprenant au moins un premier réseau de diffraction et au moins un deuxième réseau de diffraction superposés, apte à dévier, la direction principale d'un faisceau de rayons lumineux, le traversant et destiné à insoler la couche photosensible, d'au moins un angle de déviation, de sorte que la direction principale du faisceau présente un angle d'incidence sur le masque non nul avec une normale au plan principal du substrat au moment où le faisceau de rayons lumineux pénètre à travers le masque.
Le masque peut être accolé à la couche photosensible ou à une couche d' adaptation d' indice reposant sur la couche photosensible. Le premier réseau de diffraction du système optique peut être quant à lui accolé au masque ou à une couche d'adaptation d'indice reposant sur le masque.
Selon un mode de réalisation du dispositif, au moins un réseau du système optique peut comporter un profil en créneau.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif, au moins un réseau du système optique peut comporter un profil en dent de scie. Selon encore un autre mode de réalisation du dispositif, au moins un réseau du système optique peut comporter un profil en escalier.
Selon une possibilité de mise en œuvre du dispositif, ce dernier peut comprendre en outre une couche d'adaptation d'indice entre la couche de résine photosensible et le masque ou/et une couche d'adaptation d'indice entre le système optique et le masque.
Selon une mise en œuvre particulière du dispositif, au moins un réseau de diffraction du système optique peut être apte à se déplacer ou être mobile par rapport à la couche photosensible.
Selon une autre mise en œuvre particulière du dispositif, au moins un réseau de diffraction du système optique peut être apte à effectuer un mouvement de rotation ou peut être rotatif.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif, un réseau de diffraction du système optique peut être fixe, tandis qu'un autre réseau peut être apte à effectuer un mouvement de rotation ou être rotatif. Le dispositif suivant l'invention peut comprendre en outre des moyens pour incliner le substrat, par rapport au faisceau de rayons lumineux.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A-1B, 2, 3, déjà décrites représentent des exemples de procédé de photolithographie selon l'art connu qui permettent la réalisation de motifs de résine à flancs inclinés,
- la figure 4, illustre un exemple de dispositif de photolithographie permettant la réalisation de motifs de résine à flancs inclinés selon 1' invention,
- les figures 5A, 5B représentent deux agencements différents d'un système optique compris dans un dispositif de photolithographie suivant l'invention et doté de deux réseaux de diffraction superposés,
- la figure 6 représente un exemple de dispositif permettant la mise en œuvre d'un procédé de photolithographie selon l'invention, les figures 7A-7B représentent des exemples de motifs obtenus à l'aide d'un procédé selon 1 ' invention,
- la figure 8 représente une variante de dispositif de photolithographie pour la réalisation d'un ou plusieurs motifs de résine à flancs inclinés selon l'invention,
- la figure 9 représente un autre exemple de motif à flancs inclinés obtenu à l'aide d'un procédé selon l'invention,
- la figure 10 représente une autre variante de dispositif de photolithographie pour la réalisation d'un ou plusieurs motifs de résine à flancs inclinés selon l'invention, - la figure 11 représente une variante de dispositif de photolithographie pour la réalisation d'un ou plusieurs motifs de résine à flancs inclinés selon l'invention,
- la figure 12 représente une autre variante de dispositif de photolithographie pour la réalisation d'un ou plusieurs motifs de résine à flancs inclinés selon l'invention,
- les figures 13A-13C, représentent des exemples de réseaux de diffractions pouvant être utilisés pour former un système optique à deux réseaux de diffraction compris dans un dispositif de photolithographie selon l'invention.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de procédé de réalisation d'un ou plusieurs motifs par photolithographie, à flancs inclinés, selon l'invention, ainsi qu'un dispositif permettant de mettre en œuvre un tel procédé vont à présent être décrits.
La première étape de ce procédé consiste à déposer une couche photosensible 101, par exemple à base de résine ou d'un polymère d'indice de réfraction Ni, sur un substrat 100. La couche photosensible 101, par exemple une couche de résine photosensible négative à base époxy telle que celle commercialisée par la société Micro-Chemical Corporation sous la référence "SU-8" est déposée par un procédé classique et possède une épaisseur par exemple d'environ 100 μm. Le substrat 100 peut être par exemple à base de verre, d'un matériau plastique ou d'un matériau semi-conducteur tel que du silicium.
Selon une variante de mise en oeuvre du procédé, une couche absorbante (non représentée) de rayons lumineux, sous-jacente à la couche de résine 101 peut avoir été déposée sur le substrat 100 préalablement au dépôt de la couche de résine 101. Une telle couche absorbante de rayons lumineux peut permettre d'empêcher la réflexion sur le substrat 100 de rayons lumineux. Dans le cas d'une photolithographie par rayons ultraviolets, la couche absorbante de rayons lumineux peut être par exemple une couche mince organique de type BARC (BARC étant la terminologie anglo-saxonne pour "Bottom Anti Reflective Coating" qui signifie couche de fond anti-réfléchissant) . Son épaisseur peut être par exemple de plusieurs dizaines de nanomètres, par exemple de l'ordre de 80nm. En variante cette couche absorbante de rayons lumineux peut être une résine ou un polymère mélangé à une poudre de carbone ou peut être encore une couche inorganique tel qu'une couche comprenant au moins un empilement SiO2/TiO2.
Ensuite, on accole un masque 103 à la couche de résine photosensible 101. Le masque 103 comprend des zones opaques 103a et des zones transparentes 103b à la lumière ou au rayonnement lumineux avec lequel on souhaite insoler la couche de résine 101. Les zones opaques 103a peuvent être par exemple en métal tel que le chrome, tandis que les zones transparentes 103b peuvent être par exemple en silice.
Selon une variante du procédé, on peut déposer une couche d'adaptation d'indice 102 sur la couche de résine photosensible 101 avant d'accoler le masque 103 à la couche de résine 101. Cette couche d'adaptation d'indice 102 a un indice de réfraction N2 proche de l'indice N3 du masque 103 et de l'indice Ni de la couche de résine photosensible 101 et est placée entre la couche de résine photosensible 101 et le masque 103 posé par dessus. La couche d'adaptation d'indice 100 permet de minimiser les réflexions de Fresnel à l'interface masque 103-couche de résine photosensible 101. Les réflexions de Fresnel sont en effet dues à une fine couche d'air se trouvant inévitablement entre le masque 103 et la couche de résine photosensible 101. La couche d'adaptation d'indice 102 est prévue pour remplacer cette fine couche d'air par un matériau plus réfringent. On limite donc le saut d'indice provoqué par la fine couche d'air en la remplaçant par la couche d'adaptation d'indice 102 d'indice de réfraction N2 supérieur à 1 et compris entre Ni et N3. La couche d'adaptation d'indice 102 peut prendre la forme d'un gel ou d'un liquide comme de l'eau. On peut la déposer sur la couche de résine photosensible à l'aide par exemple d'une micropipette. L'eau a un indice de réfraction environ égal à 1,33 compris entre N1 et N3 et se diffuse par capillarité entre la couche de résine photosensible 101 et le masque 103 que l'on pose par dessus pour former la couche d'adaptation d'indice 102. La couche d'adaptation d'indice 102 peut être également formée à base de glycérine d'indice de réfraction environ égal à 1,47 compris entre Ni et N3 ou d'un liquide gras. La glycérine a en outre pour avantage de permettre au masque 103 de se déplacer par rapport à la couche de résine photosensible 101 tout en assurant l'adaptation d'indice entre cette dernière et le masque 103.
On accole ensuite, au dessus du masque 103, un système optique 106 formé d'un premier réseau de diffraction noté 110, d'indice de réfraction Ni0, accolé au masque 103, et d'un deuxième réseau de diffraction 120, d'indice de réfraction N2o, placé au dessus du premier réseau 110, parallèlement et à une distance par exemple de l'ordre de 1 mm du premier réseau 110.
Les deux réseaux sont séparés par un milieu d'indice de réfraction adapté. Ce milieu peut être par exemple de l'air, ou un milieu choisi pour permettre au système optique de transmettre un maximum de puissance lumineuse dans une direction donnée.
Selon une autre variante du procédé on peut, avant d'accoler le premier réseau de diffraction 110, déposer une autre couche d'adaptation d'indice 104 sur le masque 103. L'autre couche d'adaptation d'indice 104 vient alors s'intercaler entre le masque 103 et le premier réseau de diffraction 110. Cette autre couche d'adaptation d'indice 104 a un indice de réfraction N4 idéalement compris entre l'indice Ni0 du premier réseau de diffraction 110 et de l'indice N3 du masque 103. L'autre couche d'adaptation d'indice 104 permet de d'empêcher les réflexions de Fresnel entre le masque 103 et le système optique 106 en diminuant le saut d'indice entre le premier réseau de diffraction 110 et le masque 103. L'autre couche d'adaptation d'indice 104 peut être constituée par exemple par un liquide tel que l'eau, ou par un gel à base de glycérine ou d'un fluide gras que l'on dépose sur le masque 103. Le fluide ou le liquide déposé sur le masque 103 est alors comprimé par le système optique 106 que l'on pose par dessus, et se diffuse par capillarité entre le masque 103 et le système optique 106 (Figure 4) .
Les réseaux 110 et 120 peuvent se présenter respectivement sous forme d'une première plaque et d'une deuxième plaque dotées respectivement, d'une pluralité de premiers motifs 130 parallèles, ordonnés de façon régulière selon un pas Λi, et d'une pluralité de deuxièmes motifs 132 parallèles ordonnés de façon régulière selon un autre pas A2. Ces plaques peuvent être à base, par exemple, d'un matériau tel que le quartz ou la silice. Les deux réseaux ont des indices de réfractions respectifs Ni0 et N2o qui peuvent être identiques, par exemple de l'ordre de 1,46 ainsi que des pas respectifs Λi et A2, qui peuvent être également identiques, et par exemple de l'ordre de 2 fois la longueur d' onde λ du rayonnement avec lequel la couche photosensible est destinée à être insolée, par exemple de l'ordre de 618 nanomètres.
Le pas des réseaux, ainsi que l'orientation des motifs d'un réseau par rapport aux motifs de l'autre réseau peut être réglée de manière à ajuster l'angle de déviation ou de diffraction d'un faisceau lumineux susceptible de traverser le système optique 106. Le réglage de l'orientation d'un réseau par rapport à l'autre peut être facilité au moyen de repères angulaires 134 et 136 situés, par exemple au bord ou au coin de chacun des réseaux 110 et 120. Ce réglage peut être effectué à l'aide d'un dispositif permettant d'effectuer une rotation relative d'un réseau par rapport à l'autre, par exemple un anneau à base de téflon inséré entre les réseaux 110 et 120. Cet anneau peut être conservé lors d'une étape d' insolation. Ainsi, on peut ajuster ou régler ou faire varier l'angle de diffraction du système optique 106, par exemple en effectuant une rotation d'un des réseaux sur lui-même, par exemple le deuxième réseau 120, par rapport à un axe orthogonal à un plan principal de ce réseau 120, tout en maintenant l'autre réseau, par exemple le premier réseau 110, immobile. La figure 5A illustre un exemple de positionnement du système optique 106 à deux réseaux 110 et 120 dans lequel, les premiers motifs 130 du premier réseau 110 et les deuxièmes motifs 132 du deuxième réseau 120 ont une orientation identique, c'est-à-dire que la direction principale de chacun des premiers motifs (définie sur la figure 5A par la direction d'un vecteur O1) et la direction principale de chacun des deuxièmes motifs (définie sur la figure 5B par la direction d'un vecteur U2) sont parallèles.
Un faisceau lumineux, qui traverserait le système optique 106 ainsi positionné, c'est-à-dire le second réseau 120, puis le premier réseau 110 parallèle au second, aurait un angle de déviation maximal qui peut être d'au moins 45°.
La figure 5B illustre un autre exemple de positionnement du système optique 106 à deux réseaux 110, dans lequel les premiers motifs 130 du premier réseau 110 et les deuxièmes motifs 132 du deuxième réseau 120 sont orientées à 90°, c'est-à-dire que chacun des premiers motifs 130 a une direction principale (définie par exemple sur la figure 5B par la un vecteur S1) a une direction orthogonale à la direction principale (définie par exemple sur la figure 5B par la direction d'un vecteur a2) de chacun des deuxièmes motifs 132.
Un faisceau lumineux incident qui traverserait le système optique 106 ainsi positionné, subirait la même amplitude de déviation dans deux directions perpendiculaires et permettrait d'obtenir une amplitude totale de déviation qui serait de l'ordre de V2 fois l'amplitude de déviation pour un seul réseau de diffraction. L'angle de déviation, pour des motifs orientés à 90°, peut être d'au moins 25°.
Dans le cas où les deux réseaux 110 et 120 ont des pas égaux ou sensiblement égaux, de l'ordre par exemple de 618 nanomètres, il est possible d'obtenir, suivant l'orientation des réseaux l'un par rapport à l'autre, un angle d'insolation de la résine (c'est-à- dire un angle R2 que réalise un faisceau lumineux traversant la couche photosensible 101 après avoir traversé le système optique 106 puis le masque 103) entre 29,7° et 45°.
Lorsque les réglages du système optique 106 à deux réseaux de diffraction 110 et 120 ont été effectués, on insole ensuite la couche de résine photosensible 101 à l'aide d'un faisceau de rayons lumineux 122 provenant par exemple d'une source 130 à rayons ultraviolets émettant par exemple autour de la longueur d'onde de 365 nm. Le faisceau de rayons lumineux incident a une direction principale di et peut pénétrer, en incidence normale, à travers le système optique 106 formé des deux réseaux de diffractions 110 et 120 superposés.
Avant de pénétrer à travers le système optique, le faisceau de rayons lumineux 122 incident a une direction principale di orthogonale au plan principal de la couche de résine 101 et du substrat 100
(le plan principal de la couche 101 étant un plan appartenant à la couche 101 et parallèle au plan [O; i ; k ] d'un repère orthogonal [O; i ; j ; k ] illustré sur la figure 6) . Le système optique 106 dévie la direction principale di du faisceau optique d'au moins un premier angle de déviation (non représenté sur la figure 6) , fonction notamment des caractéristiques géométriques et physiques du deuxième réseau 120 et du premier réseau 110 telles que leurs pas Λ2 et Λi, leurs indices de réfraction respectifs N2o et Ni0, ainsi que les orientations respectives de leurs motifs.
A la sortie du système optique 106, la direction principale du faisceau réalise au moins un angle d'incidence (non représenté sur la figure 6) sur le masque 103 non nul avec une normale n au plan principal du substrat 100. Ensuite, le faisceau de rayons lumineux 102 traverse le masque 103 et sa direction principale di est à nouveau déviée et réalise sur la couche de résine 101 au moins un angle incident
(non représenté sur la figure 6) avec la normale iî au plan principal du substrat 100. Ensuite, le faisceau
102 pénètre à travers la couche de résine photosensible 101 et la direction principale di du faisceau de rayons lumineux 102 est alors à nouveau déviée et réalise au moins un angle résultant d'insolation non nul avec la normale n au plan principal du substrat 100. La couche de résine photosensible 101 comprend donc des zones insolées 140 inclinées par rapport à la normale au plan principal du substrat 100.
Introduire le système optique 106 apte à dévier la direction principale di du faisceau de rayons lumineux 102 permet de réduire la différence entre l'angle d'incidence sur le masque 103 et l'angle résultant d'insolation R2. A partir d'un faisceau incident issu de la source 130, orthogonal au plan principal de la couche de résine 101, le système optique 106 permet d'insoler la couche de résine photosensible 101 selon au moins un angle résultant d'insolation R2, qui peut être d'au moins 35° ou d'au moins 45° .
Les réseaux de diffraction 110 et 120 peuvent être avantageusement réalisés dans un matériau dont l'indice de réfraction est proche de celui des zones transparentes 103a du masque 103, ou éventuellement dans le même matériau que celui des zones transparentes 103a du masque 103. Dans ce cas l'angle d'incident Ri du faisceau lumineux sur la couche de résine 101 est quasiment égal à l'angle d'incidence sur le masque 103. En utilisant un système optique 106 et un masque 103 composés du même matériau, on peut donc encore diminuer la différence entre l'angle d'incidence et l'angle résultant d'insolation R2 et permettre une insolation de la couche de résine photosensible avec au moins un angle résultant d'insolation R2 encore plus important. (Figure 6) .
Avec deux réseaux 110 et 120 de pas A2 et Λi identiques, on a la relation :
A À À Ni*sin(R2) = m*2* = m*2* , (avec m un
A1 A2 entier positif ou négatif désignant l'ordre de diffraction) .
Pour un système optique 106 formé de réseaux 110 et 120 à base de quartz, présentant un profil en créneau comme illustré sur la figure 13A, et dotés de motifs de hauteur comprise par exemple entre 440 et 460 nanomètres, et de pas Λi et Λ2 égaux et de l'ordre de 618 nanomètres, on peut obtenir les rendements donnés dans le tableau suivant :
Figure imgf000029_0001
Dans le tableau ci-dessus, l'efficacité représente un rapport entre une puissance lumineuse transmise par le système optique dans une direction de diffraction donnée, et une puissance lumineuse incidente à l'entrée du système optique. L'efficacité représente, quant à elle, un rapport entre une puissance lumineuse transmise par le système optique dans une direction de diffraction donnée, et à une puissance lumineuse totale transmise par le système optique.
Après l'étape d'insolation, on ôte le masque 103 et le système optique 106 de la couche de résine photosensible 101. Ensuite, on développe la couche de résine photosensible 101 à l'aide par exemple d'une base forte, de façon à obtenir des motifs de résine dotés de flancs inclinés. Les flancs inclinés ou une partie des flancs inclinés des motifs réalisent au moins un angle θ qui peut être d'au moins 35° ou d'au moins 45° avec une normale n au plan principal du substrat 100. L'angle θ des flancs est quasiment égal à l'angle résultant d'insolation R2. Le procédé suivant l'invention permet donc d'obtenir des motifs de résine inclinés selon au moins un angle θ non nul et fonction de l'angle de déviation du système de réseaux de diffraction superposés. De plus, l'angle θ des flancs de motifs peut être bien supérieur à celui obtenu avec des procédés selon l'art antérieur.
La figure 7A représente un exemple de motif 150, par exemple à base d'un polymère ou d'une résine photosensible, formé sur un substrat (non représenté) et obtenu à l'aide d'un procédé et d'un dispositif de photolithographie du type de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 6. Le dispositif de photolithographie employé pour obtenir un tel motif peut comprendre un système optique (non représenté) formé d'un premier réseau de diffraction et d'un deuxième réseau de diffraction dont les motifs sont orientés respectivement selon une première direction
(définie par le vecteur ax sur la figure 7A) et selon une deuxième direction (définie par le vecteur a2 sur cette même figure) identique à la première direction. Le masque (non représenté sur la figure 7A) de photolithographie utilisé peut être quant à lui doté d'ouvertures carrées.
Les motifs 150 ont la forme d'un polyèdre à 6 faces, comportant 2 faces notées 152 et 154, présentant un angle d'inclinaison θ par rapport à une normale iî au plan principal du substrat.
La figure 7B représente un autre exemple de motif 160, par exemple à base d'un polymère ou d'une résine photosensible, formé sur un substrat (non représenté) et obtenu à l'aide d'un procédé et d'un dispositif de photolithographie du type de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 6. Le dispositif de photolithographie employé peut comprendre un système optique (non représenté) formé d'un premier réseau de diffraction et d'un deuxième réseau de diffraction dont les motifs sont orientés respectivement selon une première direction (définie par le vecteur S1 sur la figure 7B) et selon une deuxième direction (définie par le vecteur a2 sur cette même figure) orthogonale à la première. Le masque (non représenté) de photolithographie utilisé peut être quant à lui doté d'ouvertures carrées.
Les motifs 160 ont la forme d'une pyramide à sommet tronqué, comportant 4 faces 162, 164, 166, 168, présentant un angle d'inclinaison θ par rapport à une normale n au plan principal du substrat.
Selon une variante, une insolation dite « rotative » de la couche de résine 101, pendant laquelle les motifs des réseaux 110 et 120 effectuent un mouvement de rotation par rapport au faisceau et à un axe orthogonal au plan principal de la couche de résine 101, peut être effectuée.
Cette insolation rotative peut, selon une possibilité illustrée sur la figure 8, être assurée par des moyens permettant d'appliquer aux deux réseaux 110 et 120 un mouvement de rotation sur eux-mêmes et par rapport au faisceau 122 et à un axe Δi orthogonal au plan principal de la couche de résine 101, tout en maintenant le substrat 100 recouvert de la couche photosensible 101 immobile. Cette insolation rotative peut, selon une autre possibilité (non représentée) être assurée par des moyens permettant d'appliquer un mouvement rotatif au substrat 100 recouvert de la couche de résine photosensible 101, par exemple à l'aide d'un plateau tournant, tandis que le système optique 106 reste immobile. Le masque 103 peut également effectuer une rotation.
Le mouvement rotatif peut éventuellement être continu et sur 360° pour permettre d'obtenir des motifs de résine dont les flancs réalisent un angle d' inclinaison uniforme par rapport au plan principal du substrat 100.
La figure 9 représente un exemple de motif 170, par exemple de résine ou de polymère photosensible, formé sur un substrat (non représenté) et obtenu en utilisant un procédé et un dispositif de photolithographie du type de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 7. Les motifs 170 ont la forme d'un cône à base circulaire 172 et à sommet tronqué.
Selon une autre variante illustrée sur la figure 10, une insolation pendant laquelle un seul des réseaux réalise un mouvement de rotation par rapport au faisceau 122 et à un axe A1 orthogonal au plan principal de la couche de résine 101 peut être effectuée. Cette insolation peut, selon une possibilité, être assurée par un mouvement rotatif du deuxième réseau 120, tandis que le premier réseau 110 et la couche de photosensible 101 reposant sur le substrat 100 restent immobiles. Selon une autre possibilité, cette rotation peut être assurée par un mouvement rotatif du premier réseau 110 associé à la couche de photosensible 101 reposant sur le substrat 100, tandis que le deuxième réseau reste immobile.
Avec ce mode de réalisation, l'angle d'incidence du faisceau sur le masque (103) varie sans que l'inclinaison du substrat par rapport au faisceau incident soit modifiée.
Cette insolation peut permettre d' obtenir des motifs de résine dont les flancs réalisent un angle d' inclinaison variable par rapport au plan principal du substrat 100.
La figure 11 représente un exemple de motif 180, par exemple de résine ou de polymère photosensible, formé sur un substrat (non représenté) et obtenu en utilisant un procédé et un dispositif de photolithographie du type de celui décrit précédemment en liaison avec la figure 8. Le masque de photolithographie (non représenté) utilisé pour réaliser ce motif 180, peut être doté d'ouvertures circulaires. Le motif 180 a la forme d'un cône à sommet tronqué et à base 182 de la forme d'une ellipse.
Selon une variante illustrée sur la figure 12, une insolation à faisceau incliné, lors de laquelle le faisceau incident 122 d'insolation réalise un angle α avec la couche de résine photosensible 101 avant de pénétrer à travers le système optique 106, peut être réalisée. Cet angle a peut être éventuellement variable au cours de l'insolation.
Pour cela, le dispositif de photolithographie peut par exemple comprendre un plateau 190 apte à adopter un angle d'inclinaison α variable, par rapport au faisceau 122 et sur lequel repose l'ensemble substrat 100-couche de résine 101.
Cette variante peut éventuellement être combinée avec l'une des deux variantes d'insolation rotatives précédemment décrites en liaison avec les figures 8 et 10.
Le premier réseau de diffraction 110 ou/et le deuxième réseau de diffraction 120 du système optique 106 appartenant au dispositif de photolithographie à flancs inclinés suivant l'invention, peut ou peuvent être semblables au réseau de diffraction illustré sur la figure 1OA et qui va à présent être décrit. Ce réseau peut être sous forme d'une plaque 200 par exemple à base d'un matériau tel que le quartz ou la silice, de préférence d'indice de réfraction proche ou identique à celui du masque de photolithographie 103.
La plaque 200 est dotée de deux faces principales vues en coupe sur la figure 10A, selon un plan de coupe orthogonal au plan principal de la plaque 200 (le plan principal étant un plan de la plaque 200 parallèle au plan [O; i ; k ] d'un repère orthogonal [O; i ; j ; k ] illustré sur la figure 13A) . Une première face 202 de la plaque 200 est plane, tandis que la deuxième face 204 comporte une pluralités de motifs 210 que l'on appellera motifs « binaires » et qui sont ordonnés de façon régulière selon un pas Λ par exemple de l'ordre de 618 nanomètres.
Chacun des motifs binaires 210, est formé d'un bloc 206 (et délimité en partie par des pointillés sur la figure 13A), et d'une tranchée 208, juxtaposés de formes parallélépipédiques . Le bloc 206, et la tranchée 208 ont respectivement une hauteur h et une profondeur égale à la hauteur h par exemple de l'ordre de 500 nanomètres. Les motifs 210 de la plaque sont vus en coupe sur la figure 3A, selon un plan de coupe orthogonal à la direction d' allongement principal
(cette direction étant parallèle à l'axe k du repère orthogonal [O; i ; j ; k ] ) de la tranchée 208 et du barreau 206. Les motifs 210 du réseau de diffraction sont de préférence parallèles entre eux et réalisent un profil 214 en créneau dans au moins une direction parallèle au plan principal de la plaque 200.
Lors d'une étape de photolithographie, dans le cas où la plaque 200 constitue le premier réseau de diffraction 110 du système à deux réseaux, c'est-à-dire le réseau placé entre le masque de photolithographie 103 et le deuxième réseau de diffraction 120, la première face 202 sans motifs de la plaque 200 est placée de manière à être en regard du deuxième réseau de diffraction 120, tandis que la deuxième face 204 comportant les motifs 210 est placée de manière à être en regard du masque de photolithographie 103. Lors d'une étape de photolithographie, dans le cas où la plaque 200 constitue le deuxième réseau de diffraction du système optique 106, c'est-à-dire le réseau placé entre le premier réseau de diffraction 110 et la couche photosensible 101 que l'on souhaite insoler, la première face 202 de la plaque 200 est placée de manière à être en regard de la couche photosensible 101, tandis que la deuxième face 204 comportant les motifs 210, est placée de manière à être en regard du premier réseau de diffraction 110.
Un tel type de réseau peut avoir été réalisé par exemple par une lithographie UV, ou par une lithographie par faisceau d'électrons ou par faisceau laser de la plaque 200.
La figure 13B représente un autre exemple de réseau de diffraction, qui varie de l'exemple de réseau de diffraction qui vient d'être décrit, de part la forme de ses motifs notés 220, que l'on appellera
« motifs multi-niveaux ».
Les motifs 220, ont une hauteur h par exemple de l'ordre de 0,5 micromètres (définie dans une direction parallèle à l'axe j du repère orthogonal [O;i ;j;k]) et sont agencés de manière régulière selon un pas Λ par exemple de l'ordre de 618 nanomètres. Ces motifs multi-niveaux ont chacun la forme de blocs parallélépipédiques superposés (délimités en partie par des pointillés sur la figure 10B) de largeurs différentes, par exemple de trois blocs 216, 217, 218 superposés, de sorte que chaque motif 220 de la plaque 200 réalise un profil 224 en escalier, s' étendant dans au moins une direction parallèle au plan principal de la plaque 200. Un tel réseau peut permettre d'obtenir une efficacité accrue, par exemple de l'ordre de 80 %, dans la direction de diffraction d'ordre 1.
La figure 13C représente un troisième exemple de réseau de diffraction, qui varie des exemples de réseaux de diffractions qui viennent d'être décrits en liaison avec les figures 10A et 10B, notamment de part la forme de ses motifs. Les motifs 230 de ce troisième exemple de réseau, sont appelés « motifs analogiques » et sont chacun formés d'un bloc de l'allure d'un prisme dont les bases (délimités par des pointillés sur la figure 13C) sont parallèles à un plan orthogonal au plan principal de la plaque 200) et ont la forme d'un triangle qui peut être un triangle rectangle.
Les motifs 230 de ce troisième exemple de réseau réalisent ainsi un profil 234 en dent de scie, qui s'étend dans au moins une direction parallèle au plan principal de la plaque 200. Un tel réseau peut permettre d'avoir une efficacité encore accrue, par exemple proche de 100 %, dans la direction de diffraction d'ordre 1.
Documents cités
[1] : C. Beuret, G.-A Racine, J. Gobet, R. Luthier, N.F. de Rooij; "Microfabrication of 3D Multidirectional Inclined Structures by UV Lithography and Electroplating"; asulab S.A. Neuchatel Switzerland; 1994 IEEE©.
[2] : Gregor Feiertag, Wolfgang Ehrfeld, Heinz Lehr, Martin Schmidt: "Sloped irradiation Techniques in Deep X-Ray Lithography for 3-D shaping of Micro-structures"; Institute of Microtechnology Mainz Gmbh, Carl-Zeiss- Straβe 55219 Mainz, Germany ; 1997 SPIE©.
[3] : Linke Jian, Yohanes M. Desta, Jost Goettert : "Multi-level Micro-structures and MoId Inserts Fabricated with Planar and Oblique X-ray Lithography of SU-8 Négative Photoresist" ; Louisiana State University Center for Advanced Micro-structures and Devices; 2001 SPIE©.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un ou plusieurs motifs par photolithographie comprenant les étapes de : a) dépôt sur un substrat (100) d'une couche photosensible (101) , b) insolation de la couche photosensible (101) à travers un masque (103) par un faisceau de rayons lumineux (102) ayant une direction principale
("I), le faisceau de rayons lumineux (102) ayant traversé auparavant un système optique (106) comprenant au moins un premier réseau de diffraction et au moins un deuxième réseau de diffraction superposés, apte à diffracter le faisceau de rayons lumineux selon au moins une direction de diffraction dite « d'efficacité maximum », le faisceau de rayons lumineux (122) ayant été au moins en partie dévié par le système optique d'au moins un angle de déviation de sorte que la direction principale (^I) correspondant à la direction de diffraction d'efficacité maximum, présente un angle d'incidence sur le masque 103 non nul avec une normale
(n) au plan principal du substrat (100) lorsque le faisceau de rayons lumineux (122) pénètre à travers le masque (103) , c) retrait du masque (103) , d) développement de la couche photosensible (101) de façon à obtenir les motifs à flancs inclinés par rapport à une normale (n) au plan principal du substrat (100) en fonction de l'angle de déviation.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre après l'étape a) et préalablement à l'étape b) , le dépôt d'une couche d'adaptation d'indice (102) sur la couche photosensible (101) .
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre après l'étape a) et préalablement à l'étape b) : le dépôt d'une couche d'adaptation d'indice (104) entre le système optique (106) et le masque (103) .
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant l'étape b) d'insolation, l'angle d'incidence du faisceau sur le masque (103) varie.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel pendant l'étape b) d'insolation, la couche photosensible (101) effectue un mouvement de rotation sur elle-même ou le système optique 106 effectue un mouvement de rotation sur lui-même, le système optique (106) d'une part et la couche photosensible (101) d'autre part, étant animés d'un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier réseau et le deuxième réseau comportent respectivement une pluralité de premiers motifs et une pluralité de deuxièmes motifs aptes à dévier et à diffracter le faisceau lumineux, le procédé comprenant avant l'étape b) , une étape de réglage de l'orientation relative des premiers motifs par rapport aux deuxièmes motifs.
7. Procédé selon la revendication 6, lesdits premiers motifs ou/et lesdites seconds motifs ayant, au cours de l'étape b) , une orientation variable par rapport au faisceau.
8. Procédé selon l'un des revendications 1 à 7, à l'étape b) , le faisceau présentant, avant de traverser le système optique, un angle d'incidence non nul avec une normale à un plan principal de la couche photosensible (101) .
9. Procédé selon la revendication 8, l'angle d'incidence étant variable au cours de l'étape b) .
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, le premier réseau (110) de diffraction du système optique (106) étant accolé au masque (103) ou à une couche d'adaptation d'indice (104) reposant sur le masque (103) .
11. Procédé selon la revendications 1 à 10, le masque (103) étant accolé à la couche photosensible (101) ou à une couche d'adaptation d'indice (102) reposant sur la couche photosensible.
12. Dispositif de réalisation d'un ou plusieurs motifs inclinés par photolithographie, comprenant un substrat (100) sur lequel repose une couche photosensible (101) , un masque (103) , des moyens pour insoler la couche photosensible (101) à l'aide d'un faisceau de rayons lumineux (122) de direction principale (di), un système optique (106) comprenant au moins un premier réseau de diffraction et au moins un deuxième réseau de diffraction superposés, apte à dévier la direction principale d'un faisceau de rayons lumineux (102) le traversant et destiné à insoler la couche photosensible, d'au moins un angle de déviation, de sorte que la direction principale du faisceau présente un angle d'incidence sur le masque 103 non nul avec une normale (n) au plan principal du substrat
(100) au moment où le faisceau de rayons lumineux (122) pénètre à travers le masque (103) .
13. Dispositif selon la revendication 12, comprenant en outre une couche d'adaptation d'indice (102) entre la couche de résine photosensible (101) et le masque (103) .
14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13 comprenant en outre une couche d'adaptation d'indice (104) entre le système optique (106) et le masque (103) .
15. Dispositif selon l'un des revendications 12 à 14, au moins un réseau de diffraction du système optique (106) étant apte à se déplacer par rapport à la couche photosensible (101) .
16. Dispositif selon l'un des revendications 12 à 15, au moins un réseau de diffraction du système optique étant apte à effectuer un mouvement de rotation.
17. Dispositif selon l'un des revendications 12 à 16 un réseau de diffraction du système optique étant fixe, un autre réseau étant apte à effectuer un mouvement de rotation.
18. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 17, comprenant en outre : des moyens pour incliner le substrat (100), par rapport au faisceau de rayons lumineux (102) .
19. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 18, le premier réseau ou/et le deuxième réseau comportant un profil en créneau.
20. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 19, le premier réseau ou/et le deuxième réseau comportant un profil en dent de scie.
21. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 20, le premier réseau ou/et le deuxième réseau comportant un profil en escalier.
22. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 21, le masque (103) étant accolé à la couche photosensible (101) ou à une couche d'adaptation d'indice (102) reposant sur la couche photosensible.
23. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 22, le premier réseau (110) de diffraction du système optique (106) étant accolé au masque (103) ou à une couche d'adaptation d'indice (104) reposant sur le masque (103) .
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