Brevet FR2010227A1 — publié le 19700213

Plusieurs applications techniques de procédés photographiques nécessi- • tent la production de plusieurs images disposées proches les unes des autres d'un seul objet. Cela, peut être obtenu, en exposant plusieurs fois et déplaçant pas à pas l'élément sensible à la lumière ou en utilisant plusieurs 5 objets. Ainsi, par exemple» la fabrication de circuits semi-conducteurs miniaturisés pose le problème de la production de plusieurs images individuelles, disposées les unes près-des autres, d'un masque transparent par exemple. A cette fin, des lentilles "oeil de mouche" sont souvent utilisées. Une telle 10 lentille comprend plusieurs lentilles partielles individuelles disposées l'une près de l'autre dans un plan. Quand on produit une image du masque en employant un tel système, chaque lentille individuelle produit une image de dimensions réduites, les images étant disposées l'une près de l'autre dans le plan image selon la disposition des lentilles individuelles. Les lentilles 15 "oeil de mouche" ont plusieurs inconvénients. L'un de ceux-ci est le pouvoir de résolution théoriquement bas. La résolution est gouvernée par l'ouverture relative D/f, où pour une distance focale prédéterminée f le diamètre effectif D de chaque lentille individuelle est limité géométriquement àsa surface. Un autre inconvénient est que le procédé de fabrication de ces lentilles ne 20 permet pas de faire des corrections ou des modifications^ Enfin, la qualité de l'image est limitée par le fait que les lentilles individuelles ne sont pas toujours disposées rigoureusement dans un même plan. Les images produites par ce moyen ne seront pas disposées, comme il serait souhaitable, dans un plan. 25 Afin d'éliminer ces inconvénients l'invention décrit un procédé de fabri cation de filtre holographique pour produire plusieurs images d'un objet et un filtre fabriqué selon ce procédé qui est caractérisé en ce que un diaphragme partiellement transparent contenant plusieurs zones transparentes,:, de préférence circulaires, leur nombre correspondant au nombre désiré d'images 30 individuelles d'un objet, les diamètres étant choisis de façon qu'ils conviennent au pouvoir de résolution voulu et la transparence des zones partiellement transparentes et transparentes étant choisiede manière à ce que les quantités de lumière qui passent à travers les deux zones soit à peu près égales, de manière à ce que quand ce diaphragme est exposé à une lumière cohérente un 35 motif d'interférence soit produit sur un élément sensible à la lumière et enfin à ce que l'élément sensible à la lumière est développé et fixé. L'invention est décrite ci-dessous à l'aide des dessins suivants : - La figure 1 est une représentation schématique du procédé de fabrication simplifié d'un filtre holographique selon l'invention. 40 -La figure 2 est une représentation schématique d'un filtre holographique 12334 2 2010227 simplifié obtenu dans la figurfe 1. - La figure 3 est l'affet optique d'un filtre holographique selon la figure 2 quand il produit l'irftage d'un point de lumière très petit ; - La figure 4 est une représentation schématique d'un procédé de fabri-5 cation d'un filtre holographique selon l'invention - La figure 5 est l'effet du filtre holographique de la figure 4 qui correspond à celui d'une lentille à oeil de mouche sur un faisceau de lumière étendu et collimaté. - La figure 6 est une représentation schématique d'un système pour 10 supprimer l'éclairage du fond -, - La figure 7 est une représentation d'une lentille "oeil de-mouche" classique montrant les facteurs responsables du flou des images résultant d'un mode de projection non paraxial. -La figure B est une représentation schématique d'un filtre holographique 15 éliminant le flou des projections non paraxial. La figure 1 sert à expliquer la méthode. Un masque de verre 1, comprenant un trou 2 complètement transparent dans une couche 3 partiellement transparente, est utilisé pour fabriquer un filtre holographique qui correspond à une seule lentille. La transparence de la couche est telle que quand 20 elle est exposée à la lumière l'intensité de lumière totale qui passe à travers la surface partiellement transparente est presque égale à l'intensité du faisceau incident sur le trou. Le diamètre du trou sera plus petit que la longueur d'onde de la lumière. Si ce masque de verre est exposé à un faisceau 4, de lumière laser cohérente et parallèle, deux faisceaux seront produits. 25 Un faisceau 4f est diffusé par l'ouverture du diaphragme, d'où il se propage sous la forme d'une onde sphérique. L'autre faisceau 4r, dont l'intensité est considérablement réduite, passe à travers la couche homogène 3. Les deux faisceaux, ayant à peu près la même intensité interfèrent derrière le masque de verre, et produisent un motif d'interférence qui est une. configuration 30 de zones de FRESNEL, dont une vue frontale est illustrée dans la figure 2. Ce motif d'interférence est reproduit sur une couche sensible à la-lumière 5 disposés à uns distance qui correspond à la distance focale de-la lentille individuelle que l'on veut simuler. Pojjr une largeur appropriée du faisceau parallèle* le motif couvre une partie considérable de la couche-sensible à 35 la lumière 3. Si ce filtre holographique est ensuite .exposé à une lumière parallèle comme illustré dans la figure 3 il, .focalise toute la lanière en un point F. La diamètre du foyer est de. grandeur finie. Selon la théorie de la diffraction, le loyer devient plus petit quand on aggrandit le diamètre de la partie illuminée du motif. Cependant, le diamètre du point lumineux 40 est toujours plus grand que celui du trou 2 utilisé durant la fabrication du 69 12334 3 2010227 filtre. Ce filtre holographique, qui simule une seule lentille lorsqu'il reproduit l'image d'un faisceau parallèle à son foyer peut aussi produire l'image d'un objet aléatoire dans un plan. Le pouvoir de résolution de l'image est d'autant plus grand que la surface du filtre utilisée est plus grande j 5 cependant, dans les cas limites ce pouvoir est déterminé par les dimensions du trou 2 utilisé dans la fabrication du filtre. Selon l'invention, la méthode décrite à l'aide de la figure 1 peut aussi être utilisée pour fabriquer un filtre holographique ayant les caractéristiques d'une lentille "oeil de mouche? Pour ce faire, un masque en verre 1 est utili-10 sé, coirme représenté dans la figure 4, comprenant un nombre de trous transparents 2 qui correspond au nombre d'images individuelles voulues. Le diamètre du trou correspond à peu près à l'inverse du pouvoir de résolution de l'image. Les trous sont disposés dans une couche partiellement transparente 3. La transparence de cette couche est choisie de manière à ce que l'intensité inté-15 grée de la lunière qui passe à travers la surface partiellement transparente soit à peu près équivalente à l'intensité du faisceau qui passe à travers les trous.Si le masque de verre est exposé à un faisceau laser parallèle cohérent 4, deux faisceaux sont obtenus qui interfèrent l'un avec l'autre : le faisceau 4f qui est diffracté par les diaphragmes et le faisceau 4r d'intensité réduite 20 qui passe à travers la couche partiellement transparente 3. Le motif d'interférence peut être reproduit sur une plaque photographique 5 disposée à une distance f de la couche 3. Le motif d'interférence est constitué par la superposition de configurations de zones de FRESNEL, chacune étant associée avec un des trous 2. Chaque configuration de zones de FRESNEL couvre la surface 25 entière de la couche sensible à la lumière 5 coirme illustré dans la vue en coupe de la figure 4 en conjonction avec la configuration de zones de FRESNEL pour le trou inférieur du masque 1. L'effet de ce filtre holographique sur un faisceau de lumière parallèle est illustré dans la figure 5. Le faisceau est concentré en un certain nombre de foyers Fv le nombre et la disposition de 30 ceux-ci correspondant à ceux des trous dans le masque de verre 1 utilisé dans la fabrication des filtres. La distance f entre ces foyers et le filtre correspond à la distance entre le masque dé verre et la plaque photographique de la figure 4. Le filtre holographique agit sur le faisceau comme une lentille "oeil de mouche". Par opposition avec cette dernière, la lumière dirigée vers 35 chaque foyer, comme illustré dans la figure 5, est détectée sur la surface entière de chaque configuration de zones de FRESNEL à cause de la superposition des configurations de zSnes de FRESNEL. Par comparaison à la lentille unique du système "oeil de mouche," cet effet amène à une augmentation considérable 40 de l'ouverture relative et une diminution considérable du diamètre du foyer. 69 12334 4 2010227 Cependant, 1b diamètre du foyer'est toujours plus grand que le diamètre des trous dans le masque de verre 1 utilisé dans la fabrication du filtre. Cette augmentation de l'ouverture relative dans le cas de la production d'images multiples des objets affecte proportionnellement le pouvoir de résolution 5 des images individuelles. Un inconvénient du filtre holographique selon cette invention est la réduction de contraste.Cet inconvénient est dû à la production d'images holographiques pendant laquelle seuls les faisceaux diffractés du premier ordre positif (ou négatif] contribuent à la formation de l'imagej pendant que la 10 diffraction d'ordre zéro crée une augmentation dé l'éclairage de fond. Cet éclairage de fond peut être éliminé considérablement par le système illustré dans la figure 6. Dans cette représentation les faisceaux de diffraction du premier ordre 8, représentés par jdes lignes pleines, sont focalisés par la lentille B sur le plan 7, tandis que les faisceaux de diffraction d'ordre 0, 9 15 qui causent l'éclairage de fond et sont représentés par des lignes en pointillés longs, sont focalisés sur le diaphragme 11 et absorbés. Les faisceaux de diffraction négative de premier ordre 10, qui causent l'éclairage de fond et sont représentés par des traits longs et des points, ont une intensité considérablement plus basse dans le plan image 7. Ils ne passent que partiel-20 lement par la lentille et sont focalisés dans un plan différent de celui où les faisceaux sont focalisés positifs de premier ordre 8. Selon un mode de réalisation perfectionné représenté dans les figures 8a, b, le filtre holographique de l'invention présente encore l'avantage supplémentaire de la projection nette des images individuelles hors du domaine 25 paraxial. Afin d'illustrer ce problème, la figure 7 montre les facteurs responsables du flou des images hors du domaine paraxial quand on utilise une lentille oeil de mouche classique (et/ou un filtre holographique selon la figure 4). Les faisceaux provenant du point objet 12 sont incidents obliquement sur les lentilles 13, ce qui crée un champ d'image 14 de courbure prononcée. 30 Contrairement aux images obtenues dans le domaine paraxial, les images hors du domaine paraxial ne sont pas nettement focalisées feur le plan.5. Afin d'éliminer la courbure du champ d'image le filtre holographique de la figure 8a peut être fabriqué à l'aide de faisceaux convergents. Le masque 1, qui correspond à celui utilisé dans le procédé de fabrication à faisceaux parallèle, 35 est exposé à une 1 uni ère laser cohérente convergent dans la direction d'un point 17. Le point de convergence 17 est le point dans lequel l'objet sera placé plus tard hors de la projection multiple. La couche partiellement transparente 3 permet aux faisceaux 16f et 16r de passer et les trous 2 dif-fractent les faisceaux 16f. La configuration d'interférence de ces deux compo-40 santés est reproduite sur la couche holographique 5 placée à une distance f du 12334 5 2010227 masque et constitue subséquemment le nouveau filtre holographique. La figure 8b montre comment les faisceaux 18 provenant d'un point 17 durant la projection multiple utilisant un filtre holographique 5 produit selon la méthode de la figure 8a sont focalisés aux foyers Fu j tous les 5 foyers Fu étant disposés dans un plan situé à une distance f du filtre. Les caractéristiques illustrées dans la figure B en se référant à un objet ponctuel s'appliquent également à des objets étendus placés au point 17. Bien que l'on ait décrit et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à un mode de réalisation 10 préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 12334 6 2010227 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un filtre holographique pour la reproduction multiple de l'image d'un objet caractérisé en ce qu'il comporte un diaphragme semi-transparent pourvu de plusieurs zones transparentes de préférence circulaires correspondant aux nombres d'images de l'objet que l'on veut obtenir 5 les diamètres étant choisis de manière à donner le pouvoir de résolution voulu et les transparences des zones semi-transparentes et transparentes étant telles que les intensités lumineuses traversant la totalité des deux types de zones soient sensiblement égales, que ce diaphragme est exposé à une lumière cohérente engendrant sur un matériau sensible à la lumière qui sera 10 par la suite développé et fixé un. motif d'interférence formant un filtre holographique grâce auquel la reproduction multiple de l'objet sera obtenu. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les diamètres des zones transparentes sont inférieurs à la longueur d'onde de la lumière utilisée. 15 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le faisceau lumineux engen-drant le motif d'interférence frappe le diaphragme parallèlement à l'axe optique du système. 4. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le faisceau lumineux engen- 20 drant le motif d'interférence est convergent. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel l'angle de .convergence du faisceau est choisi de manière à ce que les images du domaine non paraxial aient la même netteté que celles du domaine paraxial. 25 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel 1 Sangle de convergence du faisceau est tel que la lumière converge vers un point dont- la distance au matériau sensible à la lumière est égale à la distancé" à l'objet lorsqu'on utilise le filtre holographique comme élément image. 30 7. Filtre holographique caractérisé par la superposition de plusieurs motifs d'interférence de FRESNEL obtenus par la diffraction par un nombre correspondant d'ouvertures de préférence également espacées d'un faisceau de lumière cohérente.