Brevet FR2024577A1 — publié le 19700828

L'invention concerne un procédé pour effectuer sans lentilles Ia projection d'objets à deux dimensions sur un plan, consistant à réaliser d'abord un hologramme à partir d'un tel objet, puis à effectuer la projection désirée de ce dernier en reproduisant l'hologramme. Dans une série d'utilisations techniques de l'holographie, le problême se pose de former des images réelles pour impressionner des couches photosensibles de fanon que l'image projetée de l'objet photographié d'abord, ne présente aucune distorsion. La projection, sans lentilles, de masques de protection contre la corrosion pour fabriquer des composants à semiconducteurs et des circuits intégrés a acquis ici une importance par* ticulière. Les masques de protection contre la corrosion ont pour rible de protéger les parties des pastilles de semiconducteur, recouvertes d'une couche photosensible, qui ne doivent pls dtre enlevées par corrosion après l'exposition.A cause de la structure extrêmement fine, on n'utilise d'abord que le procédé de la copie par contact. Le côté de l'émulsion photographique des masques contre la corrosion, représentant des diapositives, doit titre fortement pressé contre la couche photosensible pendant le temps d*exposition, pour éviter des pertes per diffraction. L'inconvénient réside dans le fait que les masques contre la corrosion sont facilement détériorés. En utilisant ltholographie ont peut réaliser sans contact, avec un haut pouvoir de résolution, l'impression de la couche photosensible des pastilles de semiconducteur en projetant sans contact l'image du masque de protection contre la corrosion sur le plan formé par la couche. Pour cela, on réduit le modèle agrandi dudit masque à sa grandeur d'origine, par exemple au moyen d'un système de lentilles, et on réalise un hologramme à partir de cette image. Lorsqu'on reproduit l'hologramme, l'image reconstituée du masque de protection contre la corrosion est alors projetée sur la couche photosensible. En dehors de l'obligation de projeter sans déformations l'image reconstituée du masque sur la couche photosensible à une échelle prédétermi- née, il importe d'avoir ici un contraste de reproduction suffisamment élevé. Le contraste de l'image reconstituée est réduit par la lumière diffuse de l'onde de reproduction, due à la structure granulaire de l'émulsion photo graphique enregistrant l'hologramme. Dans l'état actuel de la technique, une difficulté supplémentaires lors de la projection sans lentilles d'une structure quelconque à deux diu mensions sur des couches photosensibles, réside dans le fait que des hologrammes sont enregistrés avantageuskeot avec un rayonnement laser de longueur d'onde supérieure, une lumière rouge de préférence, alors que les matériaux photosensibles usuels demandent une exposition à une lumière de longueur d'onde inférieure, notamment une lumière bleue. L'invention a pour but de fournir une solution simple pour la mise en oeuvre du procédé holographique du type décrit initialement, réalisant des conditions optimales en ce qui concerne la lumière diffuse, perturbatrice et inévitable, et permettant en outre d'utiliser des lumières de longueurs d'onde très différentes lors de l'enregistrement et de la produc tiôn de l'hologramme. 4 Le procédé conforme à l'invention, dans lequel on effectue sans lentilles la projection d'objets à deux dimensions sur un plan , en réalisant d'abotd un hologramme à partir d'un tel objet, puis en effectuant la projection de ce dernier en reproduisant l'hologramme, est caractérisé par le fait que, lors de l'enregistrement holographique de l'objet plan, dont les dimensions sont petites, ou de préférence très petites par rapport b celles du support dthologrammet on utilise une onde de référence de forme sphérique, tombant d'un côté sur le support d'hologramme, tandis que l'onde émise par l'objet tombe de l'autre côté sur ledit support, qu'on outre l'objet est d'une part centré sur la perpendiculaire menée du centre de propagation de l'onde de référence sur le plan du support d'hologramme, et que d'autre part la surface de ltobjet est disposée de préférence parallèle- ment au plan dudit support, et que, lors de la reproduction de l'hologramme, dit de "Lippmannragg" obtenu de cette façon, l'onde sphérique de repro duction coïncide, du point de vue de la position dans l'espace de son centre de propagation, rapportée au support d'hologramme, avec l'onde de référence lors de l'enregistrement, mais ee propage dans une direction opposée à celle de cette onde de référence. Il est particulièrement avantageux de rejeter à l'infini les centres de propagation de l'onde de référence pour ltenregistrement et de l'oade de reproduction pour la reproduction de façon que les deux ondes tombent perpendiculairement sur le support d'hologramme comme des ondes planés. Dans le procédé conforme à l'invention, on utilise une technique d'enregistrement dans laquelle l'onde de référence Bs et l'onde Os émise par l'objet O à enregistrer tombent respectivement sur chacune des faces du support d'hologramme Ht, comme le montre la figure 1. Comme il est indiqué sur la figure 2, il se forme, lors de la superposition de deux ondes, à l'intérieur de la couche photosensible, des surfaces Se de noircissement maximum, qui sontsensiblement parallèles au plan de l'hologramme et dont les écartements sont pratiquemént égaux à la moitié de la longueur d'onde lumineuse X de l'onde de référence Bs.Ces surfaces Se de noircissement maximum, du point de vue géométrique, sont plus exactement des hyperbolordes, qui présentent des propriétés de réflexion d'une onde incidente. Les propriétés de réflexion à large bande des différentes surfaces des hyperboleïdes deviennent des propriétés de réflexion à bande extraordinairement étroites par suite de leur échelonnement en profondeur dans l'émulsion photographique avec um écart égal à la moitié de longueur d'onde lumineuse X , du fait que les parties, réfléchies sur les différentes surfaces de la lumière incidentes dont la demi longueur d'onde X /2 est égale à l'écart entre deux surfaces successives Se de noircissement maximum, s'ajoutent en phase tandis que la lumière incidente, dont la longueur d'onde est nettement différente de X , ne peut s1exercer qu'avec une faible intensité aux réflexions susmentionnées, en ce qui concerne ses réflexions sur les différentes surfaces de noircissement maximum et ne contribue en aucune façaa la reconstitution de l'image enregistrée. La réflexion du premier type, qui est seule déterminante pour la reconstitution de l'image enregistrée, est d'autant plus importante dans le cas d'une largeur de bande étroite, que l'épaisseur de la coucbe phot sensible est plus grande par rapport à la longueur d'onde de l'onde de référence Bs. C'est un tel hologramme qui produit donc, en d'auê tres termes, la ionochremie nécessaire lors de la reproduction et+ par suite, la cohérence temporelle de la lumière elle-même au besoin, lorsqu'on utilise, pour sa reproduction, de la lumière blanche au lieu d'un rayonnement monchre- pratique de longueur d'onde appropriée. En raison de la similitude de l'enregistrement avec l'ancien procédé de photogrephie e couleurs dit wde Lipp annw et du fait que l'addition en phase des différentes réflexions n'est rien d'autre que l'effet dit "de Bragg" c@@nu e cristallographie par rayons X, de tels hologrammes ont reçu la désignation d'hologrammes de"Lippmann-Bragg".Théoriquement,on peut les interpréter comme des réseaux itératifs périodiques avec une bande d'affaiblissement étroite prbs de la longueur d'onde avec laquelle ils ont été enregistre Des réflexions intenses se produisent dans la bande d'affaiblissement et une réflexion très faible se produit dans les bandes passantes La disposition, conforme à l'invention, de l'objet, de l'onde de référence et de l'onde de reproduction permet d'obtenir non seulement l'image reconsti@ tuée sans déforiations et à l'échelle i/i, mais aussi un contraste cxcellemt étant donné que, dans ce genre d'enregistrement et de reproduction, l'intensi@ té de la lumière diffuse de l'onde de reproduction,provenant de l'holograame, est minimale dans la direction de l'image reconstituée. Un avantage du procédé conforme à l'invention réside également dans le fait que les différences entre les longueurs d'onde de l'onde de référence et de l'onde de reproduction (pour autant que cette différence reste limitée au domaine de l'addition en phase de différentes réflexions sur les surfaces de noircissement maximum) n'a pratiquement aucune influence notable sur la netteté de l'iiage reconstituée. Cet état de fait sera encore mieux expliqué par la suite en analysant les défauts chremetiques en couleur. La figure 3 représente schématiquement un support d'hologramme Ht, auquel est associé un système de coordonnées XYZ. L'axe Z de ce dernier est perpendiculaire au plan fonné par le support d'hologramme, qui est alors dans le plan XY. Un point G d'un objet de coordonnées XG, G et Z est reproduit par l'hologramme en un point B (point image) de coordonnées XB' YB et ZB. On suppose que l'onde de référence provient du point R (centre de propagation de l'onde) de coordonnéex XR, YR et ZR . Pour reproduire l'image de l'objet photographié, on éclaire le support d'hologramme par une source lumineuse placée au point R' (centre de propagation) de coordonnCes XR, YR, et ZR.Les équations de reproduction pour l'hologramme sont alors t où #'et X' sont les longueurs d'onde des lumière des sources lu@i- neuses utilisées pour l'enregistrement et la reproduction, et où g, b, r et r' sont les distances respectives des points C, B, Ret$' à l'origine du système de coordonnées. Le déplacement, subi par le point B lors d'une variation ##'de la longueur d'onde #', est un vecteur dont les composantes sont #XF, #YF, et a ZF dans le système de coordonnées à trois dimensions. On peut calculer ces composantes en dérivant par rapport à ##' les coordonnées du point image XB, YB et Z@ et en multipliant le résult@tp@r la variation ##' de la longueur d'onde @#@, qui représente la largeur de bande, à la réflexion, de l'hologramme.En dérivant les équations (1) à (3), on obtient pour les trois composantes de ce vecteur de déplacement î La largeur de bande finie ##@ de reconstitution de l'image provoque donc un "étirement" du point image suivant un segmente dont la longueur est proportionnelle à la largeur de la bande de la variation ##@. Comme les équations (4) à (6) le montrent, les composantes suivant les axes X et Y du vecteur de déplacement représentant les défauts chromatiques dispa raissent, lorsqu'on Utilise le procédé confonne à l'invention. Dans le cas d'une distance finie entre les centres de propagation de 11 onde de référence et de l'onde de reproduction, ce résultat provient du fait que la coordonnée du du centre de propagation de l'onde de reproduction et la coordonnée XB du centre de 11 image obtenue sont rigoureusement égales conformément à l'invention Le défaut chrcmatique maximal admissible dans le plan XY détermine en tous cas les dimensions maximales de l'image.Dans le cas d'une distance infinie entre les centres de propagation de l'onde de référence et de l'onde de reproduction et dans le cas d'une incidence perpendiculaire de ces ondes, les composantes X et Y du vecteur de déplacement sont indépendantes de la position du point image dans le plan XY, car rt est infini. Une différence entre les longueurs d'onde utilisées à l'enregistrement et à la reproduction provoque donc uniquement un déplacement de l'image reconstituée, dans son ensemble, suivant la dilection de l'axe Z, c'est-à-dire, par conséquent un déplacement perpendiculaire au plan formé par le support d'hologramme. Mais ce déplacement n'a aucune importance dans le cas d'objets à deux dimensions, notamment lorsqu leurs surfaces sont disposées, au moins approximativement, parallèlement au plan du support d'holo- gramme.On obtient des résultats particulièrement convenables avec le procédé conforme à l'invention en centrant l'objet à deux dimensions sur l'axe du stupa port d'hologramme, perpendiculaire au plan de ce dernier,lors de l'enregist@m@t Le procédé suivant l'invention prend une importance particulière lorsqu'il est utilisé pour projeter des masques de protection contre la corrosion sur la couche photosensible de pastilles de semiconducteurs dans la fabrication des ccmposants à semiconducteurs et des cricuits intégrés.La plupart des sources de lumière monochromatiques disponibles à un niveau technique élevé mais à bas prix, (dasers) produisent une lumière de grande longueur d'onde dans la partie rouge du spectre. Comme cela a déj@ été mentionné, les couches photosensibles courantes nécessitent en général pour leur exposition une lumière de petite longueur d'onde dans la partie bleue du spectre. Etant donné que la lumière du laser n1 est nécessaire que pour l'enregistrement de lthologramme il est souhaitable de réaliser cet enregistrement avec une lumière de grande longueur d'onde, notamment la lumière rouge.L'invention permet d'utiliser cette tech- nique d'enregistrement désirée par le fait mtne que, lors du développement la couche photosen ... e sible impressionnée sur le support dthologramme est soumise lors de son développement à un processus de contraction contrôlé de telle sorte que, lors de la reproduction de l'hologramme avec une lumière, ayant une longueur d'onde in- férieure prédéterminée, de préférence une lumière bleue, il se forme une image lumineuse et sans déformations. ainsi que des études approfondies l'ont montré, lorsqu'une contraction se produit, les surfaces de noircissement maximum, r@@ présentant des hyperboloïdes, se transforment alors en de nouveaux hyperbo- loïdes, dont les surfaces et les foyers semblent autre rapprochés les uns des autres du facteur de contraction, lorsque le support d'hologramme est orienté lors de l'enregistrement de façon que son plan soit perpendiculaire à la droite reliant les points R et G conformément à la figure 3. L'hologramme c@@- trasté se comporte donc dans ce cas comme si toutes les dimensions et les lone gueurs d'onde avaient été réduites linéairement de ce facteur lors de ltenre- gistrement.On réalise par conséquent une reproduction sas aberrations avec cette longueur d'onde plus petite A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé selon l'invention. La figure 1 illustre un dispositif déjà connu pour prendre un holo- gramme lippmann-Bregg. La figure 2 illustre le principe physique de l'hologramme de Lippmann-Bragg. La figure 3 est une illustration déjà connue servant à expliquer l'analyse des défauts de netteté de limage reconstituée à partir d'hologrmmes de Lippomann-Bragg. La figure 4 est un dispositif conforme à l'invention pour prendre 'n hologramme. La figure 5 est un dispositif conforte à l'invention pour reproduire un hologramme. La figure 6 est un autre dispositif conforme à ltinvention pour pren- dre un hologramme La figure 7 est un autre dispositif conforme à l'invention pour re- produire un hologramme. Comme le contre le dispositif d'enregistrement de la figure 4, l'onde de référence Bs provenant d'un laser est une onde sphérique, dont le centre de propagation est situé au point R, à une distance prédéterminée du support d'hologramme Ht m@ni d'une émulsion holographique. La surface de lob jet à photogrephier GI, cest-è-dire, un asque de protection contre la corroi sion ayant la forme d'une diapositive, est placé parallèlement au plan du support d'hologramme Rt et est centré sur la perpendiculaire L menée du centre de propagation R de l'onde de référence Bs sur le support Ht. Londe émise par l'objet est désignée par Os. Lors de la reproduction de lthologramne suivant la figure 5 réalisé par le dispositif d'enregistrement de la figure 4, ltonde de reproduction est à nouveau une onde sphérique La position dans l'espace de son centre de propagation coïncide au point R' avec le centre de propagation de l'onde de référence Bs lors de l'enregistrement. Cependant ladite onde sphérique tombe sur le support dthologamme Ht, contrairement à l'onde de référence Bs' suiw vant la figure 6, avee une direction de propagation opposée à cette dernière et sur la face opposée du support Ht.L'image B' apparatt centrée sur la perpendiculaire L et à l'échelle 1/1 sur la face d'incidence de l'onde de reproduction Ws. Dans l'exemple de réalisation des figures 4 et 5j on suppose que les ondes de référence et de reproduction ont les mêmes longueurs d'onde. L'exemple de réalisation des figures 4 et 5 pour un dispositif d'@nregistrement et de reproduction suivant les figures 6 et 7 utilise comme ondes de référence et de reproduction des ondes planes, c'est-à-dire des ondes sphérique dont les centres de propagation situés en R et R@ sont rejetés à l'infini. Comme la figure 6 le montre, l'onde plane de référence B@' tombe per- pendiculairement sur un côté du support d'hologramme Ht. L'objet G à photogrephier se trouve de l'autre côté du support Ht et est centré sur l'axe central M dudit support, perpendiculaire à son plan. Dans le dispositif de reproduction de la figure 7, l'onde de repro duction W's est à nouveau une onde plane, qui se propage en sens inverse de celui de l'onde de référence Bs' sur la figure 6. L'image B" réalisée au uoyen de l'onde reconstituée Or provenant de l'objet apparaît centré sur l'axe M et à l'échelle 1/1. L'image B" se forme à nouveau sur la face d'incidence de l'onde de reproduction W's. Etant donné que l'écran, qui reçoit cette image, recouvre une partie de la surface de l'hologramme, il est important, comme dans les dispositifs des figurer 4 et 5, que les dimensions dudit écran et/ou celles de l'objet G@ soient petites par rapport à celles de l'hologremme, lors de l'enregistrement. Dans le cas de l'exemple de réalisation des figures 6 et 7, on suppose qu'on réalise l'enregistrement de l'hologramme avec une longueur d'on- de supérieure à celle de l'onde de reproduction. Cela suppose, après le deZ veloppement de l'hologramme, un processus contrôlé de contraction, qui est commandé de façon simple en traitant l'émulsion photographique dans des solu- tions déterminées. Lorsqu'on empoche la contraction et que la reproduction a lieu avec les longueurs d'onde d'enregistrement, l'image B" apparatt en B' (figure 7), dont la distance au support d'hologramme Ht est égale à la distant ce correspondante de l'objet G' au support Ht, lors de l'enregistrement. Le processus de contraction et le passage à une longueur d'onde correspondante plus petite déplacent l'image seulement longitudinalement sur l'axe M en direction du support dthologramme Ht. Par contre, les dimensions de l'image, perpendiculaires au plan du dessin, ne sont pas modifiées, ce qui est le but recherché. REVENDICATIONS 1. Procédé pour effectuer sans lentilles la projection d'objets à deux dimensions sur un plan, consistant à réaliser d'abord un hologramme à partir d'un tel objet, puis à effectuer la projection désirée de ce dernier en reproduisant l'hologramme, caractérisé par le fait que, lors de l'enregistrement holographique de l'objet plan, dont le dimensions sont petites, ou de préférence très petites par rapport à celles du support d'hologramme, on utilise une onde de référence de forme sphérique, tombant d'un cbté sur le support d'hologramme, tandis que l'onde émise par l'objet tombe de l'autre côté sur ledit support, qu'en outre l'objet est d'une part centré sur la perpendiculaire menée du centre de propagation de l'onde de référence sur le plan du support d'hots gramme, et que d'autre part la surface de objet est disposée de préférence parallèlement au plan dudit support, et que, lors de la reproduction de l'hologramme, dit de "Lippmann-Braggw obtenu de ceS te faon, l'onde sphérique de reproduction coïncide, du point de vue de la position dans l'espace de son centre de propagation, rapportée au support d'hologramme, avec l'onde de référence lors de l'entegistrement, mais se propage dans une direction opposée à celle de cette onde de référence. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les centres de propagation de l'onde de référence pour l'enregistrement et de l'onde de reproduction pour la reproduction sont rejetées à l'infini et que, par suite, les deux ondes tombent perpendiculairement sur le support d'hologramme comme des ondes planes. 3. Procédé suivant 16 revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on centre l'objet à deux dimensions sur l'axe du support d'hologramme, perpendiculaire au plan de ce dernier. 4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'hologramme est enregistré avec une lumière de longueur d'onde supérieure, par exemple une lumière rouge, caractérisé par le fait qu'on soumet, lors de son développement, la couche photosensible impressionnée sur le support d'hologramme à un processus de contraction controlé de telle sorte que, lors de la reproduction de l'hologramme avec une lumière, ayant une longueur d'onde inférieure prédéterminée, de préférence une lumière bleue, il se forme une image lumineuse et sans déformations. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'on l'utilise pour projeter des masques de protection contre la corrosion sur la couche photosensible de pastilles de semiconducteur dans la fabrication de composants à semiconducteurs et de circuits intégrés.