Brevet FR2218157A1 — publié le 19740913

Ta présente invention coZ#rne un procédé de gravure bonibardenient ionique d'un matériau selon un contour doums. Dans de nombreuses applications, la gravure chimique ne donne pas des profils suffisamment abrupts et précis et il est donc nécessaire de faire appel à des procédés d'attaque ionique. C'est le cas,par exemple, de la fabrication de guides d'onde intégrés et de certains dispositifs à semiconducteurs. Ah des principaux problèmes posés par la gravure ionique réside dans le fait que tous les matériaux mis en présence du faisceau d'ions sont érodés, aussi bien le matériau à graver proprement dit que le matériau constituant le masque protégeant les zones qui ne doivent pas être attaquées. Connaissant les vitesses respectives d'érosion de ces deux matériaux, en ajustant l'épaisseur du masque, on peut, théoriquement,obtenir la profondeur de gravure désirée. Nalheureuse#ent, il existe une limite qui est rapidement atteinte dans la pratique. Elle est dte essentiellement au fait que, selon les techniques actuellement connues et utilisées pour préparer les masques, les épaisseurs maximales réalisables O des masques sont de l'ordre de 6000 A environ. Au-delà de cette valeur, leurs contours ne sont plus suffisamment précis. Ceci limite la profondeur maximale de gravure. La présente invention permet d1obtenir une plus grande profondeur de gravure pour une épaisseur de masque donnée. Elle concerne, plus particulièrement, un procédé de gravure ionique mettant en oeuvre l'action d'un gaz réactif qui, introduit au niveau de l'échantillon à graver modifie le rapport des vitesses d'érosion des matériaux constituant respectivement le masque et l'échantillon, de telle sorte qu'étant sans action sensible sur la vitesse d'érosion de l'dchantillon, ce gaz réactif diminue de façon notable la vitesse d'érosion du masque. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles La figure 1 représente schématiquement une étape de fabri cation d'un masque déposé sur la surface d'un échantillon à graver La figure 2 représente lldchantillon tel qu'il est disposé dans la machine à graver La figure 3 représente le dispositif à la fin de l'opéra- tion de gravure La figure 4 représente schématiquement une machine à graver par un procédé ionique, équipée selon l'invention. Les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. A titre d'exemple nullement limitatif, la technique de gravure conforme à l'invention, permet de réaliser des réseaux de guides d'onde. Chaque guide est constitué par une fibre de section constante réalisée dans une substance transparente pour le rayonnement transporté. Pour la simplification des figures on a représenté, en coupe, non pas le réseau complet, mais seulement une partie du dispositif de telle sorte qu'au moins la section d'une fibre soit apparente. Comme le montre la figure I, au cours d'une des premières étapes de fabrication sont successivement déposées sur le substrat 1, de manière connue - une couche 2 d'un premier matériau dans laquelle doit Qtre réalisé le réseau de fibres par le procédé conforme à 1'invention invention - une couche de résine photosensible ou électrosensible 3 qui après insolation et développement, présente un profil reproduisant 1s7mage du réseau à réaliser - une couche 4 d'un matériau servant de masque sur les zones de la couche 2 mise à nu On élimine ensuite toute la résine photosensible ou électrosensible 3 et on obtient l'échantillon représenté sur la figure 2, prêt dans cet état à subir l'attaque ionique.A l'instant to qui précède toute attaque, 1 'épaisseur du masque 4 est égale à em. Si Vm est la vitesse d'érosion du matériau consti tuant le masque, pour un bombardement ionique effectué dans des conditions opératoires déterminées, et Vf la vitesse d'érosion du matériau constituant le guide dans ces mêmes conditions, la profondeur maximale d'érosion Ho sera égale à En effet, au bout d'un temps déterminé t, la profondeur d'érosion du masque est Vmt. La profondeur d'érosion du matériau est Vf t La profondeur maximale d'érosion du matériau est obtenue à tm quand le masque a disparu, c'est-à-dire quand e = V t m mm A ce moment, la profondeur érodée du matériau sera Ho = Vf tm d'où :: L'épaisseur em étant figée par les conditions de fabrication du masque, le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir une profondeur réelle de gravure Hf supérieure à Ho, ce qui conduit au dispositif représenté sur la figure 3 qui comporte une fibre 22 d'épaisseur égale à Hf. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans un appareil tel qu'il est représenté sur la figure 4. il s'agit, en fait, d'un appareil de type connu aménagé pour être utilisé conw formément à l'invention. il est essentiellement constitué par un ensemble 10 comprenant une source d'ions, un système d'extrac- tion et d'accélération de ces ions, dont les détails d'exécution ne sont pas représentés car ces dispositifs existent dans le commerce sous différentes formes utilisables dans le cadre de l'invention. Le gaz à ioniser Ai est schématisé par une flèche 11. Le dispositif 10 fournit un faisceau d'ions 12 dirigé vers une chambre 13 contenant la cible 140 disposée sur un porte cible 14. La chambre à cible 17 est reliée par l'orifice 15 à un système de pompage de type connu et non représenté sur la figure. Dans le cas étudié, la cible est constituée par le dispositif à graver muni de son masque et préparée comme cela a été précédemment décrit (Figure 2). Conformément à l'invention, une arrivée 16 d'un gaz Ar est prévue dans la chambre à cible 13. Ce gaz peut être soit de même nature, soit de nature différente de celle du gaz A1, mais sa caractéristique essentielle doit etre de réagir chimiquement avec le premier matériau constituant le masque pour former avec ce dernier un composé dont la vitesse d'érosion est inférieure à celle dudit premier matériau dans des conditions de pression déterminées, tout en n'étant pas, ou peu, réactif avec le second matériau à graver, tous autres paramètres étant égaux par ailleurs. #.ns ces conditions, la vitesse d'érosion initiale du masque Vm est modifiée par la présence au niveau de la cible, de gaz non ionisé Ar de telle sorte qu'elle soit notablement plus faible et égale à Vmo. Pans ces conditions, la profondeur de gravure Hf est égale à Comme les vitesses d'érosion Vf (en l'absence de ga# réactif et et; Vfo (en présence de ce gaz) sont très peu différentes, il en résulte que la profondeur de gravure Hf obtenue conformément à l'invention est notablement accrue. Par exemple, la vitesse d'érosion ionique d'un matériau oxydable tel que l'aluminium, le silicium etc..., est très sensible à la pression partielle d'oxygène dans la chambre de bombardement ionique lorsque l'ion utilisé pour le bombardement ne réagit pas chimiquement sur le matériau à graver. En général d'ailleurs, on utilise les gaz rares et l'argon en particulier. DENS le cas de l'aluminium, le rapport entre les vitesses extrêmes est de 6,5. La vitesse la plus élevée est obtenue pour une pression partielle d'oxygène inférieure à 5.1 Torr, la vitesse la plus faible est obtenue pour une pression partielle d'oxygène supérieure à 5.10- 5 Torr. Or, les oxydes et certains métaux ne présentent pas un tel phénomène dans la gamme de pressions décrites ci-dessous.Ainsi l'association de l'aluminium comme élément de masque avec le silice comme élément à graver permet d'obtenir un rapport de vitesse d'érosion de 3 à @@@ présence de 1.10-4Torr d'oxygène alors que le rapport serait de 0,8 à 1 en présence d'une pression partielle d'oxygène inférieure à 5.10-6. àOn peut donc, avec une épaisseur de masque donné, multiplier la profondeur de gravure par un coefficient 3 conformément à llinvention, par le simple apport d'oxygène sur la cible durant l'opération de bombardement ionique. Dans la fabrication des guides d'onde intégrés constitués par un substrat en verre portant une couche d'oxyde de silicium dans lequel on grave des sillons délimitant les fibres optiques comme cela est décrit sur la figure 3, on peut utiliser un masque de chrome. Soumis à un bombardement d'ions Argon, en l'absence d'oxygène, le rapport des vitesses d'érosion du Si O, par rapport au chrome est de 1,8 environ. En présence d'une pression partielle de 1.10- 4 Torr d'oxygène, ce rapport des vitesses d'é- rosion atteint une valeur comprise entre 5 et 6 et de ce fait, la profondeur de gravure peut être obtenue trois fois plus pro- fonde qu'elle ne le serait pas les procédés connus. On peut également utiliser le procédé selon l'invention dans le cas où les deux matériaux, de masque et à graver présentent des vitesses d'érosion décroissant brutalement avec la présence d'oxygène, si, par exemple, les gammes de pression d'oxygène qui affectent les vitesses d'érosion ne sont pas les mêmes. REVENDICATIONS 1. Procédé de gravure par bombardement ionique, au moyen d'un faisceau d'ions provenant d'une source alimentée par un premier gaz Ai, bombardant une cible comprenant un premier matériau revêtu d'un masque constitué par un second matériau, ledit masque étant destiné à protéger les zones dudit premier matériau qui doivent échapper à l'effet dudit faisceau, caractérisé on ce qu' un second gaz A r non ionisé est introduit dans ltenceinte oh se trouve ladite cible, ledit second gaz étant mis en contact de ladite cible, durant le bombardement de ladite cible par ledit faisceau, et ledit second gaz réagissant au moins avec ledit second matériau pour former un composé dont la vitesse d'érosion sous l'effet dudit bombardement ionique est plus faible que celle dudit second matériau sous l'effet dudit bombardement. 2. Procédé de gravure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second gaz réagit également avec ledit premier matériau pour former respectivement avec lesdits matériaux, un premier et un second composé dont le rapport des vitesses d'érosion est plus grand que celui des vitesses d'érosion desdits premier et second matériaux. 3. Procédé de gravure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz A. et le gaz Ar sont de même nature. 4. Procédé de gravure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz Ai et ledit gaz Ar sont de nature différente. 5. Procédé de gravure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz Ai est un gaz neutre. 6. Procédé de gravure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier matériau est de l'oxyde de silicium déposé sur un substrat, ledit second matériau est du chrome déposé en couche mince sur la surface dudit oxyde de silicium selon un contour et une épaisseur déterminés, ledit gaz Ai est de l'argon, ledit gaz Ar est de l'oxygène. 7. Produit obtenu au moyen du procédé selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, et notamment guide d'ondes. 8. Appareil de bombardement ionique mettant en oeuvre le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée d'amenée dudit second gaz réactif au niveau de l'échantillon à traiter.