Brevet FR2211753A1 — publié le 19740719

L'invention a pour objet un perfectionnement au procédé de micro-diffusion ou de micro-usinage qui consiste essentiellement à former, sur la surface de l'échantillon à traiter, une image stigmatique, notablement réduite, d'un diaphragme, de contour approprié, placé sur le trajet d'un faisceau laser. Dans le brevet français nb 1585541, déposé le 3 Octobre 1968 au nom de Jean Huriet, pour : "Dispositif de micro-usinage au moyen d'un faisceau de lumière cohérente", on a décrit un procédé de micro-usinage de ce genre, dans lequel l'image stigmatique ayant le contour de l'empreinte à effectuer est obtenue au moyen d'un système optique a conjugaison de pupilles. Dans la demande de brevet français n0 70.28660, déposé le 3 Aout 1970 au nom de l'Agence Nationale de Valorisation de la Recherche, pour : "Procédé et appareillage de fabrication de microcircuits électroniques à l'aide d'un faisceau laser", on a décrit un procédé faisant application de la même technique de conjugaison de pupilles pour diffuser, par emploi d'un laser pulsé, une couche mince de nature appropriée dans des zones prédéterminées d'un substrat, en vue d'obtenir différents composants électroni- ques, en particulier, des micro-jonctions. Suivant les applications envisagées, on utilise différents types de lasers et de systèmes optiques de formation de l'image du diaphragme sur l'échantillon. Généralement, l'émission d'un laser est irrégulière. Par exemple, le faisceau engendré par un laser à solide fonction nent en régime relaxé présente toujours des micro-variations, même si l'on prend soin de stabiliser l'émission en améliorant les conditions de refroidissement, ou d'accroitre l'homogénéité du faisceau en déterminant, par le calcul, une répartition optimale de l'énergie lumineuse de pompage introduite par les éclairs dans la cavité. Lorsqu'il s'agit d'un laser à gaz, par exemple un laser C02, l'homogénéité du faisceau est encore moins bonne. Or, tout spécialement dans l'application du procédé susvisé à la microdiffusion, l'image laser formée sur l'échantillon doit avoir, non seulement un contour bien défini, mais une densité d'énergie parfaitement uniforme à l'intérieur de ce contour, si l'on veut, en particulier, obtenir des jonctions à semi-conducteur. Or, les défauts d'homogénéité du faisceau laser dans le plan du diaphragme objet entraient des irrégularités dans le plan de l'image. L'invention vise à améliorer l'homogénéité du faisceau laser dans le plan objet et ainsi, à faire que les défauts d'homogénéité soient pratiquement négligeables sur l'échantillon. A cet effet, l'on place un organe de diffusion sur le trajet du faisceau laser, en amont du diaphragme. Suivant un mode d'exécution préféré, ledit organe est constitué par un disque métallique poli, non parfaitement plan, tournant autour d'un axe passant par son centre et perpendiculaire à sa surface, à une vitesse qui sera par exemple de l'ordre de 3.000 à 6.000 tours par minute et réfléchissant le faisceau laser. Suivant une variante, ledit organe est un dépoli placé à faible distance en amont du diaphragme. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-apres. Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme au mode d'exécution préféré et la figure 2 illustre la variante. A la figure 1, on a représenté un faisceau laser 1 qu'un prisme 2 à réflexion totale dirige sur un disque tournant 3. Ce dernier est centré sur l'axe d'un système optique 5, et incliné à 450 par rapport audit axe. Un diaphragme 4, également centré sur ledit axe, est interposé entre le disque 3 et le système optique 5. Comme on l'a expliqué dans les brevets précités, une image stigmatique de ce diaphragme est formée par le système optique 5 sur l'échantillon E à traiter. Le système optique 5 est, suivant le traitement à effectuer, avantageusement de l'un des types décrits dans lesdits brevets. On ne décrira pas le traitement lui-même, (micro-diffusion ou microusinage), exposé dans lesdits brevets, et qui ne fait pas l'objet de la présente invention. Le disque 3 tourne autour d'u-n axe, figure en pointilles, perpendiculaire à sa surface et passant par son centre. Sa vitesse de rotation est convenablement choisie, en fonction du temps d'emission du laser et, par exemple, comprise entre 3.000 et 6.000 tours par minute. Il s'agit par exemple d'un disque en duralumin, mécaniquement polé au degré optique. L'homogénéisation de l'image laser ainsi obtenue est optimale lorsque l'indicatrice de diffusion du disque est suffisamment ouverte pour couvrir approximativement la totalité du champ du système optique. Une ouverture plus grande de l'indicatrice n'améliore pas lthomogeneite mais accroît la perte d'énergie, tandis qu'une ouverture plus petite réduit lieffet d'homogeneisation. Ces considérations permettent de déterminer le degré utile de poli et de déformation (celle-ci étant obtenue par exemple par fraisage de la surface du disque). Ces facteurs ne sont d'ailleurs pas très critiques. Des tracés effectués au microdensimetre de la r-epartition d'énergie obtenue dans le plan de l'image ont montré que l'introduction du disque apporte une amélioration très importante de l'homogénéité. Il en résulte un progrès notable dans la technique de micro-diffusion par faisceau laser. Dans la variante illustrée par la figure 2, on voit qu'un dépoli 6 est placé juste an amont du diaphragme 4. Il s'agit d'un dépoli à grains moyens, obtenu par un procédé classique. Le degré de dépoli n'est d'ailleurs pas critique pas plus que la distance entre le dépoli 6 et le diaphragme 4. Il va de soi que diverses variantes d'exécution pourront être imaginées par l'homme de l'art sans s'écarter de l'esprit de -l'in- vention. En particulier, on pourrait envisager d'utiliser un disque tournant transmettant le faisceau laser par transparence et présentant des irrégularités de surface produisant une déviation plus ou moins aléatoire des rayons laser, ce qui équivaudrait à l'effet de diffusion recherché. REVENDICATIONS 1 - Procédé de micro-usinage ou de micro-diffusion consistant à former, sur la surface de l'échantillon a traiter, une image stigmatique, notablement réduite, d'undiaphragme, de contour ap proprié, placé sur le trajet d'un faisceau laser, caractérisé en ce que l'on fait subir une certaine diffusion au faisceau laser en amont du diaphragme, en vue d'améliorer l'homogénéité de ladite image. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par la combinaison d'un laser, d'un diaphragme de contour approprié, d'un système optique formant une image stigmatique, notablement réduite, du diaphragme dans un plan déterminé, et d'un organe de diffusion placé sur le trajet du faisceau laser, en amont du diaphragme. 3 - D#ispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe est constitué par un disque métallique poli, non parfaitement plan, tournant autour d'un axe passant par son centre et perpendiculaire à sa surface, à une vitesse choisie en font~ tion du temps d'émission du laser et réfléchissant le faisceau laser. 4 - Dispositif selon la revendication.2, caractérisé en ce que ledit organe est un dépoli placé à faible distance en amont du diaphragme.