Brevet FR2470393A1 — publié le 19810529

PROCEDE DE REALISATION D'UNE STRUCTURE PLANAIRE A GRANDE FREQUENCE SPATIALE ET DE GRANDE LONGUEUR La présente invention concerne un procédé de réalisation de structure planaire périodique de grande fréquence spatiale et de grande longueur utilisable par exemple en réseau de diffraction optique. Les structures, selon cette invention, peuvent présenter toutes sortes de géométries. Cependant, par la suite, pour la facilité de l'exposé de l'invention, celui-ci est fait en prenant pour exemple de structure périodique celle d'un réseau de diffraction optique comportant un certain nombre de traits parallèles équidistants d'égales longueurs et largeurs, la fréquence spatiale dudit réseau (nombre de traits au millimètre) étant n et le pas (distance entre deux bords gauche ou droite de deux traits successifs) p, n et p étant reliés par la relation n p. Il va de soi que le choix de cette exemple de structure périodique p pour l'exposé ne doit en rien limiter la portée de l'invention à cet exemple. La réalisation de réseaux à grande fréquence spatiale telle celle des réseaux de diffraction optique s'obtient le plus souvent par des méthodes faisant intervenir des instruments optiques et leurs grossissements. Ce résultat est généralement entaché de défauts dûs aux aberrations des instruments optiques utilisés. En particulier, les aberrations sphériques desdits instruments interdisent d'obtenir des réseaux pour lesquels le pas reste constant sur de grandes longueurs, si bien que la longueur de réseau utilisable se trouve limitée. Par ailleurs, avec les longueurs d'onde de la lumière visible utilisée dans ces méthodes, les effets de diffraction ne permettent pas d'obtenir des largeurs de traits ou de distances intertraits, inférieures à 0,3 pm, et des fréquences spatiales de réseaux supérieures à n = 1 600 traits/mm. Une autre méthode donnant naissance à des réseaux de fréquences spatiales plus élevées (n 4 6 000 traits/mm) repose sur l'utilisation de l'holographie. Cette méthode présente l'inconvénient d'être fortement sensible aux variations de température ambiante et aux vibrations, si bien que, compte tenu des précautions à prendre, en cours de fabrication, les réseaux obtenus constituent des produits dont le prix de revient est élevé. L'un des buts de l'invention est d'obtenir des réseaux avec structure périodique s'étendant sur une longueur supérieure à celle des réseaux couramment obtenus en faisant intervenir le grossissement d'instruments optiques. Un autre but de l'invention est d'obtenir des réseaux de fréquence spatiale d'au moins de l'ordre 2 000 traits par mm sans faire intervenir des méthodes conduisant à des prix de revient élevés. Pour y parvenir, l'invention abandonne les méthodes mettant en oeuvre des instruments optiques et leur grossissement ou l'holographie. Elle s'adresse aux techniques de fabrication de motifs par insolation, à l'aide d'un rayonnement en faisceau parallèle, à travers des masques de référence, de couches de matériaux photosensibles telles que des résines à comportement, soit positif, soit négatif, c'est-à-dire dont les parties irradiées au cours de l'insolation deviennent respectivement soluble ou insoluble à l'aide d'un solvant adéquat. Pour atténuer fortement les effets de la diffraction, l'insolation utilise un rayonnement de courte longueur d'onde, tel par exemple un rayonnement X.Dans le cas de fabrication d'un réseau, le masque de référence comporte lui-même une structure de réseau de fréquence spatiale n. Le procédé selon l'invention s'attache à multiplier cette fréquence par un nombre égal à une puissance de deux, en une ou plusieurs fois la fréquence étant doublée à chaque fois. Le procédé comporte à chaque fois le déroulement des opérations suivantes : l'insolation en faisceau sensiblement parallèle de rayons X d'un substrat transparent auxdits X et dont chacune des deux faces est recouverte d'une couche de résine respectivement positive et négative à travers un masque en forme de réseau comportant une structure de traits correspondant à une transmission du rayonnement avec une fréquence spatiale n, ledit masque étant placé sensiblement parallèlement au substrat, la dissolution sur chacune des couches, respectivement des parties irradiées (couche de résine positive) et des parties non irradiées (couche de résine négative), le dépôt dans les creux de résine ainsi ménagés d'un métal quasi opaque aux rayons X, la dissolution des deux résines restantes, l'attaque des flancs des parties métalliques constituées sur le substrat, et l'obtention ainsi d'une structure biface, dite intermédiaire, à transmission de fréquence spatiale 2n, puis l'insolation à travers cette structure biface d'un substrat recouvert d'une couche de résine positive ou négative et dissolution des parties de résine irradiées (résine positive) ou non irradiées (résine négative), puis finalement la constitution d'un réseau par dépôt d'un métal adéquat dans les creux de résine ainsi ménagés et dissolution de la résine restante. En prenant comme masque de référence le masque à fréquence 2n obtenu et en répétant le procédé décrit précédemment une seconde fois, on obtient un masque à fréquence 4n et ainsi de suite. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du procédé, accompagnée de dessins qui représentent : - figure 1 : un schéma -relatif à une première opération du procédé. - figure 2 : un schéma relatif à une seconde opération du procédé. - figure 3 : un schéma relatif à une troisième opération du procédé. - figure 4 : un schéma relatif à une quatrième opération du procédé. - figure 5 : un schéma relatif à une cinquième opération du procédé. Sur la figure 1 est représentée schématiquement en coupe, un masque de référence à structure périodique planaire sous forme drun réseau à traits opaques au rayonnement utilisé par la suite et équidistants, tels que 11 et 12. La fréquence spatiale de ce réseau est de n traits par millimètre de longueur de réseau. Il est choisi, par exemple, parmi les réseaux de l'art antérieur comportant 1 000 traits au millimètre, la largeur des traits et la distance intertraits étant de l'ordre de 0,5 pm, ces caractéristiques étant celles des réseaux de fréquence classique existants. Ce réseau est disposé parallèlement à la couche de substrat 13 transparente audit rayonnement et dont chaque face est recouverte d'une couche de résine photosensible, respectivement 14 et 15. La couche 14 est par exemple négative, tandis que la couche 15 est posi tive ou vice versa. L'ensemble masque à structure de réseau et substrat 13 est insolé à l'aide de rayonnement de courte longueur d'onde, rayonnement X par exemple, en faisceau sensiblement parallèle, dirigé sensiblement perpendiculairement à la surface dudit ensemble. Ce rayonnement est schématisé à l'aide des flèches, telles que 10. Au cours de cette insolation, sont irradiées sur la couche 14, les parties hachurées, telles que 16 et, sur la couche 15 les parties non hachurées, telles que 17. Compte tenu des polarités respectives des couches de résine 14 et 15, un dissolvant adéquat dissout les parties non hachurées de ces couches faisant apparaitre dans celles-ci les creux tels que par exemple 18 et 19. Les creux de la structure biface obtenue sur le substrat sont remplis, par dépât,d'un métal quasi opaque aux rayons X, de l'or par exemple, comme indiqué sur la figure 2, puis la résine restante sur le substrat est dissoute. La structure biface obtenue est alors celle représentée figure 3. On procède alors à une attaque des flancs, tels que respectivement 20, 21 et 22, 23 des parties métalliques en relief (hachurées). Ces parties métalliques en relief se trouvent réduites en largeur. L'attaque s'effectue assez longtemps pour que leur largeur soit réduite de moitié.L'épaisseur est également réduite, mais le dépôt métallique est initialement assezépais pour q-Je l'épaisseur restante soit suffisante. Cette nouvelle largeur est représentée notamment poui les parties 24 et 25 sur la figure 4 montrant la nouvelle structure biface, dite intermédiaire, obtenue dont la fréquence spatiale de transmission aux rayons X est 2n. Sur la figure 5 est représentée une couche de substrat 26, recouverte d'une couche de résine photosensible 27. La structure de la figure 4 est disposée parallèlement et au-dessus de 26. L'ensemble est insolé à l'aide du rayonnement X schématisé par les flèches telles que 10. La transparence spatiale de la fréquence 2n est alors imprimée sur la couche 27 sous forme de parties non irradiées (non hachurées) et irradiées (hachurées). Un dissolvant adéquat dissout les parties de résine solubles, par exemple les parties non hachurées dans le cas d'une résine de comportement négatif, ne laissant subsister que les parties telles que 28 et constituant ainsi une structure périodique à fréquence spatiale de transparence 2n dont les traits et espaces intertraits ont une largeur de 0,25 pm. On obtient un réseau à la fréquence spatiale de transmission 2n = 2 000 traits/mm en déposant un métal dans les creux de résine ménagés sur le substrat et dissolution de la résine restante. Pour obtenir une structure de réseau à la fréquence 4n, la structure biface dite intermédiaire, à la fréquence 2n obtenue précédemment et représentée à la figure 4 sert à son tour de référence, le procédé se déroulant comme précédemment à partir du réseau à fréquence n. Les traits et espaces intertraits ont alors une largeur de 0,125 pm. Toutes sortes de résines pour constituer les couches 14 et 15 conviennent pourvu qu'elles soient de comportement opposé pour les doses de rayonnement reçues. Toutefois, convient tout particulièrement, le polyméthylmétacrylate (PMMA) dont le comportement s'inverse de positif à négatif lorsque la dose de rayonnement reçue passe d'une valeur faible à une valeur forte. Selon le procédé, le rayonnement envoyé sur l'ensemble réseau de référence et substrat, est alors ajusté de manière que. la dose reçue par la couche 14 corresponde pour celle-ci à un comportement négatif, tandis que celle reçue par la couche 15, compte tenu de l'absorption dans la couche 14, le masque de référence et le substrat 13 correspond à un comportement positif. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une structure planaire de grande fréquence spatiale 2n, telle un réseau de diffraction optique, caractérisé en ce qu'il comporte l'insolation à l'aide d'un rayonnement de courte longueur d'onde, tel un rayonnement X, en faisceau de rayons sensiblement parallèles, d'une couche de substrat plane, transparente audit rayonnement et dont chacune des deux faces est recouverte d'une couche de résine, respectivement positive et négative, à travers un masque en forme de réseau comportant une structure de traits correspondant à une transmission spatiale du rayonnement de fréquence n, ledit masque étant placé sensiblement parallèlement audit substrat, la dissolution sur chacune des couches respectivement des parties irradiées (résine positive) et des parties non irradiées (résine négative), le dépôt dans les creux de résine ainsi ménagés d'un métal quasi opaque aux rayons X, la dissolution de la totalité des deux résines restantes, l'attaque partielle des flancs des parties métalliques restantes sur le substrat, conduisant à l'obtention d'une structure biface, dite intermédiaire, à transmission de fréquence spatiale 2n, puis, l'insolation à travers cette structure biface d'une couche de substrat recouverte sur une face d'une couche de résine positive ou négative et dissolution des parties de résine irradiées (résine positive) ou non irradiées (résine négative), puis constitution d'un réseau de fréquence spatiale 2n, par dépôt d'un métal adéquat dans les creux de résine ainsi ménagés et dissolution de la résine restante. 2. Procédé de réalisation d'une structure planaire de fré a quence spatiale 4n, 8n ...*. n x 7a a étant un nombre entier, par 2, 3 ... a applications successives du procédé selon la revendication 1, le masque de référence utilisé étant à chaque fois la structure biface dite intermédiaire obtenue par respectivement 1, 2, ....,a-l applications successives du procédé selon la revendication 1. 3. Structure planaire de grande fréquence spatiale obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2. 4. Structure de réseau de diffraction optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la largeur des traits ou l'espace intertraits est de l'ordre de 0,125 vm.