Brevet FR2476682A1 — publié le 19810828

Procédé et dispositif d'exposition d'un substrat à une source d'émission, notamment pour un dépôt sur le substrat par évaporation sous vide. L'invention est relative à un procédé d'exposition d'un substrat à une source d'émission, en vue de réaliser un profil d'exposition asphérique dans lequel les lignes d'égale exposition ont une forme autre que circulaire, notamment elliptique ou analogue, procédé selon lequel on effectue, à l'aide d'un masque rotatif disposé entre la source d'émission et le substrat, une occultation périodique du substrat de manière à l'isoler périodiquement de l'émission de la source. L'invention concerne plus particulièrement un procédé pour réaliser, par évaporation sous vide, un dépôt sur le substrat. Des procédés de ce genre sont connus, notaunent par le brevet FR. NO 2 369 016 (76 32 217) déposé le 26 octobre 1976. L'invention a pour but, surtout, de rendre le procédé tel qu'il réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment-tel qu'il permette d'améliorer sensiblement la précision avec laquelle le profil est réalisé. Selon l'invention, un procédé d'exposition d'un substrat à une source d'émission, tel que défini précédemment, est caractérisé par le fait que 1 / On exprime le profil sous forme d'ùne équation polaire comprenant une somme de termes dans laquelle chaque terme qui dépend de l'angle polaire est un produit de deux facteurs, l'un de ces facteurs étant une constante ou ne dépendant que du rayon polaire, tandis que l'autre facteur est une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre de l'angle polaire ou d'un multiple entier de cet angle polaire 20/ On soumet, ensuite, le substrat à une succession d'expositions et chaque exposition correspondant à un des susdits termes du développement qui dépend de l'angle polaire est réalisée en faisant tourner un masque avec une vitesse de rotation,par rapport au substrat, modulée en fonction de l'angle du masque par rapport au substrat d'une manière inversement proportionnelle à la fonction trigonométrique du terme considéré, augmentée éventuellement d'une constante, le masque étant agencé pour déterminer un arc d'exposition, pour un point donné, tel que l'intégration de l'inverse de la vitesse de rotation modulée sur cet arc d'exposition donne un temps d'exposition qui dépend de l'angle polaire de la meme façon que le terme considéré du profil. Avantageusement, dans le cas où le profil Z peut etre exprimé sous la forme r étant le rayon polaire, O étant l'angle polaire, i pouvant varier de O à n, lors de chaque exposition correspondant à un terme de cette somme, la vitesse de rotation o. du masque par rapport au substrat est modulée en fonction de l'angle a du masque par rapport au substrat suivant la formule o w. (a) = l+Ticos iaou T est le taux de modulation et Z la vitesse moyenne, 1 o et le susdit masque a une. découpe symétrique de part et d'autre d'un rayon. Dans le cas d'un profil de Schmidt elliptisé, on exprime le profil sous la forme z(r,0) = gO(r)+g2(r)cos 20+ g4 (r) cos 40, et l'on soumet le substrat à deux expositions successives correspondant aux deux termes du développement dépendant de l'angle polaire, avec modulation de la vitesse de rotation suivant la loi indiquée précédemment, et on ajoute aux deux profils ainsi obtenu un troisième profil de révolution obtenu par une exposition avec un masque tournant à vitesse constante de manière à réaliser,notattrrnt,le terme qui ne dépend que du rayon polaire. En fonction de la précision souhaitée, on peut se contenter, notamment dans le cas d'une lame de Schmidt elliptisée, de superposer une exposition de révolution correspondant à un masque tournant à vitesse constante et une seule exposition avec masque à vitesse de rotation modulée correspondant au premier terme g2 (r) cos 20 qui dépend de l'angle polaire, la modulation étant effectuée selon la loi Les mouvements de rotation se font autour d'un axe commun qui est l'axe de profil final, en général confondu avec celui du substrat. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment. Ce dispositif comprend une source d'émission, un support propre à porter le substrat et permettant d'exposer une face de ce substrat à la source d'émission, un masque rotatif propre à assurer une occultation périodique du substrat, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour moduler la vitesse de rotation du masque par rapport au substrat en fonction de l'angle de ce masque par rapport au subs- trat d'une manière inversement proportionnelle à une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre du susdit angle, ou d'un multiple de l'angle, augmentée éventuellement d'une constante, le masque étant agencé pour déterminer un arc d'exposition d'un point donné tel que l'intégration de l'inverse de la vitesse de rotation modulée sur l'arc d'exposition donne un temps d'exposition dépendant de l'angle polaire selon une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre, de cet angle polaire ou d'un multiple. De préférence, les moyens pour moduler la vitesse de rotation du masque sont agencés de manière à assurer une loi de vitesse angulaire ui de la forme Cl, o Cl,.(a) l-t-cjcoS - i 1+.cos ia ot T est le taux de modulation et/ la vitesse moyenne 1 o etle masque présente une découpe symétrique de part et d'autre d'un rayon. Les moyens pour moduler la vitesse de rotation du masque peuvent être mécaniques ou comprendre une commande à moteur pas-à-pas avec compteur d'impulsions alimenté par un calculateur et une électronique associée. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec réfé-rence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitatif La figure 1 de ce dessin montre schématiquement, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon 1 'invention. La figure 2 représente les courbes d'égale exposition du substrat. La figure 3, enfin, est une vue en plan d'un masque rotatif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. z En se reportant à la figure 1, on peut voir un dispositif 1 pour l'exposition d'un substrat 2 à une source d'émission 3. Plus particulièrement, le dispositif 1 permet de réaliser, par évaporation sous vide d'un matériau contenu dans la source d'émission 3, un dépôt 4 sur la face 2a du substrat 2 tournée vers la source 3. Le dispositif 1 comprend une enceinte la, schématiquement représentée, à l'intérieur de laquelle un vide suffisant est réalisé. Le substrat 2 est monté dans un barillet 5 qui peut etre mis en rotation autour d'un axe géométrique A passant par le centre de la source 3. Le barillet 5 comporte une fenêtre 6 tournée vers la source 3, de maniere à permettre une exposition de la face 2a à l'émission de la source. Un masque 7 est disposé entre la source 3 et le substrat 2. Ce masque 7 est formé, par exemple, par un disque circulaire dont le plan est orthogonal à l'axe A. Ce disque 7 est supporté, sur son bord péri- phérique, par une couronne 8 dentée extérieurement qui peut etre mise en rotation autour de l'axe A par un pignon 9. Des moyens moteurs M sont prévus pour entralner en rotation ce pignon 9. Le masque 7 comporte une fenêtre constituée par une découpe F de forme appropriée. Le masque 7 est entrainé à une vitesse de rotation différente de celle du substrat 2 de telle sorte que les zones successives du substrat 2 sont occultées périodiquement par le masque 7. Pour réaliser un profil d'exposition asphérique, c'est-à-dire un profil dans lequel les lignes d'égale exposition e (fig. 2) ont une forme autre que circulaire, notamment elliptique, on procède de la manière suivante. Il convient de remarquer que dans le cas où on réalise un dépôt sur le substrat 2 par évaporation sous vide, les lignes d'égale exposition e correspondent à des lignes de niveau, c'est-à-dire des lignes d'égale épaisseur du dépôt 4. On exprime le profil d'exposition sous forme d'une équation polaire telle que r étant le rayon polaire, 6 étant l'angle polaire, i étant un indice pouvant varier de O à n, n étant le nombre de termes considérés. Il convient de noter que dans le cas d'un dépôt par évaporation sous vide, cette équation est, en quelque sorte, l'équation polaire de la surface du dépôt, z correspondant à l'épaisseur du dépôt suivant l'axe A. Le profil est donc exprimé sous la forme d'une somme de termes dans laquelle chaque terme qui dépend de l'angle polaire e est un produit de deux facteurs l'un de ces facteurs gi (r) étant une constante ou ne dépendant que du rayon polaire r, tandis que l'autre facteur cos i8 est une fonction trigonométrique (cosinus ou sinus) du premier ordre de l'angle polaire e ou d'un multiple entier de cet angle polaire. Le centre O des coordonnées polaires est situé sur l'axe A. On soumet, ensuite, le substrat 2 à une succession d'expositions à la source 3. Chaque exposition, correspondant à un des termes du développement qui dépend de l'angle polaire, est réalisée en faisant tourner avec des moyens M un masque approprié 7 avec une vitesse de rotation Cl, modulée, en fonction de l'angle a du masque 7 par rapport au substrat 2, d'une manière inversement proportionnelle à la fonction trigonométrique du terme considéré, augmentée éventuellement d'une constante. Par exemple, dans le développement en question, le terme correspondant à i = 2 s'exprime sous la forme g2 (r) cos 20. L'exposition correspondant à ce terme sera réalisée en faisant tourner un masque 7 avec une vitesse de rotation Cl,2 (a) modulée selon la loi Cl, o w,(a) = CO S 2a Cl, est la vitesse moyenne et T2 est le taux de modulation. Le masque 7 est agencé pour déterminer un arc d'exposition B C H (fig. 3), pour un point donné, tel que l'intégration de l'inverse de la vitesse de rotation modulée sur cet arc d'exposition BCH donne un temps d'exposition qui dépend de l'angle polaire e de la même façon que le terme considéré du profil. Avantageusement, comme représenté sur la figure 3, la découpe F du masque 7 est symétrique par rapport à un rayon OD du masque. Cette découpe F est limitée par deux arcs de courbes 9, 10, symétriques par rapport au rayon OD. Ces arcs de courbe se rejoignent en un point de rebroussement, situé sur ce rayon OD. Dans le cas de la figure 3, le point de rebroussement est situé au centre du masque 7. L'arc C B peut s'exprimer sous la forme ss2(r) l'arc CH s'exprime alors sous la forme -ss2(r). Pour chaque tour complet effectué par le masque 7, par rapport au substrat 2, la durée d'exposition d'un point déterminé (par exemple situé au droit du point B à l'instant zéro)à la souri 3 et donc, dans le cas d'un dépôt sous vide, l'épaisseur du dépôt en ce point est proportionnelle au temps mis par le masque 7 pour effectuer une rotation dont l'amplitude correspond à l'arc B C H. Le temps élémentaire dt s'exprime sous la forme dt = da (a) a étant l'angle relatif entre le masque 7 et le substrat 2. Le début de l'exposition du point déterminé, d'angle polaire 0, se produit pour a = 8- ss2 (r) ; la fin de l'exposition a lieu pour a = e +ss2 (r). Le temps d'exposition sera donc proportionnel a: I (r) étant l'indicatrice de la source, on obtient ainsi, dans le cas d'un dépôt par évaporation sous vide, l'expression de l'épaisseur du dépôt en un point de coordonnées polaires, e Cette expressioncomporte bien un terme de la forme g2 (r) cos. 2G. I1 suffit de choisir ss2 (r) de telle sorte que : sin 2ss2(r) = g2 (r) 2 2 (r) A ce terme s'ajoute un autre terme purement de révolution f2(r) = 2 k2 I (r) ss2 (r). On voit ainsi que par superposition d'évaporation successives avec des masques appropriés, on réalise une couche conforme à l'équation polaire (I) de la page 5. Le terme purement de révolution est obtenu en ajoutant à tous les profils précédents un profil de révolution permettant d'obtenir le terme souhaité. Dans le cas d'une lame de Schmidt elliptisée, le profil de Schmidt s'exprime sous une forme générale, limitée toutefois au 4ème ordre dans l'exemple ci-après Pour appliquer le procédé de l'invention, on exprime ce profil comportant des fonctions trigo- nométriques du 4ème ordre (cos4 o), en utilisant les relations entre les lignes trigonométriques d'un angle et celles de ses multiples ; on obtient alors Z(r,e)=go(r)+g2(r) cos 2e+g4(r) cos 40 (II). Le premier terme est purement de révolution. Le terme g2(r)cos 2e est obtenu comme expliqué précédemment, avec modulation de la vitesse de rotation d'un masque 7 ayant la découpe appropriée. Le troisième terme g4 g4(r) cos 4e est réalisé avec un masque semblable ayant une découpe appropriée symétrique par rapport à un rayon et dont la vitesse de rotation est modulée suivant la relation Cl, o o 4 (a) - 1 +T4cos 4a L'épaisseur de la couche ainsi déposée s'exprime par la relation: eq Cette épaisseur s'ajoute à celle déposée précédemment. Le profil de la couche correspond à l'équation e2(r,ê)+e4(r,e)=f2 En ajoutant aux deux profils précédents un profil de révolution e0 (r) tel que e (r) = gO (r) - f2 (r) - 4 (r), on obtient, in fine, le profil souhaité Z(r,e) = g2 (r) + g2 Le profil de révolution peut etre obtenu classiquement au moyen d'un masque tournant à vitesse constante, masque dont le profil est calculé pour réaliser la fonction e (r). o Il est clair que l'ordre dans lequel sont effectuées les trois opérations importe peu. Ce procédé permet d'atteindre avec une exactitude rigoureuse le profil souhaité correspondant à l'équation (II). Toutefois, pour certaines applications on peut estimer suffisante la précision obtenue avec deux évaporations, l'une correspondant au profil de révolution g (r) et la seconde correspondant au terme en cos 2e : g2 (r) cos 28 . L'erreur commise en négligeant le terme en cos 4e est très faible. Le procédé de l'invention s'applique pour réaliser un profil de Schmidt non limité au quatrième ordre. Un tel profil peut s'exprimer sous la forme générale ou encore : Comme cos2i e peut se mettre sous la forme on peut finalement mettre le profil sous la forme Un tel profil peut être obtenu par une suite de m+l évaporations dont m avec des masques symétriques, déterminant des arcs d'exposition + ssi (r), à vitesses Cl,o modulées de la forme Cl, (a) = î+T. cos 2 et une évapo- ration de révolution avec un masque tournant à vitesse constante classique. En pratique, le cas d'un correcteur de Schmidt se limite presque toujours à m = 3 et, le plus fréquemment à m = 2, qui correspond au cas étudié en détail précédemment. Le nombre d'évaporations se réduit ainsi à m + 1 = 4 et plus probablement à 3, compte tenu desapproximations en général possibles, et même à 2 évaporations comme envisagé précédemment. On peut prévoir unr rotation relative entre la source 3 et le substrat 2 afin de minimiser les défauts de symétrie d'émission de la source. Les moyens M pour entrainer le masque 7 avec une vitesse de rotation modulée suivant les lois indiquées précédemment peuvent être mécaniques et comprendre un dispositif à différentiel, permettant d'obtenir des vitesses angulaires multiples d'une vitesse de base, combiné avec une came qui permet d'introduire la modulation de vitesse. Cependant, les moyens M peuvent être réalisés sous une autre forme. Par exemple, on peut prévoir une commande à moteur pas-à-pas avec compteur d'impulsions alimenté par un calculateur et une électronique associée. Il s'agit là d'un mode de réalisation pratique et préférentiel Une autre solution consisterait à employer un dispositif électro-mécanique permettant des déplacements suivant deux axes orthogonaux et des mouvements de rotations associés. Le procédé et le dispositif d'asphérisation selon l'invention permettent d'obtenir avec une bonne précision des profils asphériques à lignes de niveau elliptiques. La précision avec laquelle le profil est réalisé peut atteindre, comme ordre de grandeur , A c'est-àdire environ 0,012 V pour une longueur 50 d'onde de 0,6 microns. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exposition d'un substrat à une source d'émission, en vue de réaliser un profil d1expo- sition asphérique dans lequel les lignes d'égale exposition ont une forme autre que circulaire, notamment elliptique ou analogue, procédé selon lequel on effectue, à l'aide d'un masque rotatif disposé entre la source d'emission et le substrat, une occultation périodique du substrat de manière à l'isoler périodiquement de l'émission de la source, caractérisé par le fait que 10/ on exprime le profil sous forme d'une équation polaire comprenant une somme de termes dans laquelle chaque terme qui dépend de l'angle polaire est un produit de deux facteurs, l'un de ces facteurs étant une constante ou ne dépendant que du rayon polaire, tandis que l'autre facteur est une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre de l'angle polaire ou d'un multiple entier de cet angle polaire 20/ on soumet ensuite, le substrat à une succession d'expositions et chaque exposition correspondant à un des susdits termes du développement qui depend de l'angle polaire est réalisée en faisant tourner un masque avec une vitesse de rotation, par rapport au substrat, modulée en fonction de l'angle du masque par rapport au substrat d'une manière inversement proportionnelle à la fonction trigonométrique du terme considéré, augmentée éventuellement d'une constante, le masque étant agencé pour determiner un arc d'exposition, pour un-point donné, tel que l'intégration de l'inverse de la vitesse de rotation modulée sur cet arc d'exposition donne un temps d'exposition qui dépend de l'angle polaire de la même façon que le terme considéré du profil. 2. Procédé selon la revendication I, dans lequel le profil peut être exprimé sous la forme r étant le rayon polaire, e étant l'angle polaire, i pouvant varier de O à n, caractérisé par le fait que lors de chaque exposition correspondant à un terme de cette somme, la vitesse de rotation Cl, du masque par rapport au substrat est modulée en fonction de l'angle a du masque par rapport au substrat suivant la formule Cl, o ui (a) = l+lieOSia où T. est le taux de modulation et Cl, la vitesse i o moyenne, et le susdit masque a une découpe symétrique de part et d'autre d'un rayon. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 pour réaliser un profil de Schmidt elliptisé, caractérisé par le fait que l'on exprime le profil sous la forme z (r,0)=gO(r)+g2(r)cos 20 +g4(r)cos 40 et l'on soumet le substrat à deux expositions successives correspondant aux deux termes du développement dépendant de l'angle polaire, avec modulation de la vitesse de rotation suivant la loi indiquée précédemment, et on ajoute aux deux profils ainsi obtenus un troisième profil de révolution obtenu par une exposition avec un masque tournant à vitesse constante de manière à réali ser,notam'ent,le terme qui ne dépend que du rayon polaire. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, pour réaliser un profil de Schmidt elliptisé, caractérisé par le fait que l'on exprime le profil sous la forme z correspondant à un masque tournant à vitesse constante et une seule exposition avec masque à vitesse de rota tion modulée correspondant au premier terme g2 (r) cos 20 qui dépend de l'angle polaire, la modulation étant effectuée selon la loi Cl, o Cl,2 (a) = 2cos2a 5.Dispositif, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelcoque des revendications 1 à 4, comprenant une source d'émission, un support propre à porter le substrat et permettant d'exposer une face de ce substrat à la source d'émission, un masque rotatif propre à assurer une occultation périodique du substrat, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (M) pour moduler la vitesse de rotation du masque (7) par rapport au substrat (2), en fonction de l'angle (a) de ce masque par rapport au substrat, d'une manière inversement proportionnelle à une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre du susdit angle, ou d'un multiple de l'angle, augmentée éventuellement d'une constante, le masque étant agencé pour déterminer un arc d'exposition d'un point donné tel que l'intégration de l'inverse de la vitesse de rotation modulée sur l'arc d'exposition donne un temps d'exposition dépendant de l'angle polaire selon une fonction trigonométrique, cosinus ou sinus, du premier ordre, de cet angle polaire ou d'un multiple. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens (M) pour moduler la vitesse de rotation du masque sont agencés de manière à assurer une loi de vitesse angulaire w. de la forme Cl, wi (&alpha;) = 1+ #i.cosi&alpha; OÙT. est le taux de modulation et Cl, la vitesse moyenne i o et le masque (7) présente une découpe (F) symétrique de part et d'autre d'un rayon. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens pour moduler la vitesse de rotation du masque comprennent une commande à moteur pas-à-pas avec compteur d'impulsion alimenté par un calculateur et une électronique associee.