Brevet FR2663439A1 — publié le 19911220

La présente invention a pour objet un procédé permettant de réaliser sur un substrat la gravure d'informations, en particulier sous la forme de creux discrets ménagés dans la surface du substrat, notamment pour la fabrication de disques optiques, ou encore d'effectuer la réalisation de motifs, suivie d'opérations telles que la gravure, le dépôt, la diffusion ou l'inplantation ionique de composés divers dans cette surface, comme il est classique dans l'industrie des semiconducteurs pour la réalisation de composants ou de circuits intégrés. On connaît les techniques usuelles de fabrication de disques optiques, destinés à une commercialisation à grande échelle, qui consistent à appliquer sur le substrat, constitué par un flan en un matériau relativement souple, notamment en polycarbonate, une couche de résine polymérisable, l'information étant imprimée dans cette couche par pressage du disque sur une matrice en un matériau plus dur, par exemple en nickel. La couche de résine ainsi formée et comportant en creux, la réplique des empreintes en relief de la matrice, est ensuite durcie par exposition à un rayonnement ultra-violet, le disque étant habituellement achevé par dépôt d'une couche de métallisation mince et uniforme, suivi d'un éventuel revêtement de finition et s'il y a lieu d'une impression sérigraphique, elle-même revêtue d'une couche finale d'un vernis de protection. On connaît également divers procédés de réalisation de disques à substrat en verre, le brevet français FR-A- 2 608 589 donnant à titre indicatif, un exemple de mise en oeuvre, d'ailleurs non exclusif, d'un tel procdé. Dans ce cas, le disque de verre est revêtu d'une couche mince de résine photosensible, qui est ensuite exposée à un rayonnement ultra-violet, de manière à sensibliser certaines parties de la résine selon un mode opératoire classique en technique de photolithogravure. L'ensemble est ensuite développé par voie chimique, de manière à éliminer les parties de la résine impressionnées ou non par le rayonnement, selon que la résine est positive ou négative.La partie restant sur le flan de verre constitue un masque, protégeant celui-ci pendant l'opération suivante de gravure du substrat dans les parties dépourvues de résine, cette gravure s'effectuant par voie chimique ou par action d'un plasma approprié. La couche de résine photosensible est alors éliminée complètement et le disque terminé de façon connue par dépôt d'une couche de métallisation et éventuellement d'une couche de protection finale.A noter que ce procédé s'applique de façon tout à fait similaire pour la fabrication en microélectronique de composants semiconducteurs ou de circuits intégrés, le substrat de verre étant remplacé par une plaquette d'un matériau semiconducteur, généralement en silicium, en oxyde de silicium, arséniure de gallium ou autre, dans lequel on procède de façon analogue au dépôt ou au dopage par des substances appropriées, réalisant les jonctions semiconductrices nécessaires. Or, ces procédés connus, pour le traitement d'un substrat de disque optique ou d'une plaquette de matériau semiconducteur, exigent l'utilisation de machines de photogravure, qui sont d'une utilisation très délicate et surtout d'un prix de revient particulièrement élevé. La présente invention a pour objet un procédé de traitement, en particulier de gravure d'un substrat, qui pallie cet inconvénient, en évitant l'enregistrement direct des informations dans ce substrat et en particulier l'impression de celui-ci par le procédé classique de photolithogravure, donc l'usage de machines complexes, de coût notable et nécessitant des interventions longues et délicates. Le procédé selon l'invention permet par ailleurs de transmettre de façon répétitive des informations codées ou non, dont la représentation matérielle correspond à une succession de creux ménagés dans le substrat et dont les dimensions physiques minimales peuvent être notamment inférieures au micromètre. A cet effet, le procédé considéré se caractérise en ce qu'il consiste successivement, à partir d'un substrat plan à traiter, à déposer sur ce substrat une couche mince de résine photopolymérisable, à appliquer étroitement sur la couche mince de résine, éventuellement superficiellement durcie, une matrice en un matériau dur, comportant des empreintes en relief pour matérialiser en creux les informations à transférer dans le substrat, à durcir la couche de résine après ou le cas échéant au cours de l'operation d'application de la matrice, à effectuer un nettoyage ultérieur du substrat au fond des creux ménagés dans la couche de résine par les empreintes de la matrice pour découvrir le substrat, et à effectuer un traitement de ce substrat à travers ces creux, selon un processus particulier, fonction des usages envisagés. Ainsi et lorsque le substrat est destiné à constituer un disque optique, et est notamment constitué par un flan de verre, le traitement réalisé consiste en une gravure du substrat au moyen d'un plasma réactif ou d'un faisceau d'ions, ou encore par voie chimique. En revanche, lorsque le substrat est une plaquette d'un matériau semiconducteur, notamment destinée à la fabrication de composants électroniques ou de circuits intégrés, le traitement consiste selon le cas en une réalisation de motifs servant ensuite à des opérations de gravure, de dépôt, de dopage ou d'implantation ionique d'une ou de plusieurs substances appropriées. Dans l'un et l'autre cas et selon une caractéristique particulière du procédé considéré, le traitement du substrat est suivi d'un nettoyage final de sa surface, puis éventuellement du dépôt d'une couche d'un revêtement métallique et, s'il y a lieu, d'un revêtement final d'un vernis de protection. Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention peut comporter, après le dépôt de la couche mince de résine et avant l'application de la matrice en matériau dur, une phase de durcissement superficiel de la couche mince. Avantageusement mais de façon non exclusive, l'épaisseur de la couche de résine est choisie égale ou inférieure à un micromètre, le durcissement superficiel éventuel et le durcissement final de cette couche étant obtenus par exposition à un rayonnement ultra-violet. De préférence également, la matrice en matériau dur est réalisée en nickel. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, en elles-mêmes connues mais avantageusement mises en oeuvre dans le procédé considéré, le nettoyage du substrat au fond des creux ménagés par les empreintes de la matrice dans la couche de résine, est réalisé par voie chimique ou de préférence à l'aide d'un plasma réactif contenant des ions fluor, additionnés d'oxygène. La gravure du substrat au fond des creux après nettoyage est de préférence réalisée au moyen d'un plasma réactif différent, contenant des ions fluor additionnés d'argon. Enfin, le second nettoyage après gravure du substrat, est préférentiellement obtenu de manière identique au premier nettoyage. Dans le cas où le substrat ainsi traité est revêtu d'un dépôt métallique, celui-ci présente généralement une épaisseur de l'ordre de 100 à 120 nanomètres, mais qui peut être d'une valeur supérieure ou inférieure en fonction de l'utilisation du substrat, le métal de cette couche étant avantageusement choisi parmi l'or, l'argent ou l'aluminium. Eventuellement, si le substrat ainsi traité est prévu pour constituer un disque enregistrable, le dépôt métallique est remplacé par celui d'une ou plusieurs couches sensibles appropriées. Le procédé selon l'invention permet ainsi, quel que soit le mode de réalisation envisagé et l'application proposée, de traiter et en particulier de graver un substrat d'une façon indirecte, à partir d'une impression effectuée par une matrice en un matériau dur, appliquée sur une couche mince et uniforme en un matériau tendre, préalablement déposée sur le substrat et durcie après ou pendant l'application de la matrice, la gravure ultérieure proprement dite étant réalisée de façon connue. Ce procédé permet d'obtenir le transfert d'informations à partir des empreintes de la matrice pouvant comprendre des dimensions critiques, inférieures à un micromètre, sans avoir recours à un enregistrement séquentiel direct ou à une duplication globale par photolithogravure. D'autres caractéristiques du procédé de traitement d'un substrat en verre ou en un matériau semiconducteur selon l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence à la planche de dessins annexée, sur laquelle les vues repérées a à h représentent le substrat traité à travers les étapes successives, caractérisant ce procédé. Sur la Figure a, la référence S désigne un flan ou disque mince analogue, destiné à former le substrat d'un disque optique numérique notamment, ce substrat étant de préférence réalisé en verre. Sur le substrat S est alors déposé, comme illustré sur la Figure b, une couche mince 1 d'une résine photopolymérisable, dont l'épaisseur est généralement choisie inférieure au micromètre. Le cas échéant, la couche 1, une fois mise en place d'une façon en elle-même connue par enduction ou projection sur le substrat S, soumise à un rayonnement ultra-violet de courte durée, par exemple de l'ordre de quelques secondes, afin d'obtenir un léger durcissement superficiel de cette couche. La couche de résine photopolymérisable i subit alors une opération de pressage mécanique, au moyen d'une matrice 2, comme schématiquement illustré sur la Figure c, cette matrice étant réalisée en un matériau dur approprié, notamment en aluminium ou de préférence en nickel, ou encore en tout autre métal ou alliage convenant à ce genre d'opération. La matrice 2 présente en relief des parties en saillie ou empreintes 3, préalablement réalisées sur la matrice et représentant les informations à graver ultérieurement sur le substrat S, ces empreintes en saillie s'imprimant en creux dans la couche de résine 1, en formant dans celle-ci une réplique directe de la matrice.Au cours de cette opération ou immédiatement après celle-ci, on soumet le substrat à un nouveau rayonnement ultra-violet mais pendant une durée plus longue, de l'ordre de quelques dizaine de secondes à quelques minutes, afin d'obtenir un durcissement complet de la couche de résine 1. Le temps de durcissement est à chaque fois déterminé suivant la nature de la résine utilisée. Dans l'étape suivante, illustrée sur la Figure d, la matrice 2 est retirée en laissant subsister au fond de chaque creux correspondant à une empreinte 3 de la matrice, une très mince pellicule de résine 4, dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques nanomètres. Cette pellicule 4 est alors éliminée par une opération de nettoyage du substrat S, soit par voie chimique, soit de préférence à l'aide d'un plasma réactif contenant des ions fluor additionnés d'oxygène. Après cette opération, apparaît au fond des creux dans la couche 1 la surface de verre du substrat, parfaitement propre et notamment débarrassée de toute trace de résine. On procède alors, comme illustré sur la Figure e, à la gravure du substrat S, en utilisant de préférence un plasma réactif d'un autre type, par exemple un plasma contenant des ions fluor additionnés d'argon. Une fois la gravure du disque de verre achevée, on réalise un second nettoyage complet de la surface du substrat afin de supprimer le reliquat de résine subsistant sur la surface du disque entre les creux correspondant aux empreintes et à travers lesquels a été réalisée la gravure. Ce second nettoyage peut être à nouveau réalisé par voie chimique ou par tout autre processus habituel. Finalement, le substrat S présente une surface gravée, comme illustré sur la Figure f où les creux obtenus correspondent aux informations à lire dans le disque lors de son utilisation finale. Lorsque que le substrat S est en verre et destiné, comme dans l'exemple considéré, à la fabrication d'un disque optique, on procède sur ce dernier à deux étapes finales, dont l'une consiste, comme illustré sur la Figure g, à déposer sur la surface gravée du substrat une mince couche métallique 5 dont l'épaisseur peut être comprise entre 100 et 120 nanométres et de préférence égale à 110 nanomètres, cette couche métallique étant destinée à servir de réflecteur pour l'ensemble du disque.Le métal de cette couche peut être constitué, à titre d'exemple, par de l'aluminium, de l'argent, de l'or ou par tous autres matériaux possédant de bonnes qualités de réflexion ; elle présente une épaisseur uniforme sur toute la surface du disque et reproduit en creux les gravures réalisées pendant l'étape précédente afin de permettre la lecture du disque. Dans la dernière étape de fabrication, représentée sur la Figure H, la couche métallique précédente peut être protégée par une pellicule de finition 6 sur la surface de laquelle peut être déposée une sérigraphie, à son tour protégée par une couche de vernis 7. Cette couche de finition peut être, soit un vernis, soit un oxyde ou un nitrure métallique, soit encore une couche de protection en matériau dur, tel que par exemple un carbure ou une céramique. En variante et dans le cas d'un disque enregistrable, la couche métallique 5 peut être remplacée par une ou plusieurs couches sensibles appropriées. Les diverses étapes du procédé selon l'invention décrites ci-dessus, peuvent être mises en oeuvre de manière très sensiblement analogues pour la fabrication non plus d'un disque optique à substrat de verre, mais pour réaliser des composants électroniques discrets ou des circuits intégrés, l'étape de gravure du substrat S à travers les creux ménagés dans la couche de résine consécutivement à l'application de la matrice de pressage, pouvant être remplacée par une opération telle que le dépôt, la diffusion, l'implantation ionique ou la métallisation au moyen de composés particuliers. Dans ce cas, le substrat S est constitué par un matériau semiconducteur, notamment à base de silicium, d'oxyde de silicium, d'arséniure de gallium ou autre. Toutes les autres étapes du procédé restent ensuite identiques. Le procédé selon l'invention permet ainsi de réaliser de façon très simple un nombre élevé de disques en verre ou comportant un substrat d'une autre nature, à partir d'une matrice unique en matériau dur, sans nécessiter un enregistrement direct ou par photolithographie, en évitant dès lors l'utilisation de machines couteuses, nécessitant des interventions longues et délicates. Ce procédé permet par ailleurs de transférer sur le substrat de façon répétitive des informations correspondant à une modification de la surface de ce substrat, avec des creux et des reliefs dont les dimensions physiques minimales peuvent être inférieures au micromètre. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le traitement d'un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste successivement, à partir d'un substrat plan (S) à traiter, à déposer sur ce substrat une couche mince (1) de résine photopolymérisable, à appliquer étroitement sur la couche mince de résine, éventuellement superficiellement durcie, une matrice (2) en un matériau dur, comportant des empreintes en relief (3) pour matérialiser en creux les informations à transférer dans le substrat, à durcir la couche de résine après ou le cas échéant au cours de l'opération d'application de la matrice, à effectuer un nettoyage ultérieur du substrat au fond (4) des creux ménagés dans la couche de résine par les empreintes de la matrice pour découvrir le substrat, et à effectuer un traitement de ce substrat à travers ces creux, selon un processus particulier, fonction des usages envisagés. 2 - Procédé selon la revendication 1, pour le traitement d'un substrat destiné à constituer un disque optique et notamment constitué par un flan de verre, caractérisé en ce que le traitement réalisé consiste en une gravure du substrat au moyen d'un plasma réactif ou d'un faisceau d'ions, ou encore par voie chimique. 3 - Procédé selon la revendication 1, pour le traitement d'un substrat destiné à constituer un composant électronique discret ou un circuit intégré et constitué d'une plaquette d'un matériau semiconducteur, caractérisé en ce que le traitement réalisé consiste, selon le cas, en un transfert de motifs servant ensuite à des opérations de gravure, de depôt, de dopage ou d'implantation ionique d'une nu de plusieurs substances appropriées. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement du substrat est suivi d'un nettoyage final de sa surface, puis éventuellement du dépôt d'une couche d'un revêtement métallique (5) et, et,s'il y a lieu, d'un revêtement final (6) d'un vernis de protection. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, après le dépôt de la couche mince de résine et avant l'application de la matrice en matériau dur, une phase de durcissement superficiel de la couche mince. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de résine est choisie égale ou inférieure à un micromètre, le durcissement superficiel éventuel et le durcissement final de cette couche étant obtenus par exposition à un rayonnement ultra-violet. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matrice (2) en matériau dur est réalisée en nickel. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le nettoyage du substrat au fond des creux ménagés par les empreintes de la matrice dans la couche de résine, est réalisé par voie chimique ou de préférence à l'aide d'un plasma réactif contenant des ions fluor, additionnés d'oxygène. 9 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gravure du substrat au fond des creux est réalisée au moyen d'un plasma réactif, contenant des ions fluor additionnés d'argon. 10 - Procédé selon les revendications 1, 2 et 8, caractérisé en ce que le second nettoyage après gravure du substrat, est préférentiellement obtenu de manière identique au premier nettoyage. 11 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dépôt métallique présente généralement une épaisseur de l'ordre de 100 à 120 nanomètres, le métal de cette couche étant choisi parmi l'or, l'argent ou l'aluminium 12 - Procédé selon les revendications 2 et 4, dans lequel le substrat est prévu pour constituer un disque enregistrable, caractérisé en ce que le dépôt métallique est remplacé par celui d'une ou plusieurs couches sensibles appropriées.