Brevet FR2722327A1 — publié le 19960112

1i 2722327 Di spositifde manipulation d'un faisceau de rayons X.... _mis _ar les particules accéléréesdansun synchrotron . _.__.___..__. _ _................ _ _ ---__- ----- L'invention concerne un dispositif de manipulation d'un faisceau de rayons X émis par les particules accélérées par un synchrotron, en particulier pour des appareils d'irradiation, pour la lithographie par gravure profonde aux rayons X, les appareils contenant dans une chambre à vide une table à objet réglable par déplacement de balayage par rapport au faisceau de rayons X provenant du synchrotron qui entre par une fenêtre dans la chambre à vide, pour supporter un objet à irradier. De tels dispositifs d'irradiation sont utilisables pour la fabrication de composants de la technique des microsystèmes, suivant une technologie connue sous le nom de Procédé LIGA (lithographie avec irradiation aux rayons X émis par un synchrotron, technique de moulage galvanique avec coulée de matière synthétique) (LIGA Process, Microelectron. Eng.4(1986) pages 35 à 56). Dans ce procédé, dans l'étape concernant la lithographie par gravure profonde aux rayons X, une couche de vernis sensible est illuminée directement avec un rayonnement X provenant d'un synchrotron à travers un masque à rayons X, avec formation d'une ombre portée, le masque à rayons X et la couche à vernis sensible appliquée sur un substrat étant fixés à cette fin sur une table à objet qui est réglable, par rapport au faisceau de rayons X du synchrotron, en effectuant un mouvement de balayage dont les ampleurs typiques sont d'à peu près 100 mm en direction horizontale et à peu près 5 mm en direction verticale. Par 1 'action du rayonnement dans les zones non occultées, il y a modification de la structure du vernis sensible, de sorte qu'au cours d'un processus de développement subséquent, les surfaces illuminées peuvent être enlevées par désolidarisation de la couche de vernis sensible. Du fait que le faisceau de rayons X du synchrotron présente, pour ce qui concerne ses dimensions et ses propriétés spectrales, des propriétés pratiquement constantes, il est nécessaire pour le grand nombre des différents cas d'application d'entreprendre des modifications qui doivent être effectuées sous-vide et qui devraient n'avoir qu'une faible influence négative sur le déroulement lui-même de l'illumination. Ainsi, en particulier, au point d'inversion du mouvement de balayage, il faut exclure les surexpositions qui pourraient se produire. Le but de l'invention est de ce fait d'établir des propriétés de faisceau de rayons X, dans des conditions de vide, qui soient adaptées au cas d'application spécifiques qu'est la lithographie par gravure profonde aux rayons X, en particulier au régime de balayage. Le problème est résolu selon l'invention au moyen d'un dispositif de manipulation d'un faisceau de synchrotron, en particulier pour des appareils d'irradiation, pour la lithographie par gravure profonde aux rayons X, les appareils contenant dans une chambre à vide, une table à objet réglable par déplacement de balayage par rapport aux faisceaux de synchrotron, qui entre par une fenêtre dans la chambre à vide, pour supporter un objet à irradier, par le fait que, outre une chambre à filtres, montée en amont de la chambre à vide et contenant des filtres pouvant être interposés dans le faisceau de synchrotron, sont prévus, entre la table à objet et la fenêtre, des paires d'écrans déplaçables les uns par rapport aux autres, dont la paire pour laquelle la direction de la mobilité mutuelle des écrans coincide avec le mouvement de balayage est couplée à ce mouvement de balayage. I1 est avantageux que, pour interposer les filtres dans le faisceau du synchrotron, soient prévus des changeurs de filtres, pour lesquels sur une bride à vide pouvant être disposée sur la chambre à vide, est fixé, par l'intermédiaire de tirants, un vérin pneumatique, dont le déplacement est transmis, par une tringlerie qui se prolonge à l'intérieur d'un manchon de guidage et d'un soufflet à membrane, à une bielle à laquelle est fixée un porte-filtre. Le porte- filtre peut être composé de deux éléments cadre pourvus d'une ouverture en forme de trou oblong adaptée à la section transversale du faisceau de rayons issus du synchrotron. Avantageusement, la paire d'écrans déplaçables l'un par rapport à l'autre fait partie d'une première unité de limitation de rayons, délimitant horizontalement le faisceau de rayons du synchrotron. Pour chacun des écrans déplaçables l'un par rapport à l'autre, sont montés au moyen d'éléments support sur une plaque de montage, rigidement une glissière de guidage et à rotation une broche sur laquelle une noix porte l'un des écrans. Des capteurs fixés sur la plaque de montage servent au positionnement des écrans. L'autre paire d'écrans déplaçables l'un par rapport à l'autre fait partie d'une deuxième unité de limitation de rayons délimitant verticalement le faisceau de synchrotron et dans laquelle le déplacement des écrans est réalisé au moyen d'éléments d'entraînement correspondant pratiquement à ceux des écrans et qui sont fixés à la partie mobile de la table à objet. Le dispositif selon l'invention réalise simultanément à l'aide d'une sélection spectrale une limitation au niveau des bordures du faisceau de rayons X liée à une exclusion des surexpositions aux points d'inversion de la table à objet. L'invention doit être expliquée ci-après plus en détails, à l'aide du dessin schématique, dans lequel: La figure i représente un appareil d'irradiation pour la lithographie par gravure profonde aux rayons X, la figure 2 représente un changeur de filtres pour une chambre à filtres, la figure 3 représente une chambre à filtres convenant pour l'utilisation dans un appareil d'irradiation, la figure 4 représente une unité de limitation de rayons à action horizontale, en vue dans le sens inverse de la direction de propagation du rayon, la figure 5 représente une vue de dessus de l'unité de limitation de rayons de la figure 4, la figure 6 représente une unité de limitation de rayons à action verticale, en vue dans la direction de propagation du rayon. Dans l'appareil d'irradiation représenté de façon très simplifiée sur la figure 1, un tube à rayons 1 destiné à un faisceau 2 de rayons X émis par les particules accélérées dans un synchrotron, dans lequel est utilisée une chambre à filtres 3, débouche par une fenêtre 4 dans une chambre à vide 5 servant de chambre de travail. La chambre à vide 5 contient une table à objet 6 entraînée de l'extérieur, qui déplace un masque à rayons X 7 et un vernis photorésistant 8 sensible aux rayons X par rapport au faisceau 2, ceci suivant un mouvement de balayage vertical. Entre la fenêtre 4 et la table à objet 6 sont disposées des unités de limitation de rayons 9, 10 décrites plus en détails sur les figures 4, 5 et 6. Dans le changeur de filtres représenté sur la figure 2, destiné à être utilisé dans une chambre à filtres 3, représentée sur la figure 3 plus distinctement que sur la figure 1, est fixé un vérin pneumatique 13 d'un entraînement pneumatique, sur une bride à vide 11, par l'intermédiaire de tirants 12. Le vérin pneumatique 13 produit, par alimentation à volonté en air comprimé sur une admission d'air comprimé supérieure 14 et une admission d'air comprimé inférieure 15, un déplacement translatoire d'un vérin moteur installé intérieurement. Cette alimentation peut être commandée électriquement au moyen d'éléments électropneumatiques appropriés. Le déplacement est dirigée par une tringlerie 16 sur la face supérieure de la bride à vide 11. La tringlerie 16 est prolongée à l'intérieur d'un manchon de guidage 17 et d'un soufflet à membrane 18. La tringlerie est reliée rigidement à la face, obturée de façon étanche au vide, du soufflet à membrane 18. La périphérie extérieure de l'autre face 20 du soufflet à membrane 18 est fixée de façon étanche au vide sur la bride à vide 11. Les irrégularités entre la translation définie par le déplacement du vérin moteur situé à l'intérieur du vérin pneumatique 13 et la translation définie par le déplacement de la tringlerie 16 dans le manchon de guidage 17 sont compensées au moyen d'un couplage approprié disposé à l'intérieur de la tringlerie 16. En face inférieure 19 du soufflet à membrane 18 est fixée une unité composée d'une bielle 21, d'une pince 22 et d'un porte-filtre 23 qui effectue un mouvement translatoire lors de la manipulation sur le vérin pneumatique 13. Le porte-filtre 23 peut être désolidarisé par desserrage ou serrage de la pince 22 vis-à-vis de la bielle 21. Le porte-filtre 23 est composé comme on le voit sur la figure 3 de deux éléments cadres 24 et 25. Chacun de ces éléments cadres 24, 25 contient une ouverture 26 en forme de trou oblong. Après desserage de la liaison vissée, il est possible d'insérer entre les éléments cadres 24, 25 un matériau filtrant, se présentant sous forme de feuille ou de tôle, et de le serrer entre eux par vissage. Selon la figure 3, la chambre à filtres 3, réalisée sous forme de pièce en T ou en croix, contient plusieurs (par exemple cinq) de ces changeurs de filtres, désignés par 27. La chambre à filtre 3 est disposée dans le tube de rayons 1 destiné au faisceau de synchrotron 2, de manière que, dans la position supérieure du vérin moteur d'un entraînement pneumatique, le porte-filtre 23 avec le matériau filtrant soit situé à l'extérieur de la zone du faisceau 2 de rayons X du synchrotron et que, dans l'autre position du vérin moteur du porte- filtre 23, il soit positionné de manière que le faisceau de synchrotron 2 soit soumis à l'influence du matériau filtrant. L'ouverture 26 en forme de trou oblong est d'une forme telle que, dans la position o aucun matériau filtrant n'est inséré, l'ensemble du rayonnement de synchrotron passe par le porte-filtre. Le changement de filtres peut s'effectuer automatiquement sans avoir à aérer la chambre à filtres 3, au moyen d'une commande électropneumatique. Dans l'unité de limitation de rayons 9, qui est composée, de manière correspondante aux figures 4 et 5, d'une paire d'écrans 28, 29 déplaçables horizontalement l'un par rapport à l'autre, sont montées, sur une plaque de montage 30 par des éléments supports 31, rigidement une glissière de guidage 32 et à rotation une broche 33. Une noix 34 sur laquelle l'écran 28 est fixé est monté sur la broche 33, l'écran 28 pouvant être positionné latéralement au moyen d'une rotation de la broche 33 provoquée à l'aide du groupe moteur 35, de manière analogue à ce qu'il en est pour la noix 34. La noix 34 est bloquée en rotation sur la glissière de guidage 32 au moyen d'un couplage 36. Un ajustement automatique et une commande de l'écran 28 est possible au moyen de capteurs 37 appropriés. Tandis que l'écran 28 est disposé par rapport au faisceau 2 de rayons X de synchrotron de manière à ce qu'une partie voulue, en commençant par la droite sur la figure, soit absorbée par l'écran 28, est effectuée à l'aide de l'écran 29, dont les éléments d'entraînement correspondent à ceux de l'écran 28, et qui, par souci de clarté, n'est pas pourvue de numéro de référence, une limitation du faisceau 2 de rayons X du synchrotron en commençant par la gauche. A i 'aide des deux écrans 28, 29 il est possible de sélectionner une partie de largeur modifiable dans le faisceau 2 de rayons X du synchrotron. Le mouvement peut, comme décrit ici, s'effectuer automatiquement par commande électrique ou bien, sous une forme simplifiée, par des manipulations manuelles sur des systèmes simplifiés. La figure 6 représente l'unité de limitation de rayons avec une paire d'écrans 38, 39 déplaçables verticalement l'un par rapport à l'autre, écrans dont le déplacement translatoire est obtenu au moyen d'éléments d'entraînement qui correspondent à ceux des écrans 28, 29. Une possibilité de réglage indépendante du fait de la configuration de la construction, est assurée tant entre les unités de 1 imitation de rayons 8 et 9 qu'également les écrans 28 et 29 et les écrans 38 et 39. Les deux écrans 38, 39 se déplacent par leurs fixations, réalisées par l'intermédiaire des éléments d'entraînement, sur la partie mobile de la table à objet 6, avec celle-ci, de sorte qu'un réglage de la position de l'écran 38 dans une première position voulue de la table à objet 6 et un réglage de la position de l'écran 39 dans une deuxième position voulue de la table à objet 6, provoquent une absorption de l'intensité totale du faisceau 2 de rayons X du synchrotron. Pour produire un modèle à l'aide de la lithographie par gravure profonde aux rayons X, les deux positions de la table à objet 6 peuvent être le point d'inversion inférieur et supérieur d'un mouvement de balayage continu de sorte qu'une surexposition du vernis sensible 8, sensible aux rayons X, est évitée dans ces zones et la zone à illuminer est délimitée avec netteté et prec isi on. En outre il est possible avec la paire des écrans 38, 39 déplaçables verticalement l'un par rapport à l'autre, d'effectuer également une définition souhaitée d'une zone d'illumination délimitée verticalement du vernis sensible aux rayons X. Le déplacement peut, de même que pour la paire des écrans 28, 29 déplaçables horizontalement l'un par rapport à l'autre, s'effectuer au moyen d'une commande électrique, automatiquement ou bien sous une forme simplifiée, par des manipulations manuelles sur des systèmes simplifiés. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de manipulation d'un faisceau de rayons X généré par les particules accélérées dans un synchrotron, en particulier pour des appareils d'irradiation, pour la lithographie par gravure profonde aux rayons X, les appareils contenant dans une chambre à vide une table à objet réglable par déplacement de balayage par rapport aux faisceaux de rayons X du synchrotron, qui entre par une fenêtre dans la chambre à vide, pour supporter un objet à irradier, caractérisé en ce que, outre une chambre à filtres (3), montée en amont de la chambre à vide (5) et contenant des filtres pouvant être interposés dans le faisceau de synchrotron, sont prévus, entre la table à objet (6) et la fenêtre (4), des paires d'écrans (8, 29, 38, 39) déplaçables les uns par rapport aux autres, dont la paire pour laquelle la direction de la mobilité mutuelle des écrans qui coïncide avec le mouvement de balayage est couplée à ce mouvement d'exploration. 2. - Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour inserrer les filtres dans le faisceau (2) de rayons X du synchrotron sont prévus des changeurs de filtres (27), pour lesquels sur une bride à vide (11) pouvant être appliquée sur la chambre à vide, est fixé par l'intermédiaire de tirants (12) un vérin pneumatique (131, dont le déplacement est transmis par une tringlerie (16) qui se prolonge à l'intérieur d'un manchon de guidage (17) et d'un soufflet à membrane (18), à une bielle (21) à laquelle est fixée un porte-filtre (23). 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le porte-filtre (23) est composé de deux éléments cadre (24, 25) pourvus d'une ouverture (26) en forme de trou oblong adaptée à la section transversale du faisceau de synchrotron (2). 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une paire d'écrans (28, 29) dêplaçables l'un par rapport l'autre fait partie d'une première unité de limitation de rayons (9), délimitant horizontalement le faisceau (2) de rayons X du synchrotron. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l'unité de limitation de rayons (9), pour chacun des écrans déplaçables l'un par rapport â l'autre, sont montées au moyen d'éléments supports (31) sur une plaque de montage (301, rigidement une glissière de guidage (32) et à rotation une broche (33) sur laquelle une noix (34) porte l'un des écrans (28, 29) et en ce que des capteurs (37) sont prévus sur la plaque de montage (30) pour assurer le positionnement des écrans (28, 29). 6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre paire d'écrans (38, 39) déplaçables l'un par rapport à l'autre fait partie d'une deuxième unité de limitation de rayons (10) délimitant verticalement le faisceau (2) de rayons X du synchrotron et dans laquelle le déplacement des écrans (38, 39) est réalisé au moyen d'éléments d'entraînement correspondant pratiquement à ceux des écrans (28, 29) et étant fixés à la partie mobile de la table à objet (6).