Brevet FR2823865A1 — publié le 20021025

pourue d'attaches(10) destnées à suspendre les objets fragiles à photographier. PROCEDE DE LITHOGRAPHIE EN SURFACE D'UN SUBSTRAT A FORTE TOPOLOGIE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un procédé de lithographie en surface d'un substrat à forte topologie. Etat de la technique Dans le domaine des capteurs ou de la microconnsctique, il est courant d'avoir à réaliser des lithographies sur des substrats à forte topologie, présentant des cavités profondes, des trous travereant ou des trous borgnes. Une dépose classique de résine à la tournette sur de tels substrats est difficile ou même impossible à réaliser: une telle dépose entraîne, en effet, une absence de résine sur les marches, un surplus ou un manque de résine dans les trous, et même des comètes (stries radiales de résine plus épaisses au voisinage d' accidents de surface) et donc des défauts de lithographie. Les problèmes posés par de tels circuits à forte topologie sont analysés dans le document référencé [1] en fin de description. Différentes solutions de l'art connu ont tenté de résoudre un tel problème: - une première solution consiste à utiliser des tournettes spéciales avec couvercle. Mais il existe touj ours un problème de rétractation de la résine au passage de marches lors des recuits nocessaires, B 13894.3 DB - une autre solution consiste à utiliser un dépôt par spray. Mais le résultat obtenu n'est pas très bon. De plus, chaque configuration exige une mise au point particulière, - une autre solution consiste à utiliser un dépôt électrolytique. Mais une telle solution est limitée en résolution à plusieurs dizaines de micromètres et nécessite une sous- couche conductrice: Le doeument référencé [1] en fin de description, pour résoudre le problème rencontré lors d'une photolithographie sur des surfaces non planaires présentant des arêtes vives, envisage ainsi la réalisation d'épargne gravure par dépôt électrolytique. - une autre solution consiste à planariser le substrat en remplissant les trous avec une substance adaptée, résine par exemple, et en repolissant de façon sélective pour retomber sur le plan du substrat et les éventuels niveaux déjà existants. Mais une telle solution est délicate et complexe à réaliser: le document référencé [2] en fin de description, pour résoudre le problème de planarisation et de remplissage de trous pour des substrats à forte topologie, envisage un revêtement à l 'aide d'une couche épaisse d'épargne gravure ou de polyimide, dans lequel l'épaisseur du revêtement est beaucoup plus grande que les fortes topographies de surface. Pour la gravure en retrait du polyimide, la méthode de gravure à plasma conventionnelle est utilisée. - une solution plus intéressante consiste à utiliser des films secs photosensibles que l'on dépose entre rouleaux sur le substrat. Toutefois, dans cette B 13894.3 DB i 2823865 solution le film doit être suffisamment solide, donc assez épais: son épaisseur est d' environ 25 micromètres. On est donc limité en résolution. Il est très difficile d'obtenir des motifs inférieurs à 50 micromètres avec de tels films. Toutes ces solutions entraînent une diminution de résolution et sont complexes à mettre en _uvre. L' invention a pour objet de pallier les inconvénients de ces solutions de l'art connu. Exposé de 1' invention L' invention concerne un procédé de lithographie en surface d'un substrat à forte topologie comprenant les étapes d'une lithographie classique, caractérisé en ce qu'il comporte, préalablement à ces étapes, une étape de dépôt d'un film sec sur toute la surface du substrat et une étape de gravure de ce film de façon à ne laisser recouverts que les reliefs en creux, et postérieurement à ces étapes, une étape de suppression des parties restantes de ce film sec. Le film sec a une épaisseur comprise entre et 50 micromètres. Avantageusement, un petit trou est prévu dans le film sec au-dessus de chaque relief en creux. La structuration du film sec est réalisée selon des étapes d' insolation, de développement, de reanit, et éventuellement une étape ultérieure d'élimination des bavures par plasma 02. Avantageusement, l' insolation est réalisée par projection; des petits trous étant prévus dans le film sec sur le masque d' insolation. Le procédé de l' invention présente de nombreux avantages: - il rend possible la réalisation d'une lithographie fine sur un substrat à topologie fortement tourmentée, - il ne nécessite aucune machine supplémentaire compliquce ou spéciale, si ce n'est une machine très simple utilisce pour le dépôt du film sec. - il permet de réaliser une continuité entre un motif "grossier" (pavé de film sec) recouvrant un trou et un motif fin situé à proximité. Une telle caractéristique est notamment intéressante quand on veut sortir un conducteur de ce trou et le continuer par un conducteur fin en surface. Brève description des dessins La figure illustre une vue en coupe d'un substrat pour lequel a été mis en _uvre le procédé de l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation On entend par lithagraphie, non seulement le dépôt et la structuration d'une résine mais aussi toutes les actions requises sur la couche sous-jacente (gravure, implantation, dépôt d'autres couches,...) Le procédé de lithographie en surface d'un substrat à forte topologie selon l' invention comprend les étapes suivantes: - une étape de dépôt d'un film sec sur toute la surface du substrat, B 13894.3 DB - une étape de gravure de ce film de façon à ne laisser recouverts que les reliefs en creux, - les étapes d'une lithographie classique bien connues de l'homme du métier, et - une étape de suppression des parties restantes du film sec. Le procédé de l'invention consiste à recouvrir des trous et des cavités avec un film sec. dont l' extension est ensuite limitée uniquement au recouvrement de telles topologies. L' invention consiste donc à boucher les trous par des pavés de film sec. On obtient alors une surface à faible topologie qui permet de réaliser une lithographie classique sur les zones laissses libres. On peut utiliser sur le substrat ainsi rendu planaire une résine classique permettant d'atteindre les résolutions habituelles, de l'ordre du micromètre. La figure illustre alors un substrat 10 comportant des trous borgnes 11 ou des trous traversants 12 sur lesquels sont disposés des pavés de film sec 13, d'épaisseur d' environ 25 micromètres, par exemple. Sur cette figure sont également représentés des pavés d'une couche de lithographie fine 14 (résine) dont l'épaisseur est par exemple comprise entre 1 et 2 micromètres, et un recouvrement possible 15 qui permet de réaliser une continuité entre un pavé de film 13 et un pavé de couche fine 14. En fin de lithographie on supprime lesdits pavés de film sec ainsi réalisés. B 13894.3 DB Ce film est en général en un polymère photosensible comme le film Laminar série 5000 de SHIPLEY. Comme illustré sur la figure, la structuration du film sec a lieu uniquement sur les trous ou cavités, selon des étapes d'insolation, de développement, de reanit et éventuellement d'élimination des bavures par plasma 02; de telles étapes étant bien connues de l'homme du métier. L' insolation est réalisée préféren tiellement par projection pour éviter tout problème de collage sur le masque d' insolation. En cas d'étape de recuit du film, il peut se produire un gonflement voire un éclatement du film par dogazage dans des cavités ou trous borgnes. Un tel problème peut être évité en prévoyant un petit trou dans le film sur le masque d' insolation; ce trou étant le plus petit possible pour ne pas gêner la lithographie ultérieure en résine classique, idéalement de quelques microns mais pouvant aller jusqu'à une trentaine de microns. Le dépôt ultérieur de résine fine peut avoir lieu à la tournette. La structuration de cette résine comporte alors une étape d' insolation et une étape de développement. Le procédé de l 'invention est très avantageux pour des substrats comportant des trous ou cavités d'un diamètre supérieur à 10 micromètres. Pour des diamètres inférieurs à 10 micromètres, le procédé de l 'invention peut aussi être utilisé, car il est plus pratique que les procédés de l'art connu. B 13894.3 DB REFERENCES [1] "Photolithography on micromachined 3D surfaces using electrodeposited photoresists" de P. Kersten, S. Bouwstra et J.W. Petersen (Sensors and Actuators, A(51), 1995, pages 51 à 54). [2] "Planarization and French filling on severe surface topography with thick photoresist for MEMS" de Jun Bo Yoon, Gilbert Y. Oh, Chul-Hi Han, Euisik Yoon et Choong-Ki Kim. (INIST, CNRS, 1999, pages 297 à 306). B 13894.3 DB REVENDICATIONS 1. Procédé de lithographie en surface d'un substrat à forte topologie comprenant les étapes d'une lithographie classique, caractérisé en ce qu'il comporte, préalablement à ces étapes, une étape de dépôt d'un film sec (13) sur toute la surface du substrat et une étape de gravure de ce film de façon à ne laisser recouverts que les reliefs en creux (11, 12), et postérieurement à ces étapes, une étape de suppression des parties restantes de ce film sec. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le film sec a une épaisseur comprise entre 10 et micromètres. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un petit trou est prévu dans le film sec au- dessus de chaque relief en creux. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la structuration du film sec est réalisée selon des étapes d' insolation, de développement, et de recuit. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite structuration comporte une étape ultérieure d'élimination des bavures par plasma 02. B 13894.3 DB 6. Proceeds selon la revindication 4, dans lequel l'insolaLion esL realize par Projection. 7. Proceeds salon la revendicaLion 6, Dana lequel des peLiLs Lrous song proves dans le film sea sag le masque d'insolaLion.