Brevet FR2859035A1 — publié le 20050225

DISPOSITIF DE MARQUAGE, ARTICLE INTEGRANT UN TEL DISPOSITIF DE MARQUAGE, ET APPAREIL DE DETECTION DE MARQUAGE. Domaine Technique La présente invention concerne un dispositif permettant d'assurer le marquage d'articles très variés, en vue d'assurer notamment leur identification, de manière par exemple à pouvoir en contrôler la circulation sur le marché. Elle vise plus particulièrement un dispositif de marquage incluant un agencement de motifs réalisé sur un élément en matériau semi-conducteur. L'invention concerne également un appareil de détection agencé pour analyser ce type de dispositif de marquage. L'invention vise plus particulièrement une nouvelle architecture de ce type de dispositif de marquage qui augmente très fortement le nombre d'informations susceptibles d'être codées dans un dispositif de marquage, sans augmenter les dimensions de ce dernier. Elle vise également à obtenir un très haut niveau de sécurité, en limitant très fortement tout risque de falsification. Techniques antérieures Pour certains produits industriels ou manufacturés, il peut être important, voire primordial, d'assurer l'identification de chaque article mis sur le marché. En effet, dans certains cas, le fabricant peut avoir intérêt à avoir accès à des informations relatives à un article en particulier, par exemple pour vérifier si cet article à une date limite de consommation, ou s'il se trouve dans les circuits de distribution dans lesquels le fabricant l'avait orienté initialement. Sur ce dernier aspect, la distribution peut être organisée de telle sorte que les quantités disponibles et les prix pratiqués soient adaptés à un marché donné, et diffèrent par exemple des prix pratiqués dans un autre circuit de distribution. Pour empêcher que des produits destinés à un canal de distribution ne se retrouvent sur un autre, il est nécessaire que chaque article soit équipé d'un dispositif de marquage permettant d'identifier la provenance ou la destination telle que définie par le fabricant. A ce jour, il existe des dispositifs de marquage par code barre qui présentent toutefois l'inconvénient de pouvoir être relativement facilement falsifiables avec des matériels d'impression couramment accessibles. Un problème que se propose de résoudre l'invention est celui d'augmenter la sécurité liée à ces dispositifs de marquage, en les rendant quasiment infalsifiables, du moins avec un coût en adéquation avec les articles marqués. Par ailleurs, le nombre d'informations susceptibles d'être codées dans un système de code barre, est relativement limité, et peut ne pas suffire à la l'identification d'articles produits en grande quantité. Pour augmenter la quantité d'informations codées dans un système du type code barre, on a déjà proposé d'organiser le codage sous forme matricielle, comme notamment décrit dans le document US 3 532 859. Chaque case d'une telle matrice contient donc une valeur binaire, de sorte que les informations sont codées selon deux directions. Des systèmes de codage ont également été proposées dans le domaine de l'industrie électronique. Ainsi, le dispositif décrit dans le document EP 1 073 097 concerne un dispositif de marquage destiné à identifier les galettes ou "wafer" de matériau semi-conducteur utilisé dans les procédés de fabrication de composants électroniques. Un tel dispositif comporte donc des motifs réalisés sur la surface du semi-conducteur, l'agencement de ces motifs correspondants au codage d'un certain nombre d'informations. Un autre exemple de dispositif de marquage est décrit dans le document DE 198 47 247. Plus précisément, ce dispositif comporte un ensemble de motifs creusés sur la surface du matériau semi-conducteur, selon un agencement bidirectionnel. Un objectif de l'invention est de perfectionner ce type spécifique de marquage en augmentant la densité d'informations susceptibles d'être enregistrées dans un ensemble de motifs réalisés sur un substrat en matériau semi-conducteur. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de marquage, qui est réalisé à partir d'un élément en matériau semi-conducteur, sur la face duquel sont creusés des motifs dont l'agencement est représentatif d'au moins une information. Conformément à l'invention, la profondeur des motifs est variable d'un motif à l'autre sur la face du matériau semi-conducteur. Cette profondeur peut adopter une pluralité de valeurs distinctes, représentatives d'une information supplémentaire. Autrement dit, chacun des motifs du dispositif de marquage présente une profondeur qui est modulable, par opposition aux systèmes connus de l'art antérieur dans lequel la profondeur de chaque motif est fixée, à une valeur prédéterminée unique ou à une valeur nulle. Au contraire, l'invention permet de donner à cette profondeur une multitude de valeurs intermédiaires selon les informations à coder. Ainsi, le nombre maximum d'informations codables est fonction non seulement du nombre de motifs réalisables sur une surface donnée, mais également du nombre de niveaux de profondeurs différentes que peut adopter chaque motif. En d'autres termes, le codage s'effectue conformément à l'invention d'une manière tri-dimensionnelle. En pratique, les motifs peuvent être répartis de façon matricielle, typiquement selon une organisation carrée ou rectangulaire. Mais l'invention couvre également d'autres configurations, dans lesquelles les motifs sont répartis de façon à définir n'importe quelle forme générale. On conçoit que la sécurité du codage et l'identification grâce à l'invention est nettement augmentée, puisque ces dispositifs de marquage sont quasiment infalsifiables. En effet, si l'on conçoit qu'une représentation matricielle puisse être reproduite par un procédé d'impression, il est en revanche impossible avec ces mêmes techniques d'impression de simuler une profondeur de motifs, qui peut être vérifiée par visualisation selon une incidence variable. En pratique, les motifs peuvent être réalisés de différentes manières, et notamment par des procédés de gravure chimique humique anisotrope, ou bien encore par des procédés de gravure sèche, notamment par gravure ionique reactive profonde (DRIE), voire tout autre procédé permettant de réaliser le niveau de profondeur réglable. Dans le cas de l'emploi d'un procédé de gravure chimique anisotrope, le choix du substrat semi-conducteur et de ses plans cristallographiques permet d'obtenir des motifs d'une géométrie définie. Ainsi, dans le cas d'un substrat de silicium dont le plan principal est parallèle au plans cristallographiques (100), ces motifs sont formés par des troncs de pyramide, dont la hauteur, correspondant donc à la profondeur des motifs est réglée en fonction de la durée de l'étape de gravure. Les motifs peuvent également être formés par des empilements de troncs de pyramide, réalisés par une succession d'étapes de gravure enchaînées. Ce type de dispositif de marquage peut être intégré dans de multiples articles, pour en permettre l'identification. Pour empêcher l'élimination du dispositif de marquage, on pourra préférer que ce dernier soit noyé dans la matière équivalent, le dispositif de marquage peut être noyé au sein de la matière constituant un flacon. Avantageusement en pratique, le dispositif de marquage peut former une fraction de la paroi retenant le liquide à l'intérieur du flacon, de sorte qu'en cas de tentative d'élimination du dispositif de marquage, l'étanchéité du flacon est alors détruite, provoquant ainsi l'écoulement du liquide qu'il contient, et la perte de sa valeur marchande. L'invention concerne également un appareil de détection de marquage, qui est adapté pour analyser les dispositifs de marquage évoqués ci-avant. Ces appareils de détection comportent des moyens pour évaluer la profondeur de chaque motif d'un dispositif de marquage. Ces moyens peuvent fonctionner par émission d'une onde électromagnétique, préférentiellement mais non obligatoirement dans le domaine visible, et analysent de l'image réfléchie par le dispositif de marquage. Dans une forme de réalisation particulière, la profondeur de chaque motif peut être déterminée par l'évaluation du contraste de l'image de chaque motif, visualisé selon une incidence déterminée. De la sorte, lorsque les motifs sont formés de troncs de pyramide, les faces latérales et le fond de ce tronc de pyramide ne réfléchissent pas la lumière dans la même direction, et sont donc visualisés de manière différente. Le contraste de l'image renvoyée est donc représentatif du rapport de dimensions entre les faces et le fond de la pyramide, qui est lui-même lié à la profondeur des motifs. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue schématique de face d'un dispositif de marquage conforme à l'invention. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe selon les plans respectivement II et III de la figure 1. Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe, correspondant à la figure 3, illustrant les étapes successives de gravure pour aboutir à la configuration illustrée à la figure 3. La figure 4 est une vue schématique illustrant un article équipé d'un dispositif de marquage et le système de visualisation associé. La figure 5 est une vue en coupe de l'article de la figure 4 illustrant un mode de montage du dispositif de marquage. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de marquage qui peut permettre l'identification de produits de types très variés. Un exemple de ce dispositif de marquage est illustré à la figure 1. Ainsi, ce dispositif (1) se présente sous la forme d'un élément réalisé à partir d'un matériau semi-conducteur et typiquement de silicium. Ce dispositif (1) comporte une pluralité de motifs (2, 3, 4) qui sont réalisés sur la face supérieure (5). Dans la forme illustrée, ces motifs (2-4) présentent une forme générale carrée, et sont agencés selon une organisation matricielle. Toutefois, l'invention couvre également des variantes de réalisation dans lesquelles les motifs unitaires adoptent chacun des formes différentes, et selon une 25 organisation non pas matricielle, mais quelconque. Dans la forme illustrée, chacun des motifs (2-4) présente une profondeur (h2, h3, h4) qui est variable, ces profondeurs (h2 - h4) pouvant adopter des valeurs distinctes. De la sorte, les possibilités de codage associées à ce dispositif de marquage sont non seulement fonction des dimensions de la matrice, c'est-à-dire du nombre de motifs, mais également du nombre de niveaux intermédiaires de profondeur que peut adopter chaque motif. Différentes méthodes peuvent être employées pour réaliser de tels motifs, et notamment celle illustrée à la figure 2. Dans ce cas, le substrat utilisé étant un substrat de silicium d'orientation cristallographique (100), on procède par photolithographie au dépôt d'un premier masque permettant de définir la forme générale des motifs. On procède à une étape de gravure anisotrope humide, typiquement au KOH. Cette gravure permet de définir des troncs de pyramide, puisque les plans cristallographiques d'arrêt sont les plans (111). Cette première étape de gravure permet de définir le premier niveau de profondeur. Par la suite, on procède au dépôt d'un second masque qui est conservé uniquement au niveau des motifs dont la profondeur doit être conservée à cette première valeur intermédiaire. Une seconde étape de gravure au KOH permet aux motifs non masqués (3, 4) de voir leur profondeur s'accroître. Ces étapes de dépôt de masque supplémentaire, et de gravure sont répétées autant de fois que nécessaire pour réaliser l'ensemble des motifs, selon l'agencement prévu. En fonction de l'ouverture initiale des motifs, la gravure peut se prolonger 20 jusqu'à la jonction des plans cristallographiques (111), comme c'est le cas pour le motif (4). Il est également possible, comme illustré aux figures 3, 3a et 3b, de procéder en utilisant la réalisation d'un seul masque de gravure, associé à deux étapes de gravure chimique. Plus précisément, comme illustré à la figure 3a, une première étape de gravure chimique a lieu en présence d'un masque (17) permettant de définir des amorces de motifs (18-20), incluant des pans inclinés selon les plans (111) et des zones planes parallèles aux plans (100). Par la suite, le masque de gravure est éliminé, et on procède, comme illustré à la figure 3b, à une seconde étape de gravure chimique, typiquement au KOH. Les amorces de motifs (18-20) sont alors gravées, conformément aux enseignements du document "Novel micro machine technologie for multi level structures of Silicon" de Minhang Dao, Xinxin Li, Shaogun Shen et Hong Shen, publié dans Sensors et Actuators A63 (1997), pages 217 à 221. Cette seconde étape de gravure utilise la sélectivité importante de gravure selon les plans (311) qui intervient au niveau des arêtes convexes (21) qui se sont formées au niveau des frontières des amorces de motifs (18-20). Ce mode de réalisation particulier permet de former donc des motifs se présentant, comme illustré à la figure 3 par des empilements de troncs de pyramide, comportant des pans (22) inclinés parallèlement aux plans (311), mais également des paliers (23) parallèles au plan principal (100) du substrat, voire encore dans une forme non représentée, des régions définis par les plans d'arrêt (111) du silicium, dans le cas où le temps de gravure est plus faible. L'agencement des différents motifs (2-4, 12-14) sur la surface du dispositif (1) de marquage peut être fait pour assurer différents codages, incluant notamment des motifs redondants ou bien encore des motifs utilisés pour définir l'orientation de lecture. Certaines zones du dispositif de marquage peuvent être affectées à des codes distincts, tels qu'un numéro d'identification particulier ou la définition du produit destiné à recevoir le dispositif de marquage. Par la suite, le substrat de silicium peut subir différentes étapes destinées à en faciliter l'exploitation, ou à le protéger du milieu extérieur. Ainsi, le dépôt de couches de métallisation, d'oxyde ou de nitrure, peuvent permettre d'améliorer les propriétés réfléchissantes des motifs ainsi gravés. Il est également possible de protéger le substrat par un capotage réalisé par une étape de soudure ou "wafer bonding". Bien entendu, les motifs décrits ci-avants peuvent être réalisés selon les procédés différents, et adoptés également des géométries différentes, où d'autres procédés de gravure sont mis en oeuvre. Ainsi, les variations de profondeur peuvent être obtenues également par des opérations de gravure sèche, et notamment en DRIE, par exemple en utilisant un masque particulier, obtenu selon la technique connue de lithographie à niveaux de gris. Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de détection de marquage, qui analyse l'image du dispositif de marquage. Cette image peut être utilisée dans le domaine du rayonnement visible, mais également dans le domaine du rayonnement non visible, dès lors que le dispositif de marquage est recouvert d'une surface réfléchissante à la longueur d'onde employée. L'analyse de cette image permet de détecter une différence d'intensité entre les pans inclinés des motifs (2-4), et les fonds de ces mêmes motifs. Le contraste global de l'image de chaque motif est donc représentatif du rapport entre la superficie des fonds de motifs, correspondant à une incidence sensiblement perpendiculaire à l'observation, par rapport aux superficies des pans inclinés, plus éloignés d'une incidence sensiblement nulle. On notera par ailleurs que le fait que les motifs soient tridimensionnels permet en s'écartant légèrement de l'incidence nulle d'obtenir des images différentes des plans inclinés opposés d'un même motif. En faisant varier cette incidence, il est donc possible de confirmer que le motif est réellement tridimensionnel, et ainsi de détecter les tentatives de falsifications utilisant des images planes représentant des motifs vus en incidence nulle. Ce dispositif de marquage présente de multiples applications et peut notamment être employé comme illustré à la figure 4 pour être intégré dans un récipient (31) destiné à contenir un liquide. Dans ce cas, le dispositif de marquage (1) peut être noyé à l'intérieur de la matière formant le récipient (31). On notera avec intérêt que les dispositifs de marquage réalisés en silicium sont compatibles avec les procédés de coulage de verre. La falsification d'un tel dispositif de marquage noyé à l'intérieur de la matière du récipient est particulièrement risquée, puisqu'elle endommage la matière même du récipient (31), et demeure donc très facilement détectable. Ce risque de falsification peut encore être diminué dans le cas où comme illustré à la figure 5, le dispositif de marquage (1) constitue une fraction de la paroi (32) du récipient qui retient le liquide. Dans ce cas, l'élimination du dispositif (1) de marquage provoque la mise en communication de l'intérieur du récipient avec l'extérieur, par l'intermédiaire du canal de protection (33). On conçoit donc que le récipient n'étant plus étanche, il perd donc toute valeur marchande. En pratique, l'appareil (30) de détection de marquage peut être associé avec un système informatique (35), incluant notamment une base de données. Cette base de données peut être chargée dans un système d'acquisition associé avec le dispositif de détection, ou bien encore être accessible de manière distante, par un réseau informatique quelconque. Il ressort de ce qui précède que le dispositif de marquage conforme à l'invention présente de multiples avantages, et notamment celui de permettre un nombre de possibilités de codage extrêmement important. Plus précisément ce nombre est de l'ordre de pnxm, où p est le nombre de valeurs de profondeurs distinctes possibles, et n et m les nombres de lignes et de colonnes dans le cas d'une organisation matricielle, soit 38x8=3642---3,4.1030combinaisons pour un marqueur de superficie globale de l'ordre du millimètre carré, comportant 8 lignes et 8 colonnes de motifs pouvant adopter 3 niveaux de profondeur distincts, c'est à dire une profondeur nulle, une profondeur maximale et une profondeur intermédiaire. Un tel dispositif de marquage est particulièrement intéressant en terme de sécurité puisque sa falsification est quasiment impossible. L'emploi d'un matériau semi-conducteur permet d'intégrer au dispositif de marquage de multiples articles, y compris ceux réalisés en un matériau dont la production est réalisée à très haute température, et notamment le verre. REVENDICATIONS, 1/ Dispositif de marquage (1) réalisé à partir d'un élément en matériau semi-conducteur, sur la face duquel sont creusés des motifs (2-4) dont l'agencement est représentatif d'au moins une information, caractérisé en ce que la profondeur (h2-h4) des motifs (2-4) est variable d'un motif à l'autre sur ladite face, et peut adopter une pluralité de valeurs distinctes, représentatives d'une information supplémentaire. 2/ Dispositif de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs (2-4) sont répartis de façon matricielle. 3/ Dispositif de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 les motifs (2-4) sont formés par des troncs de pyramide. 4/ Dispositif de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs (22-24) sont formés par des empilements de troncs de pyramide. 5/ Dispositif de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs (2-4) sont réalisés par gravure chimique humide anisotrope. 6/ Dispositif de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs sont réalisés par gravure sèche, notamment par gravure ionique réactive 25 profonde. 7/ Article (31) intégrant un dispositif de marquage selon l'une des revendications 1 à 6. 8/ Article selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de marquage (1) est noyé dans la matière composant l'article. 2859035 12 9/ Article selon la revendication 8, du type destiné à contenir un liquide, caractérisé en ce que le dispositif de marquage forme une fraction de la paroi (32) retenant le liquide. 10/ Appareil (30) de détection de marquage, adapté pour analyser un dispositif de marquage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour évaluer la profondeur de chaque motif d'un dispositif. 11/ Appareil de détection de marquage selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour évaluer la profondeur de chaque motif déterminent le contraste de l'image de chaque motif (2-4) visualisé selon une incidence déterminée. Déposant MEMSCAP Mandataire: Cabinet LAURENT ET CHARRAS