Brevet FR2880987A1 — publié le 20060721

La présente invention concerne un procédé de gravure d'une galette en matière cristalline, plus particulièrement, bien que non exclusivement, une galette en quartz pour:La réalisation de capteurs inertiels. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On sait que différents types de structures, notamment des gyromètres, des accéléromètres ou des capteurs de pression, sont réalisés de nos jours à partir d'une galette de matériau à structure cristalline comme, en particulier, le quartz, le phosphate de gallium ou le silicium. Tout d'abord, la galette est découpée selon une inclinaison donnée par rapport au motif cristallin. En-suite ses es faces opposées sont recouvertes de couches de protection. Sur ces dernières des motifs délimitant des zones ne comportant pas de couche de protection sont attaquées par un agent de gravure humide. On obtient ainsi des cavités borgnes, des perçages, des charnières ou des flexures nécessaires à la réalisation de la structure désirée. Un des problèmes majeurs de ce type de fabrication réside dans la détermination de l'épaisseur de galette restante après un temps de gravure donné. A cet effet, on réalise généralement en bordure de galette un motif de référence qui a une forme appropriée pour permet- tre une mesure de l'épaisseur de la galette à l'aplomb du motif de référence. Un modèle peut ensuite permettre de prévoir, connaissant l'évolution de l'épaisseur de galette à l'aplomb du motif de référence, l'épaisseur de matière restant à l'aplomb des différentes parties du mo- tif à graver pour réaliser la structure. Dans les procédés connus, le motif de référence est réalisé sur une seule face de la galette car les éléments de structure à réaliser, selon une certaine épaisseur, sont eux-mêmes délimités par un motif à graver sur une seule face de la galette. Une fois le motif de référence creusé à partir d'une face de la galette, on obtient alors une cavité dont le fond sert à déterminer l'épaisseur restante de la galette à l'aplomb du motif de référence. Pour faciliter la mesure ce dernier présente en général des dimensions assez importantes car on a alors un bon accès au fond de la cavité. On a toutefois constaté que pour certaines coupes cristallines de la galette, le fond de la cavité présente une surface très irrégulière ce qui entraîne une erreur sur la mesure de l'épaisseur restante de la galette. Cette incertitude de mesure est d'autant plus dommageable que la mesure d'épaisseur est particulière-ment longue. En effet, la mesure est réalisée ex situ et elle nécessite donc de sortir la galette du bain de gra- vure et de rincer celle-ci avec un agent neutralisant avant chaque mesure. OBJET DE L'INVENTION Le premier but de l'invention est d'effectuer à l'aplomb du motif de référence une gravure permettant une mesure précise de l'épaisseur de la galette après un temps de gravure déterminé de façon à permettre une répétabilité des cycles de gravure tout en minimisant le nombre d'étapes de mesure. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION On a observé, qu'en fonction de la coupe cristalline de la galette, la partie latérale d'une cavité d'un motif de référence comporte une portion inclinée présentant une surface lisse. Une étude plus poussée a permis de comprendre que cette portion lisse correspond à des plans parallèles de la structure cristallographique de la matière qui présentent une vitesse de gravure minimale, c'est-à-dire que la matière est attaquée lentement selon une direction perpendiculaire à ces plans. L'invention utilise cette propriété des matériaux à structure cristalline pour mesurer précisément l'épais- seur de la galette gravée pendant un temps déterminé. Après avoir recouvert les deux faces opposées de la galette d'une couche de protection on propose de réaliser un motif de référence sur chaque face de la galette en regard l'un par rapport à l'autre. On a montré que la gravure de ces motifs en regard donne deux portions de plans de gravure à vitesse minimale et parallèles On forme ainsi une lamelle inclinée par rapport au plan de la galette, avec des faces lisses et ayant une partie centrale d'épaisseur uniforme. L'avantage certain de l'invention est qu'elle permet d'obtenir une lamelle ayant des faces lisses. Ainsi, son épaisseur peut être mesurée de façon précise et on peut établir un modèle fiable sur la gravure de la structure à réaliser. Un autre aspect de l'invention est de choisir le motif de référence selon une direction s'étendant parallèlement à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale, une largeur sensiblement égale à une projection sur la face de la galette d'un segment de plan à vitesse de gravure minimale délimité par les couches de protection. On a ainsi observé que tout en limitant l'encombrement du motif de référence, on obtenait une lamelle présentant une épaisseur constante sur une partie suffisante pour effectuer une mesure satisfaisante. Un autre aspect de l'invention est de réaliser sur les deux faces de la galette enduites d'une couche de protection un motif de référence disposées selon un déca- lage bien choisi d'une face de la galette par rapport à l'autre. Ce décalage augmente très faiblement l'encombrement du motif mais il permet de disposer après gravure d'une lamelle à faces lisses d'épaisseur uniforme sur une longueur nettement plus grande que lorsque les motifs de références étaient à l'aplomb l'un de l'autre. La mesure de l'épaisseur de la lamelle est ainsi facilitée. Un autre aspect de l'invention, également lié à l'observation initiale selon laquelle la galette en matière cristalline comporte des plans de gravure à vitesse minimale parallèles les uns par rapport aux autres et inclinés par rapport aux faces de la galette, prévoit un procédé permettant de réduire l'encombrement des motifs pour réaliser des fentes traversant une galette. Selon l'invention, après avoir recouvert d'une couche de protection les deux faces d'une galette en matière cristalline, on propose de réaliser un motif sur les deux faces de la galette disposé selon un décalage bien choisi d'une face de la galette par rapport à l'autre. Ce décalage est choisi selon une direction s'étendant parallèlement à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale. Le décalage est tel que tout au long de la gravure, la profondeur des cavités creusées est toujours inférieure ou égale à une demi-épaisseur de la galette. On réalise avec cette invention une gravure selon des directions favorables de sorte que l'on obtient après un temps de gravure suffisant et particulièrement court un complet percement de la galette sans qu'il soit nécessaire de prévoir un encombrement important du motif à graver. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description des modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de face d'une galette dans laquelle a été gravé un capteur inertiel, 2880987 5 - la figure 2 est une vue en perspective très agrandie selon la flèche II de la figure 1 d'un motif de référence et de la gravure obtenue conformément à l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 2 d'un premier mode de réalisation du motif de référence et de la gravure obtenue conformé-ment à l'invention, - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'un second mode de réalisation du motif de référence et de la gravure obtenue conformément à l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe très agrandie selon la ligne V-V de la figure 1 d'une fente traversant la galette réalisée conformément à l'art antérieur, - la figure 6 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 5 d'une fente réalisée selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le procédé selon l'invention est destiné à réaliser des structures par gravure d'une galette 1, en matière cristalline comme du quartz, du phosphate de gallium ou du silicium. La galette est d'abord recouverte sur ses deux faces opposées par des couches de protection 2, par exemple des couches d'or ou des couches de résine. Ensuite, une partie des couches de protection sont éliminées selon un motif à graver. Des parties de motifs peuvent être en regard l'une de l'autre sur les deux faces de la galette, en particulier pour réaliser des fentes traversantes telles que les fentes 3 délimitant un cadre intermédiaire du capteur inertiel. Au contraire une partie de motif à graver peut être sur une face seulement de la galette pour réaliser des parties non traversantes telles que par exemple les charnières 4 ou la lame vibrante 5 du capteur inertiel. Afin d'assurer un suivi de l'avancement de la gravure, il est généralement prévu de réaliser en bordure de galette un motif de référence 6 sous forme d'une encoche dans l'une des couches de protection de la galette 1. Il a été considéré jusqu'à ce jour que la gravure de la galette 1 progressait selon une direction perpendiculaire à la face de la galette. Il a toutefois été observé que pour certaines coupes cristallines le fond de gravure 7 à l'aplomb du motif de référence 6 est rugueux avec des aspérités ayant. une dimension importante pouvant fausser de façon notable la mesure de l'épaisseur restante de la galette. Il a été observé que la paroi latérale de la gravure à l'aplomb du motif de référence 6 comporte une partie de plan 8 ayant une surface lisse et inclinée par rapport aux faces de la galette, et il a été observé que cette partie de plan 8 correspond à des plans 9 avec des vitesses de gravure lentes s'étendant parallèlement les uns aux autres comme illustré par les lignes en tiret mixte sur la figure 2. Ces plans constituent des plans de gravure à vitesse minimale. Partant de ces observations, on propose selon l'invention de réaliser le motif de ré-férence selon deux parties de motif en regard sur les deux faces opposées de la galette, les parties de motif en regard étant disposées l'une par rapport à l'autre pour que deux portions de plans de gravure à vitesse minimale espacés l'un de l'autre soient dégagées en regard l'une de l'autre lors de l'étape de soumission de la ga- lette à un agent de gravure. Dans un premier mode de mise en oeuvre illustré par la figure 3, le motif de référence comporte deux parties 10 de motif de référence qui s'étendent exactement à l'aplomb l'une de l'autre et sont réalisées sous forme d'une encoche rectangulaire s'étendant à partir du bord de la galette. Selon une direction il s'étendant parallèlement à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan de gravure 9 à vitesse minimale. La largeur 1 de chaque partie 10 de motif de référence délimité par les couches de protection 2. est choisie de telle sorte qu'elle soit sensiblement égale à la projection L sur l'une des faces de la galette d'un segment de plan à vitesse de gravure minimale. Lors de la gravure, on obtient alors à l'aplomb du motif de référence une lamelle inclinée 12 dont les faces sont lisses et parallèles au plan de gravure à vitesse minimale 9 et dont la partie centrale est d'épaisseur uniforme sur une largeur utile u. Dans le mode de mise en oeuvre illustré par la figure 4, les parties 10 du motif de référence ont la même forme et les mêmes dimensions que les parties 10 du motif de référence de la figure 3, mais elles sont cette fois disposées selon un décalage v d'une face par rapport à l'autre selon la direction 11 précédemment définie dans un sens assurant un dégagement des faces de la lamelle 12. A égalité de temps de gravure, on augmente ainsi l'épaisseur de la lamelle 12, ce qui permet d'effectuer une mesure plus précise de cette épaisseur, et surtout on augmente la largeur de la partie utile d'épaisseur uni- forme, ce qui facilite donc la mesure de l'épaisseur. De préférence, l'épaisseur de la lamelle 12 est effectuée par une mesure optique d'un faisceau 13 traversant la lamelle 12 en étant dévié par celle-ci comme il- lustré par des flèches en tirets mixtes sur la figure 4. Le décalage e entre la partie amont et la partie aval du faisceau 13 par rapport à la lamelle 12 est représentatif de l'épaisseur de la lamelle 12. La mesure optique peut également être effectuée par interférométrie. La figure 5 illustre la réalisation selon l'art antérieur d'une fente traversante 14. Selon l'art antérieur, la fente 14 est obtenue en prévoyant des parties 15.1 et 15.2 de motif à graver à l'aplomb l'une de l'au- tre et ayant une grande largeur de sorte que, sans que l'homme de métier en ait fait la constatation, le perce-ment est obtenu lorsque le plan de gravure à vitesse minimale 16.1 atteint à partir de la partie 15. 1 du motif à graver s'étend dans le prolongement du plan de gravure à vitesse minimale 16.2 atteint à partir de la partie 15.2 de motif à graver. L'attaque de la galette par les deux faces réalise des cavités 17. 1 et 17.2 dont les fonds sont formés par les plans de gravure à vitesse minimale 16.1 et 16.2. On constate sur la figure 5 qu'au moment de la jonction entre les cavités 17.1 et 17.2, la profondeur maximale P des cavités est supérieure à la moitié de l'épaisseur E de la galette, ce qui implique un temps de gravure important. En outre, la largeur de la fente 14 est importante, ce qui signifie que la réalisation de chaque fente augmente de façon importante l'encombrement de la structure à réaliser. Ceci limite donc le nombre de structures qu'il est possible de réaliser sur une même galette et augmente donc le coût de réalisation de chaque structure. Selon l'invention et comme illustré par la figure 6, la constatation qui a été faite précédemment sur l'orientation de la progression de la gravure dans la galette est exploitée pour réaliser une fente 18 de dimension réduite pouvant néanmoins être obtenue après un temps de gravure identique à celui de l'art antérieur. A cet effet, on prévoit selon l'invention de réaliser des parties 19.1 et 19.2 de motif à graver de faible largeur mais qui sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un décalage r selon une direction parallèle à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face avec un plan de gravure à vitesse minimale, pour qu'au moment de la jonction de cavités 20.1 et 20. 2 réalisées à partir des deux faces de la galette, la profondeur p de ces cavités soit inférieure à la demi-épaisseur de la ga-lette. Cette réduction de la profondeur des cavités au moment de leur jonction permet non seulement une réduction du temps de gravure mais également une réduction de la largeur de la fente 18 de sorte que l'on peut augmenter le nombre de structures réalisées sur une même ga- lette. On notera que le décalage 1 est effectué selon la même direction que le décalage 2 de la figure 4 mais en sens opposé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et est susceptible de va- riantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme de métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que l'invention ait été il-lustrée en relation avec la réalisation d'un seul motif de référence, on peut prévoir différents motifs de référence répartis sur la galette afin de vérifier l'homogénéité de la gravure. Bien que le motif de référence ait été illustré avec une largeur 1 sensiblement égale à la projection L sur une face de la galette d'un segment de plan à vitesse de gravure minimale délimité par les couches de protection 2, le motif de référence peut être réalisé selon une largeur plus grande. Dans ce cas il convient toutefois de décaler les parties de motif de référence comme illustré sur la figure 4 afin que chaque plan de gravure à vitesse minimale associé à une partie de motif de référence reste du même côté que la partie de motif de référence par rapport au plan de gravure à vitesse minimale correspondant à l'autre partie de motif de référence. Bien que le motif de référence ait été illustré par une forme sensiblement rectangulaire, d'autres formes sont possibles, en particulier des formes correspondant aux axes cristallins de la galette. REVENDICATIONS 1. Procédé de gravure d'une galette en matière cristalline (1) ayant des faces opposées recouvertes de couches de protection (2), la galette ayant des plans de gravure à vitesse minimale (9) comportant un motif de référence (10) et un motif à graver réalisés dans au moins une des couches de protection, le procédé comportant les étapes de soumettre la galette à un agent de gravure, de mesurer une épaisseur de la galette à l'aplomb du motif de référence, et d'en déduire une épaisseur de la galette à l'aplomb du motif à graver, caractérisé en ce que le motif de référence comporte des parties (10) de motif en regard sur les deux faces opposées de la galette, les parties (10) de motif de référence en regard étant disposées l'une par rapport à l'autre pour que deux portions de plans de gravure à vitesse minimale (20) soient dégagées en regard d'une de l'autre lors de l'étape de sou-mission de la galette à un agent de gravure, afin de former une lamelle inclinée (12) à faces (20) lisses ayant une partie centrale d'épaisseur uniforme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties (10) du motif de référence sont disposées selon un décalage (v) d'une face de la galette par rapport à l'autre dans un sens assurant un dégagement des faces (20) de la lamelle (12). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que selon une direction (11) parallèle à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan perpendiculaire au plan de gravure à vitesse minimale, le motif de référence a une largeur (1) sensiblement égale à une projection (L) sur la face de la galette d'un segment de plan à vitesse de gravure minimale délimité par les couches de protec- tion (2). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure d'épaisseur de la galette à l'aplomb du motif de référence est effectuée par une mesure optique au moyen d'un faisceau (13) traversant la lamelle (12). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mesure d'épaisseur de la galette (12) est effectuée par mesure d'un décalage (e) entre une partie amont et une partie aval du faisceau (13).