Brevet FR3008544A1 — publié le 20150116

PROCÉDÉ DE GRAVURE POUR LA FORMATION D'UN SUPPORT A FLANCS RENTRANTS DESTINÉ NOTAMMENT AU CONFINEMENT DE GOUTTE POUR AUTO-ASSEMBLAGE CAPILLAIRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention concerne la création de structures par auto- assemblage capillaire de structures. Les principales applications de cette technique sont la microélectronique 3D (pour laquelle on cherche à empiler verticalement, puis sceller, des puces électroniques), l'optique (notamment l'alignement de diodes électroluminescentes ou de micro-miroirs), et enfin le packaging de microsystèmes électromécaniques (MEMS pour MicroElectroMechanical Systems) ou de microsystèmes fluidiques (pour lesquels on cherche à placer précisément une plaque de couverture afin de la sceller sur le système). ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La technique d'auto-assemblage capillaire d'objets de taille mésoscopique repose sur l'utilisation des forces capillaires pour déplacer un objet dans un alignement prédéfini. Selon cette technique, une plaque (ou encore une puce ou pastille) mobile de forme quelconque est placée sur une goutte liquide préalablement déposée sur un support fixe de forme correspondante. Les forces capillaires créées par l'ancrage du liquide sur les arêtes de la plaque mobile et du support sont utilisées pour aligner la plaque mobile exactement au dessus du support. L'enveloppe de la plaque mobile flottante est alors l'image exacte de l'enveloppe support, translatée verticalement vers le haut. Dans le cas où le liquide est de l'eau, l'évaporation aboutit au contact de la plaque et du support, qui se scellent ensemble par collage direct. C'est le cas de la microélectronique 3D ou encore du packaging des MEMS ou des labs-on-chip. Dans le cas où le liquide est un corps chimique qui se solidifie, la plaque est fixée dans un emplacement bien contrôlé. C'est le cas des applications optiques notamment. Afin d'obtenir un bon taux de succès de l'alignement, il est nécessaire d'obtenir un confinement maximal du fluide présent à l'interface plaque/support. Deux méthodes peuvent être utilisées à cet effet. Selon une première méthode, le confinement est obtenu au moyen d'un contraste par topologie basé sur l'utilisation d'un relief. Le confinement résulte de l'effet d'accroche que l'on observe généralement lorsque le fluide se propage jusqu'à l'arête d'une structure. Selon ce phénomène, appelé « canthotaxis » ou « pinning », une goutte reste accrochée à l'arête de la structure tant que l'angle de contact est compris entre l'angle de contact naturel 0 et la valeur 0 + a , où a représente l'angle entre les deux parties du solide. Il s'avère donc intéressant d'obtenir des angles les plus « aigus » possibles de manière à étendre cet intervalle angulaire. Selon une deuxième méthode, le confinement est obtenu au moyen d'un contraste chimique entre deux zones. Les deux zones présentant des affinités différentes (hydrophile / hydrophobe) avec le fluide (eau), ce dernier va se localiser préférentiellement sur la zone avec laquelle il a le plus d'affinité, c'est-à-dire la zone hydrophile. C'est ce que l'on appelle le contraste de mouillabilité. Plus ce contraste est élevé, c'est-à-dire que plus la différence d'angle de contact entre les deux surfaces est grande, plus le confinement est efficace. L'auto-assemblage assisté par capillarité et collage direct de la plaque et du support est réalisé sans couche intermédiaire (de type alliage pour la thermocompression, colle ou polymère pour le collage temporaire) repose uniquement sur le prétraitement des surfaces à assembler pour les rendre les plus hydrophiles possibles. La réalisation d'un tel prétraitement sur des structures présentant un contraste de mouillabilité a toutefois pour effet de rendre caduc le confinement par contraste chimique. Il en découle que le confinement par topologie doit être le plus efficace possible. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif d'améliorer le confinement du fluide présent à l'interface plaque/support pour permettre d'atteindre un taux de succès élevé lors de l'auto-assemblage. Elle vise en particulier à fournir une technique de gravure permettant de réaliser des motifs à flancs rentrants qui présentent un angle en bord de motif le plus aigu possible, en particulier un angle inférieur à 700 . Elle propose pour ce faire un procédé d'auto-assemblage capillaire d'une plaque et d'un support, comprenant : - la formation d'un masque de gravure sur une région d'un substrat ; - la gravure ionique réactive du substrat, ladite gravure comportant une série de cycles comprenant chacun une étape de gravure isotrope suivie d'une étape de passivation de surface, la durée de l'étape de gravure isotrope de chaque cycle augmentant d'un cycle à l'autre, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure isotrope de chaque cycle étant inférieur à un ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale, de manière à former un support présentant une surface supérieure constituée par ladite région et des parois latérales formant avec la surface supérieure un angle aigu ; - le retrait du masque de gravure ; - le placement d'une goutte sur la surface supérieure du support ; - la pose de la plaque sur la goutte. En augmentant d'un cycle à l'autre la durée de l'étape de gravure de chaque cycle, et en maintenant le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure de chaque cycle inférieur à un ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale, on favorise une gravure latérale de plus en plus importante au fil de la gravure ce qui permet d'obtenir un support dont les parois latérales forment avec la surface supérieure un angle aigu, en particulier un angle inférieur à 70°C. Certains aspects préférés mais non limitatifs de procédé sont les suivants : la durée de l'étape de gravure isotrope augmente de 10% à 40% d'un cycle à l'autre ; - le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure de chaque cycle décroit d'un cycle à l'autre. - le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure est maintenu constant d'un cycle à l'autre. - l'angle aigu est inférieur à 700 . Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de gravure ionique réactive d'un substrat pour former une cavité présentant des flancs de gravure formant un angle aigu avec la surface du substrat, comportant une série de cycles comprenant chacun une étape de gravure isotrope suivie d'une étape de passivation de surface, caractérisé par l'augmentation d'un cycle à l'autre de la durée de l'étape de gravure isotrope de chaque cycle, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure isotrope de chaque cycle étant inférieur à un ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale. Et l'invention porte également sur un support de goutte pour auto- assemblage capillaire avec une plaque, comprenant une surface supérieure sur laquelle une goutte est destinée à être placée et des parois latérales de confinement de la goutte formant avec la surface supérieure un angle aigu, de préférence un angle inférieur à 70°. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un support de goutte conforme à l'invention ; - les figures 2a et 2b sont des schémas illustrant un procédé de gravure conventionnel avec un ratio des durées des étapes de gravure et de passivation conduisant à une gravure anisotrope verticale ; - les figures 3a et 3b sont des schémas illustrant une gravure conforme à un mode de réalisation de l'invention à ratio constant entre la durée des étapes de passivation et de gravure les figures 4a et 4b sont des schémas illustrant une gravure conforme à un autre mode de réalisation de l'invention à ratio décroissant entre la durée des étapes de passivation et de gravure ; la figure 5 est une image d'un flanc de gravure à angle aigu obtenu par la mise en oeuvre d'une gravure conforme à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention porte selon un premier aspect sur un procédé d'auto-assemblage capillaire d'une plaque et d'un support, comprenant : la formation d'un masque de gravure sur une région d'un substrat, par exemple un substrat de silicium, de verre ou un substrat comportant des couches métalliques ; la gravure ionique réactive du substrat de manière à former le support, ce dernier présentant une surface supérieure constituée par ladite région et des parois latérales formant avec la surface supérieure un angle aigu ; le retrait du masque de gravure ; le placement d'une goutte sur la surface supérieure du support ; la pose de la plaque sur la goutte. Elle porte selon second aspect sur le procédé de gravure ionique réactive permettant de former ledit support, ainsi qu'audit support pour auto-assemblage capillaire d'une plaque. Le masque de gravure est par exemple un masque de résine issu d'une photorésine appliquée sur le substrat puis exposée à une exposition lumineuse avec un masquage adapté pour que la photorésine recouvre ladite région du substrat. Le retrait du masque de gravure peut être réalisé au moyen d'un solvant, ou par traitement plasma, ou encore par nettoyage, et permet d'exposer la surface supérieure du support. Le placement de la goutte peut être réalisé par dépôt goutte à goutte, ou encore par mouillage global du substrat. Comme indiqué ci-dessus, plus l'angle a en bord de structure est important, plus l'effet de confinement par topologie est élevé. On cherche donc à réaliser un support S présentant le profil à flancs rentrants représenté sur la figure 1, comprenant une surface supérieure 1 destinée à recevoir une goutte G et des parois latérales 2 formant avec la surface supérieure un angle aigu p. Les méthodes de gravure conventionnelles de type gravure sèche plasma (gravure ionique réactive ou RIE pour « Reactive Ion Etching ») ne permettent pas d'obtenir des angles (3 inférieurs à 85°. Il en est de même de la gravure humide qui a tendance à donner des profils à flancs sortants. L'efficacité du confinement par topologie est donc aujourd'hui limitée, ce qui limite de fait le taux de succès de l'alignement plaque/support dans le cadre notamment d'un auto-assemblage capillaire à collage direct. Afin de contourner cette limitation et d'obtenir un motif à flanc rentrant, l'invention propose d'avoir recours à une gravure ionique réactive basée sur la réalisation d'une alternance d'étapes de gravure isotrope et d'étapes de passivation. Une telle alternance entre étape de gravure et étape de passivation est connue, notamment grâce au procédé Bosch dont une description peut être trouvée dans le document US 5,501,893 A1, pour réaliser des gravures profondes (>5um), avec des profils de gravure droits (90°). Cette alternance présente cependant l'inconvénient de générer une rugosité périodique (dite « scalloping ») sur les flancs de gravure. La majorité des développements sur la gravure profonde visent à minimiser cet effet de scalloping afin de rendre les flancs les plus raides et les plus lisses possibles et s'affranchir ainsi de l'effet résiduel du scalloping. A contrario, la présente invention repose sur l'utilisation de cet effet de scalloping et propose d'une manière générale, plutôt de que de chercher à minimiser cet effet, de le maximiser et de contrôler son positionnement afin de contrôler le profil de la gravure. Un procédé de gravure de type Bosch est classiquement réalisé en menant une série de cycles comprenant chacun une étape de gravure isotrope (typiquement une gravure SF6 dans le cas d'un substrat de silicium) suivie d'une étape de passivation de surface (typiquement par plasma C4F8toujours dans le cas d'un substrat de silicium, conduisant au dépôt d'une couche fluoro-carbonée). Les étapes de gravure sont identiques d'un cycle à l'autre. Il en est de même des étapes de passivation. En adoptant un ratio entre la durée d'une étape de passivation et la durée d'une étape de gravure adéquat (tel que la gravure latérale est à chaque cycle empêchée par la couche de passivation), ces durées étant en outre constantes d'un cycle à l'autre, une gravure anisotrope verticale peut au final être réalisée. Ce ratio tel qu'un cycle de gravure réalise une gravure anisotrope verticale peut notamment être égal à 1. La figure 2a illustre un tel cas de figure, tandis que la figure 2b représente la cavité à flancs droits alors obtenue. Ce ratio est plus typiquement d'1/2, la durée de chaque étape de gravure étant de 10 secondes, celle de chaque étape de passivation étant de 5 secondes. L'invention propose quant à elle d'augmenter d'un cycle à l'autre la durée de l'étape de gravure de chaque cycle, par exemple de 10 à 40% entre chaque cycle (par exemple de 30% entre chaque cycle amenant la durée de 2 secondes à plus de 20 secondes en 10 cycles), et de maintenir le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure de chaque cycle inférieur au ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale. Seule la durée des étapes de gravure et, éventuellement, de passivation est modifiée, les autres paramètres (puissance de la source, puissance du champ, pression, etc.) de la gravure DRIE (Deep RIE pour RIE profonde) restant identiques. Ainsi, on favorise une gravure latérale de plus en plus importante au fil des cycles de la gravure. Ceci permet d'obtenir un support dont les parois latérales (les flancs de gravure) forment un angle aigu avec la surface supérieure (région du substrat sous le masque), en particulier un angle inférieur à 70°C. Dans un mode de réalisation, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure est maintenu constant d'un cycle (et inférieur au ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale) à l'autre comme cela est schématiquement représenté sur la figure 3a. L'augmentation de la durée des étapes de gravure et de passivation conduit à la formation d'une cavité dont les parois latérales (flancs de gravure) forment un angle aigu avec la surface du substrat, notamment un angle (3 compris entre 65° et 70° (voir figure 3b). A titre d'exemple de réalisation, la gravure ionique réactive selon l'invention peut comprendre 5 à 10 cycles gravure isotrope/passivation, avec par exemple une vitesse de gravure de l'ordre de 50nm/sec et une vitesse de dépôt de passivation de l'ordre de 4,1 nm/sec, une durée initiale de gravure de 5 secondes, une durée initiale de passivation de 12 secondes et une augmentation desdites durées de 12 % à chaque cycle. La figure 5 montre un exemple de cavité obtenue par la gravure selon ce mode de réalisation, avec l'obtention d'un angle aigu de l'ordre de 65°. Cette figure illustre la présence des rugosités résiduelles de « scalloping » sur les flancs de gravure. La mesure de l'angle aigu p est réalisée entre le plan S de la surface supérieure du substrat et le plan de flanc de gravure F passant par le creux desdites rugosités. Dans un autre mode de réalisation, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure de chaque cycle décroit d'un cycle à l'autre. La durée de l'étape de passivation d'un cycle est pour cela maintenue constante d'un cycle à l'autre, ou est augmentée de manière moindre que la durée de l'étape de gravure comme cela est représenté sur la figure 4a. La figure 4b illustre la cavité à différents stades de la gravure : suite à la première, deuxième et troisième gravures isotropes G1-G3, suite à la première, deuxième, troisième et sixième passivations P1-P3, P6. Ce mode de réalisation favorise encore plus la gravure latérale, et conduit à la formation d'une cavité dont les parois forment avec la surface un angle aigu (3 encore plus faible, et ainsi à la formation d'un support notamment pour confinement de goutte pour auto-assemblage capillaire à flanc encore plus rentrant, en particulier un angle (3 compris entre 45° et 50°.30 REVENDICATIONS1. Procédé d'auto-assemblage capillaire d'une plaque et d'un support (S), comprenant : la formation d'un masque de gravure sur une région d'un substrat ; la gravure ionique réactive du substrat, ladite gravure comportant une série de cycles comprenant chacun une étape de gravure isotrope suivie d'une étape de passivation de surface, la durée de l'étape de gravure isotrope de chaque cycle augmentant d'un cycle à l'autre, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure isotrope de chaque cycle étant inférieur à un ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale, de manière à former un support présentant une surface supérieure (1) constituée par ladite région et des parois latérales (2) formant avec la surface supérieure un angle aigu (13); le retrait du masque de gravure ; le placement d'une goutte (G) sur la surface supérieure du support ; la pose de la plaque sur la goutte (G). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la durée de l'étape de gravure isotrope augmente de 10% à 40% d'un cycle à l'autre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure de chaque cycle décroit d'un cycle à l'autre. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure est maintenu constant d'un cycle à l'autre. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'angle aigu (13) est inférieur à 70°.30 6. Procédé de gravure ionique réactive d'un substrat pour former une cavité présentant des flancs de gravure (2) formant un angle aigu (13) avec la surface (1) du substrat, comportant une série de cycles comprenant chacun une étape de gravure isotrope suivie d'une étape de passivation de surface, caractérisé par l'augmentation d'un cycle à l'autre de la durée de l'étape de gravure isotrope de chaque cycle, le ratio entre les durées des étapes de passivation et de gravure isotrope de chaque cycle étant inférieur à un ratio permettant de réaliser une gravure anisotrope verticale. 7. Support (S) de goutte pour auto-assemblage capillaire avec une plaque, comprenant une surface supérieure (1) sur laquelle une goutte (G) est destinée à être placée et des parois latérales (2) de confinement de la goutte formant avec la surface supérieure un angle aigu (13), de préférence un angle inférieur à 700 .15