Brevet FR3132362A1 — publié le 20230804

Procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique L’invention concerne un procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique comportant au moins deux filtres de couleur, chaque filtre comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot, l’épaisseur de la couche diélectrique des deux filtres de couleurs étant différente et chacun des deux filtres étant en regard d’un transducteur photoélectrique. Le procédé comporte les étapes suivantes : Dépôt sur un substrat, dit substrat poignée, d’une couche de résine ; Structuration en trois dimensions de la couche de résine par lithographie de sorte à obtenir au moins deux motifs de résines de hauteurs différentes, au moins un des motifs présentant une hauteur maximale de référence ; Dépôt d’une couche réalisée dans le matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot et planarisation par retrait du matériau diélectrique avec arrêt sélectif au sommet du motif de résine le plus haut ; Report de la face planarisée du substrat poignée sur la face supérieure d’un substrat porteur ; Retrait du substrat poignée et de la résine de sorte à libérer en surface au moins deux motifs diélectriques de cavités de Fabry-Pérot d’épaisseur différente et dépôt d’une couche réfléchissante sur les au moins deux motifs diélectriques de cavité de Fabry-Pérot, formant la deuxième couche réfléchissante. Figure à publier avec l'abrégé : [Fig. 13] Procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui du filtrage spectral, notamment pour des applications d’imagerie et la réalisation de filtres colorés pour les capteurs d’images de type CMOS, les dispositifs d’affichage à cristaux liquides ou des diodes électroluminescentes. L’invention peut également être mise en en œuvre dans des dispositifs d’émission de la lumière. La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Un filtre spectral ou encore un filtre de couleur permet de filtrer la lumière par longueur d'onde, de façon à fournir une information sur l'intensité de la lumière dans certaines longueurs d'onde. Plusieurs filtres de couleur peuvent être associés de façon à former, par exemple, des filtres rouge-vert-bleu (RGB dans la terminologie anglaise) qui renseignent sur l'intensité de ces trois couleurs. On connait notamment des filtres de couleur de type métal/diélectrique réalisés à partir d’une cavité de Fabry-Pérot. Ces filtres comprennent une ou plusieurs cavités diélectriques (ou éventuellement semiconductrices) formées entre deux films minces de métal ayant une fonction de miroir métallique de façon à former une cavité de Fabry-Pérot. Un exemple de ce type de filtre est décrit dans le document US6031653. Généralement, les empilements métal/diélectrique sont différents suivant la position sur le composant optoélectronique (un capteur d’image par exemple). La transmission du filtre est réglée en ajustant l'épaisseur de la cavité. Ainsi, en fonctionnement, une partie de la lumière incidente correspondant à la longueur d'onde du filtre est transmise à travers celui-ci sous la forme d'un faisceau coloré, tandis que le reste de la lumière incidente est réfléchie. De façon générale, l'épaisseur de la couche diélectrique fixe la longueur d'onde centrale transmise, tandis que l'épaisseur des couches métalliques permet de régler la largeur spectrale de transmission. Par ailleurs, l'utilisation de plusieurs cavités de Fabry-Pérot permet de modifier le profil spectral de la transmission du filtre. Un filtre de ce type est réalisé en utilisant des techniques classiques de fabrication de semi-conducteurs. Ainsi, pour obtenir un filtre rouge-vert-bleu, il convient de former au moins une cavité diélectrique dont l'épaisseur doit présenter trois valeurs différentes. Cela entraîne des contraintes technologiques importantes, notamment au moins une étape de masquage puis de gravure pour chaque cavité diélectrique réalisée. Il a également été montré que l’on pouvait utiliser un réseau de filtres multispectraux pour l’imagerie directement réalisé sur un réseau de capteurs optiques selon une technique de fabrication compatible CMOS (approche bottom-up selon la terminologie anglaise). Ces techniques sont notamment décrites dans le document EP2522968. Plus récemment, il a également été décrit (cf. document WO2019/239139) la faisabilité de dispositifs optiquement fonctionnels suite à la création de cavités de Fabry-Pérot au-dessus d’un dispositif capteur d’image CMOS. Toutes les solutions évoquées ci-dessus nécessitent de nombreuses étapes successives de lithographie et de gravure pour réaliser les différentes épaisseurs de couches diélectriques permettant d’assurer le filtrage des différentes couleurs. En outre, lors de la gravure de structures, différents phénomènes peuvent conduire à des déformations de profils, à des non-uniformités de gravure générées par des effets d’« ARDE » (pour « Aspect Ratio Dependent Etching » selon la terminologie anglaise) ou à des qualités de surface dégradées. Or, il est important de conserver le facteur de forme AR (pour « Aspect Ratio ») pour des dispositifs tels que des filtres multispectraux. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique permettant de s’affranchir des étapes successives de lithographie et gravure de matériau diélectrique pour la réalisation des différentes épaisseurs de diélectriques et d’obtenir des profils et des qualités de surfaces améliorés. Pour ce faire, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique, ledit filtre comportant au moins deux filtres de couleur, chaque filtre comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot entre la première couche réfléchissante et la deuxième couche réfléchissante, l’épaisseur de la couche diélectrique des deux filtres de couleurs étant différente et chacun des deux filtres étant en regard d’un transducteur photoélectrique, ledit procédé comportant les étapes suivantes : Dépôt sur un substrat, dit substrat poignée, d’une couche de résine ; Structuration en trois dimensions de la couche de résine par lithographie de sorte à obtenir au moins deux motifs de résines de hauteurs différentes, au moins un des motifs présentant une hauteur maximale de référence, la hauteur étant mesurée perpendiculairement au plan du substrat ; Dépôt d’une couche réalisée dans le matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, ladite couche de matériau diélectrique recouvrant la totalité des motifs de résine en présentant une surface supérieure dont chaque point est situé à une hauteur relativement au substrat poignée supérieure à la hauteur maximale de référence ; Planarisation par retrait du matériau diélectrique avec arrêt sélectif au sommet du motif de résine le plus haut ; Report de la face planarisée du substrat poignée sur la face supérieure d’un substrat, dit substrat porteur, comportant au moins deux transducteurs photoélectriques, chacun desdits motifs étant en regard d’un transducteur photoélectrique, une couche réfléchissante destinée à former la première couche réfléchissante des deux filtres de couleurs étant positionnée à l’interface de report entre le substrat poignée et le substrat porteur ; Retrait du substrat poignée ; Retrait de la résine de sorte à libérer en surface au moins deux motifs diélectriques de cavités de Fabry-Pérot d’épaisseur différente ; Dépôt d’une couche réfléchissante sur les au moins deux motifs diélectriques de cavité de Fabry-Pérot, formant la deuxième couche réfléchissante des deux filtres de couleurs. Grâce à l’invention, les cavités Fabry Pérot sont réalisées sur un substrat de support temporaire, dit substrat poignée, par remplissage d’une structure 3D en résine préalablement réalisée par une lithographie 3D obtenue en une étape permettant de s’affranchir des nombreuses étapes de successives de lithographie et gravure de matériau diélectrique formant le cœur des cavités. Le substrat support est ensuite reporté sur un substrat supportant les composants optoélectroniques d’intérêt. Un autre avantage de l’invention consiste à ne pas transférer verticalement les motifs dans le matériau diélectrique formant les cœurs des cavités de Fabry-Pérot via une approche classique par gravure et ainsi permettre de conserver une bonne qualité de surface et le facteur de forme souhaité. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’étape de structuration est suivie, avant le dépôt de la couche réalisée dans le matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, d’une étape de dépôt conforme d’une couche d’encapsulation sur les motifs de résine. la lithographie utilisée pour l’étape de structuration est une lithographie en niveaux de gris dite Grayscale. la couche réfléchissante destinée à former la première couche réfléchissante des filtres de couleurs est préalablement déposée sur le substrat porteur au-dessus des transducteurs photoélectriques. une couche de matériau diélectrique est déposée sur ladite couche réfléchissante du substrat porteur de façon à assurer un contact diélectrique/diélectrique lors du report de la face planarisée du substrat poignée sur la face supérieure du substrat porteur. Le procédé selon l’invention comporte une étape de réalisation de marques d’alignement, lesdites marques d’alignement étant réalisées dans le substrat poignée ou dans la couche de résine, des marques d’alignement étant également présentes dans le substrat porteur de façon à assurer la mise en regard de chacun des motifs de résine avec un transducteur photoélectrique. Le procédé selon l’invention comporte une étape de dépôt d’une couche d’arrêt préalable à l’étape de dépôt la couche de résine, le retrait du substrat poignée s’arrêtant sur ladite couche d’arrêt et étant suivi du retrait de la couche d’arrêt de sorte à libérer en surface la couche de résine structurée. Selon une première variante, le procédé selon l’invention comporte une étape de réalisation de murs d’air séparant les motifs diélectriques de cavités de Fabry-Pérot. Selon une seconde variante, le procédé selon l’invention comporte une étape de réalisation de murs de matériau présentant un indice de réfraction optique strictement inférieur à l’indice de réfraction du matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, lesdits murs séparant les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot. Le procédé selon l’invention comporte, en plus de la réalisation d’au moins deux filtres de couleurs, chaque filtre comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot entre la première couche réfléchissante et la deuxième couche réfléchissante, la réalisation d’au moins un autre filtre de couleur comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot, dite d’un second type, entre la première couche réfléchissante et la deuxième couche réfléchissante, le matériau diélectrique de cet autre filtre de couleur étant différent du matériau diélectrique des deux filtres de couleur. Avantageusement, ladite étape de structuration en trois dimensions de la couche de résine par lithographie est réalisée de sorte à obtenir un emplacement libre dans lequel est déposée le matériau diélectrique destiné à former le motif de la cavité de Fabry-Pérot d’un second type. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La montre une représentation schématique d'un schéma synoptique du procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention ; Les , , , , , , , , , , et illustrent les étapes du procédé de la ; La montre une représentation schématique d'un schéma synoptique du procédé selon un second mode de réalisation de l'invention; Les , , , , , , , , , , , , , , , , , et illustrent les étapes du procédé de la ; La montre une représentation schématique d'un schéma synoptique du procédé selon un troisième mode de réalisation de l'invention; Les , , , et illustrent les étapes du procédé de la ; La montre une représentation schématique d'un schéma synoptique du procédé selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; Les , et illustrent les étapes du procédé de la ; La montre une représentation schématique d'un schéma synoptique du procédé selon un cinquième mode de réalisation de l'invention ; Les , , , et illustrent les étapes du procédé de la . Procédé (100) de fabrication d’un filtre multispectral pour une radiation électromagnétique, ledit filtre comportant au moins deux filtres (Fi) de couleur, chaque filtre comportant une première couche réfléchissante (215), une deuxième couche réfléchissante (218), une couche en matériau diélectrique (207) de cavité de Fabry-Pérot entre la première couche réfléchissante (215) et la deuxième couche réfléchissante (218), l’épaisseur de la couche diélectrique des deux filtres de couleurs étant différente et chacun des deux filtres (Fi) étant en regard d’un transducteur photoélectrique (214Ai), ledit procédé comportant les étapes suivantes : Dépôt (102) sur un substrat (200), dit substrat poignée, d’une couche de résine (204) ; Structuration (102) en trois dimensions de la couche de résine (204) par lithographie de sorte à obtenir au moins deux motifs de résines (204Ai) de hauteurs différentes, au moins un des motifs présentant une hauteur maximale de référence (Hmax), la hauteur étant mesurée perpendiculairement au plan du substrat (200) ; Dépôt (104) d’une couche (206) réalisée dans le matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, ladite couche (206) de matériau diélectrique recouvrant la totalité des motifs de résine (204Ai) en présentant une surface supérieure (219) dont chaque point est situé à une hauteur relativement au substrat poignée (200) supérieure à la hauteur maximale de référence (Hmax) ; Planarisation (105) par retrait du matériau diélectrique avec arrêt sélectif au sommet du motif de résine le plus haut ; Report (106, 107) de la face planarisée (208) du substrat poignée sur la face supérieure (212) d’un substrat (210), dit substrat porteur, comportant au moins deux transducteurs photoélectriques (214Ai), chacun desdits motifs étant en regard d’un transducteur photoélectrique, une couche réfléchissante (215) destinée à former la première couche réfléchissante des deux filtres de couleurs étant positionnée à l’interface de report entre le substrat poignée et le substrat porteur ; Retrait (108) du substrat poignée (200) ; Retrait (110) de la résine (204) de sorte à libérer en surface au moins deux motifs diélectriques (217Ai) de cavités de Fabry-Pérot d’épaisseur différente ; Dépôt (111) d’une couche réfléchissante (218) sur les au moins deux motifs diélectriques de cavité de Fabry-Pérot, formant la deuxième couche réfléchissante des deux filtres de couleurs. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’étape de structuration est suivie, avant le dépôt de la couche réalisée dans le matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, d’une étape de dépôt conforme d’une couche d’encapsulation sur les motifs de résine. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la lithographie utilisée pour l’étape de structuration est une lithographie en niveaux de gris dite Grayscale. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche réfléchissante destinée à former la première couche réfléchissante des filtres de couleurs est préalablement déposée sur le substrat porteur au-dessus des transducteurs photoélectriques. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’une couche de matériau diélectrique est déposée sur ladite couche réfléchissante du substrat porteur de façon à assurer un contact diélectrique/diélectrique lors du report de la face planarisée du substrat poignée sur la face supérieure du substrat porteur. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte une étape de réalisation de marques d’alignement, lesdites marques d’alignement étant réalisées dans le substrat poignée ou dans la couche de résine, des marques d’alignement étant également présentes dans le substrat porteur de façon à assurer la mise en regard de chacun des motifs de résine avec un transducteur photoélectrique. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte une étape de dépôt d’une couche d’arrêt préalable à l’étape de dépôt de la couche de résine, le retrait du substrat poignée s’arrêtant sur ladite couche d’arrêt et étant suivi du retrait de la couche d’arrêt de sorte à libérer en surface la couche de résine structurée. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte une étape de réalisation de murs d’air séparant les motifs diélectriques de cavités de Fabry-Pérot. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu’il comporte une étape de réalisation de murs de matériau présentant un indice de réfraction optique strictement inférieur à l’indice de réfraction du matériau diélectrique destiné à former les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot, lesdits murs séparant les motifs diélectriques des cavités de Fabry-Pérot. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte, en plus de la réalisation d’au moins deux filtres de couleurs, chaque filtre comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot entre la première couche réfléchissante et la deuxième couche réfléchissante, la réalisation d’au moins un autre filtre de couleur comportant une première couche réfléchissante, une deuxième couche réfléchissante, une couche en matériau diélectrique de cavité de Fabry-Pérot, dite d’un second type, entre la première couche réfléchissante et la deuxième couche réfléchissante, le matériau diélectrique de cet autre filtre de couleur étant différent du matériau diélectrique des deux filtres de couleur. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite étape de structuration en trois dimensions de la couche de résine par lithographie est réalisée de sorte à obtenir un emplacement libre dans lequel est déposée le matériau diélectrique destiné à former le motif de la cavité de Fabry-Pérot d’un second type.