Brevet FR3152063A1 — publié le 20250214

L’invention a pour objet un dispositif (D1) de photolithographie pour transférer au moins un motif sur un substrat (1) comprenant: une source de rayonnement (2) pour émettre un faisceau à une longueur d’onde prédéterminée (λ) ; un support (3) pour maintenir le substrat fixe par rapport à la source de rayonnement (2) ; un écran afficheur (4) disposé entre la source de rayonnement (2) et le support (3) et configuré pour afficher l’au moins un motif; La source de rayonnement (2) étant disposée de manière à illuminer une première face du substrat (1) à travers l’écran afficheur (4) pour transférer l’au moins un motif sur ladite première face du substrat (1). Ledit écran afficheur (4) comprenant une matrice de pixels, la matrice de pixels comprenant au moins un pixel (41, 42, 43) ayant une opacité à ladite longueur d’onde modulable de manière à obtenir l’un parmi au moins les états d’opacité suivants : un état opaque (E2) ou un état transparent (E1). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de photolithographie à motifs modulables L’invention concerne le domaine des dispositifs dont la fonction est le contrôle de lumière en transmission, et plus particulièrement, les dispositifs de photolithographie utilisés dans l’industrie microélectronique. En outre, l’invention est susceptible d’adresser des problématiques de cyber sécurité et d’archivage de données. La photolithographie est un procédé de fabrication de microsystèmes et de semi-conducteurs qui consiste à transférer un motif (communément appelé dessin physique ou « integrated circuit layout » en anglais) de circuit électronique sur un substrat à l'aide de la lumière. Elle est largement utilisée dans l'industrie électronique pour la production de microprocesseurs, de mémoires, de circuits intégrés, de capteurs de type MEMS et/ou NEMS et d'autres dispositifs électroniques ou microfluidique. Initialement, une couche de résine photosensible est déposée sur la surface du substrat. La résine est exposée à la lumière à travers un masque (ou réticule) qui contient le motif d’un niveau de couches d’un circuit électronique à produire. La lumière réagit avec la résine dans les zones exposées, créant ainsi un modèle de circuit électronique sur la surface du substrat. Une fois exposée, le substrat est plongée dans un bain de solution chimique de développement, qui dissout la résine non exposée et révèle le motif du circuit électronique. Alternativement, il est possible de choisir une résine qui réagit de manière inverse avec la lumière : La résine est solidifiée lorsqu’elle n’est pas exposée à la lumière et inversement, la résine est dissoute lorsqu’elle est exposée à la lumière. Le motif est ensuite transféré sur le substrat en utilisant un processus de gravure ou de dépôt de matériau. La photolithographie est un procédé technologique de précision qui permet de créer des motifs de circuit électronique avec des résolutions allant jusqu'à quelques nanomètres. Elle est essentielle pour la fabrication de dispositifs électroniques avancés comprenant des milliards de transistors sur une seule puce. La photolithographie est également utilisée dans d'autres industries, telles que la fabrication de microsystèmes, la production de masques pour l'impression et la gravure de circuits imprimés, ainsi que dans la production de dispositifs optiques et de capteurs. Dans les domaines de la microélectronique et des nanotechnologies, les circuits intégrés et les dispositifs nanométriques sont réalisés par l’empilement de plusieurs couches. Les empilements sont réalisés par plusieurs itérations successives des opérations de photolithographie, de dépôt de couches et de gravure. Concernant la photolithographie, chaque itération correspond à un motif déterminé et ainsi chaque itération nécessite un masque de lithographie qui lui est propre. Chaque motif, et ainsi chaque masque, correspond à un dessin physique du circuit à un certain niveau de hauteur et/ou à un certain matériau à déposer. Le nombre d’itérations peut dépasser des centaines. Cela implique la nécessité de fabriquer plusieurs masques de lithographies pour fabriquer un seul composant. De plus, Cela implique la nécessité de changer pour chaque itération le masque de lithographie, ce qui augmente considérablement la complexité du procédé. En ce sens, plusieurs problèmes ont été clairement identifiés avec les dispositifs de photolithographies connus dans l’état de l’art. En effet, les masques-réticules utilisés sont conçus en durs, et la fabrication de chaque niveau de couches nécessite un masque dédié ; ce qui engendre l’augmentation de la complexité du procédé et l’augmentation des couts du procédé à cause de la nécessité de fabrication de plusieurs masques. Nous allons commencer par introduire les solutions connues par l’Homme de l’art pour la réalisation des masques-réticules de photolithographie. Une première solution connue concerne les masques (ou réticules) réalisés par des pistes et des motifs en chrome déposés sur un support en quartz. Pour une photolithographie réalisée par un faisceau lumineux ultra-violet (UV), le quartz est transparent aux ondes électromagnétiques UV et les pistes et motifs en chrome sont opaques. L’inconvénient de cette solution consiste à la nécessité d’utilisation d’un masque dédié pour chaque niveau de couches du dispositif à fabriquer. Cela engendre une complexité de fabrication, des couts élevés de fabrication et plus particulièrement, le fait que les motifs de chrome fabriqués pour un masque son non-modifiables. Pour pallier les limitations des solutions existantes, l’invention propose un dispositif de photolithographie comprenant un écran afficheur disposé entre la source de rayonnement et le substrat cible. L’écran afficheur jouant le rôle de filtre comprend des pixels modulables permettant d’afficher un état noir (opaque), blanc (transparent) ou des nuances de gris (intermédiaire). L’écran afficheur modulable permet de réaliser un réticule unitaire et unique par niveau de couche, offrant une solution polyvalente qui peut être adaptée à chacun niveaux de l’empilement de couches minces. Le dispositif de photolithographie selon l’invention permet l’obtention d’une solution avec une versatilité illimitée et instantanée permettant une utilisation variée et efficace. Il devient plus simple de changer les motifs projetés pour chaque itération de lithographie. Cela permet de gagner du temps et des coûts dans le procédé de fabrication. Le dispositif selon l’invention offre également la possibilité d'encodage unique de puces, telles que les QR codes. De plus, cette approche permet de réduire le nombre de masques nécessaires en évitant l'utilisation de quartz et de chrome, ce qui contribue à minimiser les déchets et les processus de recyclage associés. L’écran-réticule unitaire présente également des avantages pour réaliser les lithographies en niveaux de gris (« grayscale lithography » en anglais), que ce soit en termes d'absorption ou de densification de motif. Enfin, il convient de souligner que le dispositif de photolithographie selon l’invention est totalement compatible et respecte les standards des procédés de fabrication microélectronique établies. L’invention a pour objet un dispositif de photolithographie pour transférer au moins un motif sur un substrat comprenant : une source de rayonnement pour émettre un faisceau à une longueur d’onde prédéterminée ; un support pour maintenir le substrat fixe par rapport à la source de rayonnement ; un écran afficheur disposé entre la source de rayonnement et le support et configuré pour afficher l’au moins un motif ; La source de rayonnement étant disposée de manière à illuminer une première face du substrat à travers l’écran afficheur pour transférer l’au moins un motif sur ladite première face du substrat. Ledit écran afficheur comprenant une matrice de pixels, la matrice de pixels comprenant au moins un pixel ayant une opacité à ladite longueur d’onde modulable de manière à obtenir l’un parmi au moins les états d’opacité suivants : un état opaque ou un état transparent. Selon un aspect particulier de l’invention, ledit pixel est en outre modulable de manière à obtenir au moins un état intermédiaire entre l’état opaque et l’état transparent. Selon un aspect particulier de l’invention, l’écran afficheur est réalisé sur une plaque transparente à ladite longueur d’onde. Selon un aspect particulier de l’invention, la largeur et/ou la longueur du pixel est comprise entre 0,1µm et 10µm. Selon un aspect particulier de l’invention, la longueur d’onde est dans le domaine de l’ultraviolet. Selon un aspect particulier de l’invention, l’écran afficheur est un écran à cristaux liquides. Selon un aspect particulier de l’invention, le pixel est un composant à cristaux liquides comprenant un électrolyte comprenant le chrome ou le nickel. Selon un aspect particulier de l’invention, l’écran afficheur est un écran à encre électronique. Selon un aspect particulier de l’invention, le dispositif de photolithographie comprend en outre des moyens de contrôle pour commander l’opacité à ladite longueur d’onde prédéterminée de dudit pixel à partir d’un code numérique représentant l’au moins motif. Selon un aspect particulier de l’invention, le dispositif de photolithographie comprend en outre au moins une lentille disposée entre l’écran afficheur et le support pour focaliser le faisceau passant à travers l’écran afficheur sur une zone du substrat. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants. la illustre un dispositif de photolithographie selon un premier mode de réalisation de l’invention. la représente une vue en de dessous de l’écran afficheur jouant le rôle de filtre pixellisé du dispositif de photolithographie selon l’invention. la représente une vue en coupe d’un premier exemple de structure obtenue suite à une lithographie par le dispositif de photolithographie selon l’invention. la représente une vue en coupe d’un second exemple de structure obtenue suite à une lithographie par le dispositif de photolithographie selon l’invention. la illustre un dispositif de photolithographie selon un second mode de réalisation de l’invention. la illustre un dispositif de photolithographie selon un troisième mode de réalisation de l’invention. La illustre un dispositif de photolithographie D1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le dispositif de photolithographie D1 est configuré pour transférer un dessin physique sur un substrat cible 1. Le dessin physique correspond à titre d’exemple au masque physique (layout en anglais) d’un niveau métallique d’un circuit intégré réalisé par un empilement de couches minces. Le dispositif de photolithographie D1 comprend une source de rayonnement 2 pour émettre un faisceau à une longueur d’onde prédéterminée λ ; un support 3 pour maintenir le substrat cible 1 ; un écran afficheur 4 et des moyens de contrôle 5 pour programmer l’affichage de l’écran afficheur 4 selon dessin physique à transférer. Le substrat cible 1 est fixé sur le support 2. Une couche de résine photosensible est étalée sur la surface supérieure su substrat cible 1. L’écran afficheur 4 est disposé entre la source de rayonnement 2 et le support 3. L’écran afficheur 4 est configuré par les moyens de contrôle 5 pour afficher le dessin physique à transférer par l’opération de lithographie. L’écran afficheur 4 comprend une matrice de pixels 41,42 montés sur une plaque 40 transparente à la longueur d’onde λ. La matrice de pixel comprend une pluralité de pixels ayant une opacité modulable à ladite longueur d’onde λ. Pour chaque pixel 41,43 de ladite pluralité l’opacité est configurée parmi au moins les états d’opacité suivants : un état opaque E2 à la longueur d’onde λ ou un état transparent E1 à la longueur d’onde λ. Ainsi, il est possible de configurer l’écran afficheur 4 pour afficher le dessin physique associé à chaque itération de lithographie du procédé de fabrication, sans nécessité de changer le réticule. La matrice de pixels de l’écran afficheur 4 peut être réalisée entièrement ou partiellement par des pixels ayant une opacité modulable par rapport aux rayonnements émis. La source de rayonnement 2 émet un faisceau lumineux vers la surface supérieure du substrat 1 à travers l’écran afficheur 4. Les pixels configurés à l’état opaque E2 bloquent les rayonnements émis, et inversement, les pixels configurés à l’état transparent E1 laissent passer les rayonnements émis. Les zones exposées de la résine RES changent de nature. Cela définit des motifs à l’image du réticule réalisé par l’écran afficheur 4. Les moyens de contrôle 5 sont connectés à l’écran afficheur 4 via une connexion non-filaire pour garantir une parfaite intégration dans les équipements standards. Pour chaque pixel modulable de l’écran afficheur 4, les moyens de contrôle 5 émettent un signal de commande d1, non-filaire (radio par exemple), pour programmer électriquement l’opacité dudit pixel. À titre d’exemple, les moyens de contrôle sont réalisés par un ordinateur connecté à l’écran afficheur 4. L’ordinateur reproduit un dessin physique prédéterminé par modulation de l’opacité des pixels de l’écran 4 à partir d’un code numérique ou d’une base de données représentant l’implémentation physique d’un niveau de couches prédéterminé du circuit intégré. À titre d’exemple illustratif, le dispositif de lithographie D1 est un dispositif de lithographie UV (pour le domaine de l’ultra-violet). Ainsi, la source de rayonnement 2 est conçue pour émettre des rayonnements ayant une longueur d’onde λ dans le domaine de l’ultra-violet. La plaque transparente 40 est réalisée en un matériau transparent aux ondes UV, par exemple en quartz ou en saphir. Selon un aspect particulier de l’invention, chaque pixel modulable 41,42 est réalisé par un composant à cristaux liquides LCD (acronyme de Liquid Crystal Device) comprenant un électrolyte confiné entre deux électrodes. L’électrolyte comprend un matériau absorbant de la longueur d’onde λ, par exemple le chrome ou le nickel. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée entre les deux électrodes d'un pixel, cela provoque un changement d'orientation des molécules ainsi qu'une variation du plan de polarisation, ce qui entraîne une modification de la transparence aux rayonnements UV. Alternativement, les pixels modulables 41,42 de l’écran afficheur 4 sont réalisés par des composants réflectifs de type écran à encre électronique. Dans ce mode de réalisation, les pixels modulables 41,42 de l’écran afficheur 4 sont des micro-capsules contenant des particules à charge positive et négative dispersées dans un liquide. Lorsqu'une tension électrique est appliquée, les particules se déplacent vers l'électrode correspondante (positive ou négative), ce qui modifie la répartition des particules et provoque un changement de transparence localisé. L'un des principaux avantages de l'affichage électrophorétique est sa capacité à maintenir l'image affichée sans consommer d'énergie, car les particules restent en place une fois la tension appliquée. De manière générale, les pixels modulables de l’écran afficheur 4 présentent une largeur et/ou une longueur comprise entre 0,1µm et 10µm, préférentiellement supérieure ou égale à 0.1µm et inférieure ou égale à 0,7µm de manière permettre la fabrication de micro et nanostructures. Ces dimensions sont réalisables avec des composants à cristaux liquides LCD et les composants réflectifs à encre électronique. Cela permet d’être compatible avec les procédés de fabrication de micro et nanostructures, et plus particulièrement pour la fabrication de circuits microélectroniques. L’utilisation d’un écran 4 à opacité modulable dans le dispositif de lithographie D1 selon l’invention permet de changer le dessin physique reproduit pendant l’opération sans nécessité de remplacer physiquement le masque jouant le rôle de réticule. La modification de design ou écriture d’un GDSII peut dès lors être intégrée dans une ligne de production bien plus rapidement, sans passer par la fabrication couteuse d’un réticule. Chaque itération/adaptation de correction ou amélioration du design est réalisée bien plus facilement. Dès lors, le changement physique du masque n’est plus nécessaire donc aucune intervention humaine n’est requise. Cela présente l’avantage de l’automatisation et la simplification du procédé et la réduction des couts relatifs à la fabrication de plusieurs masques en chrome (un par dessin physique). De plus, la versatilité de l’écran 4 à opacité modulable permet de crypter de manière unitaire chacune des puces électroniques réalisées sur un même substrat ou galette de semi-conducteur (wafer en anglais). En effet, il est courant dans les procédés de fabrication microélectronique de fabriquer une pluralité de puces électroniques sur le même substrat. Dans certains cas, les puces correspondent à une répétition du même circuit intégré. Lors d’une opération de lithographie, il est alors possible de générer un identifiant pour chaque puce sous forme de marqueur unique grâce à la versatilité de l’écran 4 à opacité modulable jouant le rôle de réticule. La représente une vue en de dessous de l’écran afficheur 4 du dispositif de photolithographie selon l’invention. L’écran afficheur 4 comprend une matrice de pixels ayant une opacité modulable à la longueur d’onde λ de lithographie. Plusieurs motifs (ou formes géométriques) F1 à F4 sont affichées par modulation de l’opacité des pixels de la matrice encodée par les moyens de contrôle 5. Les pixels sont configurables selon un état opaque E2 à la longueur d’onde λ (appelé état noir) ou un état transparent E1 à la longueur d’onde λ (appelé état blanc) et avantageusement selon une pluralité d’états intermédiaires E3 et E4 appelés états gris. À titre d’exemple, le motif F1 comprend une première ligne verticale de cinq pixels 42 opaques à la longueur d’onde λ. Le motif F1 comprend en outre une seconde ligne verticale de cinq pixels 44 à un premier état intermédiaire E4 correspondant à une opacité inférieure à celle de l’état opaque E2. Le motif F1 comprend en outre une troisième ligne verticale de cinq pixels 43 à un second état intermédiaire E3 correspondant à une opacité inférieure à celle du premier état intermédiaire E4. Enfin, le motif F1 comprend une quatrième ligne verticale de cinq pixels 41 totalement transparentes à la longueur d’onde λ. La possibilité de contrôler graduellement l’opacité des pixels dans la matrice via les états intermédiaires (appelés aussi nuances de gris) permet de réaliser des opérations de lithographie de type « grayscale ». Cela permet de contrôler l’épaisseur des structures obtenues par modification chimique (réticulation) de la résine lors de la lithographie. La représente une vue en coupe d’un premier exemple de structure obtenue suite à une lithographie par le dispositif de photolithographie D1 selon l’invention. La vue en coupe correspond à la structure obtenue selon l’axe B-B traversant le motif F1 illustrée dans la . À titre d’exemple illustratif et non limitatif, nous allons considérer le cas où résine est réticulée lorsqu’elle n’est pas exposée à la lumière. Selon l’axe B-B, la structure 11 obtenue par solidification de la résine suite à une lithographe via l’écran de la comprend : une première partie 11a ayant une première épaisseur z a , une deuxième partie 11b ayant une deuxième épaisseur z b et une troisième partie 11c ayant une troisième épaisseur z b tel que z a > z b > z c . La première partie 11a est obtenue par une insolation à travers le pixel 42 opaque de première ligne verticale du motif F1. La deuxième partie 11b est obtenue par une insolation à travers le pixel 44 au premier état intermédiaire E4 de la deuxième ligne verticale du motif F1. La troisième partie 11c est obtenue par une insolation à travers le pixel 43 au second état intermédiaire E3 de la troisième ligne verticale du motif F1. De plus, la structure 12 correspond selon l’axe de coupe B-B à la structure obtenue par insolation à travers le pixel opaque 45 illustré sur la . Il en résulte que le dispositif de lithographie selon l’invention permet de réaliser facilement des structures à épaisseur variable par une seule opération de lithographie grâce aux nuances de gris des pixels de l’écran 4 afficheur modulable. Avantageusement, chaque pixel présente une pluralité d’états intermédiaires entre l’état opaque E2 et l’état transparent E1. L’augmentation du nombre d’états intermédiaires permet d’afficher un continuum de nuances de gris sur l’écran afficheur 4. Cela permet de fabriquer des structures ayant une variation graduelle d’épaisseur z tel qu’illustré dans la . La représente une vue en coupe d’un second exemple de structure 11’ présentant une variation graduelle d’épaisseur z grâce à une lithographie à travers un écran afficheur 4 avec des pixels présentant une pluralité d’états intermédiaires. La illustre un dispositif de photolithographie D1 selon un second mode de réalisation de l’invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de photolithographie D1 comprend en outre au moins une lentille 6 disposée entre l’écran afficheur 4 et le support 3. L’au moins lentille 6 est destinée à focaliser le faisceau passant à travers l’écran afficheur 4 sur une zone 11 prédéterminée du substrat 1. La distance séparant l’écran afficheur 4 et la lentille 6 est égale à la distance focale de ladite lentille. La lentille 6 permet alors d’adapter la projection de l’image de l’écran afficheur 4 sur une zone réduite 11 de la surface supérieure du substrat 1. Cela permet de réaliser une pluralité de puces électronique sur le même substrat. La illustre un dispositif de photolithographie D1 selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Dans ce mode de réalisation, l’écran afficheur 4 comprend en outre une pellicule 7 transparente à la longueur d’onde λ. La pellicule 7 est fixée à l’écran afficheur 4 au regard de la matrice de pixels à une distance de séparation d non nulle. La distance de séparation d est comprise entre 1 mm et 2 cm. La pellicule sert à protéger la matrice de pixels des contaminations de type particule ou poussière qui peuvent fausser l’image projetée lors de la lithographie. En effet, lorsqu’une particule P est posée sur la pellicule P, la distance d non nulle fait que la particule P n’est pas située au plan focal de la lentille 6. Il en résulte que l’image P’ de la particule P n’est pas projetée sur la surface supérieure du substrat 1. On obtient ainsi l’avantage d’une opération de lithographie fiable indépendamment des contaminations potentielles de l’environnement du dispositif de lithographie D1. Dispositif de photolithographie (D1) pour transférer au moins un motif sur un substrat (1) comprenant : une source de rayonnement (2) pour émettre un faisceau à une longueur d’onde prédéterminée (λ) ; un support (3) pour maintenir le substrat (1) fixe par rapport à la source de rayonnement (2) ; un écran afficheur (4) disposé entre la source de rayonnement (2) et le support (3) et configuré pour afficher l’au moins un motif ; la source de rayonnement (2) étant disposée de manière à illuminer une première face du substrat (1) à travers l’écran afficheur (4) pour transférer l’au moins un motif sur ladite première face du substrat (1). ledit écran afficheur (4) comprenant une matrice de pixels (41, 42, 43), la matrice de pixels (41, 42, 43) comprenant au moins un pixel (41, 42, 43) ayant une opacité à ladite longueur d’onde (λ) modulable de manière à obtenir l’un parmi au moins les états d’opacité suivants : un état opaque (E2) ou un état transparent (E1). Dispositif de photolithographie (D1) selon la revendication 1 dans lequel ledit pixel (41) est en outre modulable de manière à obtenir au moins un état intermédiaire (E3, E4) entre l’état opaque (E2) et l’état transparent (E1). Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel l’écran afficheur (4) est réalisé sur une plaque transparente à ladite longueur d’onde (λ). Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la largeur et/ou la longueur du pixel est comprise entre 0,1µm et 10µm. Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la longueur d’onde (λ) est dans le domaine de l’ultraviolet. Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l’écran afficheur (4) est un écran à cristaux liquides. Dispositif de photolithographie (D1) selon la revendication 6 dans lequel le pixel (41, 42, 43) est un composant à cristaux liquides comprenant un électrolyte comprenant le chrome ou le nickel. Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l’écran afficheur (4) est un écran à encre électronique. Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant en outre des moyens de contrôle (5) pour commander l’opacité à ladite longueur d’onde prédéterminée (λ) de dudit pixel (41) à partir d’un code numérique représentant l’au moins motif. Dispositif de photolithographie (D1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant en outre au moins une lentille (6) disposée entre l’écran afficheur (4) et le support (3) pour focaliser le faisceau passant à travers l’écran afficheur (4) sur une zone (11) du substrat (1).