DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention concerne la réalisation, par lithographie et gravure, d'un profil général incliné. Elle reçoit pour application avantageuse un procédé de réalisation par lithographie et gravure d'un dispositif optique en général et plus particulièrement un procédé de réalisation d'un dispositif optique réfractif ou diffractif.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

De nombreux pans de technologie nécessitent de réaliser des structures inclinées de tailles millimétriques, micrométriques, voire nanométriques. Ces structures inclinées sont en particulier nécessaires pour réaliser des dispositifs optiques réfractifs ou diffractifs. De manière connue, ces dispositifs exploitent les phénomènes de réfraction ou de diffraction de la lumière.

Les dispositifs optiques de petites tailles sont souvent intégrés dans des microsystèmes opto-electro-méca n iq ues (MO E M s) , com me , pa r exem ple des interrupteurs optiques, des connecteurs optiques ou des matrices de micro-miroirs. Ils peuvent être intégrés dans de nombreuses autres applications telles que les guides de lumière et, plus généralement, les optiques réfractives ou diffractives. Ces dispositifs sont basés sur une multitude de profils inclinés formant une structure générale généralement en dents de scie ou en arêtes de poissons. La qualité du profil est importante, notamment parce qu'elle conditionne les performances du dispositif optique.

Habituellement, les dispositifs optiques réfractifs ou diffractifs sont obtenus en gravant des lignes à la surface d'un substrat tel qu'un miroir réflecteur par exemple en verre ou tel qu'un substrat en silicium. La gravure peut être effectuée à l'aide d'un diamant ou en ayant recours à une gravure par plasma réactif pour des structures plus fines.

Dans ce dernier cas, deux approches sont généralement utilisées.

Une première approche connue consiste à disposer une résine sur un substrat à graver et à insoler la résine de telle sorte qu'elle ait le profil souhaité en dents de scie ou en arêtes de poisson après son développement. Le substrat est alors gravé en utilisant un procédé qui grave la résine et le substrat à la même vitesse. Le profil souhaité est donc transféré dans le substrat. Cette approche est, par exemple, décrite dans la publication intitulée « Cost-effective mass fabrication of multilevel diffractive optical éléments by use of a single optical exposure with a gray-scale mask on high- energy beam-sensitive glass », Daschner, Long, Stein, Wu et Lee, parue dans APPLIED OPTICS Vol.36 N°20, 10 July 1997.

Pour cette première approche, on utilise un masque à échelle de gris, qui nécessite qu'un niveau de gris soit optimisé pour chaque motif moyennant éventuellement plusieurs itérations. Ceci est un inconvénient surtout si le nombre de composants à réaliser est faible et les délais de fabrication réduits.

Une deuxième approche consiste à approximer le profil incliné souhaité par un profil en escalier. Des étapes de lithographie et de gravures successives sont effectuées pour créer des tranchées de profondeur et de largeur variables de sorte à former les marches de l'escalier. Compte tenu des faibles profondeurs de gravure requises, trois étapes de lithographie et trois étapes de gravure sont suffisantes en général pour obtenir une bonne approximation du profil idéal. Ces étapes de lithographie et de gravure sont des étapes standard facilement adaptables à chaque motif.

L'inconvénient de cette approche réside dans les tolérances d'alignement d'une étape de lithographie par rapport à la précédente. En effet, un défaut d'alignement entre deux étapes de lithographie successives génère des pics ou des creux parasites non souhaités et qui dégradent les performances du dispositif. Les figures 1 , 2, 3, 4a et 5a illustrent les étapes théoriques d'un procédé selon cette deuxième approche au cours duquel l'alignement est parfait.

Comme montré en figure 1 , on forme sur un substrat 1 des motifs 2a de résine, ces motifs 2a définissant ainsi des zones masquées 3a. Le substrat 1 est ensuite gravé (figure 2) au niveau des zones non masquées par la résine 2a. La résine est ensuite supprimée (figure 3). Comme illustré en figure 4, un nouveau dépôt de résine est effectué de sorte à former des motifs 2b sur des zones 4a non gravées préalablement et sur des zones 5a gravées préalablement. La largeur L ₂ des motifs 2b formés en second lieu est la moitié de la largeur L des motifs 2a formés en premier lieu. Les largeurs L et L ₂ sont illustrées en figures 2 et 5a respectivement. On effectue ensuite une nouvelle étape de gravure du substrat au niveau des zones non masquées par les motifs 2b. On obtient ainsi des tranchées de profondeur différente (voir figure 5a). Il suffit ensuite de retirer les motifs 2b de résine pour obtenir un profil en escalier.

Dans la pratique, il est relativement compliqué de réaliser les étapes 4a et 5a décrites précédemment. En effet, ces étapes nécessitent de position ner très précisément les motifs 2b réalisés en second lieu par rapport aux tranchées déjà réalisées.

Les figures 4b, 5b d'une part 4c, 5c d'autre part illustrent clairement les conséquences d'un défaut d'alignement des différentes étapes de lithographie. Ces étapes font suite aux étapes décrites en référence aux figures 1 à 3.

Comme illustré en figure 4b, si les motifs 2b de résine présentent un décalage d1 vers la droite par rapport à leur position théorique illustrée en figure 4a, alors un creux 5 se forme lors de la gravure suivante. Ce creux 5 apparaît clairement en figure 5b et subsiste après retrait des motifs 2b de résine.

Comme illustré en figure 4c, si les motifs 2b de résine présentent un décalage d2 vers la gauche par rapport à leur position théorique illustrée en figure 4a, alors un pic 6 se forme lors de la gravure suivante. Ce pic 6 apparaît clairement en figure 5c et subsiste après retrait des motifs 2b de résine.

Cette deuxième approche induit donc un risque de création de pics ou de creux parasites dérivant de la superposition des masques de résine au cours des étapes successives de lithographie. Le profil obtenu s'éloigne donc du profil souhaité ce qui nécessite des étapes correctives ou entraîne une dégradation des performances du dispositif réalisé. La présente invention a pour objectif de proposer une solution permettant d'obtenir un profil incliné tout en réduisant le risque de formation de pics et de creux. RÉSUMÉ DE L'INVENTION

La présente invention a pour objet un procédé comprenant la réalisation, dans une première couche, d'au moins un profil général incliné approximé par un profil en escalier ayant une pluralité des marches ; la réalisation du profil comprenant les étapes suivantes : une étape de formation de motifs tampon sur la première couche de sorte à définir sur la première couche un masque tampon et au moins une séquence d'étapes comprenant:

une étape de formation de motifs de masquage, effectuée de sorte que chaque motif de masquage présente au moins un bord situé au dessus d'un motif tampon et recouvre au moins une zone de la première couche non masquée par les motifs tampon et effectuée de sorte à définir pour la première couche une plu ralité de zones libres, non masquées par les motifs de masquage ou par les motifs tampon;

une étape de gravure des zones libres pour former des tranchées dans la première couche.

De préférence, la réalisation du profil comprend également : une étape de retrait des motifs de masquage, une étape de retrait des motifs tampon laissant apparaître des murs préalablement recouverts par les motifs tampon, puis une étape de gravure, de préférence isotrope, pour supprimer les murs.

Ainsi, le bord d'un motif tampon délimite au moins une paroi d'une tranchée. Chaque motif de masquage, sur au moins l'un de ses bords, ne délimite pas l'une des parois de la tranchée formée lors de la gravure de la première couche. Les motifs de gravure n'ont donc pas besoin d'être parfaitement alignés pour l'un au moins de leur bord tant que ce bord est situé au dessus du motif tampon. L'invention permet ainsi de supprimer ou tout au moins de réduire les conséquences des défauts d'alignement des motifs de masquage par rapport aux autres couches de l'empilement. On évite ainsi la formation de creux ou de bosses non souhaités.

Les avantages de l'invention sont d'autant plus manifestes que le procédé comprend une pluralité de séquences comprenant chacune la formation de motifs de masquage suivie d'une gravure de la première couche.

Les motifs tampon font donc office de tampon absorbant ou supprimant les défauts d'alignement des motifs de masquage. La présente invention permet donc d'obtenir des profils plus précis tout en réduisant les contraintes de positionnement des motifs de masquage.

Les contraintes de positionnement étant réduites, l'invention permet en outre de réduire le coût des équipements nécessaires et le coût d'obtention des profils inclinés.

De manière facultative, le procédé selon l'invention peut présenter au moins l'une quelconque des étapes et caractéristiques optionnelles énoncées ci-dessous.

Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé de réalisation du profil général incliné est mis en œuvre pour réaliser un dispositif optique réfractif ou diffractif.

De manière particulièrement avantageuse, au moins certains des motifs de masquage présentent deux bords respectivement situés au dessus d'un motif tampon.

Ainsi, les deux parois des tranchées sont délimitées par les bords des motifs tampon. Par conséquent, quel que soit leur positionnement et tant que leurs bords sont situés au dessus d'un motif tampon, les motifs de masquage ne définissent pas les parois de la tranchée. Un défaut dans leur alignement n'a donc pas de conséquence sur les motifs formés dans la première couche.

Avantageusement, à l'issue de l'étape de gravure on retire les motifs de masquage et on laisse en place les motifs tampon. Cette étape de retrait des motifs de masquage précédente est effectuée à l'issue de l'étape de gravu re de chaque séquence.

De préférence, le procédé comprend au moins deux séquences.

De préférence, le procédé comprend au moins une séquence dans laquelle au moins un motif de masquage, recouvre au moins une tranchée préalablement formée dans la première couche.

Préférentiellement, le procédé comprend au moins une séquence dans laquelle au moins un motif de masquage recouvre au moins une tranchée préalablement formée dans la première couche et au moins une zone libre.

De préférence, le procédé comprend au moins une séquence dans laquelle au moins un motif de masquage recouvre plusieurs tranchées préalablement formées dans la première couche, lesdites tranchées présentant des profondeurs différentes.

Préférentiellement, les motifs tampon sont disposés directement sur la première couche. Alternativement, au moins une couche intermédiaire est présente entre les motifs tampon et la première couche, cette au moins une couche intermédiaire pouvant être gravée lors des étapes de gravure pour former des tranchées. Avantageusement, lors de l'étape de masquage, au moins un motif de masquage recouvre au moins une zone non masquée par un motif tampon, le nombre de zones non masquées par un motif tampon et recouvertes par un même motif de masquage étant égal 2 ⁿ , où n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées dans la première couche.

Préférentiellement, le nombre des marches du profil est égal à 2 ⁿ , où n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées pour former des tranchées dans la première couche.

De préférence, le procédé comprend plusieurs étapes de gravure de tranchées, et dans lequel lors de chaque étape de gravure on grave une profondeur P telle que P= p. 2 ⁿ où n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées pour former des tranchées et où p est la profondeur gravée lors de la première gravure.

Le procédé comprend une pluralité de séquences d'étapes, les étapes de gravure des tranchées formant une pluralité des murs situés sous les motifs tampon.

Avantageusement, la au moi ns u n e étape de gravu re pou r former des tranchées est une gravure anisotrope. La direction principale de la gravure anisotrope est sensiblement perpendiculaire au plan de la première couche.

Le procédé comprend, après la au moins une séquence, une étape de retrait des motifs de masquage, puis une étape de retrait des motifs tampon.

De préférence, le procédé comprend : une étape de retrait des motifs de masquage, une étape de retrait des motifs tampon laissant apparaître des murs préalablement recouverts par les motifs tampon, puis une étape de gravure pour supprimer les murs.

Avantageusement, l'étape de gravure pour supprimer les murs est une gravure isotrope. Selon un mode de réalisation, la gravure isotrope est une gravure sèche par plasma délocalisé. Selon un autre mode de réalisation, la gravure isotrope peut-être obtenue dans une machine de gravure profonde du silicium fonctionnant en mode isotrope. La gravure isotrope du silicium peut aussi être obtenue, sans plasma, à l'aide du gaz XeF2. Il est également possible d'effectuer la gravure des murs avec un quelconque liquide permettant une gravure isotrope sur une couche de matériau semiconducteur ou non semi conducteur.

Avantageusement, l'épaisseur gravée lors de la gravure pour supprimer les murs est supérieure ou égale à la moitié de l'épaisseur du mur le plus large. De manière particulièrement avantageuse, l'épaisseur gravée lors de la gravure pour supprimer les murs est environ égale au double de l'épaisseur du mur le plus large. Cela permet de réduire la rugosité du profil incliné approximé par les marches. De manière particulièrement avantageuse, la largeur des motifs tampon est supérieure ou égale à l'intervalle de tolérance d'alignement des équipements permettant de former les motifs de masquage. Typiquement, les tolérances d'alignement de l'équipement permettant de former les motifs de masquage sont comprises entre - 80 nm et + 80 nm et la largeur des motifs est d'au moins 160nm.

Préférentiellement, les motifs tampon ont la même largeur.

Préférentiellement, les tranchées ont la même largeur. Avantageusement, la pente du profil général incliné approximé par un escalier est constante. Selon une alternative, les tranchées présentent des largeurs différentes et la pente du profil général incliné approximé par un escalier est variable.

Selon un premier mode de réalisation, la première couche est une couche de matériau semi-conducteur. Selon un autre mode de réalisation la première couche est une couche de matériau au moins partiellement réflecteur ou principalement réflecteur tel qu'un métal. Dans ce cas, de préférence, le dispositif fonctionnera principalement en diffraction. Selon un autre mode de réalisation la première couche est une couche de matériau au moins partiellement transparent ou principalement transparent tel que le verre o u l e quartz par exemple. Dans ce cas, de préférence, le d ispositif fonctionnera principalement en réfraction.

Avantageusement, la première couche forme un substrat. De manière générale, la première couche peut être formée dans tout matériau pouvant être gravé de façon anisotrope et isotrope.

Avantageusement, le matériau semi-conducteur est du silicium. Un tel substrat a notamment pour avantage d'être compatible avec les dispositifs MEMS microsystèmes électro-mécaniques ou MOEMS microsystèmes opto-électro- mécaniques développés par ailleurs. Ainsi, le substrat ou la couche dans laquelle on réalise le profil incliné, est destinée à la réalisation de MEMS ou de MOEMS.

Avantageusement, les motifs tampon sont en oxyde de silicium. Ce matériau présente pour intérêt de pouvoir supporter la gravure de la première couche en silicium et de pouvoir être retiré sans détériorer cette dernière. Avantageusement, les motifs tampon en oxyde de silicium sont obtenus à partir d'une couche d'oxyde de silicium. L'épaisseur de la couche tampon et donc de celle des motifs tampon est comprise entre 100 nm et 2 micromètres. De préférence elle est de l'ordre de quelques centaines de nanomètres et plus précisément comprise entre 200nm et 500 nm. Elle peut être obtenue par oxydation thermique du silicium ou par dépôt. Préférentiellement, les motifs tampon sont en aluminium. Ce matériau présente pour intérêt de pouvoir supporter la gravure de la première couche quartz et de pouvoir être retiré sans détériorer cette dernière.

Avantageusement, les motifs de masquage sont réalisés par photolithographie à partir d'une couche tampon recouvrant la première couche. Par exemple, un masque en résine peut être déposé sur la couche tampon, puis des motifs peuvent être formés dans la couche de résine avant gravure de la couche tampon à travers le masque de résine.

Avantageusement, le procédé comprend, après l'étape de gravure des murs, une étape de métallisation des marches. Cela a pour avantage d'améliorer la réflectivité par rapport à celle d'un substrat de type silicium. L'efficacité d'un dispositif fonctionnant par diffraction peut ainsi être améliorée. Le dépôt métallique peut par exemple être réalisé par des techniques connues d'évaporation sous vide, de pulvérisation cathodique ou de dépôt CVD ou PECVD.

Avantageusement, on effectue plusieurs profils en escalier dans une même première couche. On peut ainsi obtenir une structure en « dents de scie », en « arêtes de poisson ».

Selon un autre aspect, l'invention porte sur un système comprenant au moins un dispositif optique réfractif ou diffractif obtenu par un procédé selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes.

Selon un encore autre aspect, l'invention porte sur un procédé de réalisation dans une première couche d'au moins un profil général incliné approximé par un profil en escalier ayant une pluralité des marches; la réalisation du profil comprenant les étapes suivantes : une étape de formation de motifs tampon sur la première couche de sorte à définir sur la première couche un masque tampon et au moins une séquence d'étapes comprenant:

une étape de formation de motifs de masquage effectuée de sorte que chaque motif de masquage présente au moins un bord situé au dessus d'un motif tampon et recouvre au moins une zone de la première couche non masquée par les motifs tampon et de sorte à définir pour la première couche une pluralité de zones libres non masquées par les motifs de masquage ou par les motifs tampon;

une étape de gravure des zones libres pour former des tranchées.

De manière facultative et avantageuse, les autres étapes et caractéristiques détaillées en référence au procédé de réalisation d'un dispositif optique réfractif ou diffractif sont parfaitement applicables au procédé de réalisation d'un profil incliné approximé par un profil en escalier.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :

Les figures 1 -3, 4a et 5a illustrent les étapes principales d'un procédé de réalisation de tranchées selon une technique connue;

Les figures 4b-5b illustrent des étapes du procédé de réalisation selon la technique connue et dans lequel survient un défaut d'alignement vers la droite,

Les figures 4c-5c illustrent des étapes du procédé de réalisation tranchées selon la technique connue et dans lequel survient un défaut d'alignement vers la gauche,

Les figures 6 à 17 illustrent les étapes d'un procédé selon un exemple de réalisation de l'invention et permettant d'obtenir un profil incliné approximé par un profil en escalier tel que représenté en figure 17. Plus précisément:

- la figure 6 illustre un empilement de couches comprenant une couche tampon recouvrant une première couche dans laquelle on souhaite réaliser un profilé incliné approximé par un profil en escalier;

- la figure 7 illustre une étape au terme de laquelle la couche tampon est partiellement gravée pour former des motifs tampon;

- la figure 8 illustre une étape de formation de premiers motifs de masquage;

- la figure 9 illustre une étape où la première couche est gravée à travers les motifs de masquage et les motifs tampon pour former des tranchées;

- la figure 10 illustre une deuxième étape de formation de motifs de masquage;

- la figure 1 1 illustre une autre étape où la première couche est gravée à travers les motifs de masquage nouvellement formés et les motifs tampon pour former ou approfondir des tranchées;

- la figure 12 illustre une troisième étape de formation de motifs de masquage; - la figure 13 illustre une autre étape où la première couche est gravée à travers les motifs de masquage nouvellement formés et les motifs tampon pour former ou approfondir des tranchées;

- la figure 14 illustre une étape de retrait des motifs de masquage;

- la figure 15 illustre une étape de retrait des motifs tampon;

- la figure 16 illustre la première couche à l'issue de l'étape 15 et illustre le profilé qui va être obtenu à l'issue de l'étape 17 ; - la figure 17 illustre une étape de gravure des murs subsistants entre les tranchées et précédemment recouverts par les motifs tampon.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

La réalisation d'un profil incliné pour former de préférence un dispositif optique va maintenant être détaillée en référence aux figures 6 à 17.

Au préalable, il est précisé que dans le cadre de la présente invention le terme « sur » ne signifie pas obligatoirement « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt d'une couche sur une autre couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l'une de l'autre mais cela signifie que l'une des couches recouvre au moins partiellement l'autre en étant soit directement à son contact soit en étant séparée d'elle par un film, encore une autre couche ou un autre élément.

Dans le cadre de la présente invention le terme profil incliné signifie que la pente du profil est inclinée par rapport au plan défini par la première couche. Sur les figures, ce plan est transversal au dessin et est parallèle au plan XY défini par le repère orthonormé XYZ de la figure 6. L'inclinaison est typiquement comprise entre 0° et 90°.

Comme indiqué précédemment, le procédé qui suit a pour but de réaliser un profil 1 10 en escalier qui approxime un profil général incliné. L'escalier comprend une pluralité de marches 100. Le profil 1 10 est illustré en figure 16 et 17. Le profil 1 10 incliné et tout au moins les marches 100 présentent de préférence une échelle micrométrique/nanométrique. Dans une première étape, illustrée en figure 6, on dépose une couche tampon

20 sur une première couche 10 dans laquelle on souhaite former les marches de l'escalier. La première couche 10 est réalisée dans un matériau pouvant être gravé de façon isotrope et anisotrope. Avantageusement, la première couche 10 fait office de substrat.

Comme illustré en figure 7, on forme des motifs dans la couche tampon 20 de sorte à former un masque tampon 20c. Ces motifs sont désignés par la suite motifs tampon 21. Ainsi, le masque tampon 20c définit pour la première couche 10 des zones masquées par les motifs tampon 21 et des zones libres 20a non masquées par les motifs tampon 21. Avantageusement, les motifs tampon 21 sont disposés de sorte à définir une alternance de zones masquées par les motifs tampon 21 et des zones libres 20a non masquées par les motifs tampon 21 . Les motifs tampon 21 peuvent être obtenus par des étapes classiques de lithographie. On peut notamment prévoir de recouvrir la couche tampon 20 de résine, puis de former des motifs dans la couche de résine par impression nanométrique à l'aide d'un moule comprenant des reliefs ou par insolation d'une sélection de zones de la résine s'il s'agit d'une résine photosensible. Après un éventuel développement de la résine, on grave la couche tampon 20 à travers les motifs de résine, puis on retire ces derniers. L'étape de gravure, ou gravure sélective de la couche tampon 20 est une gravure anisotrope. Elle est avantageusement réalisée par gravure sèche par plasma. Tel qu'illustré en figure 8, on réalise un masque dans une deuxième couche. Ce masque présente des motifs désignés motifs de masquage 40a.

Avantageusement, ces motifs de masquage 40a sont réalisés à partir d'une couche désignée couche de masquage qui a été appliquée sur le masque tampon 20c.

Les motifs de masquage 40a sont de préférence en résine. Ils peuvent ainsi être réalisés par un procédé conventionnel de lithographie par impression nanométrique ou par photolithographie, tels que ceux rappelés précédemment pour la réalisation des motifs tampon 21.

Les motifs de masquage 40a sont effectués de sorte à recouvrir certaines zones libres 20a non masquées par les motifs tampon 21 et à ne pas recouvrir certaines autres zones libres 20a non masquées par les motifs tampon 21 . Ainsi, certaines zones 20b de la première couche 10 ne sont ni recouvertes par les motifs tampon 21 ni par les motifs de masquage 40a. Ces zones 20b apparaissent en figure 8.

En observant l'empilement de couches en section, selon un plan qui comprend les axes X et Z, les zones 20a non recouvertes par les motifs tampon 21 sont, en alternance, recouvertes et non recouvertes par les motifs de masquage 40a. Ainsi, sauf aux extrémités de l'empilement de couches, une zone 20b ni recouverte par un motif tampon 21 ni recouverte par un motif de masquage 40a est adjacente à deux zones recouvertes par un motif tampon 21 .

De manière particulièrement avantageuse, les motifs de masquage 40a présentent au moins un bord (40b ou 40c) qui recouvre un motif tampon 21 .

On précise qu'un bord est formé par une paroi d'un motif qui s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la première couche 10, soit selon une direction sensiblement parallèle à l'axe Z du repère de la figure 6. Lorsque le motif est une ligne, le bord forme, selon un plan sensiblement parallèle à celui de la première couche 10, également une ligne. Lorsque le motif est un anneau, le bord forme, selon un plan sensiblement parallèle à celui de la première couche, un cercle de même centre que l'anneau. Sur les figures illustrées, les bords apparaissent selon une section sensiblement transversale à la direction dans lequel le motif s'étend. Ainsi, sur ces figures, les motifs et tranchées peuvent être des lignes, une succession de segments alignés ou non, des cercles etc. L'invention n'est pas limitative des formes définies par les motifs dans un plan parallèle à celui de la première couche (plan XY).

Le motif de masquage 40a recouvre au moins une partie du motif tampon 21 ainsi qu'une zone de la première couche 10 non recouverte par le motif tampon 21. Ainsi, quelle que soit la position du bord (40b ou 40c) du motif de masquage 40a sur le motif tampon 21 tant que ce bord est situé au dessus du motif tampon 21 , alors ce bord (40b ou 40c) n'aura pas d'influence lors d'une gravure effectuée pour former des tranchées dans la première couche 10. Ce bord ne délimitera aucune des parois des tranchées.

Les contraintes de positionnement du motif de masquage 40a peuvent ainsi être relâchées.

II est à noter qu'il est préférable que les motifs de masquage 40a aient leurs deux bords 40b, 40c qui recouvrent un motif tampon 21. Cela est illustré en figure 8. Chacun des deux bords verticaux 40b, 40c dans le plan ZX est situé au dessus d'un motif tampon 21 . Chaque motif de masquage 40a, sauf éventuellement ceux des extrémités de l'empilement de couches recouvrent donc successivement depuis l'un de leur bord 40b : un motif tampon 21 , une zone non masquée par un motif tampon 21 et un autre motif tampon 21 . Comme on le verra par la suite lors des autres étapes, un même motif de masquage 40a, 50a ou 60a peut recouvrir plus de deux motifs tampon 21 et plusieurs zones 20b de la première couche 10 non recouvertes un motif tampon 21.

Ces sont donc les motifs tampon 21 qui délimitent les parois des tranchées qui peuvent être réalisées par gravure dans la premières couche 1 0. Les motifs de masquage 40a n'ont pas d'influence sur ces parois. Un défaut d'alignement d'un ou plusieurs motifs de masquage 40a, tant que les bords (40b, 40c) de ce motif de masquage 40a sont disposés au droit d'un motif tampon 21 , n'aura pas d'influence sur le positionnement des parois des tranchées. Un tel défaut d'alignement ne laissera donc pas apparaître de creux ou de pic. L'invention permet ainsi de réduire les contraintes d'alignement et de limiter considérablement les risques d'apparition de creux ou de pics.

De manière particulièrement avantageuse, la largeur des motifs tampon 21 est supérieure ou égale aux tolérances d'alignement de l'équipement de lithographie utilisé pour réaliser les motifs de masquage (40a, 50a, 60a). Dans le cadre de la présente invention, on peut utiliser un équipement de lithographie conventionnel par exemple un équipement de type ASM /300. La tolérance d'alignement d'un équipement de lithographie conventionnel est de l'ordre de +/- 75 nm (nanomètres) environ, soit une amplitude de tolérance de 150 nm. On effectuera alors des motifs tampon 21 d'une largeur d'au moins 150 nm. On précise que la largeur d'un motif est sa dimension prise selon une direction sensiblement parallèle à la surface de la première couche 10, soit selon une direction sensiblement parallèle à l'axe X du repère de la figure 6.

A la fin de la première étape de lithographie permettant de réaliser des motifs de masquage 40a, la première couche 10, observée en section selon le plan ZX et selon le sens de l'axe X, comprend plusieurs successions de zones, chaque succession comprenant successivement:

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une zone masquée par un motif de masquage 40a,

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une zone non masquée 20b.

De préférence, l'ensemble des quatre zones précédentes se répète pour toute la longueur de la première couche 10 le long de la direction X, sauf éventuellement aux extrémités.

Au terme de la première étape de lithographie, est effectuée une première étape de gravure de la première couche 10. Le résultat de cette étape est illustré en figure 9. La combinaison des motifs tampon 21 et des motifs de masquage 40a forme un masque de gravure permettant de graver la première couche 10 au niveau des zones de cette couche qui ne sont recouvertes par aucun motif. La gravure permet ainsi de former des tranchées. La profondeur gravée p lors de cette première étape est typiquement comprise entre 200nm et Ι μηη. Elle est préférentiellement de l'ordre de 400 nm. La profondeur est mesurée selon la direction Z. Cette gravure est anisotrope de direction principale selon l'axe Z.

On effectue de préférence une étape de retrait des motifs de masquage 40a. Les motifs tampon 21 sont quant à eux conservés. On applique donc un procédé de retrait sélectif des motifs de masquage 40a. Ce retrait sélectif est particulièrement simple lorsque les motifs de masquage 40a sont en résine et que les motifs tampon 21 sont en oxyde de silicium, en nitrure de silicium ou en métal.

Comme illustré en figure 10, une deuxième étape de formation de motifs de masquage 40a est réalisée. De préférence, ces nouveaux motifs de masquage 40a sont réalisés par lithographie. Ces nouveaux motifs de masquage 50a sont formés de sorte à ce qu'au moins l'un de leurs bords 50b, 50c soit situé au droit d'un motif tampon 21 . Pour les raisons évoquées précédemment, il est préférable que les deux bords 50b, 50c soient chacun situés à l'aplomb d'un motif tampon 21.

Ces nouveaux motifs de masquage 50a sont également disposés de sorte à :

- recouvrir : des zones non gravées et des tranchées formées à l'étape précédente de gravure et

- ne pas recouvrir : des zones non gravées et des tranchées formées à l'étape précédente de gravure.

A la fin de cette deuxième étape de lithographie permettant de réaliser de nouveaux motifs de masquage 50a, la première couche 10, observée en section selon le plan ZX et selon le sens de l'axe X, comprend plusieurs successions de zones, chaque succession comprenant successivement:

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une tranchée masquée par un motif de masquage 50a et ayant fait l'objet d'une gravure, cette tranchée ayant de préférence une profondeur p,

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une tranchée masquée par un motif de masquage 50a et n'ayant pas fait l'objet d'une gravure,

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une zone non masquée et ayant fait l'objet d'une gravure, cette tranchée ayant de préférence une profondeur p,

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une zone non masquée n'ayant pas fait l'objet d'une gravure.

Cette succession de huit zones se répète pour toute la longueur de la première couche 10 le long de la direction X, sauf aux extrémités.

De préférence, on forme un seul motif de marquage 50a pour une succession de zones telle que définies précédemment. Comme illustré en figure 11 , on procède à une deuxième gravure de la première couche 10 à travers le masque formé de la combinaison des motifs tampon 21 et des motifs de masquage 50a dernièrement formés.

La gravure permet ainsi de former des tranchées là où il n'y avait pas au préalable de tranchées et permet d'augmenter la profondeur des tranchées formées au préalable. La profondeur gravée lors de cette gravure est avantageusement de l'ordre de 2p c'est-à-dire qu'elle est le double de la profondeur gravée lors de la précédente étape de gravure (illustrée en figure 9). La première couche 10 présente ainsi des zones non gravées, des tranchées gravées une seule fois dont la profondeur est de p, des tranchées gravées une seule fois dont la profondeur est de 2p et des tranchées gravées deux fois dont la profondeur 3p (p + 2p).

Ainsi, à l'issue de cette deuxième étape de gravure de la première couche 10, cette dernière présente, le long de la direction X, une répétition de trois tranchées consécutives dont la profondeur se réduit graduellement. Deux de ces tranchées ont été gravées lors de cette deuxième étape de gravure et l'une n'a pas été gravée lors de cette étape car protégée par un motif de masquage 50a en résine. Cette dernière tranchée est adjacente à une zone non gravée.

On obtient donc successivement trois tranchées et une zone non gravées séparées chacune par un mur formé dans la première couche. Cette succession se répète le long de l'axe X.

On effectue de préférence une étape de retrait des motifs de masquage 50a dernièrement formés. Les motifs tampon 21 sont quant à eux conservés.

Comme illustré en figure 12, une nouvelle étape de formation de motifs de masquage 60a est réalisée. De préférence, ces nouveaux motifs de masquage 60a sont réalisés par lithographie.

Ces nouveaux motifs de masquage 60a sont formés de sorte à ce qu'au moins l'un de leurs bords 60b, 60c soit situé au droit d'un motif tampon 21 . Pour les raisons évoquées précédemment, il est préférable que les deux bords 60b, 60c soient chacun situés à l'aplomb d'un motif tampon 21.

Ces nouveaux motifs de masquage 60a sont également disposés de sorte à :

- recouvrir : des zones non gravées et des tranchées formées aux étapes précédentes de gravure et

- ne pas recouvrir : des zones non gravées et des tranchées formées à l'étape précédente de gravure.

A la fin de cette nouvelle étape de lithographie permettant de réaliser de nouveaux motifs de masquage 60a, la première couche 10, observée en section selon le plan ZX, comprend plusieurs successions de zones. Chaque succession comprend un motif de masquage 60a recouvrant successivement selon l'axe X:

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une tranchée masquée par un motif de masquage 60a et ayant fait l'objet de deux étapes de gravure, cette tranchée ayant de préférence une profondeur de 3p,

- une zone masquée par un motif tampon 21 , - une tranchée masquée par un motif de masquage 60a et ayant fait l'objet d'une étape de gravure, cette tranchée ayant de préférence une profondeur 2p,

- une zone masquée par un motif tampon 21 .

- une tranchée masquée par un motif de masquage 60a et ayant fait l'objet d'une étape de gravure, cette tranchée ayant de préférence une profondeur de p,

- une zone masquée par un motif tampon 21 ,

- une tranchée masquée par un motif de masquage 60a et n'ayant pas fait l'objet d'une gravure,

- une zone masquée par un motif tampon 21 .

En outre, la succession de zones comprend, entre deux motifs de masquage 60a consécutifs, quatre zones non masquées par aucun motif, ces quatre zones non masquées étant séparées par trois motifs tampon 21 . Ces quatre zones non masquées étant respectivement :

- une tranchée ayant de préférence une profondeur de 3p,

- une tranchée ayant de préférence une profondeur 2p,

- une tranchée ayant de préférence une profondeur de p,

- une zone n'ayant pas fait l'objet d'une gravure.

Comme illustré en figure 13, on procède à une troisième étape de gravure de la première couche 10 à travers le masque formé de la combinaison des motifs tampon 21 et des motifs de masquage 60a dernièrement formés.

La gravure permet ainsi de former des tranchées là où il n'y avait pas au préalable de tranchées et permet d'augmenter la profondeur des tranchées formées au préalable. La profondeur gravée lors de cette gravure est avantageusement de l'ordre de 4p c'est-à-dire qu'elle est le double de la profondeur gravée lors de la précédente étape de gravure (illustrée en figure 1 1 ) et qu'elle est quatre fois plus importante que la profondeur gravée lors de la première étape de gravure (illustrée en figure 9). La première couche 10 présente ainsi des zones non gravées, des tranchées gravées une seule fois dont la profondeur est de p, des tranchées gravées une seule fois dont la profondeur est de 2p, des tranchées gravées deux fois dont la profondeur est de 3p, des tranchées gravées une seule fois dont la profondeur est de 4p, des tranchées gravées deux fois dont la profondeur est de 5p, des tranchées gravées deux fois dont la profondeur est de 6p et des tranchées gravées trois fois dont la profondeur 7p.

Ainsi, à l'issue de cette troisième étape de gravure de la première couche 10, cette dernière présente, le long de la direction X, une répétition de : sept tranchées consécutives dont la profondeur se réduit graduellement et une zone non gravée. Ces sept tranchées et cette zone non gravée sont séparées chacune par un mur formé dans la première couche. Cette succession se répète le long de l'axe X.

Comme illustré figure 14, on effectue de préférence une étape de retrait des motifs de masquage 60a dernièrement formés. Les motifs tampon 21 sont quant à eux conservés.

Au terme de la dernière étape de gravure de la première couche 10 pour former des tranchées on élimine les motifs tampon 21 comme illustré en figure 15.

On obtient alors une structure présentant des tranchées de profondeur croissante ou décroissante et séparées les unes des autres par des murs 10a. Ces murs correspondent aux zones de la première couche recouverte par les motifs tampon 21. Les gravures préalables étant anisotropes, les gravures réalisées dans la première couche 10 ont conservées des parois sensiblement à l'aplomb des bords des motifs tampon 21 . Ce sont donc bien les motifs tampon 21 qui délimitent les parois des tranchées et des murs 10a de séparation des tranchées.

Comme illustré en figures 16 et 17 on effectue une gravure de la première couche 10 de sorte à éliminer les murs 10a de séparation des tranchées. Le profil obtenu est référencé 1 10 sur ces figures.

De préférence, cette étape de gravure des murs 10a est une étape de gravure isotrope. Selon un mode de réalisation, la gravure isotrope est une gravure sèche par plasma délocalisé également désignée par son vocable anglais "remote plasma". L'équipement utilisé sur la plateforme est par exemple une machine industrielle de l'équipementier Shibaura, constitué d'un main frame, ou module de base, Allegro supportant une chambre CDE80. Selon d'autres alternatives, la gravure isotrope peut- être obtenue par une machine de gravure profonde du silicium fonctionnant en mode isotrope. Par exemple deux équipements industriels de la société SPTS, prévus pour la gravure profonde du silicium, sont utilisés sur la plateforme. La gravure isotrope est obtenue en ne faisant fonctionner que le générateur source de la chambre. La gravure isotrope du silicium peut aussi être obtenue, sans plasma, à l'aide du gaz XeF2. Dans ce cas, par exemple un équipement de laboratoire Xactix peut par exemple être installé sur la plateforme. Il est également possible d'effectuer la gravure des murs 10a avec un quelconque liquide permettant une gravure isotrope sur une couche de matériau semi-conducteur ou non semi conducteur.

Cette étape de gravure des murs 10a permet d'enlever une épaisseur e2 du matériau de la première couche 10 au moins égale à la moitié de la largeur e1 des murs 10a, ou au moins à la moitié de l'épaisseur e1 du mur le plus large s'ils n'ont pas tous la même largeur.

Avantageusement, cette épaisseur gravée est doublée, soit environ égale à la largeur d'un mur. Dans ce cas, les marches sont lissées et la paroi de la pente devient moins rugueuse et plus rectiligne.

En poursuivant l'exemple précédent dans lequel les motifs tampon 21 présentent une largeur de 150 nm, les murs 10a ont sensiblement une largeur de 150 nm prise selon la direction. La profondeur minimale à graver est donc de 75 nm. Avantageusement elle est de 150 nm afin de lisser la rugosité du profil incliné.

On obtient ainsi des marches 100 formant un profil 1 10 en escalier. Avec l'enchaînement des étapes décrites précédemment, les marches 100 sont au nombre de 8.

Cette étape de gravure isotrope des murs, associée aux étapes précédentes, permet de réduire considérablement le nombre total d'étapes. En outre, l'étape de gravure isotrope permet d'attaquer le mur latéralement, ce qui permet de consommer rapidement des murs fins et hauts ainsi qu'une faible épaisseur dans le fond des tranchées, permettant ainsi une élimination rapide des murs et un lissage de la pente si la gravure est poursuivie.

L'invention ne se limite pas au nombre de marches ou aux profondeurs de gravure ou aux motifs décrits dans l'exemple précédent. Ces paramètres seront adaptés en fonction du profil incliné que l'on souhaite réaliser.

Ainsi de manière générale, le nombre des marches 100 d'un même profil 1 10 est égal à 2 ⁿ , où n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées pour former des tranchées dans la première couche. On détermine ainsi aisément le nombre d'étapes de gravure à effectuer en fonction du nombre de marches à réaliser pour obtenir le profil souhaité. Ainsi, à l'issue de l'étape 17, trois étapes de gravure de la première couche 10 ont été effectuées (voir les étapes illustrées aux figures 9, 1 1 et 13) et le nombre de marches est donc de 2 ⁿ = 8.

De manière générale également, lors d'une étape de formation des motifs de masquage (40a, 50a ou 60a), on réalise au moins un motif de masquage qui recouvre au moins une zone non masquées par un motif tampon 21 , le nombre des zone non recouvertes par un motif tampon 21 et consécutives que ce même motif de masquage recouvre étant égal 2 ⁿ , où n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées dans la première couche 10. Ainsi, comme illustré en figure 8, les motifs de masquage 40a recouvre 2° = 1 zone non masquée puisque aucune étape de gravure de la première couche n'a été réalisée préalablement à la réalisation des motifs de masquage 40a de la figure 8. Comme illustré en figure 10, chaque motif de masquage 50a recouvre 2 ¹ = 2 zones non masquées puisqu'une seule étape de gravure de la première couche (illustrée en figure 9) a été réalisée préalablement à la réalisation des motifs de masquage de la figure 10. Comme illustré en figure 12, chaque motif de masquage 60a recouvre 2 ² = 4 zones non masquées puisque une seule étape de gravure de la première couche (illustrée en figure 1 1 ) a été réalisée préalablement à la réalisation des motifs de masquage 60a de la figure 12.

De même à chaque étape de formation des motifs de masquage, on sépare deux motifs de masquage consécutifs de sorte à laisser entre eux 2 ⁿ zones non recouvertes par aucun motif tampon 21 ou motif de masquage. Ainsi, on permet à 2 ⁿ zones non recouvertes par des motifs tampon 21 et consécutives d'être gravées, n étant toujours le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées dans la première couche 10.

De manière générale, lors de chaque étape de gravure de la première couche 10 on grave une profondeur P telle que P= p.2 ⁿ avec :

- n est le nombre d'étapes de gravure préalablement effectuées dans la première couche 10 pour former des tranchées et

- p est la profondeur de la première gravure.

Ainsi, la gravure illustrée en figure 9 est la première gravure et sa profondeur est p. Cette profondeur vérifie la loi P= p.2° = p puisque aucune étape de gravure de la première couche n'a été réalisée préalablement. La gravure illustrée en figure 1 1 est la deuxième gravure et sa profondeur est P= p.2 ¹ = 2p puisque seule une gravure a été effectuée au préalable dans la première couche 10. La gravure illustrée en figure 13 est la troisième gravure et sa profondeur est P= p.2 ² = 4p puisque deux gravures ont été effectuées au préalable dans la première couche 10. Ces deux gravures préalables correspondent aux étapes illustrées aux figures 9 et 1 1.

Grâce au procédé selon l'invention, on obtient des marches 100 présentant chacune une hauteur préférentiellement comprise entre 200nm et 1 μηι et typiquement de l'ordre de 400 nm, la hauteur étant prise selon la direction Z. La première gravure ou profondeur p est donc de préférence comprise entre 200nm et 1 μηι. Sur l'exemple illustré, la profondeur de la tranchée la plus profonde avant retrait des murs 10a est de 7p. Elle est donc comprise entre 7 ^* 200nm et 7 ^* 1 μηη soit entre 1 ,4μηΊ et 7μη"ΐ. La largeur d'une marche 100, soit sa dimension selon la direction X est préférentiellement comprise entre 200nm et 1 μηη et typiquement de l'ordre de 500 nm. Sur une même couche 10, plusieurs profils 100 peuvent ainsi être formés. La marche la plus haute de l'un de ces autres profils apparaît sur la gauche des figures 16 et 17. On peut ainsi obtenir des structures en dents de scie, en arêtes de poisson. Comme indiqué précédemment, il est nécessaire que la première couche 10 soit dans un matériau pouvant être gravé de façon isotrope et anisotrope.

Selon un mode de réalisation, la première couche est en un matériau semiconducteur. Avantageusement, la première couche est en silicium permettant ainsi une compatibilité avec d'autres dispositifs tels que des MEMSs ou des MOEMs. Selon un autre mode de réalisation la première couche est une couche de matériau réflecteur ou principalement réflecteur tel qu'un métal. Dans ce cas, de préférence, le dispositif fonctionnera principalement en diffraction. Selon un autre mode de réalisation la première couche est u ne couche de matériau transparent ou essentiellement transparent tel que le verre ou le quartz par exemple. Dans ce cas, de préférence, le dispositif fonctionnera principalement en réfraction.

La couche la couche tampon 20 peut être réalisée en oxyde de silicium. L'oxyde de silicium est avantageusement obtenu par oxydation thermique du silicium ou par dépôt. La couche tampon 20 présente une épaisseur, mesurée selon l'axe Z, typiquement de quelques centaines des nanomètres.

Selon une variante, la couche tampon 20 est réalisée en nitrure de silicium, si le matériau semi-conducteur est du silicium. Elle peut également être en aluminium si le matériau semi-conducteur est du quartz. Ces matériaux permettent de supporter les gravures décrites ci-dessous et peuvent être retirés sans endommager la première couche 10.

Afin d'améliorer ses performances optiques, on métallisé optionnellement le profil 1 10 obtenu. Cela a pour avantage d'améliorer la réflectivité par rapport à celle d'un substrat moins réflecteur. L'efficacité d'un dispositif fonctionnant principalement par diffraction peut ainsi être améliorée. Le dépôt métallique peut par exemple être réalisé par des techniques connues d'évaporation sous vide, de pulvérisation cathodique ou de dépôt CVD ou PECVD.

La présente invention propose ainsi un procédé particulièrement fiable et simple pour obtenir un profil incliné présentant une pluralité de marches de taille micrométrique/nanométrique en évitant la formation de creux ou de pics. Elle permet avantageusement d'obtenir des dispositifs optiques réfractifs ou diffractifs de qualité améliorée. En outre les contraintes de positionnement étant réduites, l'invention permet de réduire le coût des équipements nécessaires et le coût d'obtention des profils.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. L'invention n'est en particulier pas limitée à des marches qui s'étendent selon une direction rectiligne selon l'axe Y, ni à des marches de hauteur ou d'épaisseur constantes, ni à un nombre donné d'étapes de gravures ou de marches.