FR2663439A1 - Process for the treatment and, in particular, the etching of a substrate, and substrate obtained by this process - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé permettant de réaliser sur un substrat la gravure d'informations, en particulier sous la forme de creux discrets ménagés dans la surface du substrat, notamment pour la fabrication de disques optiques, ou encore d'effectuer la réalisation de motifs, suivie d'opérations telles que la gravure, le dépôt, la diffusion ou l'inplantation ionique de composés divers dans cette surface, comme il est classique dans l'industrie des semiconducteurs pour la réalisation de composants ou de circuits intégrés. The subject of the present invention is a method enabling information to be etched on a substrate, in particular in the form of discrete recesses formed in the surface of the substrate, in particular for the manufacture of optical discs, or else to carry out the production. patterns, followed by operations such as etching, deposition, diffusion or ion implantation of various compounds in this surface, as is conventional in the semiconductor industry for the production of components or integrated circuits.
On connaît les techniques usuelles de fabrication de disques optiques, destinés à une commercialisation à grande échelle, qui consistent à appliquer sur le substrat, constitué par un flan en un matériau relativement souple, notamment en polycarbonate, une couche de résine polymérisable, l'information étant imprimée dans cette couche par pressage du disque sur une matrice en un matériau plus dur, par exemple en nickel. La couche de résine ainsi formée et comportant en creux, la réplique des empreintes en relief de la matrice, est ensuite durcie par exposition à un rayonnement ultra-violet, le disque étant habituellement achevé par dépôt d'une couche de métallisation mince et uniforme, suivi d'un éventuel revêtement de finition et s'il y a lieu d'une impression sérigraphique, elle-même revêtue d'une couche finale d'un vernis de protection. We know the usual techniques for manufacturing optical discs, intended for large-scale marketing, which consist in applying to the substrate, consisting of a blank in a relatively flexible material, in particular polycarbonate, a layer of polymerizable resin, the information being printed in this layer by pressing the disc on a matrix made of a harder material, for example nickel. The resin layer thus formed and comprising in hollow, the replica of the relief imprints of the matrix, is then hardened by exposure to ultraviolet radiation, the disc usually being completed by depositing a thin and uniform metallization layer, followed by a possible finishing coating and if necessary a screen printing, itself coated with a final layer of a protective varnish.
On connaît également divers procédés de réalisation de disques à substrat en verre, le brevet français FR-A- 2 608 589 donnant à titre indicatif, un exemple de mise en oeuvre, d'ailleurs non exclusif, d'un tel procdé. Dans ce cas, le disque de verre est revêtu d'une couche mince de résine photosensible, qui est ensuite exposée à un rayonnement ultra-violet, de manière à sensibliser certaines parties de la résine selon un mode opératoire classique en technique de photolithogravure. L'ensemble est ensuite développé par voie chimique, de manière à éliminer les parties de la résine impressionnées ou non par le rayonnement, selon que la résine est positive ou négative.La partie restant sur le flan de verre constitue un masque, protégeant celui-ci pendant l'opération suivante de gravure du substrat dans les parties dépourvues de résine, cette gravure s'effectuant par voie chimique ou par action d'un plasma approprié. La couche de résine photosensible est alors éliminée complètement et le disque terminé de façon connue par dépôt d'une couche de métallisation et éventuellement d'une couche de protection finale.A noter que ce procédé s'applique de façon tout à fait similaire pour la fabrication en microélectronique de composants semiconducteurs ou de circuits intégrés, le substrat de verre étant remplacé par une plaquette d'un matériau semiconducteur, généralement en silicium, en oxyde de silicium, arséniure de gallium ou autre, dans lequel on procède de façon analogue au dépôt ou au dopage par des substances appropriées, réalisant les jonctions semiconductrices nécessaires. Various processes are also known for producing discs with a glass substrate, French patent FR-A-2 608 589 giving by way of indication, an example of implementation, moreover not exclusive, of such a process. In this case, the glass disc is coated with a thin layer of photosensitive resin, which is then exposed to ultraviolet radiation, so as to sensitize certain parts of the resin according to a conventional procedure in photolithography technique. The whole is then developed chemically, so as to eliminate the parts of the resin which may or may not be exposed to radiation, depending on whether the resin is positive or negative. The part remaining on the glass blank constitutes a mask, protecting it ci during the following operation of etching the substrate in the parts devoid of resin, this etching being carried out chemically or by the action of an appropriate plasma. The photosensitive resin layer is then completely eliminated and the disc finished in a known manner by depositing a metallization layer and possibly a final protective layer. Note that this process applies in a very similar manner for the manufacturing in microelectronics of semiconductor components or integrated circuits, the glass substrate being replaced by a wafer of a semiconductor material, generally silicon, silicon oxide, gallium arsenide or other, in which one proceeds in a similar manner to the deposition or doping with appropriate substances, performing the necessary semiconductor junctions.
Or, ces procédés connus, pour le traitement d'un substrat de disque optique ou d'une plaquette de matériau semiconducteur, exigent l'utilisation de machines de photogravure, qui sont d'une utilisation très délicate et surtout d'un prix de revient particulièrement élevé. However, these known methods, for the treatment of an optical disc substrate or a wafer of semiconductor material, require the use of photoengraving machines, which are very delicate to use and above all a cost price. particularly high.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement, en particulier de gravure d'un substrat, qui pallie cet inconvénient, en évitant l'enregistrement direct des informations dans ce substrat et en particulier l'impression de celui-ci par le procédé classique de photolithogravure, donc l'usage de machines complexes, de coût notable et nécessitant des interventions longues et délicates. The subject of the present invention is a method of treatment, in particular of etching a substrate, which overcomes this drawback, by avoiding the direct recording of information in this substrate and in particular the printing thereof by the conventional method. photolithography, therefore the use of complex machines, of notable cost and requiring long and delicate interventions.
Le procédé selon l'invention permet par ailleurs de transmettre de façon répétitive des informations codées ou non, dont la représentation matérielle correspond à une succession de creux ménagés dans le substrat et dont les dimensions physiques minimales peuvent être notamment inférieures au micromètre. The method according to the invention also makes it possible to repeatedly transmit coded or non-coded information, the material representation of which corresponds to a succession of recesses formed in the substrate and the minimum physical dimensions of which can in particular be less than a micrometer.
A cet effet, le procédé considéré se caractérise en ce qu'il consiste successivement, à partir d'un substrat plan à traiter, à déposer sur ce substrat une couche mince de résine photopolymérisable, à appliquer étroitement sur la couche mince de résine, éventuellement superficiellement durcie, une matrice en un matériau dur, comportant des empreintes en relief pour matérialiser en creux les informations à transférer dans le substrat, à durcir la couche de résine après ou le cas échéant au cours de l'operation d'application de la matrice, à effectuer un nettoyage ultérieur du substrat au fond des creux ménagés dans la couche de résine par les empreintes de la matrice pour découvrir le substrat, et à effectuer un traitement de ce substrat à travers ces creux, selon un processus particulier, fonction des usages envisagés. To this end, the process considered is characterized in that it consists successively, starting from a flat substrate to be treated, of depositing on this substrate a thin layer of photopolymerizable resin, to be applied closely to the thin layer of resin, possibly superficially hardened, a matrix made of a hard material, comprising relief imprints to materialize the information to be transferred into the substrate, to harden the resin layer after or if necessary during the operation of applying the matrix , to carry out a subsequent cleaning of the substrate at the bottom of the recesses formed in the resin layer by the imprints of the matrix to uncover the substrate, and to carry out a treatment of this substrate through these recesses, according to a particular process, depending on the uses considered.
Ainsi et lorsque le substrat est destiné à constituer un disque optique, et est notamment constitué par un flan de verre, le traitement réalisé consiste en une gravure du substrat au moyen d'un plasma réactif ou d'un faisceau d'ions, ou encore par voie chimique. Thus, and when the substrate is intended to constitute an optical disc, and is in particular constituted by a glass blank, the treatment carried out consists in etching the substrate by means of a reactive plasma or an ion beam, or else chemically.
En revanche, lorsque le substrat est une plaquette d'un matériau semiconducteur, notamment destinée à la fabrication de composants électroniques ou de circuits intégrés, le traitement consiste selon le cas en une réalisation de motifs servant ensuite à des opérations de gravure, de dépôt, de dopage ou d'implantation ionique d'une ou de plusieurs substances appropriées. On the other hand, when the substrate is a wafer of a semiconductor material, in particular intended for the manufacture of electronic components or integrated circuits, the treatment consists, as the case may be, in producing patterns then used for etching, deposition, doping or ion implantation of one or more suitable substances.
Dans l'un et l'autre cas et selon une caractéristique particulière du procédé considéré, le traitement du substrat est suivi d'un nettoyage final de sa surface, puis éventuellement du dépôt d'une couche d'un revêtement métallique et, s'il y a lieu, d'un revêtement final d'un vernis de protection. In both cases and according to a particular characteristic of the process considered, the treatment of the substrate is followed by a final cleaning of its surface, then possibly by the deposition of a layer of a metallic coating and, if necessary, a final coating of a protective varnish.
Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention peut comporter, après le dépôt de la couche mince de résine et avant l'application de la matrice en matériau dur, une phase de durcissement superficiel de la couche mince. According to another characteristic, the method according to the invention can comprise, after the deposition of the thin layer of resin and before the application of the matrix of hard material, a phase of surface hardening of the thin layer.
Avantageusement mais de façon non exclusive, l'épaisseur de la couche de résine est choisie égale ou inférieure à un micromètre, le durcissement superficiel éventuel et le durcissement final de cette couche étant obtenus par exposition à un rayonnement ultra-violet. De préférence également, la matrice en matériau dur est réalisée en nickel. Advantageously but not exclusively, the thickness of the resin layer is chosen to be equal to or less than one micrometer, the possible surface hardening and the final hardening of this layer being obtained by exposure to ultraviolet radiation. Also preferably, the matrix of hard material is made of nickel.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, en elles-mêmes connues mais avantageusement mises en oeuvre dans le procédé considéré, le nettoyage du substrat au fond des creux ménagés par les empreintes de la matrice dans la couche de résine, est réalisé par voie chimique ou de préférence à l'aide d'un plasma réactif contenant des ions fluor, additionnés d'oxygène. La gravure du substrat au fond des creux après nettoyage est de préférence réalisée au moyen d'un plasma réactif différent, contenant des ions fluor additionnés d'argon. According to other characteristics of the invention, in themselves known but advantageously implemented in the process considered, the cleaning of the substrate at the bottom of the recesses formed by the imprints of the matrix in the resin layer is carried out by chemical or preferably using a reactive plasma containing fluorine ions, supplemented with oxygen. The etching of the substrate at the bottom of the recesses after cleaning is preferably carried out by means of a different reactive plasma, containing fluorine ions added with argon.
Enfin, le second nettoyage après gravure du substrat, est préférentiellement obtenu de manière identique au premier nettoyage.Finally, the second cleaning after etching of the substrate, is preferably obtained in an identical manner to the first cleaning.
Dans le cas où le substrat ainsi traité est revêtu d'un dépôt métallique, celui-ci présente généralement une épaisseur de l'ordre de 100 à 120 nanomètres, mais qui peut être d'une valeur supérieure ou inférieure en fonction de l'utilisation du substrat, le métal de cette couche étant avantageusement choisi parmi l'or, l'argent ou l'aluminium. Eventuellement, si le substrat ainsi traité est prévu pour constituer un disque enregistrable, le dépôt métallique est remplacé par celui d'une ou plusieurs couches sensibles appropriées. In the case where the substrate thus treated is coated with a metallic deposit, this generally has a thickness of the order of 100 to 120 nanometers, but which may be of a higher or lower value depending on the use of the substrate, the metal of this layer being advantageously chosen from gold, silver or aluminum. Optionally, if the substrate thus treated is intended to constitute a recordable disc, the metal deposit is replaced by that of one or more appropriate sensitive layers.
Le procédé selon l'invention permet ainsi, quel que soit le mode de réalisation envisagé et l'application proposée, de traiter et en particulier de graver un substrat d'une façon indirecte, à partir d'une impression effectuée par une matrice en un matériau dur, appliquée sur une couche mince et uniforme en un matériau tendre, préalablement déposée sur le substrat et durcie après ou pendant l'application de la matrice, la gravure ultérieure proprement dite étant réalisée de façon connue. Ce procédé permet d'obtenir le transfert d'informations à partir des empreintes de la matrice pouvant comprendre des dimensions critiques, inférieures à un micromètre, sans avoir recours à un enregistrement séquentiel direct ou à une duplication globale par photolithogravure. The method according to the invention thus makes it possible, whatever the embodiment envisaged and the application proposed, to process and in particular to etch a substrate in an indirect manner, from a printing carried out by a matrix in a hard material, applied on a thin and uniform layer of soft material, previously deposited on the substrate and hardened after or during the application of the matrix, the subsequent etching proper being carried out in a known manner. This method makes it possible to obtain the transfer of information from the imprints of the matrix which may include critical dimensions, less than one micrometer, without having to resort to direct sequential recording or to global duplication by photolithography.
D'autres caractéristiques du procédé de traitement d'un substrat en verre ou en un matériau semiconducteur selon l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence à la planche de dessins annexée, sur laquelle les vues repérées a à h représentent le substrat traité à travers les étapes successives, caractérisant ce procédé. Other characteristics of the process for treating a substrate made of glass or a semiconductor material according to the invention will become more apparent from the following description of an example of implementation, given by way of non-limiting example, reference to the attached drawing plate, on which the views marked a to h represent the substrate treated through the successive stages, characterizing this process.
Sur la Figure a, la référence S désigne un flan ou disque mince analogue, destiné à former le substrat d'un disque optique numérique notamment, ce substrat étant de préférence réalisé en verre. In FIG. A, the reference S designates a blank or similar thin disk, intended to form the substrate of a digital optical disk in particular, this substrate preferably being made of glass.
Sur le substrat S est alors déposé, comme illustré sur la Figure b, une couche mince 1 d'une résine photopolymérisable, dont l'épaisseur est généralement choisie inférieure au micromètre. Le cas échéant, la couche 1, une fois mise en place d'une façon en elle-même connue par enduction ou projection sur le substrat
S, soumise à un rayonnement ultra-violet de courte durée, par exemple de l'ordre de quelques secondes, afin d'obtenir un léger durcissement superficiel de cette couche.On the substrate S is then deposited, as illustrated in FIG. B, a thin layer 1 of a photopolymerizable resin, the thickness of which is generally chosen to be less than a micrometer. Where appropriate, the layer 1, once placed in a manner known per se by coating or spraying onto the substrate
S, subjected to short-term ultraviolet radiation, for example of the order of a few seconds, in order to obtain a slight surface hardening of this layer.
La couche de résine photopolymérisable i subit alors une opération de pressage mécanique, au moyen d'une matrice 2, comme schématiquement illustré sur la Figure c, cette matrice étant réalisée en un matériau dur approprié, notamment en aluminium ou de préférence en nickel, ou encore en tout autre métal ou alliage convenant à ce genre d'opération. La matrice 2 présente en relief des parties en saillie ou empreintes 3, préalablement réalisées sur la matrice et représentant les informations à graver ultérieurement sur le substrat S, ces empreintes en saillie s'imprimant en creux dans la couche de résine 1, en formant dans celle-ci une réplique directe de la matrice.Au cours de cette opération ou immédiatement après celle-ci, on soumet le substrat à un nouveau rayonnement ultra-violet mais pendant une durée plus longue, de l'ordre de quelques dizaine de secondes à quelques minutes, afin d'obtenir un durcissement complet de la couche de résine 1. Le temps de durcissement est à chaque fois déterminé suivant la nature de la résine utilisée. The photopolymerizable resin layer i then undergoes a mechanical pressing operation, by means of a matrix 2, as schematically illustrated in FIG. C, this matrix being made of a suitable hard material, in particular aluminum or preferably nickel, or still in any other metal or alloy suitable for this kind of operation. The matrix 2 has in relief protruding parts or imprints 3, previously produced on the matrix and representing the information to be engraved subsequently on the substrate S, these protruding imprints imprinted in the resin layer 1, forming in this is a direct replica of the matrix. During this operation or immediately after it, the substrate is subjected to a new ultraviolet radiation but for a longer duration, of the order of a few tens of seconds at a few minutes, in order to obtain a complete hardening of the resin layer 1. The hardening time is each time determined according to the nature of the resin used.
Dans l'étape suivante, illustrée sur la Figure d, la matrice 2 est retirée en laissant subsister au fond de chaque creux correspondant à une empreinte 3 de la matrice, une très mince pellicule de résine 4, dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques nanomètres. Cette pellicule 4 est alors éliminée par une opération de nettoyage du substrat S, soit par voie chimique, soit de préférence à l'aide d'un plasma réactif contenant des ions fluor additionnés d'oxygène. Après cette opération, apparaît au fond des creux dans la couche 1 la surface de verre du substrat, parfaitement propre et notamment débarrassée de toute trace de résine. In the next step, illustrated in FIG. D, the matrix 2 is removed, leaving at the bottom of each hollow corresponding to an imprint 3 of the matrix, a very thin film of resin 4, the thickness of which is order of a few nanometers. This film 4 is then removed by a cleaning operation of the substrate S, either chemically or preferably using a reactive plasma containing fluorine ions added with oxygen. After this operation, appears at the bottom of the recesses in layer 1 the glass surface of the substrate, perfectly clean and in particular free of any trace of resin.
On procède alors, comme illustré sur la Figure e, à la gravure du substrat S, en utilisant de préférence un plasma réactif d'un autre type, par exemple un plasma contenant des ions fluor additionnés d'argon. One then proceeds, as illustrated in FIG. E, to the etching of the substrate S, preferably using a reactive plasma of another type, for example a plasma containing fluorine ions added with argon.
Une fois la gravure du disque de verre achevée, on réalise un second nettoyage complet de la surface du substrat afin de supprimer le reliquat de résine subsistant sur la surface du disque entre les creux correspondant aux empreintes et à travers lesquels a été réalisée la gravure. Ce second nettoyage peut être à nouveau réalisé par voie chimique ou par tout autre processus habituel. Finalement, le substrat S présente une surface gravée, comme illustré sur la Figure f où les creux obtenus correspondent aux informations à lire dans le disque lors de son utilisation finale. Once the etching of the glass disc is complete, a second complete cleaning of the surface of the substrate is carried out in order to remove the residual resin remaining on the surface of the disc between the recesses corresponding to the imprints and through which the etching has been carried out. This second cleaning can be carried out again chemically or by any other usual process. Finally, the substrate S has an etched surface, as illustrated in Figure f where the recesses obtained correspond to the information to be read from the disc during its final use.
Lorsque que le substrat S est en verre et destiné, comme dans l'exemple considéré, à la fabrication d'un disque optique, on procède sur ce dernier à deux étapes finales, dont l'une consiste, comme illustré sur la Figure g, à déposer sur la surface gravée du substrat une mince couche métallique 5 dont l'épaisseur peut être comprise entre 100 et 120 nanométres et de préférence égale à 110 nanomètres, cette couche métallique étant destinée à servir de réflecteur pour l'ensemble du disque.Le métal de cette couche peut être constitué, à titre d'exemple, par de l'aluminium, de l'argent, de l'or ou par tous autres matériaux possédant de bonnes qualités de réflexion ; elle présente une épaisseur uniforme sur toute la surface du disque et reproduit en creux les gravures réalisées pendant l'étape précédente afin de permettre la lecture du disque. When the substrate S is made of glass and intended, as in the example considered, for the manufacture of an optical disc, the latter is carried out in two final stages, one of which consists, as illustrated in FIG. depositing on the etched surface of the substrate a thin metallic layer 5 whose thickness can be between 100 and 120 nanometers and preferably equal to 110 nanometers, this metallic layer being intended to serve as a reflector for the entire disc. metal of this layer can be constituted, for example, by aluminum, silver, gold or by any other material having good qualities of reflection; it has a uniform thickness over the entire surface of the disc and reproduces in hollow the engravings made during the previous step in order to allow the disc to be read.
Dans la dernière étape de fabrication, représentée sur la Figure H, la couche métallique précédente peut être protégée par une pellicule de finition 6 sur la surface de laquelle peut être déposée une sérigraphie, à son tour protégée par une couche de vernis 7. Cette couche de finition peut être, soit un vernis, soit un oxyde ou un nitrure métallique, soit encore une couche de protection en matériau dur, tel que par exemple un carbure ou une céramique. In the last manufacturing step, shown in Figure H, the previous metal layer can be protected by a finishing film 6 on the surface of which a screen printing can be deposited, in turn protected by a layer of varnish 7. This layer finishing may be either a varnish, or a metal oxide or nitride, or even a protective layer of hard material, such as for example a carbide or a ceramic.
En variante et dans le cas d'un disque enregistrable, la couche métallique 5 peut être remplacée par une ou plusieurs couches sensibles appropriées. Alternatively and in the case of a recordable disc, the metal layer 5 can be replaced by one or more suitable sensitive layers.
Les diverses étapes du procédé selon l'invention décrites ci-dessus, peuvent être mises en oeuvre de manière très sensiblement analogues pour la fabrication non plus d'un disque optique à substrat de verre, mais pour réaliser des composants électroniques discrets ou des circuits intégrés, l'étape de gravure du substrat S à travers les creux ménagés dans la couche de résine consécutivement à l'application de la matrice de pressage, pouvant être remplacée par une opération telle que le dépôt, la diffusion, l'implantation ionique ou la métallisation au moyen de composés particuliers. Dans ce cas, le substrat S est constitué par un matériau semiconducteur, notamment à base de silicium, d'oxyde de silicium, d'arséniure de gallium ou autre. Toutes les autres étapes du procédé restent ensuite identiques. The various stages of the process according to the invention described above, can be implemented in a very substantially analogous manner for the manufacture no longer of an optical disc with a glass substrate, but for producing discrete electronic components or integrated circuits , the step of etching the substrate S through the recesses formed in the resin layer following the application of the pressing matrix, which can be replaced by an operation such as deposition, diffusion, ion implantation or metallization by means of specific compounds. In this case, the substrate S consists of a semiconductor material, in particular based on silicon, silicon oxide, gallium arsenide or the like. All the other process steps then remain the same.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de réaliser de façon très simple un nombre élevé de disques en verre ou comportant un substrat d'une autre nature, à partir d'une matrice unique en matériau dur, sans nécessiter un enregistrement direct ou par photolithographie, en évitant dès lors l'utilisation de machines couteuses, nécessitant des interventions longues et délicates. Ce procédé permet par ailleurs de transférer sur le substrat de façon répétitive des informations correspondant à une modification de la surface de ce substrat, avec des creux et des reliefs dont les dimensions physiques minimales peuvent être inférieures au micromètre. The method according to the invention thus makes it possible to very simply produce a large number of discs made of glass or comprising a substrate of another nature, from a single matrix of hard material, without requiring direct recording or by photolithography. , therefore avoiding the use of expensive machines, requiring long and delicate interventions. This method also makes it possible to repeatedly transfer to the substrate information corresponding to a modification of the surface of this substrate, with depressions and reliefs whose minimum physical dimensions may be less than a micrometer.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9007501A FR2663439A1 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Process for the treatment and, in particular, the etching of a substrate, and substrate obtained by this process |
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| FR9007501A FR2663439A1 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Process for the treatment and, in particular, the etching of a substrate, and substrate obtained by this process |
Publications (1)
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| FR2663439A1 true FR2663439A1 (en) | 1991-12-20 |
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ID=9397663
Family Applications (1)
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| FR9007501A Pending FR2663439A1 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Process for the treatment and, in particular, the etching of a substrate, and substrate obtained by this process |
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1990
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