EP2237697B1 - Objet comportant un élément graphique reporté sur un support et procédé de réalisation d'un tel objet - Google Patents

Objet comportant un élément graphique reporté sur un support et procédé de réalisation d'un tel objet Download PDF

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EP2237697B1
EP2237697B1 EP09704738.5A EP09704738A EP2237697B1 EP 2237697 B1 EP2237697 B1 EP 2237697B1 EP 09704738 A EP09704738 A EP 09704738A EP 2237697 B1 EP2237697 B1 EP 2237697B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
face
graphic element
substrate
adhesion
Prior art date
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Active
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EP09704738.5A
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German (de)
English (en)
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EP2237697A2 (fr
Inventor
Alain Rey
Chrystel Deguet
Laurent Vandroux
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C5/00—Processes for producing special ornamental bodies
    • B44C5/04—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers
    • B44C5/0407—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers containing glass elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44C—PERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C17/00—Gems or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44C—PERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C27/00—Making jewellery or other personal adornments

Definitions

  • the invention relates to an object, such as a massive object, for example of jewel type, stone, watch (for example a watch glass, a dial or a case back), nomadic electronic equipment (for example a window or a window). screen) or any other solid support, including a graphic element, or graphics, such as a decoration, typographic characters, a drawing or a photo, for example of micrometric and / or nanometric dimensions.
  • a massive object for example of jewel type, stone, watch (for example a watch glass, a dial or a case back), nomadic electronic equipment (for example a window or a window). screen) or any other solid support, including a graphic element, or graphics, such as a decoration, typographic characters, a drawing or a photo, for example of micrometric and / or nanometric dimensions.
  • the invention also relates to a method for producing such an object.
  • the invention has applications in various industrial, cultural or artistic fields.
  • watch glasses or case backs can be manufactured according to this invention to produce semi-transparent graphics or decorations of very high visual quality and very robust.
  • the invention can also be applied in the field of jewelery, in particular for the production of stones comprising decorations or texts with micrometric and / or nanometric dimensions, for example used to make pendants, rings, or loops. hear.
  • the invention can also be used to carry out the storage of a large amount of information in small volumes (for example a few cm 2 of surface for less than 2 mm thick) with very good durability (several thousand or millions years).
  • a method of protecting a graphic made on an object is described in the document FR 2 851 496 .
  • the graphic is first made by photolithography on a transparent substrate.
  • the substrate is then returned and secured to the desired object by gluing or crimping.
  • the adhesives used to secure the substrate to the object comprise organic materials having a limited life.
  • the objects thus produced therefore have a limited life.
  • the optical properties of its glues deteriorate over time, which alters the readability of the graphics made on the substrate.
  • the crimping allows a solid mechanical assembly of the substrate to the object, but does not ensure a good integrity of the object and its graphics because the crimping can be dismantled without destroying the object, which poses a problem if the we want to make an object with an inviolable graphic.
  • EP-A-0627 763 describes an object provided with a graphic element and a method of producing it.
  • An object of the present invention is to provide an object comprising one or more graphic elements, as well as a method for producing such an object, not having the disadvantages of the prior art described above.
  • the present invention proposes an object provided with at least one graphic element, comprising at least one layer etched according to a pattern of the graphic element, a first face of said layer being arranged opposite a face of at least one at least partially transparent substrate, a second face, opposite to the first face, of said layer being covered by at least one passivation layer secured to at least one face of at least one support by molecular adhesion and forming, with the support, a monolithic structure.
  • Said layer etched according to the pattern of the graphic element may be based on at least one metal.
  • said layer etched according to the pattern of the graphic element may comprise, at least at the level of the second face, at least one zone based on said metal and at least one semiconductor.
  • the graphic element which may be of micrometric and / or nanometric dimensions, is produced on the object in a robust, durable and integrated manner (uncoupling impossible without degrading the object) thanks to the molecular adhesion bonding achieved between the layer of passivation and the support of the object.
  • the graphics, or texts, formed by the graphic element are thus hermetically enclosed between two solid solid components, on one side the substrate and on the other side the support, thanks to the bonding by molecular adhesion achieved.
  • This hermetic seal forms in particular a barrier to the diffusion of moisture or any gaseous or liquid chemical product (except products possibly capable of destroying the substrate or the support).
  • molecular bonding allows the use of inorganic materials whose optical properties are stable over time.
  • the structure produced therefore does not undergo degradation of its optical qualities (in particular the visibility of the graphic element) due to time.
  • the graphic element is mechanically protected by the entire thickness of the substrate on one side and the support of the other. These must be abraded or fully worn before destroying the graphic element. This protection can therefore be maximized by choosing very hard materials, for example sapphire for the substrate which can only be scratched by silicon carbide or diamond.
  • This object can be realized independently of the density of the patterns of the graphic element.
  • the graphic element When the graphic element is made in a metal layer, the graphics or texts can be made with a valuable material and very stable, that is to say, not sensitive to corrosion or degradation in time.
  • the substrate may be based on at least one amorphous or crystalline material and / or the passivation layer may be based on at least one mineral material.
  • the object may further comprise an adhesion layer disposed between the first face of the layer, in which the graphic element is formed, and the face of the substrate.
  • the graphic element can also be etched in the adhesion layer.
  • the adhesion layer may be based on at least one metal and / or one metal nitride and / or one metal oxide.
  • the object may further comprise at least one adhesion layer disposed between the face of the support and the passivation layer, the molecular adhesion being able to be formed between the adhesion layer and the passivation layer.
  • the support can be of any kind or based on any material. This material may in particular be compatible with a possible annealing to consolidate the molecular adhesion.
  • the object may be for example a jewel, a watch, or an electronic device.
  • Said zone of the layer may be based on silicide.
  • the method may further comprise, before step a) of depositing the layer, a step of depositing an adhesion layer on the face of the substrate, said layer being then deposited, during step a), on the adhesion layer.
  • the graphic element can also be etched, during step b), in the adhesion layer.
  • the method may further comprise, between step d) of depositing the passivation layer and the step e) of joining, an annealing step, at a temperature between about 400 ° C and 1100 ° C, of the substrate having the passivation layer.
  • the method may further comprise, between step d) of depositing the passivation layer and the step e) of joining, a step of planarization of the passivation layer.
  • Step b) of etching the graphic element can be obtained by the implementation of masking, lithography and etching steps in said layer and / or in an adhesion layer disposed between the face of the substrate and said layer, or at least one laser ablation step directly in said layer and / or in an adhesion layer disposed between the face of the substrate and said layer.
  • the method may further comprise, before the step e) of joining, a step of deposition of at least one adhesion layer at least on the face of the support, the step e) of securing being obtained by the implementation bonding by molecular adhesion between said adhesion layer and the passivation layer.
  • the method may further comprise, between the step of depositing the adhesion layer and step e) solidarization, a step of planarization of the adhesion layer.
  • the method may furthermore comprise, between the step of depositing the adhesion layer and the step e) of joining, an annealing step, at a temperature of between about 400 ° C. and 1100 ° C., of the support comprising the adhesion layer.
  • the method may further comprise, after the step e) of joining, a heat treatment step by annealing the object consolidating the molecular adhesion.
  • Step c) of forming the zone based on said metal and a semiconductor is obtained by carrying out a step of siliciding said layer.
  • An exemplary method of producing an object 100 comprising a graphic element carried on a support 20, for example a solid object such as a jewel, a watch, or an electronic equipment, will be described in connection with the Figures 1A to 1H .
  • a deposit is made on a flat face of a substrate 2, for example transparent or at least partially transparent, and based on an amorphous material, such as glass, or crystalline, such as sapphire or diamond, an adhesion layer 4 on which is deposited a layer 6.
  • the thickness of the substrate 2 is for example equal to a few hundred micrometers, or between about 100 microns and 1 mm.
  • the thickness of the support 20 (shown on the Figures 1F to 1H ) may in particular be greater than or equal to the thickness of the substrate 2.
  • the layers 4 and 6 are for example obtained by PVD type deposits (evaporation or sputtering).
  • the layer 6 is metal-based, for example example of gold, platinum, tungsten, titanium, metal oxide, etc.
  • the material of the layer 6 may in particular be opaque to light.
  • the thickness of this layer 6 is for example between about 50 nm and 100 nm.
  • the thickness of the layer 6 can in particular be chosen according to the nature of the material forming the layer 6, the thickness chosen being sufficient to obtain a certain opacity of the layer 6.
  • the adhesion layer 4 is for example based on titanium, titanium nitride, titanium oxide or any other material to obtain a good adhesion between the layer 6 and the substrate 2.
  • the nature of the adhesion layer 4 may in particular be chosen depending on the nature of the substrate 2 and the layer 6.
  • the thickness of this adhesion layer 4 may for example be between about 1 nm and 10 nm.
  • the layer 6 can be deposited directly on the substrate 2 without using an intermediate adhesion layer 4 between the substrate 2 and the layer 6.
  • a layer of photoresist is for example deposited on the layer 6.
  • One or more steps of lithography and etching are then implemented to form the mask 8.
  • the mask 8 is formed by remaining portions of the photosensitive resin layer deposited on the layer 6.
  • the resin layer Thus, in the example described here, the photosensitive resin is positive, the pattern of the graphic element being formed by the portions of the mask 8. However, it is also possible to use a negative photoresist.
  • the layer 6, as well as the adhesion layer 4 are then etched by an isotropic or anisotropic or dry chemical route (plasma mode, reactive ion etching or ionic machining).
  • the etching mask 8 is then eliminated.
  • the pattern of the graphic element is therefore transferred to the layer 6 and formed by remaining portions 6 'and 6 "of the layer 6, as well as remaining portions 4' and 4" of the adhesion layer 4.
  • the mask 8 is formed in a layer, for example of mineral type (for example based on silicon dioxide), deposited on the layer 6, and on which the layer to be deposited is then deposited. photosensitive resin base.
  • the pattern of the graphic element is then formed by lithography and etching in the resin layer. This pattern is then transferred into the mineral layer by etching. Finally, the remaining portions of the resin layer are then removed by engraving.
  • the mask 8 is in this case formed by the remaining portions of the mineral layer.
  • This variant may in particular be used to produce an etching mask resistant to certain etching agents used to etch the layer 6 and / or the adhesion layer 4, which may damage a resin-based mask (for example water regia).
  • the choice of one or the other embodiment of the mask can be made according to the material to be etched (material of the layers 6 and 4).
  • the pattern of the graphic element is produced directly in the layer 6, and possibly in the adhesion layer 4 if it is present between the layer 6 and the substrate 2, for example by laser ablation which can in particular be performed by a femtosecond laser.
  • the remaining portions of the etched layer 6 are then formed (portions 6 'and 6 "on the figure 1C ), a zone 10 based on the metal of the layer 6 and a semiconductor.
  • siliciding of the etched portions 6 ', 6 " is carried out for example,
  • This silicidation is for example obtained by a silane decomposition (SiH 4 , or more generally any type of gas Si n H 2n + 2 ) under a controlled atmosphere. at a temperature for example between about 200 ° C and 450 ° C and preferably about 300 ° C.
  • the gas thus decomposed reacts with the metal of the layer 6 to form the zone 10.
  • the zone 10 obtained after the silicidation is then based on PtSi. It is also possible that the zone 10 is based on a semiconductor other than silicon. This zone 10 is for example made to a thickness between about 1 nm and 50 nm, or, if the metal layer 6 has a thickness greater than 50 nm, to a thickness of between about 1 nm and the entire thickness of the layer. 6.
  • a passivation layer 12 is then deposited, for example by CVD (chemical vapor deposition) or PVD.
  • This passivation layer 12 is for example based on a mineral material, such as silicon dioxide or silicon nitride.
  • the material of this passivation layer 12 is chosen in particular to be able to subsequently produce a molecular bonding with the support 20.
  • This passivation layer 12 is also intended to provide protection for the pattern formed by the remaining portions 6 ', 6 "of the layer 6.
  • the formation of the zone 10, for example obtained by a silicidation step can be implemented in situ, that is to say carried out in the equipment used to deposit the passivation layer 12, without implementing other steps between the step of producing the zone 10 and the deposition of the passivation layer 12, which makes it possible not to expose the zone 10 to the external environment and thus to retain better adhesion properties of the zone 10 vis-à- screw of the passivation layer 12.
  • the passivation layer 12 is then planarized, for example by a chemical-mechanical polishing step, thus making it possible to eliminate the relief formed by the remaining portions 6 ', 6''of the layer 6 and the remaining portions of the coating layer.
  • adhesion 4 ', 4 "relative to the surface of the substrate 2 on which are formed the remaining portions 6', 6" of the layer 6 and the remaining portions 4 ', 4''of the adhesion layer 4. thus forms a passivation thin film 12 ', having a flat surface, above the remaining portions 6', 6 "( figure 1E ).
  • the passivation thin film 12 ' may for example have a thickness between about 100 nm and 1 micron.
  • An assembly 14 is thus obtained, formed here by the substrate 2, the remaining portions 6 ', 6 "of the layer 6, the remaining portions 4', 4" of the adhesion layer 4 and the thin passivation film 12 ' , comprising the pattern of the graphic element that is to be transferred to the support 20 of the object 100.
  • the assembly 14 stabilization annealing for example to a temperature of between about 400 ° C. and 1100 ° C., in order to avoid any degassing by the oxides present in the assembly 14 during the molecular bonding carried out subsequently during the production method described here, and therefore to consolidate the adhesion molecular.
  • the support 20 can be prepared to receive the report of the assembly 14.
  • an adhesion layer 22 is deposited, for example by a CVD or PVD type deposit, on one side of the support 20 intended to receive the assembly 14.
  • This adhesion layer 22 may be based on a mineral material such as silicon dioxide or silicon nitride, and / or of a similar nature to that of the passivation layer 12.
  • the material of the adhesion layer 22 is chosen in particular so that a molecular bonding with the assembly 14 and more particularly with the passivation layer 12 '. It is also possible to cover the other faces of the support 20 with the material of the adhesion layer 22 so as to provide mechanical protection for the support 20 during the subsequent steps of the process.
  • the support 20 and the adhesion layer 22 are subjected to a stabilizing anneal, for example at a temperature of between about 400 ° C. and 1100 ° C., in order to avoid any degassing, for example when the adhesion layer 22 is based on silicon dioxide, during the molecular bonding carried out subsequently during the production method described here, and therefore to consolidate the molecular adhesion.
  • a stabilizing anneal for example at a temperature of between about 400 ° C. and 1100 ° C.
  • a surface treatment of the adhesion layer 22 is then carried out, for example a chemical-mechanical polishing of the surface 22 'of the adhesion layer 22, making it possible to eliminate the possible roughness of the support 20 which may end up at the face 22 'of the adhesion layer 22 ( figure 1G ). This gives a flat face 22 '.
  • the assembly 14, or part of the assembly 14 comprising the graphic element is transferred to the support 20 by molecular bonding, without addition of material.
  • the molecular bonding is performed between the adhesion layer 22 and the passivation thin film 12 'which are here based on the same material.
  • the adhesion layer 22 may be omitted.
  • the roughness of the molecular bonded surfaces may be less than about 1 nm or 0.5 nm.
  • This heat treatment may in particular be an annealing carried out at a temperature of between about 250 ° C. and 1200 ° C.
  • this annealing can be carried out at a temperature greater than about 850 ° C. in order to obtain the best possible strength between the layers 12 and 22 (at least equivalent to that of a solid material).

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Adornments (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne un objet, tel qu'un objet massif, par exemple de type bijou, pierre, montre (par exemple un verre de montre, un cadran ou un fond de boîtier), équipement électronique nomade (par exemple une fenêtre ou un écran) ou tout autre support solide, comportant un élément graphique, ou graphisme, tel qu'une décoration, des caractères typographiques, un dessin ou encore une photo, par exemple de dimensions micrométriques et/ou nanométriques. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel objet.
  • L'invention trouve des applications dans divers domaines industriels, culturels ou artistiques. Pour l'industrie horlogère, des verres de montre ou des fonds de boîtiers peuvent être fabriqués selon cette invention afin de réaliser des graphismes ou décorations semi-transparentes de très haute qualité visuelle et très robustes.
  • L'invention peut s'appliquer également dans le domaine de la joaillerie, notamment pour la réalisation de pierres comportant des décorations ou textes aux dimensions micrométriques et/ou nanométriques, par exemple utilisées pour faire des pendentifs, des bagues, ou des boucles d'oreille.
  • L'invention peut également être utilisée pour réaliser le stockage d'une grande quantité d'informations dans des petits volumes (par exemple quelques cm2 de surface pour moins de 2 mm d'épaisseur) avec une très bonne durabilité (plusieurs milliers ou millions d'années).
    • ART ANTERIEUR
  • Il est connu de réaliser des objets comportant des décorations ou graphismes de taille micrométrique obtenus par la mise en oeuvre de techniques issues des microtechnologies, par exemple par photolithographie sur un objet. Toutefois, la durabilité et la robustesse mécanique de ces décorations réalisées en surface des objets sont généralement médiocres.
  • Un procédé de protection d'un graphisme réalisé sur un objet est décrit dans le document FR 2 851 496 . Dans ce document, le graphisme est tout d'abord réalisé par photolithographie sur un substrat transparent. Le substrat est ensuite retourné puis solidarisé sur l'objet souhaité par collage ou sertissage.
  • Un tel procédé présente plusieurs inconvénients. En effet, les colles utilisées pour solidariser le substrat à l'objet comportent des matériaux organiques présentant une durée de vie limitée. Les objets ainsi réalisés présentent donc une durée de vie limitée. D'autre part, les propriétés optiques de ses colles se dégradent au fil du temps, ce qui altère la lisibilité des graphismes réalisés sur le substrat. Le sertissage permet un assemblage mécanique solide du substrat à l'objet, mais n'assure pas une bonne intégrité de l'objet et de son graphisme car le sertissage réalisé peut être démonté sans détruire l'objet, ce qui pose un problème si l'on souhaite réaliser un objet comportant un graphisme inviolable.
  • EP-A-0627 763 décrit un objet muni d'un élément graphique et un procédé de sa réalisation.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • Un but de la présente invention est de proposer un objet comportant un ou plusieurs éléments graphiques, ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel objet, ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur décrit précédemment.
  • Pour cela, la présente invention propose un objet muni d'au moins un élément graphique, comportant au moins une couche gravée selon un motif de l'élément graphique, une première face de ladite couche étant disposée en regard d'une face d'au moins un substrat au moins partiellement transparent, une seconde face, opposée à la première face, de ladite couche étant recouverte par au moins une couche de passivation solidarisée à au moins une face d'au moins un support par adhésion moléculaire et formant, avec le support, une structure monolithique.
  • Ladite couche gravée selon le motif de l'élément graphique peut être à base d'au moins un métal. De plus, ladite couche gravée selon le motif de l'élément graphique peut comporter, au moins au niveau de la seconde face, au moins une zone à base dudit métal et d'au moins un semi-conducteur.
  • Ainsi, l'élément graphique, qui peut être de dimensions micrométriques et/ou nanométriques, est réalisé sur l'objet de manière robuste, durable et intègre (désolidarisation impossible sans dégrader l'objet) grâce au collage par adhésion moléculaire réalisé entre la couche de passivation et le support de l'objet.
  • Le ou les graphismes, ou textes, formés par l'élément graphique, sont donc enfermés hermétiquement entre deux composants solides massifs, d'un côté le substrat et de l'autre le support, grâce au collage par adhésion moléculaire réalisé. Ce scellement hermétique forme notamment une barrière à la diffusion de l'humidité ou de tout produit chimique gazeux ou liquide (sauf des produits éventuellement susceptibles de détruire le substrat ou le support).
  • Le collage par adhésion moléculaire permet de former une structure monolithique et robuste à partir du substrat et du support de l'objet, dans lequel est enfermé l'élément graphique. Les forces d'adhésion entre le substrat et le support sont supérieures aux forces de cohésion des matériaux. Ainsi, toute tentative de décollement du substrat avec le support conduirait à une destruction complète de l'objet.
  • De plus, le collage par adhésion moléculaire permet l'utilisation de matériaux minéraux dont les propriétés optiques sont stables dans le temps. La structure réalisée ne subit donc pas de dégradation de ses qualités optiques (notamment la visibilité de l'élément graphique) due au temps.
  • L'élément graphique est protégé mécaniquement par toute l'épaisseur du substrat d'un côté et par le support de l'autre. Ces derniers doivent être abrasés ou usés intégralement avant de détruire l'élément graphique. Cette protection peut donc être maximisée en choisissant des matériaux très durs, par exemple du saphir pour le substrat qui ne peut être rayé que par du carbure de silicium ou du diamant.
  • Cet objet peut être réalisé indépendamment de la densité des motifs de l'élément graphique.
  • Lorsque l'élément graphique est réalisé dans une couche métallique, les graphismes ou textes peuvent donc être réalisés avec un matériau précieux et très stable, c'est-à-dire non sensible à la corrosion ou aux dégradations dans le temps.
  • Grâce à la zone à base de métal et de semi-conducteur formée dans la couche comportant l'élément graphique, on obtient une très bonne adhérence de la couche de passivation sur la couche comportant l'élément graphique, cette adhérence permettant d'empêcher une détérioration de l'objet par exemple lors qu'une découpe ultérieure des couches formant l'objet (découpe de wafer).
  • Le substrat peut être à base d'au moins un matériau amorphe ou cristallin et/ou la couche de passivation peut être à base d'au moins un matériau minéral.
  • L'objet peut comporter en outre une couche d'adhérence disposée entre la première face de la couche, dans laquelle est formé l'élément graphique, et la face du substrat.
  • Dans ce cas, l'élément graphique peut être également gravé dans la couche d'adhérence.
  • La couche d'adhérence peut être à base d'au moins un métal et/ou d'un nitrure métallique et/ou d'un oxyde métallique.
  • L'objet peut comporter en outre au moins une couche d'adhésion disposée entre la face du support et la couche de passivation, l'adhésion moléculaire pouvant être formée entre la couche d'adhésion et la couche de passivation.
  • Grâce à la couche d'adhésion déposée sur le support avant le collage moléculaire, le support peut être de n'importe quelle nature ou à base de n'importe quel matériau. Ce matériau peut notamment être compatible avec un éventuel recuit permettant de consolider l'adhésion moléculaire.
  • L'objet peut être par exemple un bijou, une montre, ou un dispositif électronique.
  • Ladite zone de la couche peut être à base de siliciure.
  • L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un objet muni d'au moins un élément graphique, comportant au moins les étapes de :
    1. a) dépôt d'au moins une couche au-dessus, ou en regard, d'une face d'au moins un substrat au moins partiellement transparent,
    2. b) gravure de ladite couche selon un motif de l'élément graphique,
    3. c) dépôt d'au moins une couche de passivation au moins sur ladite couche comportant l'élément graphique gravé et sur des portions de la face du substrat non recouvertes par la couche comportant l'élément graphique gravé,
    4. d) solidarisation de la couche de passivation à au moins une face d'au moins un support par adhésion moléculaire, formant une structure monolithique.
  • L'invention concerne en outre un procédé de réalisation d'un objet muni d'au moins un élément graphique, comportant au moins les étapes de :
    1. a) dépôt d'au moins une couche au-dessus, ou en regard, d'une face d'au moins un substrat au moins partiellement transparent,
    2. b) gravure de ladite couche selon un motif de l'élément graphique,
    3. c) formation dans ladite couche, au moins au niveau d'une seconde face de ladite couche opposée à une première face de ladite couche se trouvant du côté du substrat, d'au moins une zone à base dudit métal et d'au moins un semi-conducteur,
    4. d) dépôt d'au moins une couche de passivation au moins sur ladite couche comportant l'élément graphique gravé et sur des portions de la face du substrat non recouvertes par la couche comportant l'élément graphique gravé,
    5. e) solidarisation de la couche de passivation à au moins une face d'au moins un support par adhésion moléculaire, formant une structure monolithique.
  • Le procédé peut comporter en outre, avant l'étape a) de dépôt de la couche, une étape de dépôt d'une couche d'adhérence sur la face du substrat, ladite couche étant ensuite déposée, au cours de l'étape a), sur la couche d'adhérence.
  • L'élément graphique peut être également gravé, au cours de l'étape b), dans la couche d'adhérence.
  • Le procédé peut comporter en outre, entre l'étape d) de dépôt de la couche de passivation et l'étape e) de solidarisation, une étape de recuit, à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, du substrat comportant la couche de passivation.
  • Le procédé peut comporter en outre, entre l'étape d) de dépôt de la couche de passivation et l'étape e) de solidarisation, une étape de planarisation de la couche de passivation.
  • L'étape b) de gravure de l'élément graphique peut être obtenue par la mise en oeuvre d'étapes de masquage, de lithographie et de gravure dans ladite couche et/ou dans une couche d'adhérence disposée entre la face du substrat et ladite couche, ou d'au moins une étape d'ablation laser directement dans ladite couche et/ou dans une couche d'adhérence disposée entre la face du substrat et ladite couche.
  • Le procédé peut comporter en outre, avant l'étape e) de solidarisation, une étape de dépôt d'au moins une couche d'adhésion au moins sur la face du support, l'étape e) de solidarisation étant obtenue par la mise en oeuvre d'un collage par adhésion moléculaire entre ladite couche d'adhésion et la couche de passivation.
  • Le procédé peut comporter en outre, entre l'étape de dépôt de la couche d'adhésion et l'étape e) de solidarisation, une étape de planarisation de la couche d'adhésion.
  • Le procédé peut comporter en outre, entre l'étape de dépôt de la couche d'adhésion et l'étape e) de solidarisation, une étape de recuit, à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, du support comportant la couche d'adhésion.
  • Le procédé peut comporter en outre, après l'étape e) de solidarisation, une étape de traitement thermique par recuit de l'objet consolidant l'adhésion moléculaire.
  • L'étape c) de formation de la zone à base dudit métal et d'un semi-conducteur est obtenue par la mise en oeuvre d'une étape de siliciuration de ladite couche.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1A à 1H représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'un objet, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier.
  • Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
  • Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
  • Les différentes possibilités (variantes) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION de L'INVENTION
  • Un exemple de procédé de réalisation d'un objet 100 comportant un élément graphique reporté sur un support 20, par exemple un objet massif tel qu'un bijou, une montre, ou encore un équipement électronique, va être décrit en liaison avec les figures 1A à 1H.
  • Comme représenté sur la figure 1A, on réalise tout d'abord un dépôt sur une face plane d'un substrat 2, par exemple transparent ou au moins partiellement transparent, et à base d'un matériau amorphe, tel que du verre, ou cristallin, tel que du saphir ou du diamant, d'une couche d'adhérence 4 sur laquelle est déposée une couche 6. L'épaisseur du substrat 2 est par exemple égale à quelques centaines de micromètres, ou comprise entre environ 100 µm et 1 mm. L'épaisseur du support 20 (représenté sur les figures 1F à 1H) peut notamment être supérieure ou égale à l'épaisseur du substrat 2.
  • Les couches 4 et 6 sont par exemple obtenues par des dépôts de type PVD (évaporation ou pulvérisation cathodique). Dans le mode de réalisation décrit ici, la couche 6 est à base de métal, par exemple de l'or, du platine, du tungstène, du titane, de l'oxyde métallique, etc. Le matériau de la couche 6 peut notamment être opaque à la lumière. L'épaisseur de cette couche 6 est par exemple comprise entre environ 50 nm et 100 nm. L'épaisseur de la couche 6 peut notamment être choisie en fonction de la nature du matériau formant la couche 6, l'épaisseur choisie étant suffisante pour obtenir une certaine opacité de la couche 6. Ainsi, étant donné que l'élément graphique que l'on souhaite réaliser sera gravé dans la couche 6 et que cet élément graphique sera visible à travers le substrat 2 sur l'objet 100, l'opacité du matériau de la couche 6 permettra de faire ressortir visuellement l'élément graphique réalisé dans la couche 6. La couche d'adhérence 4 est par exemple à base de titane, de nitrure de titane, d'oxyde de titane ou tout autre matériau permettant d'obtenir une bonne adhérence entre la couche 6 et le substrat 2. La nature de la couche d'adhérence 4 peut notamment être choisie en fonction de la nature du substrat 2 et de la couche 6. L'épaisseur de cette couche d'adhérence 4 peut par exemple être comprise entre environ 1 nm et 10 nm.
  • Dans une variante, la couche 6 peut être déposée directement sur le substrat 2 sans utiliser de couche d'adhérence intermédiaire 4 entre le substrat 2 et la couche 6.
  • Un masque 8, dont le motif correspond à celui de l'élément graphique à réaliser, est ensuite formé sur la couche 6 (figure 1B). Pour cela, une couche de résine photosensible est par exemple déposée sur la couche 6. Une ou plusieurs étapes de lithographie et de gravure sont ensuite mises en oeuvre pour former le masque 8. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le masque 8 est donc formé par des portions restantes de la couche de résine photosensible déposée sur la couche 6. La couche de résine photosensible est donc directement utilisée pour former le masque de gravure 8. Dans l'exemple décrit ici, la résine photosensible est positive, le motif de l'élément graphique étant formé par les portions du masque 8. Toutefois, il est également possible d'utiliser une résine photosensible négative.
  • Comme représenté sur la figure 1C, la couche 6, ainsi que la couche d'adhérence 4, sont ensuite gravées par voie chimique isotrope ou anisotrope ou sèche (mode plasma, gravure ionique réactive ou usinage ionique). Le masque de gravure 8 est ensuite éliminé. Le motif de l'élément graphique se trouve donc reporté dans la couche 6 et formé par des portions restantes 6' et 6" de la couche 6, ainsi que des portions restantes 4' et 4 " de la couche d'adhérence 4.
  • Dans une variante de réalisation, il est possible que le masque 8 soit formé dans une couche, par exemple de type minéral (par exemple à base de dioxyde de silicium), déposée sur la couche 6, et sur laquelle est ensuite déposée la couche à base de résine photosensible. Le motif de l'élément graphique est ensuite formé par lithographie et gravure dans la couche de résine. Ce motif est alors transféré dans la couche minérale par gravure. Enfin, les portions restantes de la couche de résine sont ensuite éliminées par gravure. Le masque 8 est dans ce cas formé par les portions restantes de la couche minérale. Cette variante peut notamment être utilisée pour réaliser un masque de gravure résistant à certains agents de gravure, utilisés pour graver la couche 6 et/ou la couche d'adhérence 4, pouvant endommager un masque à base de résine (par exemple de l'eau régale). Le choix de l'une ou l'autre variante de réalisation du masque peut être réalisé en fonction du matériau à graver (matériau des couches 6 et 4).
  • Dans une variante du procédé décrit, il est possible de ne pas utiliser de masque de gravure. Dans ce cas, le motif de l'élément graphique est réalisé directement dans la couche 6, et éventuellement dans la couche d'adhérence 4 si celle-ci est présente entre la couche 6 et le substrat 2, par exemple par ablation laser pouvant notamment être réalisée par un laser femtoseconde.
  • On forme ensuite dans les portions restantes de la couche 6 gravée (portions 6' et 6" sur la figure 1C), une zone 10 à base du métal de la couche 6 et d'un semi-conducteur. Pour cela, on réalise par exemple une siliciuration des portions gravées 6', 6" . Cette siliciuration est par exemple obtenue par une décomposition de silane (SiH4, ou plus généralement tout gaz de type Si n H 2n+2) sous atmosphère contrôlée, à une température par exemple comprise entre environ 200°C et 450°C et de préférence égale à environ 300°C. Le gaz ainsi décomposé réagit avec le métal de la couche 6 pour former la zone 10. Par exemple, lorsque la couche 6 est à base de Pt, la zone 10 obtenue après la siliciuration est alors à base de PtSi. Il est également possible que la zone 10 soit à base d'un semi-conducteur autre que du silicium. Cette zone 10 est par exemple réalisée sur une épaisseur comprise entre environ 1 nm et 50 nm, ou, si la couche métallique 6 a une épaisseur supérieure à 50 nm, sur une épaisseur comprise entre environ 1 nm et toute l'épaisseur de la couche 6.
  • Sur la figure 1D, une couche de passivation 12 est ensuite déposée, par exemple par CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ou PVD. Cette couche de passivation 12 est par exemple à base d'un matériau minéral, tel que du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium. Le matériau de cette couche de passivation 12 est notamment choisi pour pouvoir réaliser par la suite un collage moléculaire avec le support 20. Cette couche de passivation 12 est également destinée à assurer une protection du motif formé par les portions restantes 6', 6" de la couche 6.
  • Dans une variante, il est également possible de réaliser tout d'abord un dépôt d'une couche anti-réflective et/ou d'autres couches sur les portions restantes 6', 6" de la couche 6 et sur la face du substrat 2 comportant ces portions restantes 6', 6" , puis de déposer la couche de passivation 12 sur cette couche anti-réflective et/ou sur les autres couches.
  • Grâce à la présence de la zone 10 en surface des portions restantes 6' et 6" de la couche métallique 6, on améliore l'adhérence de la couche de passivation 12 sur ces portions 6' et 6". De préférence, la formation de la zone 10, par exemple obtenue par une étape de siliciuration, peut être mise en oeuvre in situ, c'est-à-dire réalisée dans l'équipement utilisé pour réaliser le dépôt de la couche de passivation 12, sans mettre en oeuvre d'autres étapes entre l'étape de réalisation de la zone 10 et le dépôt de la couche de passivation 12, ce qui permet de ne pas exposer la zone 10 à l'environnement extérieur et de conserver ainsi de meilleures propriétés d'adhérence de la zone 10 vis-à-vis de la couche de passivation 12.
  • La couche de passivation 12 est ensuite planarisée, par exemple par une étape de polissage mécano-chimique, permettant ainsi d'éliminer le relief formé par les portions restantes 6', 6'' de la couche 6 et les portions restantes de la couche d'adhérence 4', 4" par rapport à la surface du substrat 2 sur laquelle sont réalisées les portions restantes 6', 6" de la couche 6 et les portions restantes 4', 4'' de la couche d'adhérence 4. On forme ainsi un film mince de passivation 12', présentant une surface plane, au-dessus des portions restantes 6', 6" (figure 1E). Le film mince de passivation 12' peut par exemple avoir une épaisseur comprise entre environ 100 nm et 1 µm.
  • On obtient ainsi un ensemble 14, formé ici par le substrat 2, les portions restantes 6', 6" de la couche 6, les portions restantes 4', 4" de la couche d'adhérence 4 et le film mince de passivation 12', comportant le motif de l'élément graphique que l'on souhaite reporter sur le support 20 de l'objet 100.
  • Il est possible de faire subir à l'ensemble 14 un recuit de stabilisation, par exemple à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, afin d'éviter un éventuel dégazage par les oxydes présents dans l'ensemble 14 durant le collage moléculaire réalisé ultérieurement au cours du procédé de réalisation décrit ici, et donc de consolider l'adhésion moléculaire.
  • Parallèlement à la réalisation de l'ensemble 14, le support 20 peut être préparé pour recevoir le report de l'ensemble 14.
  • Pour cela, comme représenté sur la figure 1F, une couche d'adhésion 22 est déposée, par exemple par un dépôt de type CVD ou PVD, sur une face du support 20 destinée à recevoir l'ensemble 14. Cette couche d'adhésion 22 peut être à base d'un matériau minéral tel que du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium, et/ou de nature similaire à celle de la couche de passivation 12. Le matériau de la couche d'adhésion 22 est notamment choisi pour pouvoir réaliser par la suite un collage moléculaire avec l'ensemble 14 et plus particulièrement avec la couche de passivation 12'. Il est également possible de recouvrir les autres faces du support 20 par le matériau de la couche d'adhésion 22 afin de réaliser une protection mécanique du support 20 au cours des étapes ultérieures du procédé.
  • Il est possible de faire subir au support 20 et à la couche d'adhésion 22 un recuit de stabilisation, par exemple à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, afin d'éviter un éventuel dégazage, par exemple lorsque la couche d'adhésion 22 est à base de dioxyde de silicium, durant le collage moléculaire réalisé ultérieurement au cours du procédé de réalisation décrit ici, et donc de consolider l'adhésion moléculaire.
  • On réalise ensuite un traitement de surface de la couche d'adhésion 22, par exemple un polissage mécano-chimique de la surface 22' de la couche d'adhésion 22, permettant d'éliminer l'éventuelle rugosité du support 20 qui peut se retrouver au niveau de la face 22' de la couche d'adhésion 22 (figure 1G). On obtient ainsi une face 22' plane.
  • Enfin, comme représenté sur la figure 1H, l'ensemble 14, ou une partie de l'ensemble 14 comportant l'élément graphique, est reporté sur le support 20 par collage moléculaire, sans apport de matière. Dans le mode de réalisation décrit ici, le collage moléculaire est réalisé entre la couche d'adhésion 22 et le film mince de passivation 12' qui sont ici à base du même matériau. Lorsque le support 20 est à base d'un matériau pouvant réaliser une adhésion par collage moléculaire avec la couche de passivation 12', la couche d'adhésion 22 peut être omise. Les rugosités des surfaces collées par adhésion moléculaire peuvent être inférieures à environ 1 nm ou 0,5 nm.
  • On peut ensuite réaliser une étape de traitement thermique de l'objet (support + ensemble reporté) permettant de consolider l'adhésion moléculaire réalisée. Ce traitement thermique peut notamment être un recuit réalisé à une température comprise entre environ 250°C et 1200°C. De manière avantageuse, ce recuit peut être réalisé à une température supérieure à environ 850°C afin d'obtenir la meilleure robustesse possible entre les couches 12 et 22 (au moins équivalente à celle d'un matériau massif).
  • On obtient ainsi l'objet 100 comportant l'élément graphique formé par les portions 4', 4" , 6', 6" visibles à travers le substrat 2 et/ou le support 20 et enfoui dans la structure monolithique ainsi formée.

Claims (19)

  1. Objet (100) muni d'au moins un élément graphique, comportant au moins une couche (6, 6', 6") à base d'au moins un métal et gravée selon un motif de l'élément graphique, une première face de ladite couche (6, 6', 6") étant disposée en regard d'une face d'au moins un substrat (2) au moins partiellement transparent, une seconde face, opposée à la première face, de ladite couche (6, 6', 6'') étant recouverte par au moins une couche de passivation (12, 12') solidarisée à au moins une face d'au moins un support (20) par adhésion moléculaire et formant, avec le support (20), une structure monolithique, et ladite couche (6, 6', 6'') comportant, au moins au niveau de la seconde face, au moins une zone (10) à base dudit métal et d'au moins un semi-conducteur.
  2. Objet (100) selon la revendication 1, dans lequel le substrat (2) est à base d'au moins un matériau amorphe ou cristallin, et/ou la couche de passivation (12, 12') étant à base d'au moins un matériau minéral.
  3. Objet (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une couche d'adhérence (4, 4', 4") disposée entre la première face de la couche (6, 6', 6''), dans laquelle est formé l'élément graphique, et la face du substrat (2).
  4. Objet (100) selon la revendication 3, dans lequel l'élément graphique est également gravé dans la couche d'adhérence (4, 4', 4").
  5. Objet (100) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel la couche d'adhérence (4, 4', 4") est à base d'au moins un métal et/ou d'un nitrure métallique et/ou d'un oxyde métallique.
  6. Objet (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une couche d'adhésion (22) disposée entre la face du support (20) et la couche de passivation (12, 12'), l'adhésion moléculaire étant formée entre la couche d'adhésion (22) et la couche de passivation (12, 12').
  7. Objet (100) selon l'une des revendications précédentes, ledit objet (100) étant un bijou, une montre ou un dispositif électronique.
  8. Objet (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite zone (10) de la couche (6, 6', 6") est à base de siliciure.
  9. Procédé de réalisation d'un objet (100) muni d'au moins un élément graphique, comportant au moins les étapes de :
    a) dépôt d'au moins une couche (6, 6', 6") à base d'au moins un métal au-dessus d'une face d'au moins un substrat (2) au moins partiellement transparent,
    b) gravure de ladite couche (6, 6', 6") selon un motif de l'élément graphique,
    c) formation dans ladite couche (6, 6', 6"), au moins au niveau d'une seconde face de ladite couche (6, 6', 6") opposée à une première face de ladite couche (6, 6', 6") se trouvant du côté du substrat (2), d'au moins une zone (10) à base dudit métal et d'au moins un semi-conducteur,
    d) dépôt d'au moins une couche de passivation (12, 12') au moins sur ladite couche (6, 6', 6'') comportant l'élément graphique gravé et sur des portions de la face du substrat (2) non recouvertes par la couche (6, 6', 6'') comportant l'élément graphique gravé,
    e) solidarisation de la couche de passivation (12, 12') à au moins une face d'au moins un support (20) par adhésion moléculaire, formant une structure monolithique.
  10. Procédé selon la revendication 9, comportant en outre, avant l'étape a) de dépôt de la couche (6, 6', 6"), une étape de dépôt d'une couche d'adhérence (4, 4', 4") sur la face du substrat (2), ladite couche (6, 6', 6'') étant ensuite déposée, au cours de l'étape a), sur la couche d'adhérence (4, 4', 4").
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'élément graphique est également gravé, au cours de l'étape b), dans la couche d'adhérence (4, 4', 4").
  12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, comportant en outre, entre l'étape d) de dépôt de la couche de passivation (12, 12') et l'étape e) de solidarisation, une étape de recuit, à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, du substrat (2) comportant la couche de passivation (12, 12').
  13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, comportant en outre, entre l'étape d) de dépôt de la couche de passivation (12, 12') et l'étape e) de solidarisation, une étape de planarisation de la couche de passivation (12, 12').
  14. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel l'étape b) de gravure de l'élément graphique est obtenue par la mise en oeuvre d'étapes de masquage, de lithographie et de gravure dans ladite couche (6, 6', 6") et/ou dans une couche d'adhérence (4, 4', 4") disposée entre la face du substrat (2) et ladite couche (6, 6', 6''), ou d'au moins une étape d'ablation laser directement dans ladite couche (6, 6', 6") et/ou dans une couche d'adhérence (4, 4', 4") disposée entre la face du substrat (2) et ladite couche (6, 6', 6").
  15. Procédé selon l'une des revendications 9 à 14, comportant en outre, avant l'étape e) de solidarisation, une étape de dépôt d'au moins une couche d'adhésion (22) au moins sur la face du support (20), l'étape e) de solidarisation étant obtenue par la mise en oeuvre d'un collage par adhésion moléculaire entre ladite couche d'adhésion (22) et la couche de passivation (12, 12').
  16. Procédé selon la revendication 15, comportant en outre, entre l'étape de dépôt de la couche d'adhésion (22) et l'étape e) de solidarisation, une étape de planarisation de la couche d'adhésion (22).
  17. Procédé selon l'une des revendications 15 ou 16, comportant en outre, entre l'étape de dépôt de la couche d'adhésion (22) et l'étape e) de solidarisation, une étape de recuit, à une température comprise entre environ 400°C et 1100°C, du support (20) comportant la couche d'adhésion (22).
  18. Procédé selon l'une des revendications 9 à 17, comportant en outre, après l'étape e) de solidarisation, une étape de traitement thermique par recuit de l'objet (100) consolidant l'adhésion moléculaire.
  19. Procédé selon l'une des revendications 9 à 18, dans lequel l'étape c) de formation de la zone (10) à base dudit métal et d'un semi-conducteur est obtenue par la mise en oeuvre d'une étape de siliciuration de ladite couche (6, 6', 6").
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