Brevet FR2030145A1 — publié le 19701030

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour former des configurations métalliques et s'applique plus particulièrement à la formation des masques métalliques utilisés dens la technique de fabrication des disposé tifs semiconducteurs. Dans la formation des circuits intégrés, on utilise la technique des photorésistants pour définir les zones qui sont supprimées pour permettre d'obtenir la configuration désirée,par exemple, de dopage, dans un substrat. Ainsi, on utilise, -par exemple, la technique du photorgsistant, pour obtenir l'élirination des zones d'une couche de dioxyde de silicium à travers laquelle on doit diffuser un dopant dans un substrat. Dans la technique des photorésistants, il est nécessaire de former une image sur le matériau photorésistant, On utilise un masque métallique, qui peut être formé de chrome, par exemple, pour former l'image sur le photorésistant. Ls masque doit définir la configuration avec des lignes bien définies pour produire la configuration finale. Le masque mstallique, qui est réalisé avec du chrome a d'abord été formé par évaporation sous vide du chrome sur une plaque de verre. Ensuite, on recouvre le chrome avec un matériau photorésistant, Un masque original, appelé aussi masque mère, qui a déjà été formé par les techniques d'émulsion d'halogénure d'argent, est alors utilisé pour former une configuration sur le photorésistant, Finalement on décape le chrome pour reproduire l'image du masque mère, Ce procédé de formation d'un masque de chrome est relativement coûteux et long. Ainsi, doit on utiliser plusieurs étapes différentes avant la production du masque de chrome. La présente invention apporte un procédé et un appareil pour former un masque métallique de chrome, par exemple, en une opération unique après la forma tion du métal sur un élément transparent tel qu'une plaque de verre, La présente invention élimine les étapes d'utilisation de photorésistant et de décapage pour la production d'un masque métallique. Dans le procédé antérieur de formation d'un masque de chrome utilisant la technique de photorésistant, le masque original était soumis à la technique de photorésistant durant la formation de chaque masque de chrome à partir du masque original. En conséquence, le masque original était endommagé dQ au matériau photorésistant, au décapage chimique, etsaux manipulations. La présente invention élimine les désavantages précédents puisque le masque original n'est soumis au photorésistant que durant sa formation. Ainsi, dans la présente invention, le masque original n'est pas soumis au matériau photorésistant, au décapage chimique, ou aux mapulations après sa formation et ainsi le masque original permst une meilleure résolution pour des masques qu'il forme, que pour ceux formés à partir d'un masque original avec la technique des photorésistants. De plus, en évitant tout dommage au masque original do à la manipulation, au décapage chimique, ou au matériau photorésistant, on peut utiliser le masque original de la présente invention pour produire au moins 100 masques avant de perdre la bonne résolution de chacun des masques formés. Lorsqu'on forme des masques à l'aide du procédé antérieur dans lequel on utilise la technique des photorésistants pour former chaque masque à partir d'un masque mère, on ne peut former environ que 35 masques à partir du masque original avec une résolution satisfaisante pour chacun des masques formés. Ainsi, la présente invention permet un rendement augmenté des masques originaux par rapport au rendement obtenu par le procédé antérieur. De plus, il existe quelques erreurs inhérentes dues au matériau photorésistant qui ont tendance à affecter la résolution du masque produit avec leur aide, La présente invention supprime ce problème puisqu'il n'y a aucune utilisation de matériau photorésistant pour produire un masque à partir du masque original. Lors de la formation de masque métallique à l'aide du procédé antérieur, un masque original qui est distinct du masque original utilisé pour former un masque positif, doit être formé pour produire un masque négatif, Ainsi deux masques originaux distincts sont nécessaires dans le procédé antérieur pour former des masques positif et négatif de la méme configuration, La présente invention ne nécessite qu'un masque unique pour former à la fois les masques négatif et positif. On forme le masque négatif sur le substrat par déposition du métal à partir du film métallique alors l'on forme le masque positif à partir du film métallique, dont on supprime certaines parties métalli- quels pour dépit sur le substrat, et son substrat support.En conséquence, la présente invention produit à la fois un masque positif et un masque négatif à partir d'un masque original unique, Dans la présente invention, on applique une source thermique d'énergie telle qu'un laser, par exemple, sur les surfaces du film métallique qui doivent être déposés sur le substrat durant une période inférieure à la constante de temps de diffusion thermique du métal. Ainsi, la présente invention ne nécessite que le positionnement d'un substrat et du film métallique de façon parallèle l'un par rapport-à l'autre et perpendiculaire au faisceau laser pour produire un masque métallique, Un objet de la présente invention est d'apporter un procédé et un epperell pour déposer une configuration métallique sur un substrat. Un autre objet de la présente invention est d'apporter un procédé et un appareil dans lequel on utilise une source d'énergie thermique pour former une configuration métallique sur un substrat, Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil dans lequel on utilise un falaceau laser pour déposer une configuration métallique sur un substrat. Un autre objet de la présente invention est d'apporter un procédé et un appareil pour former des masques métalliques qui permettent la formation à la fois d'un masque positif et d'un masque négatif à partir d'un masque original unique en une opéretion unique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte et qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. Dans les dessins; La figure 1 représente une vue schématique en perspective illustrant un appareil de la présente invention utilisé pour former une configuration métallique sur le substrat, La figure 2 représente une vue en coupe de la structure de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe de la structure de la figure 2 utilisée avec une chambre à vide, La figure 4 représente une vue en perspective schématique montrant les mas quels positif et négatif produits par l'appareil des figures 1-3. La figure 5 représente une vue en perspective schématique illustrant un autre moyen pour déposer du métal dans des zones choisies d'un substrat pour y former une configuration métallique. La figure 8 représente une vue en perspective schématique des éléments de la figure 5 séparés l'un de l'autre après le dépit du métal sur le substrat. La figure 7 représente une vue en perspective schématique illustrant une autre forme de l'appareil pour réaliser le procédé de la présente invention, En référence au dessin, plus particulièrement aux figures 1-3, on rEprssnD un substrat 10, qui peut autre formé de tout matériau convenable tel que du verre par exemple, On dispose le substrat 10 parallèlement à un film métallique 11, qui a pour support une plaque support transparente 12 qui peut autre formée de verre, par exemple.Le film Il est suffisamment fort pour ne pas nécessiter un support supplémentaire et on peut supprimer le support 12 si l'on ne désire former qu'un masque négatif, Un masque original 14, qui comprend des ouvertures 15 pour définir la configuration métallique désirée sur le substrat 10, est disposé adjacent au support transparent 12, Si le film Il ne' nécessite pas la plaque support 12, alors le masque original 14 peut astre disposé adjacent au film 11. Le masque original 14 peut être formé de tout matériau convenable qui réfléchit ou absorbe un faisceau 16 provenant d'un laser 17 voir figure 7), Le molybdène est un exemple convenable comme matériau du masque original 14, Lorsque le masque original est réalisé avec du molybdène, on peut le former en imprimant une configuration de photorésistant sur une feuille mince de molyb dène. Par exemple, la feuille de molybdène peut avoir une épaisseur de 0,025 mm ou 0,051 mm. Ensuite, oli décape le masque de molybdène avec un décapant convenable tel que, par exemple, mélange d'acide nitrique et d'acide phosphorique, On dirige le faisceau 16 perpendiculairement au masque 14, à la plaque support 12, au film Il et au substrat 10 puisque tutus ces éléments sont disposés parallèlement les uns aux autres. Cette configuration est nécessaire pour assurer une bonne résolution ds la configuration métallique sur le substrat 1-0. Un exemple convenable de laser 17 est vendu par la Cie Korad comme modèle K1-. La lumière provient d'un laser à rubis qui émet une radiation ayant une longueur d'onde de 6,943 X, Le laser 17 fonctionne sous mode pulsé. Comme on le représente dans les figures 2 et 3, le substrat 10 est dispose en contact avec le film Il et la plaque support 12 est en contact avec le masque original 14. L'assemblage entier est disposé à l'intérieur d'une enceinte où l'on a fait le vide. L'enceinte à Vide 18 peut comprendre un support 19 pour le substrat 10,le film 11, l'élément transparent 12, et le masque 14, Un élément transparent 20 recouvre le support 19, et un joint annulaire 21 est disposé entre eux. On réalise le vide à l'intérieur de l'enceinte 18 en appliquant une aspiration aux tuyaux 22 et 23, On produit un Vide d'approximativement 1 mm de mercure à l'intérieur de l'enceinte 18 pour faciliter le dépôt du métal du film Il sur le substrat 10 lorsque le faisceau laser 16 est appliqué au film Il à travrers les ouvertures 15 du masque original 14, L'utilisation du chessis 18 évite la possibilité de la dispersion du métal par les molécules d'air, métal qui est dirigé du film Il au substrat 10.Naturellement, si le substrat 10 est un contact avec le film 11, les molécules d'air n'auront qu'un effet très petit, si elles en ont un, sur le métal lorsqu'il se déplace du film Il au substrat 10. Cependant, tout écartement du substrat 10 et du film Il aura tendance à augmenter la dispersion du métal lorsqu'il se dirige du film Il au substrat 10 dû à l'énergie thermique du faisceau laser 16. par conséquent, lorsque la distance entre le substrat 10 et le film Il augmente, l'enceinte 18 devient plus adequate. Naturellement, le substrat 10 peut rester à proximité proche du film 11 même si l'enceinte à vide 18 est utilisée car le métal aura tendance à se disperser lorsque la distance entre le substrat 10 et le film Il eugmente même lorsque l'on opère dans le vide, ce qui empêcherait l'obtension de la configuration désirée avec une rssolution précise. Lorsque l'aspiration est appliquée aux tuyaux 22 et 23, l'élément transparent 20 est plaqué contre l'élément support 19 pour pousser le masque original 14 contre l'élément transparent 12 et le film 11 contre le substrat 10. Ainsi, le vide n'évite pas seulement le dispersion du métal lorsqu'il se déplace de l'élément transparent 12 au substrat 10 mais maintient aussi les éléments de l'assemblage très proches les uns des autres, On a effectué des essais avec l'assemblage de la figure 3 dans lesquels le film il était formé de métaux différents. Le masque original 14 était formé de molybdène de la façon précédemment décrite et le laser 17 était le modèls Korad K1-Q. On forme des configurations métalliques avec de bonnes résolutions dans tous ces essais, qui ont été effectués à température ambiante.L'épaisseur du métal déposé est d'approximativement 108 inférieure à l'épaisseur du film original. Dans chacun des tests, le faisceau laser 16 ne fonctionnait que durant 15 nanosecondes, Cette durée doit être inférieure à la constante de temps de diffusion thermique du métal du film 11. Cela assure que le chauffage laser localisé du film métallique 11 ne commence pas à diffuser latéralement dans le film métallique source 11 avant le dépôt de l'image métallique sur le substrat 10. Les rayons du faisceau laser 16 sont parallèles, et le laser 17 fonctionne comme un laser à commutation p. Dans chacun des exemples, lé substrat 10 est formé d'un verre qui a été nettoyé. De plus, le vida appliqué dans chacun-des tests est d'environ 1 mm de mercure, On a formé le film 11 avec un film d'aluminium ayant pour épaisseur 1.000 , un elliage plomb-étain ayant des épaisseurs de 5,000 A et 10.000 A, de ni ckel ayant une épaisseur de 500 A, de l'argent ayant une épaisseur de 400 X, de chrome ayant des épaisseurs de 500 A et 900 X, et un film double chrome-aluminium dans lequel une couche de chrome de 500 A a été formée sur la plaque support 12, formée de verre, et une couche d'aluminium d'épaisseur de 1,000 A a été déposée sur le chrome.Dans chacun de ces exemples, l'épaisseur de chacune des zones de métaux déposés sur le substrat 10 est environ égale à 908 de l'épaisseur du film original. Comme on le représente dans la figure 4, on forme un masque positif à l'aide de la plaque 12 avec le métal du film 11 qui n'a pas été déposé sur le substrat 10. Un masque négatif est formé par le substrat 10 comprenant les dé pôts métalliques 24. En référence à la figure 5, on présente un autre moyen de déposer une configuration métallique sur le substrat 10. Dans cette disposition1 un élément transparent 25, qui est semblable à l'élément transparent 12, ngest formé avec un film métallique que dans les surfaces auxquelles doit étre déposé le métal sur le substrat 10. Ainsi, si deux surfaces doivent être déposées sur le substrat 10 de la même façon que représentées dans la figure 1, alors le film 26 sur l'élément transparent 25 ne sera disposé que dans cas deux surfaces. -On applique le faisceau laser 16 sur la surface entière de l'élément trans parent 25 (voir figure 5), Cela dirige le métal sur le substrat 10 pour former des dépôts métalliques 27 (voir figure 6) pour reproduire la contiguration désirée sur le substrat 10. Ce sont les memes surfaces sur lesquelles l'élément transparent 25 possédait du métal. Le substrat 10 et l'élément transparent 25 devront etre maintenus de tèlle sorte que le faisceau laser 16 leur soit perpendiculaire de la mSme façon que décrite pour la réalisation des figures 1-3. De plus, on peut utiliser l1encein- te 18 avec l'élément transparent 25 et le substrat 10 de la meme façon que décri- te pour la réalisation des figures 1-3. Ainsi, l'utilisation de l'élément transparent 25 avec le film métallique 26 ne comprenant du métal que dans les zones qui doivent être déposées sur le substrat 10 élimine la nécessité du masque original 14, Cependant, comme on le représente dans la figure 6, on ne peut pes utiliser cette disposition pour former à la fois un masque positif et un masque négatif mais on peut l'utiliser pour ne former qu'un masque négatif. En référence à la figure 7, on représente un autre appareil pour former une configuration métallique sur le substrat 10 sans l'utilisation du masque original 15. Le film 11 sur la plaque support 12 est maintenu en contact avec le substrat 10 de la méme façon que décrite pour la réalisation des figures 13, Similairement, le substrat 10, le film 11, et la plaque 1-2 bont disposés de préférence à l'intérieur de l'enceinte 18 bien que l'on ne représente pas l'enceinte 18 dans la figure 7. Cela n'est pas une nécessité pour un fonctionnement satisfaisant. On monte le laser 17 sur un assemblage support 28 et on peut déplacer le laser yerticalement au moyen d'un micromètre 29 et horizontalement eu moyen d'un micromètre 30, Ainsi, on peut positionner l'assemblage support 28 à la fois dans les plans verticaux et horizontaux. La taille du faisceau 16 du laser 17 étant réduite, afin d'être concentrée sur une surface particulière du film 11 dont le métal doit être déposé sur le substrat 10, on peut initialement diriger le faisceau 16 sur une surface 31 du film 11 et le laser 17 excité selon le mode par impulsion pour appliquer une densité d'énergie suffisante durant une période de temps courte telle que 15 nanosecondes, par exemple. Après l'application du faisceau laser 16 sur la surface 31 du film Il durant la période désirée, pour déposer le métal de la zone 31 du film Il sur le substrat 10, on coupe le laser 17, Ensuive on peut déplacer le laser 17 vers le bas et vers la droite en déplaçant l'assemblage 28 à l'aide des micromètres 29 et 30 de telle sorte que le faisceau 16 puisse être appliqué à une surface 32 du film 11, Après l'excitation du laser 17 durant la période désirée pour déposer le métal de la surface 32 du film Il sur le substrat 10, le layer 17 est coupé, Ensuite, on déplace le laser 17 vers le bas et vers la droite à l'aide des micromètres 29 et 30 en déplaçant l'assemblage 28 pour diriger le faisceau 16 sur une surface 33 du film 11 et le métal de la surface 33 du film Il est déposé sur le substrat 10. Bien que l'appareil de la figure 7 nécessite un temps plus long pour positionner le laser 17 dans chacune de ses positions désirées, il élimine la nécessité d'un masque modèle pour former une configuration métallique sur le substrat 10. On produit à la fois les masques positif et négatif à l'aide de l'appareil de la figure 7 de la même façon que l'appareil de la figure 1, Cependant, il n'est pas nécessaire d'utiliser une technique de photorésistance, lorsque l'on utilise l'appareil de la figure 7 puisque le masque-original 14 n'est pas nécessaire. Bien que l'on ait décrit le masque original 14 comme étant formé de molybdène, on doit comprendre qu'il peut être formé de tout matériau qui réfléchira ou absorbera la longueur d'onde particulière du faisceau 16 du laser 17, On peut former le masque original 14 à l'aide d'un matériau très réfractaire, un métal ou un diélectrique, par exemple. I1 doit avoir la caractéristique de ne pas se dégrader sous l'effet de la puissance du faisceau 16 du laser 17. Bien que la présente invention décrive la formation de masques per le procédé et l'appareil de la présente invention, on doit comprendre que tous types de configuration métallique peuvent être formés. Par exemple, on peut former des lignes de circuit sur un substrat par dépôt de métal sur le substrat en utilisant le procédé et l'appareil de la présente invention, Ainsi, la présente invention présente une utilité dans tout domaine dans lequel on désire déposer du métal selon une configuration. I1 est nécessaire que le laser 17 fonctionne suivant le mode pulsé. Autrement, le film métallique Il ne chaufferait pas suffisamment rapidement et le métal se dilaterait, Cela signifie, que la constante de temps de la diffusion thermique du métal du film doit être intérieure à la période fonctionnement du laser si le laser était pulsé à un taux lent. Il est nécessaire d'appliquer l'énergie du laser 17 durant une période très courte. L'épaisseur du film métallique détermine la puissance nécessaire. Cele si gnifie, qu'il est nécessaire d'utiliser plus d'énergie du laser lorsque l'épeis- seur du film métallique augmente. On,obtient la meilleure résolution de contigu- ration lorsque l'épaisseur du métal diminue. Ainsi, on désire utiliser des films métalliques relativement minces pour produire la meilleure résolution d'une configuration métallique sur le substrat. En choisissant correctement la puissance, le métal du film Il est évaporé si rapidement qu'il n'y a aucune diffusion thermique dans le reste du métal, qui est adjacent aux zones de métal qui sont dirigés sur le substrat 10 St qui aligné avec les ouvertures 15 du masque original 14. Ainsi, l'énergie doit pro duire suffisamment de chaleur pour chauffer le métal à la température à laquelle il s'évapore et ensuite amener l'évaporation du métal dans une période très courte telle que 15 nanosecondes, par exemple.En conséquence, la puissance est une fonction à la fois de la capacité clorifique, qui est la chaleur nécessaire pour chauffer le métal à la température à laquelle il s1évapore, et de la chaleur de vaporisation du métal. Bien que la présente invention décrive l'utilisation du laser 17 pour fournir l'énergie thermique, on doit comprendre que toute autre source d'excitation thermique du métal peut titre utilisé, I1 est seulement nécessaire que la source d'énergie thermique- fournisse une énergie suffisante pour amener la vaporisation du métal du film Il en une période plus courte qui la constante de temps de diffusion thermique du métal Bien que la présente invention ait représenté le dépôt du métal du film Il sur le substrat 10 comme se produisant dans le vide, on doit comprendre que cela n'est pas uns nécessité à un fonctionnement satisfaisant de la présente invention. fl est nécessaire que le substrat 10 soit disposé de façon très pro chs du film métallique Il pour éviter la dispersion du métal. Cependant, il nct- est pas nécessaire que les substrats 10 soient en contact avec le film 11. Un avantage de la présente invention est qu'elle réduit le cent de la formation de masques métalliques, Un autre avantage de la présente invention est que l'on peut former à le fois un masque positif et un masque négatif en une opération unique. Un autre avantage de la présente invention est que l'on obtient une commende précise d'une configuration métalliques.Un autre avantage de la présente invention est que l'on élimine les dégradations du manque origi nal doues aux manipulations, aux matériaux photorésistants, ou au décapage chimique lorsque l'on forme des masques à partir du masque original à l'aide du pro cédé de- l'appareil de la présente invention. Un autre avantage de la présente invention est que i'on peut éliminer la nécessité d'un masque original, Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1,- Procédé de dépôt d'une configuration métallique sur un substrat caractérisé en ce qu'il comprend: - le positionnement d'un film métallique entre une source d'énergie thermique et le substrat, le film métallique étant disposé très près du substrat et parallèle à la surface du substrat sur lequel on doit déposer le métal:: - l'envoi d'énergie thermique, à partir de la source d'énergie thermique, sur les surfacss du film métallique qui doivent entre déposées sur le substrat j - et l'application ds la source d'énergie thermique à chacune des surfaces du film métallique durant une période de temps inférieure à la constants de temps de diffusion thermique du métal du film métallique1 2,- Procédé selon le revendication 1 caractérisé sn ce que le film et le substrat sont disposés dans une enceinte dans laquells le vide a été réalisé, 3,- Procédé pour réaliser simultanément un masque négatif et un masque po positif caractérisé en ce qu'il comprend:: le positionnement d'un film métallique sur une plaque transparente entre une source d'énergie thermique et un substrat le film étant très prochs du substrat j le positionnement de la plaque transparente et du film parallèlement au substrat;; l'envoi de le source d'énergie thermique sur les surfaces du film métalli- que qui doivent tre déposés sur le substrat pour former le masque négatif, la plaque transparents et le reste du film métallique formant le masque positif, et l'application de la source d'énergie thermique durant une période de temps inférieure à la constante de temps de diffusion thermique du métal du film métallique, 4.- Procédé selon les revendications' ou 3 caractérisé en ce que l'énergie thermique est dirigée en utilisant un masque entre 14 source d'énergie ther- mique et le film, le masque comprenant des ouvertures pour diriger l'énergie thermique uniquement sur les surfaces alignés avec les ouvertures. 5.- Procédé de dépôt d'une configuration métallique sur un substrat caractérisé en ce qu'il comprend: le positionnement d'un élément transparent, sur lequel est disposé un film métallique au moins pour les surfaces qui doivent entre déposés sur le substrat, entre une source d'énergie thermique et le substrat, le film métallique étant disposé au voisinage du substrat et parallèlement à la surface du substrat sur lequel doit être déposé le métal l'envoi d'énergie thermique de la source d'énergie thermique sur les surfacs du film métallique qui doivent être déposés sur le substrat, et l'application de le source d'énergie thermique à chacune des surfaces du film métallique pour une durée de temps inférieure à le constants de temps de diffusion thermique du métal du film métallique. 6,- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé sn ce que la plaque transparente, le film et le substrat sont disposés dans une enceinte où l'on a fait le vide. 7.- Procédé selon les revendications 1, 3 ou 5 caractérisé sn ce que le film métallique et le substrat sont disposés en contact l'un avec l'autre. 8,- Procédé selon les revendications 1, 3 ou 5 caractérisé sn ce que la source d'énergie thermique est un laser à impulsions dont le faisceau est per pandiculaire au film métallique et au substrat. 9.- Procédé selon la revendication a caractérisé an ce que le faisceau du laser à impulsions est commandé de telle sorte qu'il soit appliqué séparemment à chacune des surfaces du film métallique qui doit strie déposé sur le substrat. 10.- Dispositif permettant de réaliser le procédé comne devins selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte: - une source d'énergie thermique - une enceinte dans laquelle on a fait le vide1 renfermant les dits suba- trat, film métallique, élément transparent et masque et dont l'élément, situé entre ledit masque et la source d'énergie thermique1 est également transparent.