Brevet FR2275967A1 — publié le 19760116

L'invention concerne un dispositif de positionnement de substrat pour report de masque, et une machine d'alignement utilisant ledit dispositif. Dans les techniques de fabrication de circuits par une succession d'opérations physico-chimiques, comme-c1est notamment le cas pour les circuits imprimés et les circuits intégrés, on part d'un substrat présentant au moins une face, généralement plane, que l'on a recouvertede résine photosensible.Dans cette couche, on découpe ensuite des fenêtres qui sont des ouvertures pratiquées dans la résine afin de délimiter des zones d'action physico-chimique. Le dessin de ces fenêtres est matérialisé par un masque qui prend par exemple la forme d'une plaque de verre comportant des parties rendues opaques et des parties transparentes.En appliquant le masque sur le substrat et en exposant l'ensemble à l'action de rayons, par exemple ultraviolets, on obtient, après développement de la résine, des fenetres reproduisant le dessin du masque. Il est évident que cette opération de reproduction des dessins de fenêtres, autrement dit de report du masque", souffre de certaines aberrations lorsque la lumière d'exposition, dite aussi d'inSolation, n'est pas composée de rayons rigoureusement parallèles entre eux, compte-tenu du fait que le substrat n'est pas rigoureusement plan ou n'est pas étroitement appliqué contre le masque. On ne peut d'ailleurs appliquer le substrat contre le masque avant d'avoir réalisé l'alignement : ce dernier est rendu indispensable par le fait que plusieurs opérations de masquage sont réalisées sur le même substrat pour permettre des actions différentes dans des zones différentes du substrat. Cet alignement est possible grâce a l'existence de repères gravés la la foissur le masque et sur le substrat. Les moyens connus sont notamment mis en défaut lorsque le sttbEtrat est souple, comme c'est le cas lors de la fabrication de circuits imprimés de haute densité par les techniques dites de "microconnectique". En ce cas, le substrat le plus employé est #r,c feuille de cuivre de très faible épaisseur recouverte de rébine photosensible Le but de l'invention est de permettre, notamment en microconnectique, d'obtenir un maximum de précision sans avoir recours à des moyens mécaniques et optiques compliqués et coûteux. Le dispositif de positionnement de substrat suivant l'invention est du type comportant un porte-substrat possèdant au moins une face plane destinée a recevoir ledit substrat, et des moyens de rac#cordement à une distribution d'air comprimé. Il est caractérisé en ce que ledit porte-substrat comporte une membrane élastique couvrant une partie de ladite face plane, la périphérie de ladite membrane étant fixée a ladite face plane, et une canalisation d'air comprimé, débouchant sous ladite membrane de manière a permettre l'introduction d'air comprimé entre ladite membrane et ladite face plane. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels - la figure 1 représente deux vues différentes d'un portesubstrat de type connu ; - la figure 2 est une coupe d'un porte-substrat selon l'invention après introduction d'air comprimé ; - la figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 2, après adjonction d'un substrat et d'un masque - la figure 4-est un schéma illustrant un avantage de l'invention ; - - la figure 5 représente schématiquement une machine d'alignement utilisant un dispositif selon l'invention. Figure I, on a représenté deux vues différentes d'un même porte-substrat de type connu ; - en (a) une vue par dessus du porte-substrat 1 portant la trace d'un plan de coupe AA - en (b) une coupe, suivant le plan AA, du porte substrat 1, sur lequel est disposé un substrat souple 2. Le porte-substrat 1, de forme générale parallélépipédique, comporte un évidement 11, de section circulaire, destiné a fixer le porte-substrat sur la tête d'un bloc d'alignement (non représenté). Un système à vis (non représenté) permet d'immobiliser la tête par serrage pendant les opérations de masquage. Le porte-substrat comporte également une canalisation interne 12, débouchant sur des trous d'aspiration 120, disposés à la périphérie de la face supérieure du porte-substrat. Un canal 13 raccorde la canalisation 12 à un ajutage 130 emergeant de la face inférieure du porte-substrat. Un tuyau souple d'aspiration 14 est emmanché sur l'ajutage 130 et peut se raccorder à une pompe aspirante (non représentée). Grâce aux trous d'aspiration on immobilise le substrat 2 pendant le masquage. Figure 2, on a représenté en coupe, un exemple de réalisation de l'invention ressemblant au porte-substrat de la figure 1. On a donc conservé les mimes repères pour désigner des organes identiques ou analogues. Un évidement rectangulaire 21 de faible profondeur (0,5 mm environ) est aménagé dans la partie supérieure du porte-substrat de manière a occuper la plus grande partie de la face supérieure tout en laissant subsister les trous d'aspiration 120 aux mêmes emplacements qu'en figure 1. Cet évidement est muni d'une canalisation 22 le reliant à la face inférieure du porte-substrat. De façon analogue à la canalisation d'aspiration 13, la canalisation 22 aboutit à un ajutage 220 et à un tuyau souple 23. Dans l'évidement 2i, on dépose une feuille de caoutchouc 20, du type feuille anglaise, découpée de façon à remplir approximativement l'évidement. Cette feuille est collée à la périphérie interne de l'évidement de manière à permettre l'introduction d'air (flèche 24) par le tuyau 23 pour former une bulle soulevant la feuille 20. Le fonctionnement du porte-substrat selon l'invention est illustré par la figure 2 où l'on voit le gonflement de la feuille 20 ainsi que par la figure 3 où l'on a complété le dessin du porte-substrat par l'indication du.substrat souple 2 et d'un masque 30 appliqué sur le substrat avec une pression supérieure au kg/cm2. Grâce à cette pression et à l'écrasement produit par le masque on obtient une application beaucoup plus efficace du substrat contre le masque, par rapport à un plaquage classique par dépression. On remarque que la dépression d'aspiration (flèche 31) dans le tuyau 14 est parfaitement compatible avec l'application de la pression (flèche 24) dans le tuyau 23. Le schéma de la figure 4 est destiné à faire apparaître un des avantages de l'invention. En effet, soit une lampe 40, de diamètre D de l'ordre de 10 cm, éclairant, à une distance H de l'ordre de 30 cm, en lumière ultraviolette , un masque superposé à un substrat 2 comportant une feuille de cuire recouverte d'une couche photosensible 200. Si en certains points de l'assemblage la distance entre masque et résine est h, par exemple de l'ordre d'une dizaine de microns, il en résultera une aberration dont on va analyser l'importance. Le masque 30-,-,- comporte sur sa face inférieure des portions opaques 301. Soit deux rayons marginaux L1 et L2 passant par le même bord M d'une de ces portions. Ces rayons déterminent dans la co###- de résine, dont on négligera l'épaisseur, une zone de-pna bre M1M2. La distance # qui sépare ces points mesure la perte de définition du système de reproduction. On voit facilement que l'ordre de grandeur de E est donné par la relation approchée : # = D (1) h H Avec les ordres de grandeur donnés plus haut, on aura donc des aberrations de l'ordre de 4 microns. Dans le cas de l'invention, grâce à la diminution de h, on a obtenu e = 0,5 micron. Figure 5, on a représenté schématiquement une machine d'alignement. Cet appareil comporte un support 50 représenté en coupe et un bloc d'alignement 51 représenté en élévation. Le bloc 51 repose sur un plateau horizontal 501 usiné à l'intérieur du support 50, lequel a la forme générale d'une enceinte. Au-dessus du bloc 51, une ouverture est pratiquée dans la paroi supérieure 502 de l'enceinte. Un porte-masque 60 qui encadre le masque 30 est appliqué sur cette ouverture et maintenu par une fixation à vis. Le bloc 51 est constitué de quatre dispositifs de règlage - une table inférieure 52, permettant des rotations suivant un plan horizontal ; - une table intermédiaire 53, permettant des translations horizontales suivant une première direction ; - une table supérieure 54 permettant des translations horizontales suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première - un pied coulissant 55 permettant de faire mDnter ou descendre le porte-substrat 1 conforme å l'invention. Les moyens de réglage des tables sont représentés figure 5 par des boutons de commande 520, 530, 540. Le règlage en hauteur du pied 55 est seulement symbolisé par deux flèches de sens contraires. Par contre, on n'a pas représenté les tuyaux d'aspiration et de compression émergeant du porte-substrat. L'ensemble de l'enceinte peut être mis sous vide par des moyens non représentés ce qui permet de parfaire le plaquage du masque contre le porte-substrat. L'alignement s'effectue en deux temps : dans un premier temps, on ne met en oeuvre que l'aspiration et les règlages sont effectués en rapprochant autant que possible masque et substrat sans qu'il y ait de frottement ; dans le deuxième temps, on gonfle la feuille de caoutchouc du porte-substrat. Enfin, on complète l'alignement par tâtonnements en reprenant autant de fois qu'il est nécessaire les deux temps de réglage. Dans une variante de l'invention, le porte-substrat et le pied coulissant de la machine d'alignement sont réalisés en matériau transparent, par exemple en résine synthétique telle que le polymétacrylate de méthyle. En outre des moyens d'éclairage en lumière blanche (sans ultraviolet) sont prévus dans l'enceinte autour des dispositifs de régulation. Le substrat est alors muni de trous d'alignement qui apparaissent en clair sur un fond noir pour un observateur muni d'une loupe binoculaire. La feuille de caoutchouc ne gêne pas l'utilisation de cette variante, car elle est suffisamment transparente si son épaisseur ne dépasse pas environ 0,5 mm. Un autre avantage de l'invention résulte de la possibilité de surexposer, sans compromettre la fidélité de la reproduction, en bénéficiant des avantages connus de la surexposition, notamment avec les résines positives. L'invention est applicable telle quelle aux opérations de report de masque sur des substrats rigides. Mais elle est surtout avantageuse dans la technologie des circuits imprimés de haute densité (microconnectique) et pour les circuits imprimés souples lorsqu'une bonne définition est exigée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de positionnement de substrat pour report de masque, du type comportant un porte-substrat possèdant au moins une face plane, destinée à recevoir ledit substrat, et des moyens de raccordement à une distribution d'air comprimé, caractérisé en ce que ledit porte-substrat comporte une membrane élastique couvrant une partie de ladite face plane, la périphérie de cette membrane étant fixée a ladite face plane, et une canalisation d'air comprimé, reliée auxdits moyens de raccordement, débouchant sous ladite membrane, de manière à permettre l'introduction d'air comprimé entre ladite membrane et ladite partie de ladite face plane. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une canalisation d'aspiration, débouchant par des trous sur la périphérie de ladite face plane, ladite canalisation étant raccordable à des moyens d'aspiration. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un évidement est aménagé dans ladite face plane, ladite membrane étant fixée à la périphérie interne dudit évidement et ladite canalisation d'air comprimé débouchant dans ledit évidement. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit porte-substrat comporte en outre des trous d'aspiration répartis autour dudit évidement. 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite membrane élastique est une feuille de caoutchouc d'une épaisseur de 0,5 mm environ. 6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit porte-substrat est réalisé en matie transparente. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé, en ce que ladite matière est du polymétacrylate de méthyle. 8. Machine d'alignement, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif suivant l'une des revèndications 1 a 7. 9. Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des dispositifs de réglage de la position dudit porte-substrat par translation et rotation dans un même plan et un dispositif permettant de faire coulisser ledit portesubstrat suivant une direction perpendiculaire audit plan. 10. Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ledit porte-substrat est placé dans une enceinte où l'on peut faire le vide.