Brevet FR2294470A1 — publié le 19760709

L'invention concerne un procédé de traitement de maliques destinés a l'insolation d'une couche épaisse de matériau photosensible. Le terme "insolation" désigne ici toute exposition d' un matériau photosensible à l'action de rayons lumineux du spectre visible ou invisible, notamment en lumière ultraviolette. Dans les "machines à insoler", la source de lumière devrait être dotée d'un collimateur aussi parfait que possible pour permettre une exposition en faisceau parallèle afin d'éviter des défauts de reproduction du dessin du masque dans l'image latente formée au sein du matériau photosensible. En réalité, pour limiter le prix de telles machines, on se contente d'un système imparfait de collimation et le faisceau lumineux présente toujours une certaine divergence. On démontre facilement que les défauts de reproduction sont d'autant plus grands que l'épaisseur "e" de la couche de matériau photosensible est plus grande. Si, de plus, le masque n'est pas parfaitement plaqué contre la couche de matériau photosensible d'indice optique "n", et s'il subsiste donc une distance "d" entre masque et couche en un point donné, on montre que l'erreur de définition qui en résulte est donnée par la formule suivante # = (e + nd) i (1) n dans laquelle "i" désigne l'angle en radians du rayon lumineux au point d'indiéidence sur le masque avec la normale à celui-ci, l'angle i ne dépassant pas quelques degrés d'arc. Pour réduire l'erreur ci-dessus, on aurait intérèt, d'après ce qui précède, à utiliser des couches photosensibles d'épaisseur "e" aussi faible que possible (de l'ordre du micron), et à annuler d grâce à un plaquage aussi parfait que posslble de la couche contre le masaue. On est toutefois limité dans cette voie par les sujétions ci après 1 - Dans de nombreux cas, notamment lorsque la couche de maté- riau photosensible doit servir d'épargne pour un depôt métallique ultérieur (par élecrolyse), ledit dépôt métallique doit présenter une épaisseur non négligeable, par exemple être supérieur à 10 microns. Dans ces conditions, on doit utiliser une épargne ayant une épaisseur du même ordre. 2 - Malgré les précautions prises, des défauts de plaquage se produisent, notamment dans le cas des couches épaisses, par suite du dégagement gazeux (azote pour certaines résines photosensibles) provenant des réactions photochimiques au cours de l'exposition aux rayons lumineux. Le dégagement gazeux est d'autant plus important que le temps d'exposition est plus grand, ce qui constitue un premier facteur, et que la couche est plus épaisse, ce qui constitue un deuxième facteur, ces deux facteurs renforçant mutuellement leur influence. L'invention remédie aux inconvénients provenant du dégagement gazeux en permettant l'élimination des bulles qui se forment entre le matériau photosensible et le masque d'insolation. Le procédé selon l'invention consiste à traiter préalablement les masques destinés à l'insolation de couches épaisses de matériau photosensible. Il est caractérisé en ce que la surface du masque destinée à être mise en contact avec la couche photosensible est gravée de manière à présenter une multiplicité de sillons mettant en communication la partie centrale de ladite surface avec les bords du masque. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques au aumoyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels La figure 1 représente l'insolation d'une couche photosensible par un procédé classique La figure 2 illustre un exemple de réalisation de l'invention dans la phase de gravure des sillons dans le masque ; La figure 3 représente un tracé caractéristique résultant de l'emploi d'un masque traité selon l'invention. Figure 1, on a représenté en coupe partielle un substrat 1, recouvert d'une couche 2 de résine photosensible d'épaisseur "e". Au dessus de ce substrat est disposé un masque 5 constitué par une plaque de verre 51, portant, sur l'une de ses faces (la plus voisine du substrat) une couche de gélatine photosensible développée 32 où apparaissent des plages opaques 321 et des plages transparentes 322. On a supposé que le plaquage du masque 5 contre la couche 2 n'était pas parfait et que, dans la région du substrat représentée, on observait une distance d" entre couche et masque, au droit de la partie transparente 322. Un rayon lumineux 4, issu d'une- source S, partiellement représentée, fait un angle "i" avec la normale au masque et rencontre celui-ci en I. Au point d'incidence I, correspond le point d'émergence F placé, par exemple, au bord de la plage 322. Le rayon, émergeant en F et pénétrant en G dans la couche de résine, fait avec la normale au masque le même angle "i" que le rayon 4. Il traverse la couche transparente de résine 2 d'épaisseur "e" et d'indice n en suivant le trajet GK. On observe finalement un écart 6 entre le point K et le point H situé au droit du point F. On ne développe pas ici le calcul de cet écart représentant l'er- reur de définition au point H de l'image obtenue dans la couche photosensible. Le résultat de ce calcul est exprimé par la formule (1), citée plus haut, donnant l'écart 6 en fonction des paramètres "d", "e", seal ,Irjn "i" et "n". A titre d'ordre de grandeur, pour un angle "i" de quelques degrés et une valeur d'une dizaine de microns pour les quantités "d" et "e" on aboutit à une erreur de définition supérieure au. micron. Cette erreur, qui ne serait pas gênante, dans une technologie classique de circuits imprimés, devient prohibitive pour les circuits très miniaturisés de la#'microconnect#ique" (technologie des connexions à l'échelle du micron). Figure 2, on a représenté à plus grande échelle, la coupe partielle du masque 3, soumis à un flux d'ions 50, passant à travers des mailles d'une grille 200 plaquée contre la couche de gélatine du masque 3. On réalise ainsi l'usinage ionique de la couche 32 suivant des évidements 330, c'est-à-dire suivant des sillons mettant en communication la partie centrale de la couche avec les bords du masque, et constituant des cheminées de dégagement pour les gaz produits par la réaction photochimique ultérieure. La grille 200, représentée également en coupe partielle, est par exemple une simple plaque métallique en cuivre d'une épaisseur de l'ordre du millimètre. Dans cette plaque ont été découpées, par exemple par gravure chimique, des ouvertures rectangulaire 201 de largeur "f", de l'ordre du millimètre, et de longueur suffisante pour déborder le contour du masque 3. Les ouvertures 201 sont par exemple parallèles et décalées de 2 mm ce qui laisse subsister des bandes métalliques 202 de mAeme largeur tf que lesdites ouvertures. Ces bandes se rejoignent pour former une bordure d'un seul tenant autour de la partie grillagée de façon à assurer la tenue mécanique de l'ensemble. La grille 200 peut être réalisée aussi par d'autres procédés connus tels que "l'électroformage" (dépôt électrolytique suivant un tracé déterminé sur un support susceptible d'être éliminé sélectivement) ou encore par un procédé purement mécanique tel que l'estampage. Le "pas" de la grille et son épaisseur ne sont pas critiques ce qui autorise des tolérances relativement larges sur la précision de fabrication et diminue le prix de revient du traitement selon l'invention. On peut ajuster la profondeur de gravure des sillons dans le masque, c'est-à-dire la profondeur des évidements 350 en réglant la durée de l'usinage ionique. On a constaté expérimentalement qu'une profondeur de 1000 angströms est insuffisante pour assurer efficacement l'évacuation des bulles de gaz les plus gênantes qui se forment à la surface de la résine photosensible au cours de la phase d'insolation. Pour une profondeur de 5000 angströms, en revanche, les plages noires 521 sont entamées assez substantiellement pour que le rapport "noir sur blanc" en soit affecté, ce qui nuit à la définition du produit final (l'épargne de résine dans le cas d'un circuit imprimé). Une gravureS'une profondeur moyenne de 3000 angströms représente un bon compromis, compte tenu des sujétions évoquées ci-dessus. Figure 3, on a dessiné une bande conductrice 500, obtenue par exemple par un dépôt électrolytique de cuivre suivant un tracé gravé dans la résine, le masque ayant été traité par le procédé de l'invention. Si l'on se reporte à la figure 2, le tracé de la bande 300 correspondrait par exemple à une plage rectangulaire 522 de grand côté parallèle au plan de figure. Cette plage s'tendrait au dessus de plusieurs intervalles 201 et présenterait donc plusieurs évidements 550 de largeur "f". Lors de l'exposition aux rayons ultraviolets, on observera un écart tLdu-type représenté figure 1, sur une longueur "f". Le tracé de la bande 500 comportera donc une série d'élargissements et de rétrécissements alternés.Il s'agit là d'une particularité vraisemblablement sans inconvénient étant donné la faible profondeur des évidements, mais constituant une caractéristique d'un câblage obtenu grâce au procédé de l'invention. Outre les avantages de l'invention déjà signalés plus haut, on peut citer : - la possibilité d'utiliser la même grille plusieurs fois, et éventuellement pour des masques différents, ce qui permet de diminuer le prix de revient du traitement, la fabrication de la grille étant un élément sensible de ce prix de revient ; - la tolérance très large concernant le plaquage de la grille contre le masque, les sillons pouvant être déformés sans inconvénient en ce qui concerne leur profondeur une tolérance de + 15 ss à t 20 ss est acceptable pour une valeur nominale de 5 000 angströms - la faible durée du traitement du masque, quelques minutes dans l'exemple qui a été décrit plus haut. L'invention s'applique à la réalisation de tout dispositif, tel que les câblages miniaturisés, ou la précision du tracé est du même ordre de grandeur que #"épaisseur, une dizaine de microns par exemple. Parmi ces dispositifs on citera - les circuits imprimés de très petite dimension, dits de "micro connectique" ; - les connexions internes et externes de certains composants actifs, notamment les réseaux de "micropoutres" (les "beam-leads" de la littérature anglo-saxonne) > notamment dans le cas des semiconducteurs ; - d'une façon plus générale, toute dispositif obtenu par électroformage. REVXt4DI CATI OSTS 1. Procédé de traitement de masque destiné à l'insolation d'une couche épaisse de matériau photosensible, caractérisé en ce que la surface dudit masque destinée à être mise en contact avec ladite couche est gravée de manière à présenter une multiplicité de sillons mettant en communication la partie centrale de ladite surface avec les bords dudit masque. 2. Procédé de traitement de masque suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes a) une étape préliminaire de fabrication d'une grille métallique capable de recouvrir la totalité de ladite surface, et comportant des barreaux déterminant entre eux des intervalles reproduisant le dessin desdits sillons b) une étape de gravure comprenant l'application de ladite grille sur ledit masque et l'application de moyens d'attaque sélective du matériau dudit masque dans lesdits intervalles. 3. Procédé de traitement de masque suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape de gravure est effectuée dans un appareil d'usinage ionique. 4. Procédé de traitement de masque suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grille comporte des barreaux parallèles, la largeur desdits barreaux et les intervalles qui les séparent étant au plus de l'ordre du millimètre. 5. Procédé de traitement de masque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur desdits sillons est de l'ordre de 3000 Angströms. 6. Dispositif obtenu par utilisation d'un masque, caractérisé en ce que le masque a été traité par un procédé suivant ltune-des revendications 1, 2, 3, 4 et 5. 7. Câblage miniaturisé obtenu par utilisation d'un masque, ca ractérisé en ce que le masque a été traité par un procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 et 5.