Brevet FR2622352A1 — publié le 19890428

L'invention concerne un dispositif pour l'en- lèvement d'un vernis ou substance photosensible appli- qué sur une pastille semi-conductrice et/ou un substrat hybride. L'invention concerne également un procédé pour effectuer cet enlèvement. L'enlèvement de la couche photosensible est effectué par balayage, la source d'énergie étant une source de lumière, telle qu'une source laser appropriée ou d'autres sources à haute énergie. L'énergie appliquée est telle qu'elle permet d'enlever complètement la couche photosensible sans nuire toutefois aux caractéristiques physiques ou électroniques du substrat. L'invention se rapporte au traitement des dispo- sitifs semi-conducteurs et des circuits hybrides.Ces der- nières années, les dispositifs semi-conducteurs ont pris une très grande importance en électronique et en particu- lier dans la technologie des ordinateurs. La production de ces dispositifs atteint une valeur de l'ordre de plu- sieurs milliards de francs par an. L'une des opérations répétées pendant le traitement des pastilles semi-conduc- trices et des circuits hybrides est l'application d'un revêtement photosensible qui doit être enlevé à la fin de chaque opération correspondante. Les pastilles ont une dimension d'environ 2,5 cm à 20 cm environ ou plus. L'enlèvement sensiblement complet de la couche photosen- sible à chaque phase de fabrication constitue un sérieux problème et il est actuellement effectué principalement de deux façons, dont l'une est basée sur un traitement chimique par voie humide et dont l'autre est basée sur l'utilisation de plasma. Les inconvénients des procédés existants résident en ce qu'ils ne garantissent pas une élimination complète de la substance photosensible,à moins de recourir à des conditions très poussées. D'autre part, l'application de telles conditions de traitement très sévères peut endommager la pastille ou le substrat et/ou les composants placés sur la pastille. Pour la fa- brication de ces pastilles,on applique de 1 à 15 revête- ments photosensibles, ou même davantage, pendant l'ensem- ble du processus de fabrication. La présente invention vise à éviter les incon- vénients des procédés connus, basés sur l'emploi de solu- tions chimiques et également sur l'emploi de gaz réactifs dans un générateur de plasma en atmosphère oxydante, dans lesquels une contamination par la substance photosensible résiduelle reste souvent sur certaines parties de la sur- face de la pastille, et dans lesquels une détérioration se produit parfois pendant l'utilisation de plasma, ces deux phénomènes entrainant un certain taux de rejet et accroissant les coûts de production unitaires. La présente invention a pour objet un procédé pour l'enlèvement sensiblement complet du revêtement photosensible pendant la fabrication de dispositifs semi- conducteurs et de circuits hybrides. Le procédé suivant l'invention consiste à ba- layer la surface de la pastille avec un faisceau de haute énergie, l'énergie du faisceau par unité de surface de la pastille étant supérieure à l'énergie de seuil néces- saire pour un tel enlèvement complet, tout en étant in- férieure au seuil d'énergie qui risque d'endommager le substrat semiconducteur ou les composants placés sur la surface de la pastille. L'enlèvement résultant de la substance photo- sensible est pratiquement complet et la durée de traite- ment nécessaire pour cet enlèvement est faible. Le fais- ceau de haute énergie utilisé peut être un faisceau de lumière. On peut également utiliser des faisceaux d'au- tres types de rayonnement électromagnétique ayant une énergie appropriée par unité de surface. On peut appliquer le faisceau de haute énergie sous la forme de courtes impulsions et on peut également utiliser une source de rayonnement continu. On obtient de bons résultats avec un faisceau allongé étroit, d'une longueur au moins égale à une des dimensions de la pas- tille, ou balayé sur la surface de la pastille en une pluralité de pas, de manière à soumettre la pastille à un balayage en va-et-vient par ce faisceau, la durée d'ex- position par unité de surface étant déterminée pour enle- ver complètement la couche photosensible sans effets secon- daires indésirables. On a procédé à des essais avec des sources d'é- nergie de différentes longueurs d'onde dans la plage de nm à 11000 nm. On peut utiliser avantageusement des lasers pulsés comme source d'énergie, avec des impulsions dans la plage de durée de l'ordre de la nanoseconde. Le faisceau laser peut être appliqué en atmosphère inerte ou en atmosphère chimiquement réactive. Lorsqu'on uti- lise de telles brèves impulsions, l'énergie de la lu- mière est absorbée par la substance photosensible qui est ainsi éliminée et cependant, comme la conductivité thermique de la substance photosensible est mauvaise, le transfert d'énergie aux couches sous-jacentes est li- mité et il ne se produit pas d'effets secondaires nuisi- bles. L'épaisseur du revêtement photosensible est généralement de l'ordre de 1 à 10.m environ et habituel- lement de l'ordre de 2 gm. L'.énergie appliquée dépend de l'épaisseur du revêtement photosensible, de sa nature et également de la longueur d'onde du faisceau d'énergie appliqué et de son absorption par la substance photosen- sible. L'énergie nécessaire est généralement de l'ordre de 10 mJ à 1000 mJ par cm2, et de préférence elle est comprise entre 50 mJ/cm2 et 300 mJ/cm2, dans la plage de longueur d'onde de 150 nm à 11000 nm. Avec d'autres faisceaux d'énergie, il faut appliquer une énergie com- parable par unité de surface, l'une des considérations étant l'absorption de l'énergie par la substance photo- sensible. Le procédé de I'invention est mis en oeuvre dans une ambiance sèche. On place la pastille en atmos- phère libre ou dans un récipient approprié dans lequel l'atmosphère peut être réglée. Lorsqu'on désire une at- mosphère inerte, on peut utiliser une ambiance de gaz inerte ou de mélange de gaz inertes. Des gaz appropriés sont l'hélium, l'argon, l'azote ou analogues ou des mélanges quelconques de ces gaz. Le traitement peut éga- lement être mis en oeuvre dans une atmosphère réactive, par exemple d'oxygène, ozone, composés oxygénés, vapeur de tétrachlorure de carbone, trifluorure d'azote, etc. L'atmosphère réactive est appliquée avant et/ou pendant ou après l'irradiation. On peut appliquer une énergie à la pastille en traitement, au moyen d'un laser continu externe ou d'une autre source de lumière, ce qui diminue l'énergie à appli- quer par balayage du faisceau d'énergie. On peut utiliser le faisceau d'énergie de manière à ce qu'il balaie toute la surface de la pastille, ou bien on peut déplacer la pastille par rapport au faisceau de manière à exposer la surface de la pastille à une énergie par unité de surface qui est adéquate pour l'enlèvement de la couche photosen- sible.Lorsqu'on utilise par exemple un laser du type Ex- cimer, ayant une durée d'impulsion de 10 nanosecondes en- viron à une fréquence d'impulsions de 100 Hz, une pastille de 75 mm x 75 mm est balayée par un faisceau de lumière de 193 nm, d'une largeur de 0,5 mm, à une vitesse de bala- yage de 7 mm/s environ, de sorte que chaque centimètre carré de la surface de la pastille est balayé et exposé à une énergie comprise entre 100 mJ/cm2 et 300 mJ/cm2 en- viron. L'invention vise également des dispositifs pour l'enlèvement d'un revêtement photosensible, par expo- sition de la surface de la pastille à un faisceau de haute énergie. Il est avantageux de concentrer le fais- ceau, par des moyens appropriés, en un rectangle étroit ou une autre forme géométrique dont la longueur est telle qu'elle assure un balayage de toute la longueur ou toute la largeur de la pastille balayée par le faisceau de haute énergie. Lorsqu'on utilise un faisceau de lumière, on peut employer des éléments optiques connus pour concen- trer le faisceau de lumière en un tel rectangle étroit. Comme indiqué, on peut utiliser un faisceau pulsé ou un faisceau continu. La largeur du faisceau d'énergie est généralement de l'ordre de 0,2 mm à 10 mm environ, la plage préférée étant de 0,3 mm à 1 mm environ, la lon- gueur du faisceau étant de l'ordre de 10 à 200 mm et plus, si nécessaire, la direction de balayage étant per- pendiculaire à-la grande dimension du faisceau. Toute la surface d'une pastille peut être balayée en environ 5 à secondes ou plus, pour obtenir une élimination sensi- blement totale de la substance photosensible. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description ci-après de ses modes de réalisation, non limitatifs, avec référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: Fig. 1 illustre le principe de base d'un dispo- sitif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; Fig. 2 illustre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé; Fig. 3 illustre l'enlèvement du revêtement photosensible dans une atmosphère réactive; et Fig. 4 est un diagramme illustrant les para- mètres essentiels du procédé de l'invention. On se reporte à la figure 1 qui illustre le principe du dispositif suivant l'invention, dans lequel une source de lumière 11 dirige un faisceau de lumière 12, qui est concentré par une lentille optique 13, un miroir 14 et une lentille 15 en un faisceau allongé étroit,en 16, sur la surface d'une pastille 17. Une partie de la pas- tille 17 est représentée comme comportant un revêtement photosensible 18, tandis que l'autre partie 19 a déjà été balayée par le faisceau 16 et la couche photosensible a été enlevée. On peut balayer le faisceau sur toute la surface de la pastille, ou bien on peut déplacer la pas- tille,comme indiqué par une flèche 20, par rapport au faisceau lumineux fixe. On peut combiner les deux mouve- ments. La figure 2 illustre un dispositif qui comprend un caisson 1 dans lequel est placée une source de lumière 11 qui dirige un faisceau de lumière sur la surface d'une pastille 17, par l'intermédiaire d'un élément optique 13, d'un miroir 14 et d'une lentille 15. D'autres pastilles sont stockées dans une cassette 21, avant enlèvement du revêtement photosensible, tandis que les cassettes après enlèvement du revêtement photosensible sont empilées du côté droit, dans une pile 22. Le dispositif comprend des moyens 23 pour régler les paramètres de traitement. Le procédé de l'invention peut être mise en oeu- vre dans une atmosphère réactive. Le principe d'un tel procédé est illustré sur la figure 3, sur laquelle la lumière venant d'une source est indiquée par des flèches 31 et on utilise un élément optique 32 pour concentrer la lumière en un faisceau rectangulaire allongé 33, après passage à travers un obturateur 34, ce faisceau étant dirigé sur une pastille 35. Le traitement est effectué dans une ambiance réactive, de sorte que le faisceau de lumière sert à dissocier des éléments réactifs sous forme gazeuse (vapeur), les éléments réactifs obtenus réagissant avec la substance photosensible et les produits de décom- position étant extraits de la chambre. On peut déplacer la pastille par rapport au faisceau, ou inversement. Le traitement peut également être effectué d'une manière telle qu'on introduit des éléments réactifs dans la chambre de réaction, avant et/ou pendant et/ou après l'irradiation, ce qui aide à l'élimination complète du revêtement photosensible. Les paramètres essentiels du procédé sont il- lustrés avec référence à la figure 4 qui est un diagramme de la densité d'énergie en fonction de l'effet sur la pastille et les composants de la pastille. On voit qu'il y a des régions bien distinctes, de gauche à droite. L'é- limination de la substance photosensible commence à un seuil d'énergie 41, la densité d'énergie étant sans effet - nuisible sur la pastille jusqu'à un point 42. La plage optimale de densité d'énergie pour un enlèvement propre de la couche photosensible est comprise entre les points 43 et 44, la pente de la ligne 45 représentant la vitesse d'élimination de la substance photosensible. A une densité d'énergie au moins égale à celle qui correspond à un point 46, le substrat de la pastille et/ou les composants électroniques commencent à se dété- riorer et, lorsque l'énergie par unité de surface aug- mente encore, la vitesse de détérioration indiquée par- une ligne 47 augmente. L'énergie portée sur l'axe X peut être l'énergie par impulsion du faisceau de lumière. Elle peut également représenter l'énergie appliquée par unité de surface de la pastille lorsque celle-ci est exposée au faisceau d'énergie. L'invention sera mieux illustrée par les exem- ples ci-après. EXMPLE 1 On applique une couche photosensible de 1,8 Nm d'épaisseur à une pastille de silicium de 50 mm de diamè- tre. Après traitement, il faut enlever cette couche photo- sensible. L'enlèvement est effectué au moyen d'un faisceau de lumière de 193 nm de longueur d'onde, la source de lu- mière étant un laser pulsé Excimer fonctionnant à une ca- dence d'impulsions de 100 impulsions par seconde, avec une durée d'impulsion de 10 nanosecondes environ. On concentre le faisceau de lumière à une lon- gueur de 75 mm x 0,5 mm et on balaie la pastille avec ce faisceau de lumière rectangulaire. Le balayage est ef- fectué à une vitesse de 4 mm/s. Ainsi, chaque centimètre carré de la surface de la pastille est exposé à une éner- gie de 200 mJ/cm2 environ qui entraîne une élimination complète du revêtement photosensible sans effets nuisibles sur la pastille ou les éléments électroniques placés sur la pastille. EXEMPLE 2 On procède à l'enlèvement d'un revêtement photo- sensible dans une atmosphère réactive. On introduit,dans la chambre de traitement, des éléments réactifs tels qu'un composé d'oxygène ou de fluor. Les éléments réactifs sont formés par un laser Excimer ou par un réacteur extérieur. La réaction commune des éléments réactifs et du faisceau laser facilite l'élimination de la substance photosensible. On utilise un faisceau laser d'une longueur d'onde de 193 nm et/ou 248 nm avec un flux de 50 à 500 mJ/cm2 et on ob- tient un enlèvement complet du revêtement photosensible. Des composés appropriés sont du type NF3, du type SF4 ou du type hydrocarbure fluoré. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la mise en oeuvre et la construction du procédé et du dispositif suivant l'in- vention,sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Procédé pour l'enlèvement complet d'un re- vêtement photosensible d'une pastille semi-conductrice et/ou de substrats hybrides, caractérisé en ce qu'il comprend l'exposition de la surface de la pastille à une irradiation par un faisceau de haute intensité de manière à enlever le revêtement photosensible sans nuire au substrat ou aux éléments placés sur la pastille, la con- figuration de la section transversale du faisceau qui rencontre la pastille variant entre une forme sensible- ment linéaire et une forme rectangulaire ou une autre forme géométrique couvrant une partie ou la totalité de la surface de la pastille. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le faisceau d'énergie est un faisceau de lumière ayant une longueur d'onde dans la plage de ne à 11000 nm, et l'énergie appliquée au revêtement photosensible est dans la plage de 10 mJ/cm2 environ à 1000 mJ/cm2 environ ou davantage, rapportée à la surface de la pastille semi-conductrice. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le faisceau a une section trans- versale sensiblement rectangulaire, sous la forme d'un rectangle étroit à l'endroit o le faisceau rencontre la surface de la pastille, ce rectangle balayant la surface de la pastille. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un faisceau laser pour balayer la surface de la pastille de manière à appli- quer une énergie adéquate par unité de surface, ledit la- ser fonctionnant en continu ou par brèves impulsions. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'irradiation du revêtement photosensible sur laipastille est effectuée en atmosphère inerte ou en atmosphère active, cette atmosphère active étant appliquée avant et/ou pendant et/ou après l'irra- diation. 6. Dispositif pour l'enlèvement sensiblement comolet d'un revêtement photosensible (18) de la surface d'une pastille semiconductrice (17), caractérisé en ce qu'il comprend une source (11) de faisceau de haute éner- gie, des moyens (13,14,15) pour concentrer le faisceau (16) en une section transversale sensiblement rectangu- laire ou d'une autre forme géométrique et pour diriger ce faisceau de manière à ce qu'il réagisse avec la sur- face de la pastille,et des moyens pour exposer ladite surface d'une manière telle qu'une énergie prédéterminée est appliquée par unité de surface, cette énergie étant adéquate pour enlever le revêtement photosensible tout en restant inférieure à la valeur de seuil qui engendre des effets secondaires indésirables. 7. Dispositif suivant la revendication 6, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un laser pulsé, des élé- ments optiques engendrant un faisceau de lumière étroit sur la surface de la pastille, et des moyens de réglage de l'énergie appliquée par unité de surface du revête- ment photosensible. 8. Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour établir une atmosphère chimiquement réactive dans une enceinte dans laquelle est effectué l'enlèvement du revêtement photosensible. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer un faisceau de lumière en forme de coin, ledit faisceau en forme de coin rencontrant la pastille à l'en- droit de son sommet ou près de celui-ci, et des moyens pour balayer la surface de la pastille de manière à ap- pliquer l'énergie requise par unité de surface de la pastille.