Brevet FR2636546A1 — publié le 19900323

I Procédé et dispositif pour l'application uniformément régulière d'une couche de résine sur un substrat La présente invention concerne un procédé, et un dispositif en vue de la mise en oeuvre du procédé, permettant la répartition et le dépôt d'un film en couche mince d'un produit liquide à la surface d'un substrat notamment par un effet de centrifugation. L'invention trouvera son application plus particulière dans le cadre de la déposition d'une couche extrêmement mince d'une résine photo-sensible à la surface d'un substrat de matière quelconque notamment en métal semi-conducteur tel que le silicium. On sait que notamment dans le cadre de la réalisation de circuits intégrés, supposant la réalisation d'étage ou couches successives chacune comportant un réseau conducteur, on procède pour la réalisation de À chaque étage au dépôt d'une couche de résine photo- sensible sur un substrat laquelle est ensuite insolée avec interposition d'un masque approprié, suivi d'une fixation pour réaliser le réseau correspondant à l'étage considéré. La réalisation de circuits intégrés ultra- miniaturisés exige des dépôts de résine photo-sensible (ci-après désignée "résine") de plus en plus mince, de façon à permettre l'obtention d'une définition extrêmement fine au niveau de chaque étage. La technique couramment utilisée pour obtenir un film de résine en couche mince consiste à déposer la résine à l'état liquide, en solution dans un solvant, sur le substrat récepteur, généralement une plaquette circulaire ou quadrangulaire. La plaquette est préalablement déposée et maintenue sur un plateau giratoire; le plateau est immédiatement soumis à rotation ce qui provoque par l'effet de la force centrifuge l'étalement en couche extrêmement mince et uniforme du liquide constitué de la solution de résine et du solvant sur la surface du substrat. L'extrême volatilité du solvant contraint à effectuer la mise en rotation avec de fortes accélérations de sorte que l'étalement correct soit obtenu avant que l'évaporation du solvant ne modifie de manière trop importante la viscosité du mélange solvant + résine. Le dép6t initial de la résine en solution peut s'effectuer alors que la plaquette est a l'état immobile; mais on peut également déposer la résine en solution dans une phase initiale au cours de laquelle le substrat est déjà en rotation à faible vitesse ce qui facilite le mouvement de dispersion initiale sur l'ensemble de la surface; la rotation rapide avec forte accélération ultérieure vise à éliminer de la surface du substrat l'excès de résine qui est alors projetée à l'extérieur et qui est recueillie sur les parois d'un bol à l'intérieur duquel est monté le plateau giratoire. La recherche de films d'épaisseur de plus en plus réduite sur des substrats de taille de plus en plus grande conduit à la mise en oeuvre de techniques de plus en plus fines jouant respectivement sur la nature de la résine en solution notamment sa concentration, les propriétés notamment la volatilité du solvant ainsi que sur les conditions opératoires notamment la vitesse de la rotation, l'intensité de l'accélération, etc. On mentionnera simplement pour mémoire les précautions indispensables liées à la parfaite pureté et à la stabilité de l'environnement notamment par l'élimination de toute poussière dont le dépôt engendrerait une source de distorsion inacceptable au niveau de l'échelle de miniaturisation exigée. Il est cependant clair que plus on augmente la taille du substrat tout en diminuant l'épaisseur du film de résine déposé, en cherchant notamment à obtenir des épaisseurs de film inférieures au micron, on multiplie les difficultés et les conditions opératoires deviennent de plus en plus difficiles à conduire et à maîtriser pour obtenir non seulement un film de résine d'épaisseur réduite, mais ce qui est indispensable, un film de résine constant et homogène en épaisseur. I1 reste en effet nécessaire que le film soit d'une parfaite régularité dans son épaisseur sur toute la surface du substrat. Indépendamment de la nature (viscosité, liée a la concentration) de la solution de résine, on peut chercher à réduire l'épaisseur en agissant sur l'accélération et sur- la vitesse de rotation; on utilise ainsi des accélérations pouvant porter la vitesse de rotation jusqu'à 10.000 tours par minute en une seconde. Cependant, l'expérience montre que 1l'on rencontre alors des problèmes qui sont liés à des interférences entre l'air ou le volume gazeux statique situé au-dessus du substrat et le substrat tournant ainsi que le film liquide en cours de fixation qu'il porte. Les accélérations ainsi mises en oeuvre ne permettent pas à un gradient de vitesse de déplacement de l'air (ou de la couche gazeuse) située audessus du substrat de s'établir et les interférences entre la surface liquide entraînée en rotation en cours de stabilisation et de durcissement d'une part et l'air statique ou semi-statique d'autre part provoque des interférences se traduisant par des distorsions de surface sous forme de rides ou vagues, décelables notamment par des moyens optiques. Mais surtout la technique ainsi décrite, devient parfaitement inadaptée lorsque l'on veut réaliser l'étalement de résine sur des substrats de forme quadrangulaire par exemple en vue de leur exploitation dans le cadre de la réalisation d'écrans plats. En effet, lorsque le substrat quadrangulaire, notamment carré, est mis en rotation, chaque angle constitue un bord d'attaque de l'air et engendre par conséquent une turbulence qui interfère fortement avec l'écoulement et la répartition du film liquide sur la surface du substrat. De sorte que la réalisation de plaquettes ou substrats carrés porteurs d'un film de résine photo- sensible, s'accompagne conséquemment dans chaque angle d'une zone révélant les traces des turbulences rencontrées par le liquide lors de sa répartition et aboutissant notamment à des inégalités d'épaisseur du film de résine se traduisant notamment par des segments de spires marquant les angles du substrat. De sorte qu'il apparaît actuellement impossible, dans le cadre des techniques existantes, de réaliser des plaquettes ou substrats carrés portant un film de résine en couche mince et d'épaisseur uniforme, en utilisant les techniques giratoires et de centrifugation précédemment décrites. - L'invention répond à ce problème et permet d'éviter les interférences entre le substrat tournant porteur de la résine en cours d'étalement et le volume gazeux dans lequel il est inséré. Elle répond également aux difficultés d'augmentation de la surface enduite du film de résine par un meilleur contrôle de l'évaporation du solvant. Et l'invention permet donc d'obtenir des substrats quadrangulaires aussi bien que circulaires et comportant un film de résine en couche mince, d'une épaisseur régulière parfaite et homogène descendant en dessous du micron. Le procédé et le dispositif de l'invention permettant par ailleurs de conserver les possibilités de modulation et d'adaptation de l'épaisseur en utilisant un choix sélectif de la résine dans son solvant. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour revêtir un substrat, notamment en métal semi-conducteur tel que le silicium ou en minéral tel le verre d'une couche de résine par exemple photo-sensible, en vue de la fabrication de circuits intégrés, procédé dans lequel une dose de résine en solution est déposée sur le substrat en position sur un plateau circulaire rotatif, après quoi la résine est immédiatement étalée en couche mince par mise en rotation rapide et accélérée du plateau en même temps que l'évaporation du solvant laisse substituer sur le substrat la couche de résine d'épaisseur souhaitée, et le procédé est caractérisé en ce que l'on soustrait la surface du substrat en rotation et porteur de la résine en solution dans le solvant en cours d'évaporation, à toute interférence entre le substrat en rotation et l'atmosphère gazeuse ambiante, et à cet effet au moins la couche gazeuse située au-dessus du substrat est entrainée en rotation de façon sensiblement synchrone avec le substrat porté par le plateau. Plus particulièrement dans le cadre du procédé de l'invention on dispose au-dessus du plateau et du substrat des moyens de cloisonnement de l'espace gazeux, ces moyens de cloisonnement sont entraînés en rotation avec le plateau de façon à provoquer la rotation des couches de l'atmosphère gazeuse situées immédiatement au-dessus du plateau et du substrat porteur de la résine en solution et en cours d'étalement. L'invention concerne également un dispositif en vue de la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et plus particulièrement l'invention concerne un dispositif pour le revêtement d'un substrat notamment en métal semiconducteur tel que le silicium ou en minéral tel le verre par une couche de résine notamment photo-sensible en vue de la fabrication de circuits intégrés, et le dispositif est du type comportant une source de résine en solution apte à être déposée sur la surface du substrat, et un plateau tournant récepteur du substrat et muni de moyens d'immobilisation dudit substrat sur le plateau, de sorte que la rotation du plateau provoque l'étalement en couche mince de la résine sur la surface du substrat, et le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de cloisonnement de l'espace gazeux situé au-dessus du plateau, ces moyens de cloisonnement étant aptes à être mis en rotation synchrone avec le plateau et étant ainsi prévus pour entrainer la couche d'atmosphère gazeuse située au-dessus du substrat dans un mouvement de rotation synchrone avec cette dernière. Plus particulièrement dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé, on superpose sur le plateau circulaire un couvercle concentrique définissant un volume gazeux contenant le substrat et on provoque la mise en rotation de ce couvercle avec le plateau en confinant le volume gazeux constituant l'atmosphère interne dont la saturation contrôlée en solvant maintient la qualité visqueuse de la résine en solution et dans lequel se trouve placé le substrat, ce volume étant entrainé en rotation synchrone avec le plateau et le couvercle. Notamment dans le cadre d'une forme de réalisation du dispositif de mise en oeuvre, on a ainsi prévu que lesdits moyens de cloisonnement sont constitués d'un couvercle formé notamment d'une cuvette inversée et reposant par ses bords sur le plateau, au-delà des bords du substrat. On a notamment prévu que le couvercle est monté amovible pour permettre la mise en place du substrat et ce couvercle est monté sur un axe de rotaion apte à venir en position colinéaire par rapport à l'axe de rotation du plateau inférieur, en permettant ainsi la mise en rotation harmonisée synchrone et concentrique entre le plateau et le couvercle avec entrainement du couvercle par le plateau. Selon encore une autre caractéristique le couvercle est monté à rotation sur un bras transversal apte à surplomber diamétralement le plateau giratoire, et ce bras supportant le couvercle est déplaçable entre une position effacée permettant l'accès au plateau en vue de la dépose ou de l'enlèvement du substrat ainsi que le dépôt initial de la résine en solution sur letit substrat, et une position active dans laquelle le couvercle est amenée au contact et repose sur le plateau. Selon encore une autre caractéristique le bras est porteur du couvercle par l'intermédiaire d'un axe de rotation formé d'un roulement couronne dont le centre est laissé libre pour permettre le passage du conduit d'amenée de la résine en solution et aboutissant à une ou plusieurs buses de déversement surplombant le plateau. Selon une particularité de mise en oeuvre, le repos du bord du couvercle sur le plateau récepteur est réalisé sans étanchéité en permettant par conséquent le passage et l'échappement par suite de la force centrifuge de l'excès de résine en solution dégagée depuis le substrat. Selon encore une autre caractéristique le bras porteur du couvercle est monté articulé latéralement, et il est déplaçable angulairement dans un plan vertical et diamètral au plateau giratoire et il est ainsi susceptible d'être déplacé entre une position effacée et une position active dans laquelle il surplombe diamétralement le plateau en maintenant le couvercle en position de repos sur ledit plateau. Et le bras comporte des moyens de verrouillage permettant son immobilisation dans la position active comme dans la position inactive. Selon encore une autre caractéristique l'appui du couvercle maintenu sur le plateau récepteur par le bras, est obtenu par l'intermédiaire d'un ressort taré à une valeur permettant un appui du couvercle tel qu'il laisse fluer la résine en solution entre le plateau inférieur et le couvercle supérieur lors de la phase de centrifugation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation plus particulière présentée à titre d'exemple et en relation avec les dessins annexés. Les figures 1 et 2 représentent une vue schématique et en coupe horizontale d'un plateau de centrifugation réalisé conformément à l'invention. Selon les figures 1 et 2, on a représenté le plateau tournant 1 monté sur un arbre vertical 2 entraîné depuis un dispositif moteur en position inférieure (non représenté). Sur le plateau 1 est posé le substrat 3 formé ici d'un substrat de forme carrée ou circulaire. Le substrat 3 est maintenu en position sur le plateau 1, notamment lors de la phase de mise en rotation avec accélération rapide, par un dispositif de succion relié à une autre source de vide (non représentée) et traversant la partie centrale du plateau récepteur 1. Autour de ce dispositif tournant est maintenu un ensemble fixe constitué du bol inférieur 4 et du déflecteur supérieur 5. Le bol inférieur 4 est monté sur le socle 6 et il comporte en sa partie centrale une lumière traversée par l'axe 2. De son coté le déflecteur supérieur 5 est monté fixe sur le socle 6 et 7 qui surplombe le plateau 1 et le bol 9 2636546 périphérique 4. Le bras 7 est articulé en 8 et il est ainsi déplaçable selon un plan vertical diamètral par rapport au plateau tournant 1, selon l'axe 8. Le bras 7 est ainsi déplaçable entre une position effacée dans laquelle il est sensiblement vertical au-dessus de l'axe 8 et une position active dans laquelle il surplombe le plateau et tel que représenté sur la figure. Selon la figure 2, ce bras est traversé en sa partie centrale par les conduits respectivement 9 et 9' qui permettent l'arrivée de la résine en solution dans un solvant volatil approprié et débouchant vers la buse inférieure 10 surplombant elle-même la plaquette réceptrice 3. Et melon l'invention, le bras 7 supporte un roulement couronne 11 dont la partie centrale est dégagée pour permettre le passage des conduits 9 et 9' et sur ce roulement est monté rotatif le couvercle 12. Selon les figures 1 et 2, ce couvercle en forme de cuvette inversée vient reposer par ses bords 12' sur la paroi supérieure du plateau 1 tandis que sa partie centrale est montée tournante sur le roulement 11. L'axe de rotation du couvercle 11 est strictement colinéaire avec l'axe de rotation du plateau 1. De sorte que lors de la mise en rotation du plateau, le mouvement se communique naturellement au couvercle 12. Le bras 7 peut être verrouillé sur l'ensemble constitué par le socle 6 et les montants latéraux 6a, 6b. La pression du couvercle 12 sur le plateau inférieur 1 est tarée de façon à éviter tout coptact d'étanchéité entre les bords du couvercle 12' et le plateau 1. On comprend le fonctionnement de l'ensemble ainsi décrit. Selon la figure 2, initialement la buse 10 dépose une quantité appropriée de résine dans son solvant volatil sur le substrat 3 lequel peut être entraîné alors en rotation lente pour permettre une première répartition de la résine dans son solvant sur la surface du substrat. Après quoi on augmente la vitesse de rotation du plateau 1 ce qui provoque le déport centrifuge de la résine dans son solvant vers l'extérieur. Dans le même temps, le solvant extrêmement volatil se trouve partiellement confiné entre le plateau 1 et le couvercle 12. Mais la rotation simultanée et homogène de l'ensemble formé par le plateau 1 et son couvercle 12 entraine en même temps la mise en rotation de l'atmosphère intérieure confinée entre le couvercle 12 et le plateau 1, de sorte que l'atmosphère gazeuse située au-dessus du substrat est entraînée en rotation en même temps ou sensiblement en même temps que cette dernière en évitant ainsi les interférences, les tourbillons et les risques de distorsion dans la répartition du film liquide constitué par la résine en solution sur la surface du substrat. Et ceci est également obtenu dans le cas o le substrat est de formée carrée. Dans ce cas en effet les parties angulaires formées par les coins du substrat ne sont plus amenées à pénétrer violemment et à vitesse accélérée l'atmosphère gazeuse laquelle, enfermée et confinée entre le plateau et le couvercle, se trouvent entraîné en rotation sensiblement en même temps et soumise à la même accélération que le substrat et le film liquide qui constituent l'interface entre le substrat et l'atmosphère gazeuse. Cependant on a évité de provoquer un contact étanche entre les bords du couvercle et le plateau de sorte que l'excès de résine en suspension, à l'état liquide, projeté violemment vers l'extérieur, peut se glisser et fluer entre le plateau et le couvercle pour s'échapper de la il chambre constituée par l'espace intérieur défini entre le plateau et le couvercle. ; on évite ainsi un excès de solution et notamment de solvant qui risquerait d'empoisonner l'atmosphère intérieure de la chambre par une sursaturation en solvant risquant de provoquer en fin d'opération une déformation de surface du film de résine par le solvant. On pourra notamment prévoir que l'espace en couronne qui entoure les tubulures centrales 9, 9' et le roulement 11 peut être refermé ou dégagé suivant les circonstances et notamment suivant la viscosité (donc la concentration) de la solution et suivant en conséquence la tension de vapeur du solvant se dégageant lors de la réalisation du film. On pourra également prévoir des chicanes radiales disposées sur la paroi intérieure du couvercle 12 de façon à diviser l'espace intérieur de la chambre 14 en une pluralité de secteurs cloisonnés les uns par rapport aux autres, chaque secteur correspondant à une atmosphère partielle au-dessus du substrat et chaque secteur entrainant son atmosphère propre en mouvement au-dessus du substrat et en évitant ainsi de façon encore plus complète toute distorsion et tout gradient de vitesse entre le film en cours de répartition et de séchage sur le substrat et son atmosphère correspondante le surplombant. Les essais et expérimentations auxquels il a été procédé par la demanderesse ont permis ainsi de réaliser des films d'une parfaite régularité et d'une épaisseur allant jusqu'à un chiffre inférieur à 0,5 micron, correspondant & une définition particulièrement précise et fine dans la réalisation des circuits intégrés autorisant ainsi une miniaturisation particulièrement poussée. EVENDICATIONS 1. Procédé pour revêtir un substrat, notamment en métal semi-conducteur tel que le silicium on en minéral tel le verre, d'une couche de résine par exemple photo- sensible, en vue de la fabrication de composants notamment électroniques ou optiques, procédé dans lequel une dose de résine en solution est déposée sur le substrat en position sur un plateau circulaire rotatif, après quoi la résine est immédiatement étalée en couche mince par mise en rotation rapide et accélérée du plateau en même temps que l'évaporation du solvant laisse substituer sur la plaquette la couche de résine d'épaisseur souhaitée, et le procédé est caractérisé en ce que l'on soustrait la surface du substrat en rotation et porteur de la résine en solution dans le solvant en cours d'évaporation, à toute interférence entre le substrat en rotation et l'atmosphère gazeuse ambiante, et à cet effet au moins la couche gazeuse située au-dessus du substrat est entraînée en rotation de façon sensiblement synchrone avec la plaquette portée par le plateau, et que l'évaporation du solvant se trouve confiné près du substrat pour maintenir les propriétés physico-chimiques de la résine en solution en cours d'étalement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose audessus du plateau et du substrat des moyens de cloisonnement de l'espace gazeux, ces moyens de cloisonnement sont entrainés en rotation avec le plateau de façon à provoquer la rotation des couches de l'atmosphère gazeuse situées immédiatement au-dessus du plateau et du substrat porteur de la résine en solution et en cours d'étalement. 3. Dispositif en vue de la mise en oeuvre du procédé selon l'une-des revendications 1 ou 2 ci-dessus et pour le revêtement d'un substrat notamment en métal semi-conducteur tel que le silicium ou en minéral tel le 13 2636546 verre par une couche de résine notamment photo-sensible en vue de la fabrication de composants notamment électroniques ou optiques, et le dispositif est du type pouvant comporter une source de résine (9, 9') en solution apte à déposer une dose de résine sur la surface du substrat, et un plateau (1) récepteur du substrat (3) et muni de moyens d'immobilisation dudit substrat sur le plateau, de sorte que la rotation du plateau (1) provoque l'étalement en couche mince de la résine sur la surface du substrat, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de cloisonnement de l'espace gazeux situé au-dessus du plateau, ces moyens de cloisonnement étant aptes à être mis en rotation synchrones avec le plateau et étant ainsi prévus pour entraîner la couche d'atmosphère gazeuse située au-dessus du substrat dans un mouvement de rotation synchrone avec ce dernier. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on superpose sur le plateau circulaire (1) un couvercle concentrique (12) définissant un volume gazeux contenant le substrat (3) et on provoque la mise en rotation de ce couvercle avec le plateau en confinant le volume gazeux constituant l'atmosphère interne dans lequel se trouve placé le substrat, ce volume étant entraîné en rotation synchrone avec le plateau et le couvercle. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de cloisonnement sont constitués d'un couvercle (12) formé notamment d'une cuvette inversée et reposant par ses bords sur le plateau (1), au-delà des bords du substrat (3). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le couvercle (12) est monté amovible pour permettre la mise en place du substrat et éventuellement le dépôt initial de résine (3) et ce couvercle est monté sur un axe de rotation (11) apte à venir en position colinéaire par rotation à l'axe de rotation du plateau inférieur (1), en permettant ainsi la mise en rotation harmonisée synchrone et concentrique entre le plateau et le couvercle avec entraînement du couvercle par le plateau. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que couvercle (12) est monté à rotation sur un bras transversal (7) apte à surplomber diamétralement le plateau giratoire (1), et ce bras supportant le couvercle est déplaçable entre une position effacée permettant l'accès au plateau en vue de la dépose ou de l'enlèvement du substrat et éventuellement du dépôt initial de résine, et une position active dans laquelle le couvercle est amené au contact et repose sur le plateau. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bras (7) est porteur du couvercle (12) par l'intermédiaire d'un axe de rotation formé d'un roulement couronne (11) dont le centre est laissé libre pour permettre le passage du conduit (9, 9') d'amenée de la résine en solution et aboutissant à une ou plusieurs buses de déversement surplombant le plateau. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le repos du bord du couvercle (12) sur le plateau (1) récepteur est réalisé sans étanchéité en permettant par conséquent le passage et l'échappement par suite de la force centrifuge de l'excès de résine en solution dégagée depuis le substrat. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7, 8, 9, caractérisé en ce que le bras (7) porteur du couvercle (12) est monté articulé latéralement, et il est déplaçable angulairement dans un plan vertical et diamètral au plateau giratoire (1) et il est ainsi susceptible d'être déplacé entre une position effacée et une position active dans laquelle il surplombe diamétralement le plateau en maintenant le couvercle en position de repos sur ledit 2636546 plateau. 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à , caractérisé en ce que le bras (7) comporte des moyens de verrouillage permettant son immobilisation dans la position active comme dans la position inactive. 12. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que l'appui du couvercle (12) maintenu sur le plateau (1) récepteur par le bras (7), est obtenu par l'intermédiaire d'un ressort-taré & une valeur permettant un appui du couvercle tel qu'il laisser fluer la résine en solution entre le plateau inférieur et le couvercle supérieur lors de la phase de centrifugation.