Brevet FR2657803A1 — publié le 19910809

Machine à micro-faisceau laser d'intervention sur des objets à couches minces, tels que des circuits intégrés. L'invention concerne une machine à microfaisceau laser d'intervention sur des objets à couches minces, tels par exemple que des circuits électroniques intégrés, en particulier pour la découpe de couches minces d'un matériau thermiquement conducteur. On connaît déjà, par le Brevet Français 2 608 484, une machine de ce type, qui comprend un laser continu couplé à un microscope permettant de focaliser le faisceau laser en un point particulier de l'objet et d'observer le point dtimpact du faisceau laser sur l'objet. Des moyens sont prévus pour déplacer le faisceau laser à la surface de l'objet, à la vitesse de coupe souhaitée. Avec cette machine connue, il peut se poser un problème de localisation et de contrôle de la coupe réalisée par le faisceau laser, lorsque celui-ci passe sur une piste de matériau thermiquement bon conducteur, par exemple une piste d'aluminium très étroite, car il peut alors se produire une fusion quasi instantanée de la piste d'aluminium avec une diffusion de chaleur très importante dans les zones avoisinantes qui risquent d'être endommagées. La présente invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient, et de perfectionner cette machine de façon à permettre une coupe très fine et très précise de couches minces réalisées en particulier en matières bonnes conductrices de la chaleur. L'invention propose, à cet effet, une machine à micro-faisceau laser du type précité, comprenant un laser couplé à un microscope permettant de focaliser le point d'impact du faisceau laser sur un objet à couches minces, tel qu'un circuit électronique intégré par exemple, caractérisée en ce que le laser est un laser pulsé à impulsions de courte durée et de puissance moyenne faible. Avantageusement, la durée des impulsions est comprise entre quelques nanosecondes et quelques centaines de nanosecondes environ, leur fréquence de répétition est comprise entre 100 Hz et quelques kHz environ, l'énergie du faisceau laser est d'environ 20 à 100 micro-joules par impulsion, tandis que la puissance moyenne du laser est d'environ 20 à 100 mW. Grâce à la durée très brève des impulsions émises par le laser, la chaleur reste confinée dans une zone localisée au point d'impact du faisceau laser sur une couche mince, de sorte que l'on peut réaliser une coupe très rapide et précise de cette couche mince, sans risque d'endommager les zones avoisinantes, et qu'en outre l'énergie dépensée pour réaliser cette coupe est très inférieure à l'énergie correspondante nécessaire dans le cas de l'utilisation d'un laser continu. Par exemple, le laser continu utilisé dans la machine décrite dans le brevet français 2 608 484 a une puissance de l'ordre du Watt, tandis que le laser pulsé utilisé dans le cadre de la présente invention a une puissance moyenne de l'ordre de 40 à 50 mW, soit vingt fois plus faible environ. Selon une autre caractéristique de l'invention, le laser est à composants à état solide, du type YAG ou YLF, et est pompé par une lampe à éclair ou une diode laser. Un laser de ce type est fiable, a une durée de vie très élevée, et des servitudes réduites. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le laser est associé à un doubleur de fréquence, de façon à émettre un faisceau de longueur d'onde de 530 nm environ, ce qui permet, d'une part, une bonne absorption par le silicium et, d'autre part, de réduire le diamètre du point d'impact du faisceau laser sur l'objet, et donc d'obtenir une meilleure finesse de coupe. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, qui représente schématiquement une machine selon l'invention. Cette machine est par exemple du type décrit dans le Brevet Français 2 608 484 et comprend alors essentiellement un laser 10 à la sortie duquel est prévu un système optique 12 menant à un microscope 14 dont un objectif 16 est orienté vers un objet 18 à couches minces. Des moyens d'éclairage 20 sont reliés de façon appropriée au microscope 14, qui est lui-même relié à des moyens 22 de visualisation permettant d'observer l'action du micro-faisceau laser sur l'objet 18. Des moyens 24 de commande du laser 10 et du déplacement du micro-faisceau laser sur la surface de l'objet 18, sont également prévus. Dans le Brevet Français précité, la voie de transmission du faisceau laser, comprenant le système optique 12 et le microscope 14, la voie d'éclairage reliant le microscope 14 aux moyens d'éclairage 20, et la voie de visualisation, reliant le microscope 14 aux moyens de visualisation 22, sont portés par une même platine rigide et indéformable, montée sur un bâti fixe. Selon la présente invention, le générateur laser utilisé est du type à impulsions, tel par exemple qu'un laser à barreaux Nd3+ YAG ou YLF, pompé par une lampe à éclair ou une diode laser, et ayant une puissance moyenne de l'ordre de 40 mW, avec une énergie de 40 p J par impulsion, la fréquence de répétition des impulsions étant de l'ordre de 1 kHz. Les lasers de ce type ont un faible encombrement, des servitudes réduites, et une durée de vie très élevée, du fait de leur réalisation avec des composants à l'état solide. Ils peuvent être équipés d'un doubleur de fréquence (désigné ici par la référence 26) qui est un cristal non linéaire placé dans la cavité laser, ce qui permet d'émettre un faisceau ayant une longueur d'onde d'environ 530 nm pour une meilleure absorption par le silicium (dans le cas du traitement de circuits intégrés) et une focalisation plus fine du micro-faisceau laser sur la surface de l'objet 18 (le diamètre du point d'impact du micro-faisceau laser sur l'objet 18 étant inférieur au micromètre). On peut également prévoir dans la cavité laser un modulateur acousto-optique 28 (communément appelé Q SWITCH) permettant d'obtenir des impulsions très brèves. La machine selon l'invention permet des coupes précises et fines de matériaux très conducteurs tels que l'or ou l'aluminium. On a pu par exemple découper des lignes d'aluminium ayant de très petites dimensions (un micromètre environ) posées sur un substrat thermiquement isolant (du quartz) ainsi que des feuilles d'or ayant une épaisseur supérieure à 10 micromètres, en utilisant un laser à impulsions du type précité. L'échauffement des parties avoisinantes de la surface de l'objet 18, qui est lié à la puissance moyenne déposée, est très réduit, par rapport au cas de l'utilisation d'un laser continu. REVENDICATIONS 1. Machine à micro-faisceau laser d'intervention sur des objets (18) à couches minces, tels par exemple que des circuits électroniques intégrés, en particulier pour la découpe de couches minces de matériaux thermiquement conducteurs, comprenant un laser (10) couplé à un microscope (14) permettant de focaliser le point d'impact du faisceau laser sur un objet précité, caractérisée en ce que le laser (10) est un laser pulsé à impulsions de courte durée et de puissance moyenne faible. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la durée des impulsions est comprise entre quelques nanosecondes et quelques centaines de nanosecondes environ. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la fréquence de répétition des impulsions est comprise entre 100 Hz et quelques kHz environ. 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'énergie du faisceau laser est d'environ 20 à 100 micro-joules par impulsion. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la puissance moyenne du laser est d'environ 20 à 100 milliwatts. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le laser (10) est un laser à composants à état solide du type YAG ou YLF, pompé par une lampe à éclair ou une diode laser. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le laser est associé à un doubleur de fréquence (26) pour émettre un faisceau de longueur d'onde d'environ 530 nanomètres environ. 8. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le laser (10) comprend un modulateur acousto-optique (28), permettant d'obtenir des impulsions très brèves.