Brevet FR2678194A1 — publié le 19921231

PROCEDE DE FORMATION DE LIGNES METALLIQWS CONDUCTRICES DE FAIBLE LARGEUR SUR UN SUBSTRAT DIELECTRIOUE L'invention concerne un procédé de formation de lignes métalliques conductrices de faible largeur sur un substrat diélectrique. Les techniques connues appliquées actuellement dans ce domaine consistent en général à utiliser un masque pour former des lignes conductrices sur un substrat, soit par sérigraphie, soit par photolithogravure. L'inconvénient de la sérigraphie est que la largeur des lignes conductrices ne peut être inférieure à 100 Wm environ. Cette technique ne convient donc pas lorsqu'il faut former des lignes conductrices plus fines sur un substrat. Il faut de plus procéder à une cuisson de l'encre sérigraphique déposée sur le substrat, ce qui amène à chauffer assez fortement le substrat, et interdit l'emploi de cette technique dans de nombreux cas. La photolithogravure permet d'éviter ces inconvénients, au prix toutefois d'une plus grande complexité du procédé qui comprend des opérations de dépôt de métal sur le substrat, de dépôt d'une résine photosensible, d'insolation de la résine à travers un masque, de développement de la résine et de gravure. De plus, ce procédé n'est utilisable que pour des substrats à surface plane, les masques utilisés en photolithogravure ne se prêtant pas à une application sur une surface gauche. On connaît également des procédés permettant un dépôt très localisé de métal sur un substrat, par amenée d'un composé gazeux contenant un métal en contact avec la surface du substrat, et décomposition de ce composé par un faisceau laser focalisé sur la surface du substrat. Cette technique décrite dans le brevet français 2 639 567 est utilisable notamment pour la réalisation ou la modification de connexions courtes entre des composants électroniques. On a également déjà proposé d'utiliser cette technique en remplaçant le composé gazeux contenant le métal, par des composés liquides ou solides qui sont déposés sous forme d'une couche mince ou d'un film sur la surface du substrat. L'invention a pour objet un procédé de ce type, qui permette la formation de lignes métalliques conductrices de grande longueur sur un substrat par décomposition d'un composé gazeux, liquide ou solide au moyen d'un faisceau laser focalisé sur la surface du substrat, et qui soit de plus applicable à la formation sur le substrat de lignes conductrices permettant notamment la réalisation de fonctions hyperfréquences. L'invention a également pour objet un procédé du type précité, permettant la formation directe de telles lignes conductrices sur un substrat à surface non plane. Elle propose, à cet effet, un procédé de formation de lignes métalliques conductrices de faible largeur sur un substrat diélectrique, consistant à focaliser un faisceau laser au moyen d'un objectif de microscope sur la surface du substrat en présence d'un composé gazeux, liquide ou solide contenant le métal à déposer sur ladite surface, caractérisé en ce qu'il consiste à focaliser et à déplacer de façon sensiblement continue le point d'impact du faisceau laser sur la surface du substrat pour y former une ligne métallique conductrice de très grande longueur relativement à sa largeur, et ayant des caractéristiques électriques de résistance et de capacité sensiblement constantes sur toute sa longueur. Lorsque le substrat est à surface gauche ou non-plane, le procédé consiste également à maintenir constante la distance entre la surface du substrat et l'objectif de microscope au cours des déplacements du point d'impact du faisceau laser sur la surface du substrat. Pour améliorer la qualité des lignes métalliques conductrices formées sur le substrat, le procédé consiste également à modifier l'orientation angulaire du substrat par rapport à la direction d'incidence du faisceau laser pour que la normale à la surface du substrat au point d'impact du faisceau laser reste sensiblement confondue avec cette direction d'incidence au cours des déplacements du point d'impact du faisceau laser sur ladite surface. En variante, le procédé consiste à modifier la puissance du faisceau laser en fonction de la pente de la surface du substrat au point d'impact du faisceau laser pour conserver une puissance d'éclairement par unité de surface sensiblement constante au point d'impact du faisceau laser lors du déplacement de ce point d'impact. Le procédé consiste également à modifier la vitesse de déplacement du point d'impact du faisceau laser sur la surface du substrat en cours de déplacement de ce point d'impact, pour maintenir sensiblement constante l'énergie d'éclairement appliquée à la surface du substrat par unité de surface. Ce procédé permet de former sur le substrat des lignes métalliques conductrices dont la largeur peut être comprise entre 1 et 200 pin environ, et qui ont des caractéristiques dimensionnelles et électriques bien définies Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste encore à modifier la largeur des lignes métalliques formées sur le substrat en fonction des variations d'épaisseurs de matière diélectrique sous ces lignes, pour conserver des caractéristiques électriques de ligne sensiblement constantes. La largeur d'une ligne métallique peut être modifiée par variation de la dimension correspondante du point d'impact du faisceau laser, au moyen d'un objectif à focale continûment variable, ou bien par variation de la dimension apparente de la source laser. On peut également augmenter la largeur d'une ligne métallique formée sur le substrat, par passage répété du point d'impact du faisceau laser à l'emplacement de cette ligne. Le composé contenant le métal à déposer sur la surface du substrat peut être un composé organométallique volatil amené dans une enceinte étanche contenant le substrat, ou bien un vecteur organométallique liquide ou une suspension colloldale de métal dans un vernis ou un liant liquide, qui est déposé en couche mince d'épaisseur prédéterminée sur la surface du substrat. Des techniques classiques de "spin-on" (tournette) peuvent être utilisées dans ce dernier cas. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle agrandie d'une ligne métallique conductrice formée sur un substrat. On fera d'abord référence à la figure 1, qui représente schématiquement des moyens de mise en oeuvre de l'invention, ces moyens étant en particulier du type décrit dans le brevet français 2 608 484 ou dans le brevet français 2 639 567, dont les contenus sont incorporés ici par référence. Ces moyens comprennent un générateur laser continu, du type à argon ionisé ou YAG, ayant une puissance de quelques watts, associé à un système optique 12 pour transmettre un faisceau laser vers un objectif de microscope 14 sous lequel se trouve le substrat 16 sur la surface 18 duquel on veut former des lignes métalliques conductrices de très faible largeur. Une source lumineuse 20 associée à un système optique 22 de transmission, et une caméra vidéo 24, par exemple du type à photodétecteurs CCD associée à un système de filtres optiques 26 et à un écran de visualisation 28, constituent respectivement une voie d'éclairage et une voie de visualisation qui sont réunies avec la voie de transmission du faisceau laser avant l'entrée dans l'objectif de microscope 14. Le substrat 16 est porté par un ensemble de moyens 30, 32, 34 permettant respectivement de le déplacer le long d'un axe vertical confondu avec la direction d'incidence du faisceau laser 38 sortant du microscope, et de le déplacer dans deux directions horizontales perpendiculaires entre elles. En outre, des moyens, non représentés, peuvent etre prévus pour faire tourner le substrat autour d'au moins un axe en particulier vertical. Des moyens 36 sont également prévus pour modifier l'assiette du substrat 16 par rapport à l'horizontale, de telle sorte que la normale au point d'impact du faisceau laser sur la surface 18 du substrat 16 soit toujours confondue avec la direction verticale d'incidence du faisceau laser, lorsque le substrat est à surface 18 gauche comme représenté schématiquement en figure 1. Ces moyens 30, 32, 34, 36 comprennent par exemple des moteurs piézoélectriques permettant des déplacements avec une précision de l'ordre de 0,1 pin et sont reliés à un circuit de commande 40 comprenant par exemple un système de traitement de l'information du type microordinateur.Ce système de commande 40 est également relié à des moyens 42 de réglage de la distance focale de l'objectif de microscope 14 lorsque celui-ci est du type "zoom11 à focale continûment variable. Un système "autofocus" 44 d'un type classique est de préférence associé à l'objectif de microscope 14 et est commandé par le circuit 40 pour maintenir la focalisation du faisceau laser 38 sur la surface 18 du substrat 16. Le procédé selon l'invention, qui peut être mis en oeuvre au moyen du dispositif de la figure 1, consiste à former ou à "écrire" directement des lignes métalliques conductrices sur la surface 18 du substrat, par déplacement sur cette surface du point d'impact du faisceau laser 38 focalisé en ce point, en présence d'un composé chimique contenant le métal à déposer sur la surface 18 pour y former ces lignes conductrices. Ce composé chimique peut être gazeux et est alors amené dans une enceinte étanche contenant le substrat, comme décrit par exemple dans le brevet français 2 639 567 précité. Le composé gazeux contenant le métal (tel que du nickel, du cuivre ou de l'or par exemple) est décomposé par l'élévation locale de température créée par le laser et libère le métal qui se dépose sur la surface du substrat. Le composé gazeux peut être un complexe organométallique peu stable thermiquement et à faible teneur en oxygène. On peut également utiliser du triméthylaluminium entraîné par un flux d'hydrogène, pour la formation de lignes en aluminium sur la surface du substrat. En variante, le composé chimique contenant le métal à déposer sur le substrat, peut être un complexe organométallique liquide, ou bien une suspension colloldale du métal dans un vernis ou un liant, et est alors déposé en couche mince sur la surface du substrat. Après séchage du composé, le substrat peut alors être traité par le faisceau laser. Le composé contenant le métal peut également être un solide, se présentant sous forme d'un film de matière organométallique, que l'on pose sur la surface du substrat. La décomposition pyrolytique, photothermique et/ou photochimique du composé par le faisceau laser se traduit par un dépôt local de métal et par la formation d'une ligne métallique conductrice sur la surface du substrat, lorsqu'on déplace le point d'impact du faisceau laser sur cette surface. Ce déplacement est en fait un déplacement de la surface 18 du substrat 16 par rapport au faisceau laser incident 38, dont la direction reste fixe. Le circuit de commande 40, associé au système autofocus 44 et aux moyens 30 de déplacement du substrat le long de l'axe vertical, permet de maintenir le faisceau laser 38 focalisé sur la surface 18 du substrat. Les moyens 36 commandés également par le circuit 40 permettent de maintenir la zone traitée de la surface 18 constamment perpendiculaire au faisceau laser incident 38. Les vitesses de déplacement du point d'impact du faisceau laser 38 sur la surface du substrat sont typiquement de l'ordre de 0,1 à 1 mm par seconde. La vitesse de déplacement de ce point d'impact est déterminée pour limiter l'échauffement du substrat par le faisceau laser, tout en assurant un échauffement suffisant du composé contenant le métal à déposer. Les lignes métalliques conductrices ainsi formées sur la surface du substrat, telles que celle représentée en 46 en figure 2, peuvent avoir des dimensions et des caractéristiques électriques déterminées de façon précise. La largeur d'une ligne 46 peut typiquement être comprise entre 1 et 200 pin, son épaisseur entre 0,2 et 50 pin et sa résistivité égale à une valeur déterminée (par exemple de 5 FQ.cm). La précision sur la largeur de la ligne est de l'ordre du micron, tandis que son épaisseur dépend de la concentration du métal dans le composé chimique utilisé, et de l'épaisseur de la couche de ce composé déposée sur le substrat, lorsqu'il s'agit d'un composé liquide ou solide. Lorsque les lignes ainsi formées sont destinées à réaliser des fonctions hyperfréquences, leur largeur doit varier en fonction de l'épaisseur du matériau diélectrique sur lequel elles sont formées, pour conserver des caractéristiques électriques de ligne sensible ment constantes. Pour cela, l'invention prévoit de faire varier la dimension du point d'impact du faisceau laser sur la surface 18 du substrat en fonction de l'épaisseur du matériau diélectrique, soit par réglage de la longueur focale de l'objectif de microscope 14, soit par modification du diamètre apparent de la source laser 20, 22. On peut également, pour augmenter localement la largeur d'une ligne 46, avoir recours à un passage répété du point d'impact du faisceau laser sur la zone correspondante de la surface 18 du substrat. De façon générale, le procédé selon l'invention permet de former directement une ou plusieurs lignes métalliques conductrices sur la surface d'un substrat diélectrique, cette surface étant éventuellement une surface gauche, ce qui permet par exemple de réaliser économiquement un circuit hyperfréquence sur un substrat en évitant les étapes longues et coûteuses de réalisation d'un masque et de mise en oeuvre de ce masque par la technique de photolithogravure. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation de lignes métalliques conductrices de faible largeur sur un substrat diélectrique, consistant à focaliser un faisceau laser au moyen d'un objectif de microscope (14) sur la surface (18) du substrat (16) en présence d'un composé gazeux, liquide ou solide contenant le métal à déposer sur ladite surface, caractérisé en ce qu'il consiste à focaliser et déplacer de façon sensiblement continue le point d'impact du faisceau laser (38) sur la surface (18) du substrat pour y former une ligne métallique conductrice (46) de très grande longueur relativement à sa largeur, ayant des caractéristiques électriques de résistance et de capacité sensiblement constantes sur toute sa longueur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le substrat étant à surface non plane, le procédé consiste également à maintenir constante la distance entre la surface (18) du substrat et l'objectif de microscope (14) au cours des déplacements du point d'impact du faisceau laser sur la surface du substrat. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier l'orientation angulaire du substrat (16) par rapport à la direction d'incidence du faisceau laser (38) pour que la normale à la surface du substrat au point d'impact du faisceau laser reste sensiblement confondue avec cette direction d'incidence au cours des déplacement du point d'impact du faisceau laser sur ladite surface (18). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier la puissance du faisceau laser en fonction de la pente de la surface (18) du substrat au point d'impact du faisceau laser pour conserver une puissance d'éclairement par unité de surface sensiblement constante au point d'impact du faisceau laser lors des déplacements de ce point d'impact. 5. Procédé selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste également à modifier les vitesses de déplacement du point d'impact du faisceau laser sur la surface du substrat pour maintenir sensiblement constante l'énergie d'éclairement appliquée à la surface du substrat par unité de surface. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes métalliques formées sur le substrat ont une largeur comprise entre 1 et 200 pin environ. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier la largeur des lignes métalliques formées sur le substrat en fonction des variations d'épaisseur de matière diélectrique sous lesdites lignes, pour conserver des caractéristiques électriques de ligne sensiblement constantes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier la largeur d'une ligne métallique par variation de la dimension correspondante du point d'impact du faisceau laser, au moyen d'un objectif à focale continûment variable, ou par variation de la dimension apparente de la source laser. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter la largeur d'une ligne métallique formée sur le substrat, par passage répété du point d'impact du faisceau laser à l'emplacement de cette ligne. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé contenant le métal est un composé organométallique volatil, amené dans une enceinte étanche contenant le substrat, ou bien un composé organométallique liquide ou une suspension colloïdale de métal dans un liant, déposée en couche mince d'épaisseur déterminée sur la surface du substrat, ou un film de matière organométallique, posé sur la surface du substrat.