Brevet FR2755341A1 — publié le 19980430

PROCDÉ ET APPAREIL POt7R RECTIFIER UNE LIGNE MéTALLIQUE CONDUCTRICE REVE^TUE L'invention est relative à un procédé et à un appareil pour rectifier des lignes métalliques et, plus particulièrement, à la rectification ou à la modification, notamment l'augmentation, de lignes métalliques recouvertes d'un matériau diélectrique, cette rectification ou cette modification faisant appel à une ablation au laser. Elle concerne aussi un substrat présentant une ligne métallique obtenue par le procédé de rectification ou de modification. Les lignes métalliques sont utilisées de façon courante pour connecter des circuits, par exemple, parmi de nombreux autres, dans des plaquettes de circuits imprimés d'ordinateurs personnels et des modules à multiplicité de circuits intégrés. Dans certaines applications, les lignes métalliques sont recouvertes par un matériau diélectrique. Dans les dispositifs de telles applications, des défauts ou des ouvertures de la ligne métallique sont difficiles à rectifier car la couche diélectrique de recouvrement empêche l'accès aux lignes métalliques. Actuellement, quand on découvre des défauts dans des lignes métalliques, le dispositif est considéré comne irréparable et il est mis au rebut. L'invention fournit une technique de rectification de telles lignes métalliques enterrées. Une telle technique réduit les coûts de production et les pertes de dispositifs incorporant des lignes métalliques enterrées. L'invention fournit donc un procédé et un appareil pour rectifier ou modifier, notamment par augmentation, une ligne métallique enterrée sous au moins une couche de recouvrement, ce procédé et cet appareil étant caractérisés en ce qu'ils créent un chemin d'accès à la ligne métallique à travers la couche de recouvrement, rectifient ou modifient la ligne métallique, et remplissent le chemin d'accès. L'invention concerne aussi un substrat présentant une ligne métallique enterrée sous au moins une couche de recouvrement dans lequel la ligne métallique a été rectifiée ou modifiée selon le procédé qui consiste à créer un chemin d'accès à la ligne métallique à travers la couche de recouvrement, à réparer ou modifier la ligne métallique et à remplir ou combler le chemin d'accès. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ciannexés sur lesquels la figure 1 est une vue de côté en coupe d'une ligne métallique enterrée sur un substrat, cette ligne présentant une ouverture, la figure 2 est une vue de dessus en coupe du substrat montré sur la figure 1, la figure 3 est une vue de côté en coupe du substrat montré sur la figure 1 au cours de la rectification selon l'exemple de réalisation de la présente invention, la figure 4 est une vue de dessous en coupe du substrat montré sur la figure 3, la figure 5 est une vue de côté en coupe du substrat montré sur la figure 1 au cours de la rectification selon un exemple de réalisation de la présente invention, la figure 6 est une vue en plan de côté d'un appareil de dépôt de métal à l'aide d'un laser qui comprend un exemple de réalisation de l'invention, la figure 7 est une vue en plan de côté d'un exemple de cellule pour le dépôt métallique et l'adhérence selon la présente invention, la figure 8 est une vue en coupe de dessus du substrat montré sur la figure 5, la figure 9 est une vue de côté en coupe du substrat montré sur la figure 1 au cours de la rectification selon un exemple de réalisation de la présente invention, et la figure 10 est une vue en coupe de dessus du substrat montré sur la figure 9. L'invention fournit une technique pour rectifier ou modifier, notamment par augmentation, une électrode ou un circuit, typiquement sous la forme d'une ligne métallique, quand l'électrode ou le circuit est enterré sous une couche de diélectrique ou un autre matériau de recouvrement. La figure 1 est un exemple d'un tel dispositif présentant une ligne métallique enterrée. Le dispositif représenté comporte un substrat 10 qui est typiquement en un verre de chaux à la soude. La ligne métallique 12 est déposée sur le substrat 10. Dans 1'exemple représenté, la ligne métallique 12 comprend trois couches séparées 12a, 12b et 12c. les couches 12a et 12c sont en chrome et la couche 12b est en cuivre. Une couche diélectrique 11 est disposée sur la ligne métallique 12 et le substrat 10 ; cette couche 11 est en SiO2 dans ce mode de réalisation avec une épaisseur d'environ 20 ym. la couche diélectrique 11 couvre complètement la ligne métallique 12 dans la réalisation illustrée. La figure 2, qui est une vue en coupe de dessus du dispositif représenté sur la figure 1, illustre un défaut, ou ouverture, 13 dans la ligne métallique 12. Une telle ouverture 13 provoque une interruption de contact électrique dans les circuits, ce qui aboutit à un dispositif défectueux. En conséquence, il est souhaitable de rectifier l'ouverture 13 afin de rétablir le contact entre les parties séparées de la ligne métallique 12. Avant la présente invention, les dispositifs présentant des défauts, tels que l'ouverture 13 de la figure 2, étaient simplement mis au rebut et considérés comme inutilisables. Avec la présente invention, cependant, il est possible de rectifier des défauts tels que l'ouverture 13. Afin d'accéder à la ligne métallique 12 pour effectuer la rectification, il est nécessaire de former un passage d'accès 21 dans la couche diélectrique 11, commue montré sur la figure 3. Le chemin ou passage d'accès 21 est formé par ablation au laser. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, un faisceau laser ultraviolet 20 est dirigé sur la couche diélectrique 11 de façon telle que le faisceau laser 20 entre en contact avec la couche diélectrique 11 et élimine par ablation, ou enlève, des ions de la couche diélectrique 11. Il en résulte qu'on forme un accès ou chemin 21 à travers la couche diélectrique 11. Le chemin d'accès 21 peut être réalisé selon n'importe quelles formes et dimensions désirées. Il est seulement nécessaire que le chemin d'accès 21 permette l'accès à l'ouverture 13 dans la ligne métallique 12 afin de rectifier cette ouverture 13. L'électrode 12, dans l'exemple de réalisation représenté, a une largeur d'approximativement 60 ym. Le chemin d'accès 21 a une largeur d'approximativement 100 ym. La figure 4 est une vue de dessus du dispositif montré sur la figure 3 avec le chemin d'accès 21 formé dans ce dispositif. Le chemin 21 dans la réalisation représentée a une dimension suffisante pour permettre l'accès complet à l'ouverture 13 dans la ligne métallique 12. Une fois qu'on a formé le chemin 21 vers la ligne métallique 12, l'ouverture 13 peut être rectifiée. La figure 5 est une vue en coupe de côté du dépôt de métal dans l'ouverture 13 afin de la remplir et d'effectuer la rectification. Un tel dépôt peut être réalisé en utilisant des techniques classiques de dépôt métallique tels que le dépôt chimique en phase vapeur ou par une technique qui utilise l'ablation au laser et la pro jection pour effectuer un dépôt métallique. La figure 5 correspond à une technique d'ablation au laser et de projection pour former les dépôts métalliques. Le substrat 30 présente un revêtement métallique 31 sur une première de ses surfaces et est disposé à proximité du chemin 21. Le faisceau laser 32, qui, dans le mode de réalisation illustré, est un faisceau laser vert, est dirigé vers le côté du substrat 30 qui est opposé au côté présentant le revêtement métallique 31. Le substrat 30 est transparent au faisceau laser 32 de sorte que le faisceau 32 passe à travers le substrat 30 et atteint le revêtement métallique 31. Les ions métalliques du revêtement métallique 31 sont évacués du substrat 30 par ablation et sont dirigés vers l'ouverture 13. Le faisceau laser 32 peut être déplacé ou balayé le long du substrat 30 si nécessaire pour remplir l'ouverture 13. Le métal déposé 22 remplit l'ouverture 13 et connecte les parties séparées de la ligne 12 afin de rétablir une connexion électrique entre ces parties. La figure 6 représente un appareil de dépôt de métal par laser qui peut être utilisé pour déposer une ligne métallique dans l'ouverture 13. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 6, le laser 41 est un laser à état solide à modulation de facteur de qualité Q de type à double harmonique Nd : YLF ou Nd:YAG, tel que celui distribué par la société Continuum Inc., Santa Clara, Californie, États-Unis. Le faisceau laser 53 produit par le laser 41 est agrandi par le télescope 42 en un faisceau élargi. Ce faisceau atteint le miroir dichroïque 43 qui le dirige vers la lentille objectif 44. La lentille objectif 44 focalise le faisceau en une tache à limite de diffraction sur l'échantillon 45 qui peut comprendre, par exemple, le dispositif représenté sur la figure 5, avec le substrat 30 et le substrat 10. Dans l'exemple représenté sur la figure 6, un dispositif d'illumination 51 fournit de la lumière qui est déviée par le miroir 49 vers le miroir dichroïque 43. Le dispositif d'illumination 51 est utilisé comme source de lumière blanche pour illuminer l'échantillon 45 de sorte qu'on puisse contrôler le procédé et l'emplacement du faisceau focalisé. Un dispositif d'illumination approprié est, par exemple, celui distribué par la société Edmund Scientific Company à Barrington, New Jersey, États-Unis. Dans l'exemple de réalisation, on utilise aussi une caméra CCD 50 pour imager et contrôler l'emplacement du procédé. L' image est fournie à un ordinateur 48 qui calcule les emplacements subséquents du procédé en se basant sur un trajet programmé. N'importe quelle caméra vidéo convient dans ce but. L'échantillon 45 est supporté par un étage 46. Cet étage 46 est équipé de dispositifs de commande de mouvements X-Y 55 qui sont commandés par l'ordinateur 48. Des dispositifs de commande de mouvements et un ordinateur appropriés sont, par exemple, ceux distribués par la Société New England Affiliated Technologies à Lawrence, Massachusetts, États-Unis, ces équipements comprenant, par exemple, un étage de précision XY-8080, un dispositif de commande PCx2 et un dispositif d'entraînement à micropas 202M, le dispositif de commande étant interfacé avec un ordinateur IBM PC 486 ou compatible. L'ordinateur 48 commande également la puissance du laser 41. En réglant la position de l'étage 46 et la puissance du laser 41, l'ordinateur 48 permet le dépôt de motifs spécifiques sur l'échantillon 45. Le dépôt d'une ligne métallique sur un substrat est illustré avec plus de détails sur la figure 7. Un premier substrat (correspondant au substrat 30 sur la figure 5 et donc indiqué avec le même numéro de référence), qui est en verre dans l'exemple de réalisation, est disposé dans le trajet d'un faisceau laser focalisé 32. Le substrat 30 en verre présente un revêtement métallique 31 disposé sur le côté du substrat 30 le plus éloigné de la lentille objectif 44. Le revêtement 31 peut être déposé sur le substrat 30 par une technique classique de dépôt par pulvérisation ou de placage métallique. Le faisceau 32 traverse le substrat en verre 30 et vient frapper le revêtement métallique 31 par son côté arrière, c'est-à-dire à l'interface du revêtement métallique 31 et du substrat 30. Le contact du laser 32 avec le revêtement métallique 31 provoque une ablation du revêtement métallique 31. Au cours de l'ablation, des ions métalliques 62 s'éloignent du revêtement métallique 31 et sont accélérés. Un second substrat (correspondant au substrat 10 sur la figure 5 et portant donc le même numéro de référence), qui est aussi en verre dans l'exemple de réalisation, est disposé à proximité du côté du premier substrat en verre 30 qui présente le revêtement métallique 31. Étant donné que les ions métalliques 62 ont un mouvement d'accélération depuis le substrat en verre 30, en conséquence de l'ablation provoquée par le faisceau laser focalisé 32, les ions métalliques 62 entrent en contact avec le second substrat en verre 10. Un champ électrique est appliqué au premier substrat en verre 30 et au second substrat en verre 10 en utilisant une alimentation 52. L'alimentation 52, qui est utilisée pour engendrer le champ électrique dans cette réalisation, présente une électrode positive 60 fixée à la ligne métallique d'initialisation afin d'assurer un scellement chimique permanent comne discuté ci-dessous. Une électrode négative 61 est connectée au second substrat en verre 10. Dans l'exemple de réalisation de l'invention, les tensions appliquées aux électrodes sont d'au moins 300 volts. Le champ électrique entraîne les ions métalliques 62 chargés positivement vers le second substrat en verre 10. Le transfert des ions métalliques 62 depuis la pellicule métallique 31 vers la surface 63 est provoqué par la force électrostatique et par les ondes de choc acoustiques engendrées par l'ablation au laser. Le champ électrique appliqué au premier substrat en verre 30 et au second substrat en verre 10 contribue à l'adhérence des ions métalliques 62 au second substrat en verre 10. Du fait du contact de l'électrode négative avec le second substrat en verre 10, les ions positifs, tels que les ions sodium dans le substrat en verre 10, s'éloignent par migration de la surface 63 vers l'électrode négative. Il en résulte que les ions négatifs, tels que l'oxygène, restent dans le substrat en verre 10. Ces ions négatifs forment une liaison électrostatique avec les ions métalliques positifs qui entrent en contact avec la surface 63. Un scellement chimique permanent dû à une couche mince d'oxyde métallique se forme après disparition du champ électrique. Des lignes métalliques conductrices peuvent ainsi être formées sur la surface 63 du second substrat 10, à partir des ions métalliques 62. Une plaque chaude 67 peut être utilisée pour augmenter la migration des ions positifs dans le second substrat en verre 10 vers l'électrode négative et, ainsi, améliorer l'adhérence des ions métalliques 62 à la surface 63 du second substrat en verre 10. La chaleur augmente la diffusion et permet une plus grande mobilité des ions dans le verre. En variante, l'électrode 61 peut être connectée directement à la ligne métallique qui est déposée ou rectifiée sur le substrat 10 (telle qu'une ligne métallique 12). Cette disposition aide à canaliser les ions 62 directement sur la ligne métallique. La figure 8 est une vue de dessus, en coupe, d'un exemple de dispositif après qu'un dépôt a été formé dans 1' ouverture 13. Le chemin d'accès 21 devrait maintenant être rempli pour terminer la rectification du dispositif. La figure 9 illustre ce remplissage. Un remplissage 70, qui est un diélectrique ou une fritte est formé dans le chemin 21, au-dessus de la ligne métallique 12 rectifiée. La fritte 70 est typiquement de la poudre de verre. La poudre peut être distribuée, à l'aide d'un distributeur, dans le chemin 21 ou par sérigraphie au-dessus de la ligne métallique 12, selon des procédés connus de l'homme de métier. La fritte 70 est ensuite recuite au laser pour la faire fondre et la solidifier. Le recuit au laser peut être réalisé en utilisant une diode laser à grande puissance qui émet un faisceau focalisé sur la fritte 70. Une diode laser ou un laser YAG peut être focalisé sur la fritte pour la faire fondre et la fusionner avec la couche diélectrique 11. Le laser devrait chauffer la fritte à environ 6000C pour réaliser la fusion. On indique ici un 'exemple non limitatif : un laser ultraviolet de puissance 1 watt est utilisé et focalisé selon une tache de 50 pm ; il suffit que le laser soit focalisé seulement pendant 3 à 5 secondes sur la fritte pour réaliser la fusion. La figure 10 est une vue de dessus du dispositif après dépôt de la fritte 70 remplissant le chemin 21 au-dessus de la ligne métallique 12. Le dispositif terminé est maintenant prêt pour être réutilisé dans n'importe quelle application pour laquelle il était destiné à l'origine. La rectification d'une ligne métallique selon la présente invention fournit une technique efficace et économique pour la préservation des dispositifs à électrode(s) et circuit(s). Ainsi, plutôt que de mettre ces dispositifs au rebut et d' en fabriquer d'entièrement nouveaux, ces mêmes dispositifs peuvent être simplement rectifiés et réutilisés. Il en résulte une réduction considérable de coûts et des économies de matière. REVENDICATIONS 1. Procédé de rectification ou de modification, notamment d'augmentation, d'une ligne métallique enterrée sous au moins une couche de recouvrement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à a) créer un chemin d'accès vers la ligne métallique (12) à travers la couche de recouvrement (11) b) rectifier ou modifier la ligne métallique ; et c) remplir (70) ledit chemin d'accès. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de création d'un chemin à travers la couche de recouvrement est effectuée par ablation au laser. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ablation au laser comprend l'ablation de ladite couche de recouvrement (11) en utilisant un faisceau laser ultraviolet. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de rectification ou de modification de ladite ligne métallique est effectuée par ablation au laser et projection pour effectuer un dépôt métallique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de rectification ou modification de la ligne métallique est effectuée par dépôt chimique en phase vapeur. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de remplissage du chemin d'accès comprend l'impression, notamment par sérigraphie, d'une fritte dans ledit chemin. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de recuit au laser de la fritte. 8. Appareil pour rectifier ou modifier, notamment augmenter, une ligne métallique enterrée sous au moins une couche de recouvrement, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens pour créer un chemin d'accès à ladite ligne métallique à travers la couche de recouvrement b) des moyens pour rectifier ou modifier la ligne métallique ; et c) des moyens pour remplir le chemin d'accès. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour créer un chemin d'accès comprennent des moyens d'ablation au laser. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'ablation au laser comprennent un laser propre à engendrer un faisceau laser ultraviolet. 11. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour rectifier ou modifier la ligne métallique comprennent des moyens d'ablation au laser et de projection pour effectuer un dépôt métallique. 12. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour rectifier ou modifier la ligne métallique comprennent des moyens de dépôt chimique en phase vapeur. 13. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour remplir le chemin d'accès comprennent des moyens d'impression, notamment par sérigraphie, de fritte. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour recuire la fritte. 15. Substrat présentant une ligne métallique enterrée sous au moins une couche de recouvrement, caractérisé en ce que la ligne métallique présente les caractéristiques d'une ligne rectifiée ou modifiée selon le procédé présentant les étapes consistant à a) créer un chemin d'accès vers la ligne métallique à travers la couche de recouvrement b) rectifier ou modifier la ligne métallique ; et c) remplir le chemin d'accès.