EP1779200A1 - Dispositif de microstructuration de surface - Google Patents

Dispositif de microstructuration de surface

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Publication number
EP1779200A1
EP1779200A1 EP05783993A EP05783993A EP1779200A1 EP 1779200 A1 EP1779200 A1 EP 1779200A1 EP 05783993 A EP05783993 A EP 05783993A EP 05783993 A EP05783993 A EP 05783993A EP 1779200 A1 EP1779200 A1 EP 1779200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
module
plate
control unit
window
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05783993A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Djamel Bouraya
Christophe Place
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Normale Superieure Sciences De Lyon
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Ecole Normale Superieure Sciences De Lyon
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Normale Superieure Sciences De Lyon, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Ecole Normale Superieure Sciences De Lyon
Publication of EP1779200A1 publication Critical patent/EP1779200A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/16—Coating processes; Apparatus therefor
    • G03F7/162—Coating on a rotating support, e.g. using a whirler or a spinner
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/30—Imagewise removal using liquid means
    • G03F7/3021—Imagewise removal using liquid means from a wafer supported on a rotating chuck
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70991—Connection with other apparatus, e.g. multiple exposure stations, particular arrangement of exposure apparatus and pre-exposure and/or post-exposure apparatus; Shared apparatus, e.g. having shared radiation source, shared mask or workpiece stage, shared base-plate; Utilities, e.g. cable, pipe or wireless arrangements for data, power, fluids or vacuum
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of microstructuring the surface of various substrates such as, for example, glass, metal or silicon plates.
  • the invention relates more particularly to the production, on the surface of materials, of structures having dimensions smaller than one millimeter.
  • the invention is more particularly concerned with producing structures having dimensions of between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the laser ablation etching technique has the advantage of offering a very high level of precision of realization, but requires the use of lasers of high power thus presenting a high cost, which makes prohibitive the use of this technique for the realization of microstructured substrates intended to have a short duration of use or to constitute disposable components, as is particularly the case for the production of microstructure glass substrates, used for optical microscopy analyzes.
  • the second technique mentioned, namely photolithography consists in depositing a thickness of photosensitive resin on the surface of the substrate to be machined or microstructured.
  • the resin layer is partially insolated in a pattern corresponding to the projection in plan of the microstructuration to be carried out, then, once this insolation operation is carried out, the substrate is developed to remove the insolated resin and preserve the part of the resin that has not been insolated.
  • a chemical etching of the substrate is carried out, for example with hydrofluoric acid, which will attack the parts of the substrate which are not covered by the resin.
  • the substrate is washed so as to remove any trace of resin from the latter, as well as traces of acid used.
  • microstructuring device that is able to carry out all the steps of a microstructuration of surface by photolithography, having a reasonable size, without requiring the setting up of a clean room, while presenting a reasonable cost price.
  • Such a device will also have to offer a very great flexibility of use, and allow to realize, quickly and simply, different types of microstructuring from one substrate to another, depending on the needs.
  • the invention relates to a device for microstructuring the surface of at least one substrate, characterized in that it comprises a carrier chassis comprising at least:
  • a module for applying a layer of photoresist to the substrate means for baking and / or drying the resin layer;
  • An automatic insolation module by means of a laser beam of the resin layer on the substrate according to a programmed pattern
  • a module for chemical etching of the substrate
  • a module for cleaning the substrate And a control unit which ensures an automatic or semi-automatic coordinated operation of the support means and the different modules or means of the device in order to ensure microstructuring of the surface of the substrate according to a programmed scheme.
  • the invention offers the possibility, to a user, little experienced in the technique of microstructuration, to obtain, with a minimum of manipulations, a microstructured substrate according to its needs.
  • control unit will integrate computer interface means making it possible to transfer schematics of microstructures to be produced and will then be adapted to calculate and determine, automatically and transparently for the user, all the steps of the procedure necessary to obtain the microstructure according to the diagram programmed by the user and with depth or relief characteristics defined by the latter according to the substrate used.
  • an automatic insolation module by means of a laser beam of the resin layer on the substrate in a programmed pattern, has the advantage of using a technique , called photolithography maskless, to simplify the device as much as possible and further reduce the production cost of a microstructured substrate.
  • the insolation module comprises: a laser source emitting an insolation spot,
  • the insolation module comprises, according to another characteristic of the invention, the insolation module comprises at least: Display means of the substrate support means,
  • the microstructuring device comprises, according to another characteristic of the invention, means adjusting the relative position of the means for handling the substrate and means for applying and moving the laser spot.
  • the support means comprise support means adapted to maintain the substrate in or in relation with each of the modules in such a way as to avoid any change in support during the passage of the substrate from a module to the other.
  • the substrate remains integral with the same support means both during the processing phases and during the waiting or transfer phases between the treatment phases.
  • the substrate support means can be made in different ways and it could, for example, be envisaged to make the substrate support by a mobile carriage that would move from one module to another , in order to allow a sequential realization of the different steps of the maskless photolithography as implemented by the device according to the invention.
  • the microstructuring device comprises, as means for handling the substrate:
  • An arm which is adapted to the frame so as to be mobile at least in translation in a vertical direction and an actuator controlled by the control unit and adapted to move the arm in vertical translation between at least two so-called high and low positions ,
  • a pivoting head adapted to the arm to be rotatable about a horizontal axis and an actuator controlled by the control unit and adapted to pivot the head between said raised and lowered positions, as means of support of the substrate, a plate for receiving and fixing the substrate adapted to the head so as to be, in the raised position of the head, placed opposite the optical means for applying the exposure spot to the substrate
  • Such substrate support means has the advantage of limiting, as far as possible, the manipulations to be performed on the substrate, while minimizing the movements of the latter, so that it is It is possible to guarantee a high degree of reproducibility of the patterns or microstructuring schemes carried out.
  • the plate comprises: a substrate receiving pattern
  • the gripping system makes it possible to immobilize the substrate by controlling the forces applied to the latter, regardless of the shape that is conferred on it.
  • the device in order to successively place the substrate in relation with the different modules corresponding to the different phases of the photolithography, the device comprises means for moving the modules.
  • the means for moving the modules can be made in any suitable way such as for example in the form of a guideway supporting trolleys each equipped with a module and driven by an endless belt.
  • the means for moving the modules comprise a mobile platform on which at least:
  • the module for applying a layer of photoresist to the substrate is a module for applying a layer of photoresist to the substrate
  • a first substrate cleaning module "the chemical etching module of the substrate
  • a second substrate cleaning module is provided.
  • the modules can be made in any suitable way.
  • the resin application module comprises:
  • At least one motorized shutter for closing the window and controlled by the control unit for opening and closing.
  • the development module includes: • a window fitted in the tray,
  • a reservoir of a development solution placed under the tray and open on top facing the window,
  • the chemical etching module includes:
  • a reservoir of a cleaning solution disposed under the tray and open on top facing the window, • and at least one motorized shutter of the window and controlled, opening and closing, by the unit of ordered.
  • the reservoir of each module will be removably adapted to the plate, which may allow a rapid change, depending on the chemistry used or a replacement when the reservoir is empty or contaminated.
  • each tank will comprise a removable drawer adapted in slides carried by the tray.
  • This removable drawer may be provided to the user closed by means of a film or a removable cover which will be removed after placing the drawer on the tray.
  • Such an embodiment will then be particularly advantageous when the chemical used has a toxic or volatile character.
  • the flaps of each of the modules will preferably be made so as to ensure a seal, at least in part, to the contents of the tanks, it being understood that the device according to the invention may also comprise a general casing possibly set in depression to avoid any risk of toxic emanation outside the device.
  • the substrate support means are made so that the distance between the receiving plate and the pivoting head, allows a movement of the plate inside each of the reservoirs to, in a so-called waiting position, placing the substrate and the plate away from the level of the content or bath of the reservoir and, in a soaking position, allow at least partial immersion of the platen and the substrate in the contents of the reservoir, while allowing to maintain closed the closure flap, in one or the other from both positions.
  • control unit is adapted for, after a setting up of a substrate on the platen, ensure, sequentially automatic or semi-automatic, at least the following operations: • depositing a layer of photoresist on the substrate,
  • control unit is adapted to ensure, automatically, the photoresist deposition by the control of the following operations at least:
  • this highlighting allowed a mode of operation of the device according to the invention which allows, first of all, to dip the substrate in the resin and then to raise the plate, so as to place the substrate above the level of the resin to proceed with the centrifugal spreading and this while keeping closed the shutter or shutters of the application module of the resin, so that there is no projection of resin to outside and no pollution of the device and other modules is involved.
  • the fg. 1 is a schematic section of a device for microstructuring surfaces according to the invention.
  • Fig. 2 is a top view of the microstructuring device according to FIG. 1.
  • the fg. 3 is a detail view, in partial section, of a module of a dipping module of the device according to FIG. 1, this view further illustrating a particular mode of operation of the device according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic perspective of a possible form of a constituent insolation module of the microstructuring device illustrated in FIG. 1.
  • a microstructuring device as illustrated in FIGS. 1 and 2 and generally designated by the reference 1, comprises a carrier frame 2 on which are adapted the different functional units, for performing the various steps of a microstructuration of a substrate by maskless photolithography.
  • the chassis 2 comprises, in its lower part, a compartment 3 of chemistry which integrates the different modules chemistry to achieve the chemical part of microstnicturation, as will appear later.
  • the frame 2 further comprises an optical compartment 4 disposed above the chemistry compartment 3 and connected thereto by a column 5 constituting the frame 2.
  • the device 1 also comprises means 6 of support at least one substrate, integral with the frame 2.
  • the device 1 also comprises a control unit 7 supported, according to the illustrated example, by a bracket 8 secured to the column 5.
  • control unit 7 could be independent and connected to the constituent elements of the device according to the invention. invention by a suitable connector.
  • the support means 6 of a substrate can be made in different ways.
  • the support means 6 comprise an arm 10 which is fitted on a column 11 fixed to the frame 2.
  • the arm 10 has a substantially horizontal orientation and is adapted to the frame 2 so as to be mobile, at least in vertical translation axis Dl. According to the illustrated example, this movement is ensured by a translational movement of the column 11, parallel to the axis D1, under the effect of an actuator 12 such as, for example but not exclusively, an electric jack driven by the control unit 7.
  • the means for supporting at least one substrate further comprise a pivoting head 13 adapted to the end of the arm 10 opposite the column 11.
  • the pivoting head 13 is connected to the arm 10, so as to be rotatable about a horizontal axis D2.
  • the head 13 is then rotated by an actuator, such as for example but not exclusively, an electric gear motor 14, disposed within the arm 10 as shown in fig. 3.
  • the gear motor is driven by the control unit to rotate the head 13 between a raised position C, shown in solid lines in FIG. 1, and a lowered position D, as illustrated in phantom lines at FIG. 1.
  • the means 6 comprise, as means for supporting the substrate, a plate 15 for receiving and fixing the substrate S.
  • the plate 15 comprises a cavity 16 in which the substrate is housed.
  • the impression 16, which preferably has a shape complementary to that of the substrate S, can be made in different ways to ensure immobilization of the substrate S in the impression 16.
  • the impression 16 is in a preferred form made of an elastically deformable material such as, for example, a synthetic elastomer such as silicone, the elasticity of which will be used to immobilize the substrate S in the impression 16.
  • the device according to the invention is capable of to allow a microstructuration of substrates that may have different sizes, for this purpose the impression 16 may be modular or the removable plate to allow its change depending on the size of the microstructuring substrate.
  • the plate 15 is further adapted to the head 13, so as to be rotatable about a vertical axis D3.
  • the head 13 will then include means for rotating the plate 15 on itself along the axis D3.
  • the drive means 17 are, for example, constituted by an electric motor, driven by the control unit 7 and adapted to rotate the plate 15 at a speed sufficient to ensure centrifugal spreading of a resin deposited on the substrate S, as will appear later.
  • the plate 15 is furthermore equipped with a heating system 18, such as a thermistor whose power supply is controlled by the unit 7 and which forms means for baking and / or drying a layer of resin applied to the substrate S.
  • the means 6 for supporting the substrate S and, more particularly, the head 13 and the plate 15, are interposed between the chemical compartment 3 and the optical compartment 4, so that, by the movements of rotation of the head 13, the plate 15 may be placed either in the raised position C facing the optical compartment 4, or in the lowered position D facing the chemical compartment 3.
  • the optical compartment 4 is equipped a module 20 of automatic insolation of a resin layer applied to the substrate.
  • the insolation module 20 comprises a laser source 21, emitting a laser beam 22, intended to form an insolation spot on the substrate S, as will appear later.
  • the module 20 also comprises optical means 23 for focusing the laser beam.
  • the optical focusing means 23 comprise, in particular a lens 24 movable in translation, so as to allow adjustment of the focus.
  • the exposure module 20 also comprises optical means 25 for applying and automatically moving the exposure spot on the substrate S (by scanning), along a path defined according to a programmed pattern.
  • the optical means 25 for applying and automatically moving the spot, laser 22 are, of course, connected to the control unit 7 which will control its operation.
  • the insolation module 20 further comprises means for visualizing the means of taking charge of the substrate S and, according to the example, of the impression 16 of the plate 15.
  • the viewing means 26 are constituted by a video camera, connected to the control unit 7 and making it possible to display , on a screen 27 of the latter, the image of the cavity 16 and, more particularly, the substrate S placed therein.
  • the module 20 also comprises means for adjusting the optical centering and the focusing of the laser spot, which, according to the illustrated example, are integrated with the optical means for applying and moving the laser beam 22 and comprise, in particular, the focusing lens 24.
  • the insolation module 20 comprises means 28 for illuminating the means for supporting the substrate and, more particularly, for the imprint 16 of the plate 15, in a pattern visible to the viewing means 26 and intended to to allow adjustment of the optical centering and focusing of the laser beam 22.
  • the chemistry compartment 3 comprises, as shown in FIG. 2, a module 30 for applying a layer of photosensitive resin on the substrate S, a development module 31, a first cleaning module 32, ten substrate S, a module 33 for etching the substrate S, and a second module 34 cleaning the substrate.
  • the different chemistry modules 30 to 34 can be arranged in different ways in the chemistry compartment 3. According to the illustrated example, these modules of chemistry 30 to 34 are all secured to a plate 35, mobile in rotation about a vertical axis D4. The plate 35 thus forms means for moving the modules. The chemistry modules 30 to 34 are then placed on the plate so as to be arranged at 60 ° to each other. It will be noted that the plate 35 comprises, according to the illustrated example, a sixth chemistry module 36, available to receive an additional bath depending on the type of chemical etching adopted.
  • the plate 35 is rotated by drive means 37 such as an electric gear motor, driven by the control unit 7, so as to allow a sequential placement of each chemistry module 30 to 34 and 36 under the control. receiving plate and attachment 15 of the substrate S, as will appear later.
  • drive means 37 such as an electric gear motor, driven by the control unit 7, so as to allow a sequential placement of each chemistry module 30 to 34 and 36 under the control. receiving plate and attachment 15 of the substrate S, as will appear later.
  • each chemistry module 30 to 34 and 36 has a substantially identical constitution.
  • each chemistry module 30, 31, 32, 33, 34, 36 comprises a window 40, associated with a reservoir 41 of a chemistry bath 42.
  • the reservoir 41 is open on top facing the window 40.
  • each tank 41 is made in the form of a removable drawer supported by slides 43 fixed on the lower face 35i of the plate 35.
  • a peripheral seal 44 intended to seal between the slide 41 and the lower face 35i of the plate 35.
  • the window 40 and the reservoir 41 have dimensions sufficient for allow at least partial immersion of the platinum 15 in the chemistry bath 42.
  • Each chemistry module 30 to 34 and 36 has, in addition, at least one and, according to the example shown, two shutters 45, 46 motorized closing the window 40.
  • the motorized shutters 45, 46 are then controlled in opening and in closing by the control unit 7.
  • the flaps 45, 46 are adapted on the upper face 35s of the plate 35, so as to ensure closure of the corresponding window 40. In the closed position, this system provides a seal against dust, light and vapors of the bath 42.
  • the plate 15 is fitted on the head 13 via a shaft 47, so as to be placed at a distance from the pivoting head 13, as shown in FIG. 3.
  • Each component 45, 46 is then preferably adapted so that when the plate is placed inside the tank 41, it is possible to ensure a closing of the window 40, while allowing the passage of the shaft 47 and ensuring a seal.
  • each flap 45, 46 is equipped with a seal 48 intended to fit the shape of a sleeve 50 surrounding the shaft 47.
  • other means may be implemented to ensure a certain air tightness and projections when the plate 15 is inside a module.
  • the microstructuring device 1 can be implemented as follows. First, the user of the device 1 loads or selects a diagram of the microstructuring to be performed at the control unit 7. This loading or this selection can be performed in different ways. Thus, this loading can result from the sending of a computer file to the control unit 7 from a personal computer, not shown, via an interface device, also not shown, incorporated in the control unit. 7. Once the programmed pattern, that is to say the two-dimensional representation of the desired microstructuration, the user can select, also, another parameter of the microstructuring, such as, for example, the depth of the microstructure. the attack of the substrate. From this choice of etching or etching depth, the control unit 7 will determine the adapted residence times, automatically or semi-automatically, depending on the chemistry baths used and the nature of the substrate.
  • the user will place the microstructure substrate S at the level of the reception means and, more particularly, the footprint 16 of the stage 15.
  • the substrate S is likely to know different shapes and the footprint 16 will then be designed to have a shape complementary to that of the substrate S to ensure perfect immobilization.
  • control unit 7 provides control of the drive means of the plate 35, so that ensure that the photoresist application module 30 is placed facing the pivoting head 13.
  • the unit 16 then rotates the head 13, so as to place it in the lowered position D, substrate oriented downwards.
  • the unit of control 7 controls an opening of the flaps 45 and 46 and a descent of the head 13 and the plate 15 by controlling the actuator 12.
  • the descent of the plate 15 is then ensured until soaking the substrate S in the bath of resin 42 in position F partial immersion in FIG. 3.
  • the unit 7 then drives the closure of the motorized shutters 45 and 46, so that the joints 48 come to fit the sleeve 50 of the shaft 47.
  • control unit 7 controls the raising of the head to the intermediate position E in which the substrate S is located above the resin bath 42 while being in the container 41.
  • the unit 7 then triggers the operation the motor 17 to drive the plate 15 in rotation on itself and provide a spreading and a centrifugal distribution of the resin on the surface of the substrate S.
  • control unit 7 ensures an opening of the motorized shutters 45 and 46 and an extraction of the plate from the container 41 by the control of the actuator 12, so as to raise the pivoting head 13 to the position D.
  • the control unit then places the head 13 is in the raised position C, substrate S facing upwards facing the exposure module 20.
  • control unit 7 can then drive the supply of the resistor 18, so as to heat the plate 15 and the substrate S that it carries and thus ensure drying and possible annealing of the resin.
  • the plate 15 is brought into abutment by the actuator 12 driven by the unit 7, against a support member 51 integral with the exposure module 20 and forming means of adjusting the relative position of the means for handling the substrate relative to the means for applying and moving the laser spot.
  • control unit 7 or the user of the device 1 ensures the adjustment of the optical part.
  • This optical adjustment is provided by the illumination of the substrate by means of a pattern to adjust the focus of the laser spot.
  • the projection of the target is carried out by means of a safelight.
  • the device 1 comprises an opaque removable housing 52 diagrammatically in phantom with the fIg. 1 to protect the set from light and dust.
  • photosensitive resins two types can be used, namely either a positive resin or a negative resin.
  • These photosensitive resins are distinguished from each other in that, for so-called positive photosensitive resins, the insolated part of the resin is eliminated, whereas for the so-called negative photosensitive resins, it is the non-insolated part. of the resin that is removed.
  • control unit 7 places the pivoting head
  • the substrate is introduced into the module 31 and, after closure of the flaps 45, 46, soaked in the developer solution bath of the module 31.
  • the platinum and the substrate are removed from the bath and placed in the intermediate position I and the unit 7 controls a rotation of the plate 15 to ensure a centrifugal elimination of drops of solution present on the surface of the substrate S.
  • the control unit 7 then performs an extraction of the plate 15 and the substrate S from the development module 31.
  • the unit 7 then performs a cleaning of the substrate by soaking the latter in a washing solution bath of the first cleaning module 32.
  • the washing will be carried out, as for development, by dipping and then centrifugally removing the solution present in the surface of the substrate.
  • the etching of the substrate involves etching the part of the surface of the substrate not covered with resin with a corrosive solution.
  • control unit 7 positions the chemical etching module 33 opposite the head 13, and then, as during the development phase, the control unit 7 controls the opening of the flaps 45, 46 and the introduction of the plate 15 and the substrate that it carries in the module 33.
  • the substrate S is then immersed, for a given duration depending on the desired etching depth, in an acid solution bath, such as, for example, a solution of dilute hydrofluoric acid. After soaking, the substrate S will be rotated to provide centrifugal removal of drops of acid solution remained on its surface.
  • the substrate is cleaned in the second cleaning module 34 which has been previously placed next to the head 13 by the unit 7. This second cleaning will be performed according to a sequence similar to that of the first cleaning.
  • the control unit 7 places the pivoting head in raised position C and the user has the possibility of recovering the cleaned and microstructured substrate S at the footprint 16 of the plate 15.
  • the sixth chemistry module 36 could be implemented to ensure ultimate rinsing of the substrate after cleaning in the second cleaning module.
  • this is only an example of a mode of implementation of the microstructuring device 1 according to the invention, because different other treatment sequences could be envisaged without departing from the scope of the present invention.
  • the substrate has been maintained on the same plate 15, forming the support means of the substrate, throughout its treatment.

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Abstract

Selon l'invention, le dispositif de microstructuration de la surface d'au moins un substrat est caractérisé en ce qu'il comprend un châssis porteur (2) comprenant au moins des moyens (6) de prise en charge du substrat (S) comprenant de préférence des moyens (15) de support du substrat adaptés pour maintenir le substrat dans ou en relation avec chacun des modules de manière à éviter tout changement support lors du passage du substrat d'un module à l'autre, un module d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat, des moyens de cuisson et/ou de séchage de la couche de résine, un module (20) d'insolation automatique au moyen d'un rayon laser de la couche de résine sur le substrat selon un schéma programmé, un module dit de «développement » pour le retrait de la partie de la couche de résine ayant été insolée ou de la partie de la couche de résine n'ayant pas été insolée, un module de gravure chimique du substrat, un module de nettoyage du substrat, ainsi qu'une unité de commande (7).

Description

DISPOSITIF DE MICROSTRUCTURATION DE SURFACE
La présente invention concerne le domaine technique de la microstructuration de la surface de substrats divers tels que, par exemple, des plaques de verre, de métal ou de silicium.
Ainsi, l'invention concerne plus particulièrement la réalisation, à la surface de matériaux, de structures présentant des dimensions inférieures au millimètre. Dans une application, plus particulièrement préférée mais non limitative, l'invention s'intéresse, plus particulièrement, à la réalisation de structures présentant des dimensions comprises entre 1 μm et 100 μm.
Il est connu, afin de réaliser de telles structures ou gravures à la surface d'un matériau, plusieurs techniques, telles que l'ablation laser ou la photolithographie.
La technique de gravure par ablation laser présente l'avantage d'offrir une très grande précision de réalisation, mais nécessite l'utilisation de lasers de forte puissance présentant donc un coût élevé, qui rendent rédhibitoire l'utilisation de cette technique pour la réalisation de substrat microstructurés destinés à avoir une faible durée d'utilisation ou à constituer des composants jetables, comme cela est notamment le cas pour la réalisation de substrats en verre microstructures, utilisés pour des analyses par microscopie optique. La seconde technique évoquée, à savoir la photolithographie, consiste à déposer une épaisseur de résine photosensible sur la surface du substrat à usiner ou à microstructurer. Ensuite, la couche de résine est insolée partiellement selon un motif correspondant à la projection en plan de la microstructuration à réaliser, puis, une fois cette opération d'insolation effectuée, il est procédé au développement du substrat pour enlever la résine insolée et conserver la partie de la résine qui n'aura pas été insolée. Une fois cette opération réalisée, il est effectué une gravure chimique du substrat, à l'acide fluorhydrique par exemple, qui attaquera les parties du substrat qui ne sont pas recouvertes par la résine. Enfin, après gravure, le substrat est lavé de manière à retirer toute trace de résine de ce dernier, ainsi que les traces d'acide utilisé.
Une telle technique offre de très grandes possibilités de motifs et permet d'obtenir une précision satisfaisante. Cependant, lorsqu'il est souhaité de réaliser des séries plus ou moins importantes de substrats avec un même motif de microstructuration, avec une reproductibilité satisfaisante, compatible avec les nécessités de fiabilité des essais par exemple, il devient nécessaire de mettre en œuvre différentes machines à même d'effectuer chacune des étapes successives de la photolithographie, machines qui doivent être mise en œuvre dans des conditions d'hygiène et de propreté qui imposent, le plus souvent, la création de salles blanches.
Or, cette obligation peut apparaître rédhibitoire dans le cadre de laboratoires de recherche ou de petites unités qui n'ont, ni les locaux, ni les moyens financiers, de procéder à la mise en œuvre d'une installation lourde de microstructuration pour la production de substrats microstructurés à l'unité ou en petites séries.
Ainsi, il apparaît le besoin d'un dispositif de microstructuration qui soit en mesure de réaliser toutes les étapes d'une microstructuration de surface par photolithographie, en présentant un encombrement raisonnable, sans nécessiter la mise en placer d'une salle blanche, tout en présentant un coût de revient raisonnable. Un tel dispositif devra également offrir une très grande souplesse d'utilisation, et permettre de réaliser, rapidement et simplement, différents types de microstructuration d'un substrat à l'autre, en fonction des besoins.
Afin d'atteindre ces objectifs, l'invention concerne un dispositif de microstructuration de la surface d'au moins un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis porteur comprenant au moins :
• des moyens de prise en charge du substrat,
• un module d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat, • des moyens de cuisson et/ou de séchage de la couche de résine
• un module d'insolation automatique au moyen d'un rayon laser de la couche de résine sur le substrat selon un schéma programmé,
• un module dit de « développement » pour le retrait de la partie de la couche de résine ayant été insolée ou de la partie de la couche de résine n'ayant pas été insolée,
• un module de gravure chimique du substrat,
• un module de nettoyage du substrat, • ainsi qu'une unité de commande qui assure un fonctionnement coordonné de manière automatique ou semi automatique des moyens de prise en charge et des différents modules ou moyens du dispositif afin d'assurer une microstructuration de la surface du substrat selon un schéma programmé.
En intégrant, en un seul et même dispositif, tous les moyens nécessaires à la photolithographie de substrats, et effectuant leur pilotage par une seule et même unité de commande, l'invention offre la possibilité, à un utilisateur, peu aguerri à la technique de la microstructuration, d'obtenir, avec un minimum de manipulations, un substrat microstructuré en fonction de ses besoins.
Il est à noter que, de manière préférée, l'unité de commande intégrera des moyens d'interface informatiques permettant de transférer des schémas de microstructures à réaliser et sera alors adaptée pour calculer et déterminer, de manière automatique et transparente pour l'utilisateur, toutes les étapes de procédure nécessaires à l'obtention de la microstructure selon le schéma programmé par l'utilisateur et avec des caractéristiques de profondeur ou de relief définies par ce dernier en fonction du substrat utilisé.
De plus, il doit être noté que la mise en œuvre d'un module d'insolation automatique, au moyen d'un rayon laser de la couche de résine sur le substrat selon un schéma programmé, présente l'avantage de recourir à une technique, dite de photolithographie sans masque, permettant de simplifier au maximum le dispositif et de réduire encore le coût de production d'un substrat microstructuré.
Ainsi, selon une caractéristique de l'invention, le module d'insolation comprend : • une source laser émettant un spot d'insolation,
• des moyens optiques de focalisation du rayon laser,
• et des moyens optiques d'application et de déplacement automatique du spot d'insolation sur le substrat selon une trajectoire définie en fonction du schéma programmé. De manière préférée, afin de faciliter le réglage du dispositif et de s'assurer de la parfaite insolation du substrat, le module d'insolation comprend, selon une autre caractéristique de l'invention, le module d'insolation comprend au moins : • des moyens de visualisation des moyens de prise en charge du substrat,
• des moyens de réglage du centrage optique et de la focalisation du spot laser,
• et des moyens d'éclairage des moyens de prise en charge du substrat selon un motif visible destiné à permettre un réglage du centrage optique et de la focalisation du spot laser. Toujours en vue de faciliter le réglage et de garantir une parfaite insolation du substrat, plus exactement de la pellicule de résine photosensible appliquée sur ce dernier, le dispositif de microstructuration selon l'invention comprend, selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens de réglage de la positon relative des moyens de prise en charge du substrat et des moyens d'application et de déplacement du spot laser.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de prise en charge comprennent des moyens de support adaptés pour maintenir le substrat dans ou en relation avec chacun des modules de manière à éviter tout changement support lors du passage du substrat d'un module à l'autre. Ainsi, le substrat reste solidaire des mêmes moyens de support tant pendant les phases de traitement que pendant les phases d'attente ou de transfert entre les phases de traitement.
Selon l'invention, les moyens de prise en charge du substrat peuvent être réalisés de différentes façons et il pourrait, par exemple, être envisagé de faire prendre en charge le substrat par un chariot mobile qui se déplacerait d'un module à l'autre, afin de permettre une réalisation séquentielle des différentes étapes de la photolithographie sans masque telle que mise en œuvre par le dispositif selon l'invention. Selon une forme préférée, mais non limitative de réalisation de l'invention, le dispositif de microstructuration comprend, en tant que moyens de prise en charge du substrat :
• un bras qui est adapté sur le châssis de manière à être mobile au moins en translation selon une direction verticale et un actionneur piloté par l'unité de commande et adapté pour déplacer le bras en translation verticale entre au moins deux positions dites haute et basse, • une tête pivotante adaptée sur le bras pour être mobile en rotation autour d'un axe horizontal et un actionneur piloté par l'unité de commande et adapté pour faire pivoter la tête entre deux positions dite relevée et abaissée, • en tant que moyens de support du substrat, une platine de réception et de fixation du substrat adaptée sur la tête de manière à être, en position relevée de la tête, placée en regard des moyens optiques d'application du spot d'insolation sur le substrat
• et des moyens d'entraînement en rotation de la platine sur elle-même qui sont pilotés par l'unité de commande et adaptés pour faire tourner la platine à une vitesse suffisante pour assurer un étalement centrifuge de la résine sur le substrat.
La mise en œuvre de tels moyens de prise en charge du substrat, présente l'avantage de limiter, autant que faire se peut, les manipulations à effectuer sur le substrat, tout en minimisant les déplacements de ce dernier, de sorte qu'il est possible de garantir une grande reproductibilité des motifs ou schémas de microstructuration réalisés.
Selon une caractéristique de l'invention, toujours dans le sens d'une grande précision de prise en charge du substrat, la platine comprend : • une empreinte de réception du substrat,
• et, en tant que moyens de cuisson et/ou de chauffage la résine photosensible, des moyens de chauffage électrique pilotés par l'unité de commande.
Selon l'invention, il est alors possible, d'envisager de mettre en œuvre différents types d'empreintes interchangeables, permettant de positionner des substrats de formes différentes ou de dimensions variables. Le système de préhension permet d'immobiliser le substrat en maîtrisant les efforts appliqués à ce dernier et cela indépendamment de la forme qui lui est conférée.
Dans une forme préférée de réalisation, afin de pouvoir placer successivement le substrat en relation avec les différents modules correspondant aux différentes phases de la photolithographie, le dispositif comprend des moyens de déplacement des modules. Selon invention, les moyens de déplacement des modules peuvent être réalisés de toute façon appropriée tels que par exemple sous la forme d'une voie de guidage supportant des chariots équipés chacun d'un module et entraînés par une courroie sans fin.
Dans une forme préférée de réalisation, les moyens de déplacement des modules comprennent un plateau mobile sur lequel sont adaptés au moins :
• le module d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat,
• le module de développement,
• un premier module de nettoyage du substrat « le module de gravure chimique du substrat,
• un deuxième module de nettoyage du substrat,
• et des moyens de déplacement du plateau qui sont pilotés par l'unité de commande et adaptés pour placer de manière séquentielle chaque module sous la platine de réception et de fixation du substrat. Selon l'invention, les modules peuvent être réalisés de toute façon appropriée.
Toutefois, dans une forme préférée mais non limitative, permettant de simplifier grandement la conception du plateau et donc d'obtenir des coûts de production particulièrement avantageux, le module d'application de résine comprend :
• une fenêtre aménagée dans le plateau, • un réservoir de résine disposé sous le plateau et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre,
• et au moins un volet motorisé de fermeture de la fenêtre et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande.
De la même manière, le module de développement comprend : • une fenêtre aménagée dans le plateau,
• un réservoir d'une solution de développement disposé sous le plateau et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre,
• et au moins un volet motorisé de fermeture de la fenêtre et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande. De même, le module de gravure chimique comprend :
• une fenêtre aménagée dans le plateau, • un réservoir d'une solution de gravure chimique disposé sous le plateau et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre,
• et au moins un volet motorisé de fermeture de la fenêtre et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande. Une telle conception peut, également, être avantageusement utilisée pour les modules de nettoyage qui comprennent chacun alors :
• une fenêtre aménagée dans le plateau,
• un réservoir d'une solution de nettoyage disposé sous le plateau et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre, • et au moins un volet motorisé de fermeture de la fenêtre et piloté, en ouverture et en fermeture, par l'unité de commande.
Il est à noter que, dans une forme plus particulièrement préférée de réalisation, le réservoir de chaque module sera adapté de manière amovible sur le plateau, pouvant permettre un changement rapide, en fonction de la chimie utilisée ou un remplacement lorsque le réservoir est vide ou contaminé.
Dans une forme préférée de réalisation, chaque réservoir comprendra un tiroir amovible adapté dans des glissières portées par le plateau. Ce tiroir amovible pourra, être fourni à l'utilisateur obturé au moyen d'un film ou d'un opercule amovible qui sera retiré après mise en place du tiroir sur le plateau. Une telle forme de réalisation sera alors particulièrement avantageuse lorsque le produit chimique utilisé présente un caractère toxique ou volatil.
Il est à noter que les volets de chacun des modules seront, de préférence, réalisés de manière à assurer une étanchéité, au moins partielle, au contenu des réservoirs, étant entendu que le dispositif selon l'invention pourra également comprendre un carter général éventuellement mis en dépression pour éviter tout risque d'émanation toxique à l'extérieur du dispositif.
Selon une caractéristique préférée de réalisation de l'invention, afin de permettre une mise en œuvre simple et rapide de chacune des étapes de la photolithographie, les moyens de prise en charge du substrat sont réalisés de manière que la distance, entre la platine de réception et la tête pivotante, permette un mouvement de la platine à l'intérieur de chacun des réservoirs pour, dans une position, dite d'attente, placer le substrat et la platine à distance du niveau du contenu ou du bain du réservoir et, dans une position de trempage, autoriser une immersion au moins partielle de la platine et du substrat dans le contenu du réservoir, tout en permettant de maintenir fermé le volet de fermeture, dans l'une ou l'autre de ses deux positions. Afin de permettre une mise en œuvre simple et rapide, sans connaissance particulière de la technique de la micro structuration par photolithographie, selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité de commande est adaptée pour, après une mise en place d'un substrat sur la platine, assurer, de manière séquentielle automatique ou semi-automatique, au moins les opérations suivantes : • dépôt d'une couche de résine photosensible sur le substrat,
• séchage et/ou un recuit de la couche de résine photosensible,
• insolation de la couche de résine photosensible selon un schéma programmé,
• développement de la couche de résine photosensible, • nettoyage du substrat et de la partie de la couche de résine restante,
• gravure chimique du substrat,
• et retrait de la partie de la couche de résine photosensible restante et nettoyage du substrat.
Dans une forme plus particulièrement préférée de mise en œuvre du processus de photolithographie selon l'invention, l'unité de commande est adaptée pour assurer, de manière automatique, le dépôt de résine photosensible par la commande des opérations suivantes au moins :
• placement de la platine de réception du substrat empreinte orientée vers le bas, • immersion partielle de la platine et du substrat dans la résine photosensible,
• extraction de la platine et du substrat hors de la résine photosensible,
• mise en rotation de la platine, empreinte orientée vers le bas, à une vitesse de rotation donnée et pendant une durée donnée afin de obtenir une couche uniforme d'une épaisseur donnée à la surface. En effet, les inventeurs ont eu le mérite de noter que le sens ou l'orientation, tête en haut, tête en bas, de la platine était indifférent pour l'obtention d'une couche uniforme de résine sur le substrat lors de l'étalement centrifuge de cette dernière.
Ainsi, cette mise en évidence a permis un mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention qui permet, tout d'abord, de procéder au trempage du substrat dans la résine puis, ensuite, de relever la platine, de manière à placer le substrat au-dessus du niveau de la résine pour procéder à l'étalement centrifuge et cela en conservant fermé le ou les volets d'obturation du module d'application de la résine, de sorte qu'il n'y a aucune projection de résine à l'extérieur et qu'aucune pollution du dispositif et des autres modules n'intervient.
Bien entendu, les différentes caractéristiques de l'invention évoquées ci-dessus peuvent être mises en oeuvre les unes avec les autres selon différentes combinaisons lorsqu'elles ne sont pas exclusives les unes des autres.
Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description ci-dessous effectuée en référence aux schémas annexés qui illustrent, de manière simplifiée, une forme préférée mais non limitative de réalisation d'un dispositif de microstructuration selon l'invention.
La fîg. 1 est une coupe schématique d'un dispositif de microstructuration de surfaces selon l'invention. La fig. 2 est une vue de dessus du dispositif de microstructuration selon la fîg. 1.
La fîg. 3 est une vue de détail, en coupe partielle, d'un module d'un module de trempage du dispositif selon la fig. 1, cette vue illustrant, en outre, un mode particulier de fonctionnement du dispositif selon l'invention. La fig. 4 est une perspective schématique d'une forme possible d'un module d'insolation constitutif du dispositif de microstructuration illustré à la fig. 1.
Un dispositif de microstructuration conforme à l'invention, tel qu'illustré aux fig. 1 et 2 et désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend un châssis porteur 2 sur lequel sont adaptés les différents ensembles fonctionnels, permettant de réaliser les différentes étapes d'une microstructuration d'un substrat par photolithographie sans masque. Selon l'exemple illustré, le châssis 2 comprend, dans sa partie inférieure, un compartiment 3 de chimie qui intègre les différents modules de chimie permettant de réaliser la partie chimique de la microstnicturation, comme cela apparaîtra par la suite.
Le châssis 2 comprend, en outre, un compartiment optique 4, disposé au-dessus du compartiment de chimie 3 et relié à ce dernier par une colonne 5 constitutive du châssis 2. Le dispositif 1 comprend, également, des moyens 6 de prise en charge d'au moins un substrat, solidaires du châssis 2.
Le dispositif 1 comprend, également, une unité de commande 7 supportée, selon l'exemple illustré, par une potence 8 solidaire de la colonne 5. Bien entendu l'unité de commande pourrait être indépendante et reliée aux éléments constitutifs du dispositif selon l'invention par une connectique appropriée.
Selon l'invention, les moyens de prise en charge 6 d'un substrat sont susceptibles d'être réalisés de différentes façons.
Selon l'exemple illustré, les moyens de prise en charge 6 comprennent un bras 10 qui est adapté sur une colonne 11 fixée au châssis 2. Le bras 10 présente une orientation sensiblement horizontale et se trouve adapté sur le châssis 2, de manière à être mobile, au moins en translation verticale d'axe Dl. Selon l'exemple illustré, ce mouvement est assuré par un mouvement de translation de la colonne 11, parallèlement à l'axe Dl, sous l'effet d'un actionneur 12 tel que, par exemple mais non exclusivement, un vérin électrique piloté par l'unité de commande 7. Les moyens de prise en charge d'au moins un substrat comprennent, en outre, une tête pivotante 13, adaptée à l'extrémité du bras 10 opposée à la colonne 11.
La tête pivotante 13 est liée au bras 10, de manière à être mobile en rotation autour d'un axe horizontal D2. La tête 13 est alors entraînée en rotation par un actionneur, tel que par exemple mais non exclusivement, un moto réducteur électrique 14, disposé à l'intérieur du bras 10 comme le montre la fïg. 3. Le moto réducteur est piloté par l'unité de commande pour faire pivoter la tête 13, entre une position relevée C, illustrée en traits pleins à la fîg. 1, et une position abaissée D, telle qu'illustrée en traits mixtes à la fïg. 1.
Afin d'assurer la prise en charge proprement dite d'un substrat S, tel que, par exemple, une plaquette de forme rectangulaire représentée schématiquement en traits mixtes à la fîg. 3, les moyens 6 comprennent, en tant que moyens de support du substrat, une platine 15 de réception et de fixation du substrat S. Afin de permettre une parfaite immobilisation du substrat S pendant toute la microstructuration, la platine 15 comprend une empreinte 16 dans laquelle le substrat vient se loger. L'empreinte 16, qui présente, de préférence, une forme complémentaire à celle du substrat S, peut être réalisée de différentes manières afin d'assurer une immobilisation du substrat S dans l'empreinte 16. L'empreinte 16 est selon une forme préférée réalisée en matériau élastiquement déformable tel que, par exemple, un élastomère synthétique comme du silicone, dont l'élasticité sera mise à profit pour immobiliser le substrat S dans l'empreinte 16. Il est à noter que le dispositif selon l'invention est susceptible de permettre une microstructuration de substrats pouvant présenter différente taille, à cet effet l'empreinte 16 pourra être modulaire ou la platine amovible afin de permettre son changement en fonction de la taille du substrat à microstructurer.
La platine 15 est en outre adaptée sur la tête 13, de manière à être mobile en rotation autour d'un axe D3, vertical. La tête 13 comprendra alors des moyens d'entraînement en rotation de la platine 15 sur elle-même selon l'axe D3. Les moyens d'entraînement 17 sont, par exemple, constitués par un moteur électrique, piloté par l'unité de commande 7 et adapté pour faire tourner la platine 15 à une vitesse suffisante pour assurer un étalement centrifuge d'une résine déposée sur le substrat S, comme cela apparaîtra par la suite. La platine 15 est, en outre, équipée d'un système de chauffage 18, tel qu'une thermistance dont l'alimentation est commandée par l'unité 7 et qui forme des moyens de cuisson et/ou de séchage d'une couche de résine appliquée sur le substrat S.
Il doit être remarqué que les moyens 6 de prise en charge du substrat S et, plus particulièrement, la tête 13 et la platine 15, se trouvent interposés entre le compartiment de chimie 3 et le compartiment optique 4, de sorte que, par les mouvements de rotation de la tête 13, la platine 15 peut être, soit placée en position relevée C en regard du compartiment optique 4, soit en position abaissée D en regard du compartiment de chimie 3. Selon l'invention, le compartiment optique 4 est équipé d'un module 20 d'insolation automatique d'une couche de résine appliquée sur le substrat. Comme cela ressort plus particulièrement de la fîg. 4, le module d'insolation 20 comprend une source laser 21, émettant un rayon laser 22, destiné à former un spot d'insolation sur le substrat S, comme cela apparaîtra par la suite. Le module 20 comprend, également, des moyens optiques 23 de focalisation du rayon laser. Selon l'exemple illustré, les moyens optiques de focalisation 23 comprennent, notamment une lentille 24 mobile en translation, de manière à permettre un ajustement de la focalisation. Le module d'insolation 20 comprend aussi des moyens optiques 25, d'application et de déplacement automatique du spot d'insolation sur le substrat S (par balayage), selon une trajectoire définie en fonction d'un schéma programmé.
Les moyens optiques 25 d'application et de déplacement automatique du spot, laser 22 sont, bien entendu, raccordés à l'unité de commande 7 qui en pilotera le fonctionnement.
Afin de permettre un réglage optimal de la position du rayon laser 22 sur le substrat et, notamment, une initialisation de cette position avant insolation, le module d'insolation 20 comprend, en outre, des moyens de visualisation des moyens de prise en charge du substrat S et, selon l'exemple, de l'empreinte 16 de la platine 15. Selon l'exemple illustré, les moyens de visualisation 26 sont constitués par une caméra vidéo, raccordée à l'unité de commande 7 et permettant d'afficher, sur un écran 27 de cette dernière, l'image de l'empreinte 16 et, plus particulièrement, du substrat S placé dans cette dernière. Le module 20 comprend, également, des moyens de réglage du centrage optique et de la focalisation du spot laser qui, selon l'exemple illustré, sont intégrés aux moyens optiques d'application et de déplacement du rayon laser 22 et comprennent, notamment, la lentille 24 de focalisation.
Enfin, le module d'insolation 20 comprend des moyens 28 d'éclairage des moyens de prise en charge du substrat et, plus particulièrement, de l'empreinte 16 de la platine 15, selon un motif visible par les moyens de visualisation 26 et destiné à permettre un réglage du centrage optique et de la focalisation du rayon laser 22.
Afin d'assurer la partie, dite chimique, du processus de microstructuration effectuée par le dispositif conforme à l'invention, le compartiment de chimie 3 comprend, comme le montre la fïg. 2, un module 30 d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat S, un module de développement 31, un premier module de nettoyage 32 dix substrat S, un module 33 de gravure chimique du substrat S et un deuxième module 34 de nettoyage du substrat.
Les différents modules de chimie 30 à 34 peuvent être agencés de différentes manières dans le compartiment de chimie 3. Selon l'exemple illustré, ces modules de chimie 30 à 34 sont tous solidaires d'un plateau 35, mobile en rotation autour d'un axe vertical D4. Le plateau 35 forme ainsi des moyens de déplacement des modules. Les modules de chimie 30 à 34 sont alors placés sur le plateau de manière à être disposés à 60° les uns des autres. Il sera remarqué que le plateau 35 comprend, selon l'exemple illustré, un sixième module de chimie 36, disponible pour recevoir un bain supplémentaire en fonction du type de gravure chimique adopté.
Le plateau 35 est entraîné en rotation par des moyens d'entraînement 37 tels qu'un moto réducteur électrique, pilotés par l'unité de commande 7, de manière à permettre un placement séquentiel de chaque module de chimie 30 à 34 et 36 sous la platine de réception et de fixation 15 du substrat S, comme cela apparaîtra par la suite.
Selon la forme de réalisation illustrée chaque module de chimie 30 à 34 et 36 présente une constitution sensiblement identique. Ainsi chaque module de chimie 30, 31, 32, 33, 34, 36, comprend une fenêtre 40, associée à un réservoir 41 d'un bain de chimie 42. Le réservoir 41 est ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre 40. Selon l'exemple illustré, chaque réservoir 41 est réalisé sous la forme d'un tiroir amovible supporté par des glissières 43 fixées sur la face inférieure 35i du plateau 35. Selon la nature du bain 42, il peut être envisagé d'adapter, sur la partie supérieure du tiroir 41, un joint d'étanchéité périphérique 44 destiné à assurer l'étanchéité entre le tiroir 41 et la face inférieure 35i du plateau 35. Il doit être noté que la fenêtre 40 et le réservoir 41 présentent des dimensions suffisantes pour permettre une immersion, au moins partielle, de la platine 15 dans le bain de chimie 42.
Chaque module de chimie 30 à 34 et 36 présente, en outre, au moins un et, selon l'exemple illustré, deux volets 45, 46 motorisés de fermeture de la fenêtre 40. Les volets motorisés 45, 46 sont alors pilotés en ouverture et en fermeture par l'unité de commande 7. Les volets 45, 46 sont adaptés sur la face supérieure 35s du plateau 35, de manière à assurer une fermeture de la fenêtre 40 correspondante. En position fermée, ce système assure une étanchéité à la poussière, à la lumière et aux vapeurs du bain 42. De plus, afin de permettre l'immersion au moins partielle de la platine 15 dans le bain 42 de chaque module de chimie 30 à 34 et 36, la platine 15 est adaptée sur la tête 13 par l'intermédiaire d'un arbre 47, de manière à être placée à distance de la tête pivotante 13, comme le montre la fîg. 3. Chaque volet 45, 46 est alors de préférence adapté pour que lorsque la platine est placée à l'intérieur du réservoir 41, il soit possible d'assurer une fermeture de la fenêtre 40, tout en permettant le passage de l'arbre 47 et en assurant une étanchéité. A cet effet, chaque volet 45, 46 est équipé d'un joint d'étanchéité 48, destinée à venir épouser la forme d'un manchon 50 entourant l'arbre 47. Bien entendu, selon l'invention d'autres moyens peuvent être mis en oeuvre pour assurer une certaine étanchéité à l'air et aux projections lorsque la platine 15 se trouve à l'intérieur d'un module.
Le dispositif de microstructuration 1, tel que décrit précédemment, peut être mis en œuvre de la manière suivante. Tout d'abord, l'utilisateur du dispositif 1 charge ou sélectionne un schéma de la microstructuration à réaliser au niveau de l'unité de commande 7. Ce chargement ou cette sélection peut être effectuée de différentes façons. Ainsi, ce chargement peut résulter de l'envoi d'un fichier informatique à l'unité de commande 7 à partir d'un ordinateur personnel, non représenté, via un dispositif d'interface, également non représenté, incorporé dans l'unité de commande 7. Une fois le schéma programmé, c'est-à-dire la représentation en deux dimension de la microstructuration recherchée, l'utilisateur peut sélectionner, également, un autre paramètre de la microstructuration, tel que, par exemple, la profondeur de l'attaque du substrat. A partir de ce choix de profondeur de gravure ou d'attaque chimique, l'unité de commande 7 déterminera les temps de séjour adaptés, de manière automatique ou semi-automatique, en fonction des bains de chimie utilisés et de la nature du substrat.
Une fois les paramètres de la microstructuration enregistrés dans l'unité 7, l'utilisateur placera le substrat S à microstructure au niveau des moyens de réception et, plus particulièrement, de l'empreinte 16 de la platine 15. Comme cela a été dit plus haut, le substrat S est susceptible de connaître différentes formes et l'empreinte 16 sera alors conçue de manière à présenter une forme complémentaire de celle du substrat S pour en assurer une immobilisation parfaite.
Il peut alors être procédé à l'application d'une couche de résine photosensible à la surface du substrat S. A cet effet, l'unité de commande 7 assure un pilotage des moyens d'entraînement du plateau 35, de manière à s'assurer que le module d'application de résine photosensible 30 est placé en regard de la tête pivotante 13.
A ce stade, l'unité 16 assure alors une rotation de la tête 13, de manière à la placer en position abaissée D, substrat orienté vers le bas. Ensuite, l'unité de commande 7 pilote une ouverture des volets 45 et 46 et une descente de la tête 13 et de la platine 15 par le pilotage de l'actionneur 12. La descente de la platine 15 est alors assurée jusqu'à tremper le substrat S dans le bain de résine 42 en position F immersion partielle à la fig. 3. L'unité 7 pilote alors la fermeture des volets motorisés 45 et 46, de sorte que les joints 48 viennent épouser le manchon 50 de l'arbre 47.
Ensuite, l'unité de commande 7 pilote le relevage de la tête jusqu'en position intermédiaire E dans laquelle le substrat S est situé au dessus du bain de résine 42 tout en étant dans le récipient 41. L'unité 7 déclenche alors le fonctionnement du moteur 17 pour entraîner la platine 15 en rotation sur elle-même et assurer un étalement et une répartition centrifuge de la résine à la surface du substrat S.
Une telle opération, également connue sous l'appellation de « spin coating » permet d'ôter l'excédent de résine, mais également, d'assurer une répartition uniforme de cette dernière à la surface du substrat. Il est à noter que les inventeurs ont eu le mérite de mettre en évidence le fait que l'orientation vers le haut ou vers le bas du substrat était sensiblement indifférente pour la qualité de la répartition de la résine à sa surface et cela, notamment, lorsque ladite surface présente une orientation horizontale. Ainsi, cette mise en évidence a permis, dans le cadre de la présente invention, de pouvoir envisager une application de la résine par trempage, puis un étalement centrifuge de celle-ci, tout en restant à l'intérieur du récipient 41, de sorte que les risques de projection de la résine éliminée du substrat se trouvent annulés, ces projections étant, en outre, récupérées de façon automatique dans le récipient 41 au sein duquel l'étalement centrifuge est réalisé.
Après cette opération, l'unité de commande 7 assure une ouverture des volets motorisés 45 et 46 et une extraction de la platine hors du récipient 41 par le pilotage de l'actionneur 12, de manière à élever la tête pivotante 13 jusqu'à la position D. L'unité de commande place ensuite la tête 13 est en position relevée C, substrat S orienté vers le haut en regard du module d'insolation 20.
A ce stade et selon la nature de la résine, l'unité de commande 7 peut alors piloter l'alimentation de la résistance 18, de manière à chauffer la platine 15 et le substrat S qu'elle porte et assurer ainsi un séchage et un éventuel recuit de la résine.
Il est alors possible de procéder à l'insolation de la résine. Pour ce faire, La platine 15 est amenée en butée par l'actionneur 12 piloté par l'unité 7, contre un élément d'appui 51 solidaire du module d'insolation 20 et formant des moyens de réglage de la position relative des moyens de prise en charge du substrat par rapport au moyens d'application et de déplacement du spot laser.
A ce stade, l'unité de commande 7 ou l'utilisateur du dispositif 1 assure le réglage de la partie optique. Ce réglage optique est assuré par l'éclairement du substrat au moyen d'une mire pour régler de la focalisation du spot laser.
Il est à noter qu'afm d'éviter toute insolation intempestive de la résine, la projection la mire est réalisé au moyen d'une lumière inactinique. De plus, le dispositif 1 comprend un carter amovible opaque 52 schématisé en traits mixtes à la fïg. 1 destiné à mettre l'ensemble à l'abri de la lumière et de la poussière extérieure. Une fois ces réglages effectués, l'unité 7 commande une insolation automatique du substrat S ou, plus particulièrement, de la couche de résine photosensible appliquée à la surface de ce dernier par un déplacement automatique et contrôlé du spot du rayon laser 22 en fonction du schéma programmé de la microstructure à réaliser à la surface du substrat. Une fois l'insolation achevée, il convient de réaliser le développement de la résine.
A cet égard, il doit être remarqué que, selon l'invention, deux types de résines photosensibles peuvent être utilisés, à savoir soit une résine positive, soit une résine négative. Ces résines photosensibles se distinguent les unes des autres en ce que, pour les résines photosensibles dites positives, c'est la partie insolée de la résine qui est éliminée, tandis que, pour les résines photosensibles dites négatives, c'est la partie non insolée de la résine qui est éliminée.
Pour procéder au développement, l'unité de commande 7 place la tête pivotante
13 en position abaissée et amène le module de développement 31 au droit de la tête. II s'en suit une séquence sensiblement analogue à celle décrite pour l'application de la résine. En effet, le substrat est introduit dans le module 31 et, après fermeture des volets 45, 46, trempé dans le bain de solution de développement du module 31.
Après trempage, la platine et le substrat sont extraits du bain et placés dans la position intermédiaire I et l'unité 7 commande une mise en rotation de la platine 15 pour assurer une élimination centrifuge des gouttes de solution présente à la surface du substrat S. L'unité de commande 7 exécute ensuite une extraction de la platine 15 et du substrat S hors du module de développement 31. L'unité 7 assure ensuite un nettoyage du substrat par trempage de ce dernier dans un bain de solution de lavage du premier module de nettoyage 32. Le lavage sera réalisé, comme pour le développement, par trempage puis élimination centrifuge de la solution présente à la surface du substrat. Après la phase de lavage, intervient la gravure du substrat qui consiste à attaquer la partie de la surface du substrat non recouverte de résine avec une solution corrosive. A cet effet l'unité de commande 7 vient positionner le module de gravure chimique 33 en regard de la tête 13 puis comme lors de la phase de développement l'unité de commande 7 pilote l'ouverture des volets 45, 46 et l'introduction de la platine 15 et du substrat qu'elle porte dans le module 33. Le substrat S est alors immergé, pendant une durée donnée fonction de la profondeur de gravure recherchée, dans un bain de solution acide, telle que, par exemple, une solution d'acide fluorhydrique dilué. Après trempage, le substrat S sera mis en rotation pour assurer une élimination centrifuge des gouttes de solution acide restées à sa surface. Après extraction de la platine 15 et du substrat S hors du module de gravure, le substrat est nettoyé dans le deuxième module de nettoyage 34 qui aura été préalablement placé en regard de la tête 13 par l'unité 7. Ce deuxième nettoyage sera réalisé selon une séquence analogue à celle du premier nettoyage.
Une fois le deuxième nettoyage effectué, l'unité de commande 7 replace la tête pivotante en position relevée C et l'utilisateur a la possibilité de récupérer le substrat S nettoyé et microstructuré au niveau de l'empreinte 16 de la platine 15. Il est à noter que, selon l'invention, le sixième module de chimie 36 pourrait être mis en œuvre pour assurer un rinçage ultime du substrat après son nettoyage dans le deuxième module de nettoyage. Bien entendu, il ne s'agit là que d'un exemple d'un mode de mise en œuvre du dispositif de microstructuration 1 selon l'invention, car différentes autres séquences de traitement pourraient être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.
Par ailleurs, il sera remarqué que le substrat aura été maintenu sur la même platine 15, formant les moyens de support du substrat, tout au long de son traitement. Cette caractéristique avantageuse de l'invention garantit une grande reproductibilité des résultats tout en autorisant une simplification du dispositif de microstructuration de surface selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de microstructuration de la surface d'au moins un substrat (S), caractérisé en ce qu'il comprend un châssis porteur (2) comprenant au moins :
• des moyens (6) de prise en charge du substrat, « un module (30) d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat,
• des moyens (18) de cuisson et/ou de séchage de la couche de résine,
• un module (20) d'insolation automatique au moyen d'un rayon laser de la couche de résine sur le substrat selon un schéma programmé, • un module (31) dit de « développement » pour le retrait de la partie de la couche de résine ayant été insolée ou de la partie de la couche de résine n'ayant pas été insolée,
• un module (33) de gravure chimique du substrat,
• un module (34) de nettoyage du substrat, • ainsi qu'une unité de commande (7) qui assure un fonctionnement coordonné de manière automatique ou semi automatique des moyens de prise en charge (6) et des différents modules (30, 31, 33, 34) ou moyens (18) du dispositif afin d'assurer une microstructuration de la surface du substrat (S) selon un schéma programmé. 2 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de prise en charge (6) du substrat (S) comprennent des moyens (15) de support du substrat adaptés pour maintenir le substrat dans ou en relation avec chacun des modules de manière à éviter tout changement support lors du passage du substrat d'un module à l'autre. 3 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en tant que moyens (6) de prise en charge du substrat (S) :
• un bras (10) qui est adapté sur le châssis (2) de manière à être mobile au moins en translation selon une direction verticale (Dl) et un actionneur (12) piloté par l'unité de commande (7) et adapté pour déplacer le bras (10) en translation verticale,
• une tête pivotante (13) adaptée sur le bras (10) pour être mobile en rotation autour d'un axe horizontal (D2) et un actionneur (14) piloté par l'unité de commande (7) et adapté pour faire pivoter la tête (13) entre deux positions dites relevée (C) et abaissée (D),
• en tant que moyen de support du substrat, une platine (15) de réception et de fixation du substrat (S) adaptée sur la tête (13) de manière à être, en position relevée de la tête, placée en regard des moyens optiques (25) d'application du spot d'insolation sur le substrat (S),
• et des moyens (17) d'entraînement en rotation du platine (15) sur elle- même qui sont pilotés par l'unité de commande (7) et adaptés pour faire tourner la platine (15) à une vitesse suffisante pour assurer un étalement centrifuge de la résine sur le substrat.
4 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 3, caractérisé en ce que la platine (15) comprend :
• une empreinte (16) de réception du substrat,
• et, en tant que moyens de cuisson et/ou de séchage de la résine photosensible, des moyens de chauffage électrique (18) pilotés par l'unité de commande (7).
5 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35) de déplacement des modules.
6 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en tant que moyens de déplacement des modules, un plateau mobile
(35) sur lequel sont adaptés au moins :
• le module (30) d'application d'une couche de résine photosensible sur le substrat,
• le module (31) de développement, • un premier module (32) de nettoyage du substrat
• le module (33) de gravure chimique du substrat,
• un deuxième module (34) de nettoyage du substrat,
• et des moyens (37) de déplacement du plateau (35) qui sont pilotés par l'unité de commande (7) et adaptés pour placer de manière séquentielle chaque module (30, 31, 32, 33, 34) sous la platine (15) de réception et de fixation du substrat (S). 7 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le module d'application de résine (30) comprend :
• une fenêtre (40) aménagée dans le plateau (35),
• un réservoir (41) de résine disposé sous le plateau (35) et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre (40),
• et au moins un volet motorisé (45) de fermeture de la fenêtre (40) et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande (7).
8 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le module de développement (31) comprend : • une fenêtre (40) aménagée dans le plateau (35),
• un réservoir (41) d'une solution de développement disposé sous le plateau (35) et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre (40),
• et au moins un volet motorisé (45) de fermeture de la fenêtre (40) et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande (7). 9 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module de gravure chimique (33) comprend :
• une fenêtre (40) aménagée dans le plateau (35),
• un réservoir (41) d'une solution de gravure chimique disposé sous le plateau (35) et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre (40), • et au moins un volet motorisé (45) de fermeture de la fenêtre (40) et piloté en ouverture et en fermeture par l'unité de commande (7).
10 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque module de nettoyage (32, 34) comprend :
• une fenêtre (40) aménagée dans le plateau (35), • un réservoir (41) d'une solution de nettoyage disposé sous le plateau (35) et ouvert sur le dessus en regard de la fenêtre (40),
• et au moins un volet motorisé (45) de fermeture de la fenêtre (40) et piloté, en ouverture et en fermeture, par l'unité de commande (7).
11 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le réservoir (41) de chaque module est adapté de manière amovible sur le plateau pour permettre un changement aisé du réservoir. 12 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 3 ou 4 et l'une des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce que :
• la platine (15) de réception du substrat (S) est supportée par un arbre (47) de manière à être placé à distance de la tête pivotante (13), • la fenêtre (40) de chaque module est adaptée pour permettre le passage de la platine (15) de réception du substrat (s),
• et le volet de fermeture (45) de chaque module (30, 31, 32, 33, 34) est adapté pour assurer une fermeture de la fenêtre tout en permettant un passage de l'arbre lorsque la platine (15) est placée à l'intérieur du réservoir (41) tandis que la tête pivotante (13) est située à l'extérieur du réservoir.
13 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'unité de commande (7) est adaptée pour, après une mise en place d'un substrat (S) sur la platine (15), assurer, de manière séquentielle, automatique ou semi-automatique, au moins les opérations suivantes :
• dépôt d'une couche de résine photosensible sur le substrat,
• séchage et/ou recuit de la couche de résine photosensible,
• insolation de la couche de résine photosensible selon un schéma programmé, • développement de la couche de résine photosensible,
• nettoyage du substrat et de la partie de la couche de résine restante,
• gravure chimique du substrat,
• et retrait de la partie de la couche de résine photosensible restante et nettoyage du substrat. 14 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'unité de commande (7) est adaptée pour assurer, de manière automatique, le dépôt de résine photosensible par la commande des opérations suivantes au moins :
• placement de la platine de réception du substrat empreinte orientée vers le
• - bas, • immersion partielle de la platine et du substrat dans la résine photosensible,
• extraction de la platine et du substrat hors de la résine photosensible, • mise en rotation de la platine, empreinte orientée vers le bas, à une vitesse de rotation donnée et pendant xme durée donnée afin de obtenir une couche uniforme d'une épaisseur donnée à la surface du substrat.
15 - Dispositif de microstructuration selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le module d'insolation (20) comprend :
• une source laser (21) émettant un spot d'insolation,
• des moyens optiques (23) de focalisation du rayon laser,
• et des moyens optiques (25) d'application et de déplacement automatique du spot d'insolation sur le substrat selon une trajectoire définie en fonction du schéma programmé.
16 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (51) de réglage de la position relative des moyens de prise en charge du substrat et des moyens (25) d'application et de déplacement du spot laser. 17 - Dispositif de microstructuration selon la revendication 16, caractérisé en ce que le module d'insolation (20) comprend au moins :
• des moyens (26) de visualisation des moyens de prise en charge du substrat,
• des moyens de réglage du centrage optique et de la focalisation du spot laser,
• et des moyens d'éclairage (28) des moyens de prise en charge du substrat selon un motif visible destiné à permettre un réglage de la focalisation du spot laser.
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