Formation au laminateur et dry film - CRN2

Procédure d’utilisation
du laminateur Pro-lam 330
et méthodes d’utilisation
de films polymériques («dry film»)
©CRN2 –LNN Université de Sherbrooke
7 Août 2013
Table des matières
A. Laminateur Pro-Lam 330 .................................................................................................... 3
1.
Usage........................................................................................................................... 3
2.
Avertissements de sécurité .......................................................................................... 3
3.
Démarrage du laminateur ............................................................................................ 3
B. Film polymérique (dry film) ................................................................................................ 4
1.
Précaution relative à l’usage du dry film....................................................................... 4
2.
Utilisation du dry film................................................................................................... 4
3.
Préparation du dry film ................................................................................................ 5
4.
Installation du dry film ................................................................................................. 5
5.
Laminage ..................................................................................................................... 6
6.
Cuisson ........................................................................................................................ 6
7.
Exposition .................................................................................................................... 6
8.
Cuisson post-exposition («Post Exposure Bake») .......................................................... 7
9.
Développement ........................................................................................................... 7
10.
Cuisson post-développement ................................................................................... 7
11.
Descum .................................................................................................................... 7
C. Informations complémentaires .......................................................................................... 8
1.
Traitement avec dry films comme masques ................................................................. 8
2.
Décapage du dry film ................................................................................................... 8
3.
Alternatives de procédé ............................................................................................... 9
A. Laminateur Pro-Lam 330
1. Usage
Cet appareil sert à laminer une pellicule de film photosensible aussi appelé «dry film» sur des
substrats à l’aide d’une pression au passage entre les rouleaux du laminateur avec ou sans
chauffage.
Bien que certaines explications soient données relativement au procédé, veuillez consulter les
fiches techniques et les exemples de recettes concernant le film polymérique utilisé. Par
exemple, consulter la fiche technique du dry film Dupont MX5015 dans la section Produits
chimiques du Guide de l’usager des salles blanches pour des précisions quant aux paramètres de
procédé avec ce dry film.
En cas de bris d’échantillon ou de porte-échantillon entre les rouleaux du laminateur, stopper
immédiatement le roulement. Aviser le service technique afin de procéder au nettoyage des
rouleaux. En effet, la présence de particules sur les rouleaux est néfaste pour le procédé de
laminage et pour l’intégrité du film laminé.
2. Avertissements de sécurité
Attention à la température élevée présente sur certaines pièces du laminateur et sur les
échantillons fraîchement laminés!
Attention aux risques de pincement et d’entrainement des rouleaux du laminateur. Éloigner
doigts (gants!) et pinces de l’entrée du laminateur.
Pour éviter tout dommage au laminateur, il est important de limiter l’épaisseur totale à
laminer, c'est-à-dire de l’échantillon et du porte-échantillon à moins de 4 mm.
Porter vos verres de protection ou verres correcteur en guise de protection pour vos yeux
contre les possibles éclats d’échantillons.
3. Démarrage du laminateur
Si ce n’est pas déjà fait, brancher le laminateur. S’assurer que l’interrupteur du sens de rotation
est à la position FWD et, si on fait un laminage à chaud, que bouton d’ajustement de la
température est à la température requise pour le type de dry film utilisé. Par exemple, la
température recommandée pour le dry film MX5015 est de 194°F (90°C).
Mettre l’interrupteur principal à ON, ce qui enclenche la rotation des rouleaux du laminateur.
Pour le laminage à chaud, l’interrupteur Heater doit être à ON.
Il faut cependant attendre quelques minutes que la LED verte soit allumée avant de faire le
laminage, ce qui indique que la température requise est atteinte.
Il est recommandé d’effectuer des laminages «à froid» pour laminer sur certaines surfaces telles
que de grandes surfaces de circuits imprimé, et lorsqu’il y a expansion des bulles dans le dry film
causant des problèmes au développement.
S’assurer que les rouleaux sont exempts de débris ou particules sur leur surface (ex : éclats
d’échantillons brisés). Si c’est le cas, aviser le service technique pour effectuer un nettoyage.
Autrement, les particules risquent d’endommager le dry film.
De plus, si on fait une cuisson après laminage, on peut démarrer aussi à l’avance une plaque
chauffante, que l’on ajuste normalement à 100°C.
B. Film polymérique (dry film)
1. Précaution relative à l’usage du dry film
Le dry film est très sensible à la lumière UV et donc aussi à la lumière blanche. Toujours
effectuer les manipulations en salle avec éclairage à filtre jaune seulement. Transporter les
échantillons laminés et/ou les pellicules dans des contenants opaques fermés si on doit quitter
momentanément l’environnement de salles jaunes. Ceci est valable jusqu’à la fin du
développement.
2. Utilisation du dry film
Le dry film est généralement utilisé pour recouvrir toute la surface de l’échantillon. Il est aussi
possible de recouvrir partiellement l’échantillon ou de placer le dry film entièrement à
l’intérieur de l’échantillon.
A partir du moment où le dry film déborde ou pourrait déborder de l’échantillon durant l’étape
du laminage, on devra utiliser un porte-échantillon ou «carrier». Le porte-échantillon peut être
temporaire pour la durée du laminage seulement. Dans ce cas, pour séparer l’échantillon du
porte-échantillon, on pourra découper l’excédent à l’aide d’un outil tranchant tel qu’un
«exacto».
Les plaques de métal, tranches de silicium, plaques de circuit imprimé en fibre de verre sont des
exemples de porte-échantillons. Il est essentiel que le porte-échantillon soit propre et sec,
exempt de particules, résistant à la température d’opération, relativement mince tout en étant
suffisamment solide.
Noter que les porte-échantillons de silicium ne devraient être utilisés que lorsque cela s’avère
nécessaire, car ils sont plus fragiles et génèrent des particules lorsqu’ils cassent!
Le porte-échantillon peut aussi être utilisé pour d’autres étapes de procédé subséquentes
(photolithographie, gravure DRIE, etc.). Il peut être alors requis de coller d’abord échantillon
avant le laminage avec un produit approprié pour un meilleur contact thermique, ou pour une
adhésion accrue lors des traitements par exemple.
Si on opte pour le laminage avec cet appareil pour installer du dry film sur des échantillons
fragiles, il est fortement recommandé d’utiliser un porte-échantillon ce qui atténuera la force de
cisaillement appliquée aux échantillons lors de son passage entre les rouleaux du laminateur.
3. Préparation du dry film
Le dry film est normalement conservé en salle jaune dans un contenant et/ou une enveloppe
opaque pour le protéger de la lumière blanche.
Avec ce type de laminateur manuel, il faut découper à l’avance le dry film à l’aide d’une paire de
ciseaux par exemple. Il est recommandé d’inspecter le dry film pour détecter tout défaut
potentiel (égratignures, plis, bulles, particules) avant même de laminer.
Le dry film est généralement disponible en rouleau ou en feuille prédécoupées. On prendra soin
de découper une région de dry film plus grande que l’échantillon à couvrir, ou encore s’il s’agit
d’effectuer une couverture partielle, de tailler le dry film dans un morceau suffisamment grand
afin d’obtenir la forme et les dimensions requises. On pourra jeter dans les corbeilles de salles
blanches les retailles inutilisables et éventuellement les deux pellicules de protection du dry
film.
A titre d’exemple, le dry film bleu de marque Dupont MX5015 est de 15um à 17um d’épaisseur
et est disponible en rouleau de 10 pouces de largeur.
4. Installation du dry film
Une fois le dry film taillé aux bonnes dimensions pour l’échantillon, il faut retirer la pellicule du
dessous pour lui permettre d’adhérer à l’échantillon et au porte-échantillon lors du laminage.
Utiliser une pince métallique propre pour les manipulations du dry film et pour aider au
décollement des pellicules.
On peut reconnaître les dessus et dessous du dry film par la courbure qu’il conserve même une
fois découpé. En effet, le rouleau de dry film a la pellicule la plus transparente pour l’exposition
UV du coté extérieur et la pellicule à retirer pour le laminage du côté intérieur, ce qui donne à
ce dernier une courbure du coté concave. De plus, la pellicule la plus facile à retirer (dû moins,
avant exposition) est celle du dessous, donc du côté concave.
Installer le dry film sur l’échantillon délicatement et en évitant de faire des bulles d’air. Éviter de
plier le film. Retirer et replacer au besoin. Attention, il est très facile d’induire des «lignes de
bulles» dans le dry film si on plie, étire, ou fait fléchir un peu trop le dry film. Ces zones peuvent
devenir des trous au développement!
On peut aussi maintenir le morceau de dry film sur le porte-échantillon ou sur l’échantillon
partiellement couvert avec par exemple un bout de ruban de Kapton dans un (et un seul!) coin
du morceau de dry film. Dans ce cas, il faut présenter d’abord ce côté de l’échantillon, c’est-àdire du côté fixé, pour éviter la formation de plis dans le dry film durant le laminage.
5. Laminage
S’assurer que la température requise est atteinte (LED verte allumée) pour un laminage à chaud,
ou que le chauffage est inactif depuis une longue période pour un laminage à froid.
Il est possible que le chauffage du laminateur et/ou l’entraînement des rouleaux se désactivent
automatiquement si l’appareil reste sous tension durant une période prolongée. Dans ce cas,
éteindre momentanément l’alimentation de l’appareil ou encore le chauffage et le rallumer.
Attendre à nouveau que la LED verte soit allumée.
S’il y a lieu, déposer l’échantillon sur le porte-échantillon, si ce n’est pas déjà fait. Avant de
laminer, s’assurer que le dry film est bien positionné et qu’il n’y a pas de bulles entre le dry film
et l’échantillon.
Insérer horizontalement le porte-échantillon et/ou l’échantillon entre les rouleaux du devant du
laminateur. Attendre la fin du laminage.
Récupérer l’échantillon de l’autre côté après laminage. Inspecter visuellement pour défauts tels
que plis, bulles, etc.
S’il y a lieu, découper le dry film sur le périmètre de l’échantillon à l’aide d’un exacto afin de le
séparer du porte-échantillon.
6. Cuisson
Si requis, déposer l’échantillon sur la plaque chauffante pour 1 à 5 minutes à 100°C. Attention, il
peut avoir expansion des bulles dans et sous le dry film durant cette étape!
Ne pas oublier de protéger l’échantillon de la lumière blanche jusqu’à la fin du développement!
Pour un laminage à froid, il faut effectuer l’étape d’adhésion du dry film au substrat par
quelques contacts de courtes durée du dry film avec une surface propre ayant été chauffée au
préalable, tout en appliquant une pression sur cette surface.
Par exemple, pour une surface de PCB laminé à froid, on préchauffe un «pressoir» (un substrat
de silicium de 6 po de diamètre) sur une plaque chauffante à 100°C, on applique la face polie de
ce substrat vers le bas tout contre le dry film de l’échantillon laminé et on applique
manuellement une pression uniformément pendant 10 secondes, puis on retire la tranche et on
la préchauffe à nouveau. On répète 2 autres fois. Ceci devrait être suffisant pour faire adhérer le
dry film pour les étapes subséquentes, sans causer l’expansion des bulles dans le dry film.
7. Exposition
Aligner et exposer l’échantillon à la lumière UV à l’aide d’une aligneuse. Consulter les fiches
techniques des dry films utilisés pour des détails sur les paramètres de la lithographie. Il faut
cependant ajuster selon la réflectivité du substrat, les conditions de cuisson et de
développement, les types de profils désirés, la transparence du type de masque utilisé (ex :
verre ou pellicule souple), etc.
Généralement, une exposition de 3 à 4 secondes avec une intensité de 15mW/cm2 peut
convenir dans le cas du dry film MX5015.
Comme il s’agit d’une résine négative, on obtiendra une meilleure résolution pour des masques
à champs clair lorsque l’énergie d’exposition n’est pas trop élevée.
Similairement, on a intérêt à exposer un peu plus fortement les masques à champs foncé pour
bien conserver les structures fines après développement.
L’image du masque devient apparente sur le dry film immédiatement après exposition grâce au
contraste entre les régions exposées devenues plus foncées et le reste du dry film.
8. Cuisson post-exposition («Post Exposure Bake»)
Il est recommandé de faire une cuisson immédiatement après exposition sur une plaque
chauffante (ex : 1min à 100°C). Cette étape est optionnelle.
9. Développement
Avant de développer un échantillon laminé avec du dry film, il faut d’abord retirer la pellicule
transparente du dessus pour que le produit de développement puisse atteindre le film
polymérique et dissoudre la partie non exposée qui est moins polymérisée.
Immerger et/ou utiliser un jet (ex : bouteille de pulvérisateur) d’une solution de développeur
D4000 dilué à 0,8% poids (%wt) dans l’eau durant plusieurs minutes.
Le développement est beaucoup plus efficace avec l’utilisation d’un jet (spray), mais peut être
avantageusement combiné avec le développement par immersion pour de meilleurs résultats.
Rincer avec l’eau dure (eau avec des sels calcaires ajoutés) de préférence.
Sécher au jet d’azote. Inspecter au microscope.
10. Cuisson post-développement
Si nécessaire, pour rendre plus résistant le dry film, effectuer une cuisson après le
développement.
11. Descum
Il est recommander d’effectuer un léger nettoyage au plasma d’oxygène (ou «descum») pour
bien dégager le fond des structures développées avant les traitements subséquents lorsque ces
derniers sont sensibles à la présence de tout résidus organiques. Cela peut être de 1 à 2 minutes
pour 100W par exemple dans le réacteur Plasmaline 415. Il faut savoir qu’il y aura une certaine
perte d’épaisseur totale du dry film, mais qu’il importe de bien dégager le fond des structures.
C. Informations complémentaires
1. Traitement avec dry films comme masques
Différents procédés ont été expérimentés avec le dry film comme masque de gravure DRIE pour
Si et SiO2, masque pour placage de cuivre, masque pour impression sérigraphique, etc.
2. Décapage du dry film
Différents produits peuvent être utilisés pour enlever le dry film après usage. Cependant,
certaines applications ne peuvent pas tolérer l’exposition à l’un ou l’autre de ces produits. Il faut
donc choisir convenablement en fonction de la réactivité et de la tolérance à l’attaque chimique
de ces produits sur chaque échantillon.
Aussi, les divers traitements impliquant de la chaleur (cuissons, gravures DRIE, etc.) peuvent
rendre très difficile l’enlèvement des résines en général et donc du dry film. Il faut donc parfois
faire des compromis en utilisant des produits plus agressifs.
Noter que la liste qui suit n’est pas exhaustive et certains traitements ont leurs paramètres à
valider ou à préciser.
a) Acétone
Solvant organique qui dissout généralement bien les résines qui ne sont pas trop recuites.
B) KOH dilué 5% vol.
Base généralement très efficace pour retirer le dry film, qui gonfle et décolle de l’échantillon. Il
faut retirer les résidus de dry film de la solution. Contre-indiqué s’il y a de l’aluminium ou
d’autre matériau sensible à cette base.
c) Remover 1165
Solvant à base de N-Methyl pyrolidone (NMP) dissolvant la plupart des photorésines, LOR,
électrorésines, et plus efficace à 60-70°C. Utilisé pour les soulèvements (lift-off). A vérifier pour
le dry film.
d) Produits de décapage spécialisé pour le dry film
Produits de décapage en présence de cuivre ou certains autres métaux, tels que l’EKC162 et
l’EKC830. Ces bases fortes sont très malodorantes. Consulter leur fiche technique respective.
e) Sauce piranha
S’il reste encore des résidus, l’utilisation de la solution piranha peut aider à les retirer.
Cependant, ce dernier étant composé d’acide sulfurique, il peut attaquer certains métaux.
Attention : pour éviter tout emballement de la solution, ne pas utiliser le piranha avant d’avoir
retiré la majeure partie du dry film sur les échantillons.
f) Plasma d’oxygène
Des décapages complets ou partiels sont théoriquement possibles au plasma d’oxygène. Les
paramètres sont à valider.
3. Alternatives de procédé
La méthode normale est de 1-laminer, 2-aligner, 3-exposer et 4-développer. Cependant, pour
des cas particuliers, il a été démontré qu’il est possible de faire l’exposition et même le
développement AVANT de faire le laminage. Il y a cependant risque d’une certaine déformation
de l’image par rapport à celle du masque puisque l’on manipule une pellicule souple et que l’on
lamine sur le substrat après que l’image soit exposée sur le dry film. Cependant cela peut
convenir pour des dimensions relativement grandes et/ou des précisions moindres.
a) Laminage après exposition
Par exemple, il est possible d’exposer le dry film aux rayons UV au travers d’un masque, aligner
le dry film sur l’échantillon et de laminer ensuite, puisqu’il y a un contraste entre les parties
exposées (plus foncées) et celles non-exposées.
Noter qu’il faut conserver la pellicule sous le dry film jusqu’au moment du laminage, mais qu’il
faut toujours retirer la pellicule sur le dessus juste avant le développement.
b) Laminage après développement
Dans cette variante de procédé, on peut exposer, développer, aligner et laminer ensuite. Cela
permet de ne pas soumettre un échantillon aux produits de développement et/ou de rinçage
quand cela pose un problème, ni de laisser des résidus potentiels.
On obtient un dry film développé que l’on aligne et lamine ensuite sur le substrat. Il faut
cependant faire le développement «par-dessous» car il faut conserver la pellicule du dessus
pour le passage dans le laminateur. Ainsi, exceptionnellement on devra conserver la pellicule
du dessus et retirer la pellicule du dessous juste avant le développement, pour finalement
retirer la pellicule du dessus à la toute fin, après le laminage.
©PLLanglois CRN2-LNN Université de Sherbrooke. Révision du 7 août 2013