Brevet FR2831148A1 — publié le 20030425

L'invention concerne un procédé de manipulation de plaquettes comprenant un matériau semi-conducteur, par exemple comprenant du silicium, ces plaquettes étant couramment dénommées wafers . On entend ici par manipulation l'une quelconque des opérations de maintien, déplacement, transformation, stockage, traitement, ou analogue des wafers. L'invention concerne également un dispositif de manipulation d'un tel wafer, ce type de dispositif étant dénommé poignée , un équipement de fabrication de puces produites par découpe des wafers, un procédé de fabrication d'objets portables intelligents tels que des cartes à puces ou des étiquettes électroniques ainsi que de tels objets portables intelligents. Elle concerne plus particulièrement la technique mise en oeuvre pour la manipulation des wafers fins, destinés à la production de puces fines, c'est à dire ayant par exemple 15 à 50 ptm d'épaisseur. La poignée évoquée est notamment utilisée lors d'une étape d'amincissement mécanique ou chimique du wafer en fournissant un plan de référence pour cette opération ainsi qu'un moyen de déplacement de ce wafer. Les wafers sont les constituants de base de la production de l'industrie de la microélectronique. Ils se présentent sous la forme de disques comprenant un matériau semi-conducteur d'une épaisseur de quelques centaines de microns, par exemple 0,75 mm. Ces wafers sont produits dans les fonderies, les acteurs de cette industrie étant couramment dénommés fondeurs . Ceux-ci produisent le matériau semi-conducteur destiné à un usage électronique et le débitent sous forme de disques. Les wafers sont ainsi livrés aux industriels de la micro- électronique. Ils doivent ensuite être amincis et découpés pour individualiser les différentes puces gravées à sa surface, chacune des puces étant ensuite câblée et conditionnée pour son insertion dans les objets produits. L'opération d'amincissement et de découpe des wafers est couramment appelée dicing . L'invention est utilisée dans les différentes opérations transformant un wafer en une pluralité de puces. En effet, la manipulation des wafers entre les différents postes de transformation doit être effectuée avec soin, le semi-conducteur étant un matériau fragile, c'est-à-dire disposé à se fissurer sous l'effet des déformations, même minimes, celles-ci entraînant localement des phénomènes de dislocation atomique. De plus, bien que la capacité de fléchissement d'un wafer entier augmente lorsque son épaisseur diminue, la tolérance aux déformations locales, quant à elle, diminue avec l'épaisseur du wafer. En effet, plus l'épaisseur du wafer diminue, plus la contrainte ponctuelle nécessaire pour le fissurer est faible. Plus particulièrement, pour la manipulation des wafers fins, on utilise les supports spécialement affectés appelés poignées . Aussi bien le wafer que les puces produites à partir de celui-ci comportent une face présentant les gravures semiconductrices, dite face active , l'autre face étant dénommée face arrière . On connaît notamment des documents US-A-5 476 566, US-A- 5 392 406, EP-A-0 134 606 et FR-A-2 796 491 des techniques de fixation par adhésif d'un wafer pour sa manutention, notamment un adhésif dégradable aux rayons ultraviolets. On a également proposé de rendre solidaires deux surfaces de matériaux semi-conducteurs par adhésion moléculaire, par exemple dans le document FR-A-2 781 925. On a aussi proposé un collage à la cire, par exemple dans le document US-A-4 316 757. D'autre part, des dispositifs de manipulation dénommés presselles servant à la manipulation des wafers sont également connus. Les presselles se présentent sous la forme d'un disque de préhension perforé, d'un diamètre très inférieur au diamètre d'un wafer, apte à être appliqué sur la surface du wafer puis à créer une dépression à travers les trous de manière à plaquer le wafer contre la presselle en vue de sa manipulation. Une presselle s'apparente ainsi à un ensemble de ventouses destiné à la préhension par le dessus des wafers. Les procédés évoqués comportent plusieurs inconvénients, parmi lesquels on peut citer : l'impossibilité de tester la puce ainsi équipée avant son assemblage dans le module ou dans le corps de carte, et la pollution de la face active des puces, ce qui oblige ensuite à la réalisation d'une étape délicate et coûteuse de nettoyage individuel. De plus, ces procédés et dispositifs sont inaptes à la manutention des wafers fins. Ceux-ci atteignent actuellement un extrême degré de finesse et sont par conséquent d'une fragilité nécessitant, pour leur manutention, un appui sur une surface lisse. En particulier, l'utilisation des presselles est proscrite pour les wafers fins, ceux-ci ne supportant pas les déformations locales générées par la dépression aux abords des perforations du disque de préhension. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en permettant une préhension et un déplacement des wafers fins d'une manière satisfaisante en terme de protection contre la pollution, recourant à des moyens de manipulation réutilisables (c'est à dire non consommables), tout en évitant toute altération des wafers. A cet effet, un premier objet de l'invention vise un procédé de manipulation d'un wafer ou analogue caractérisé en ce qu'il comprend les étapes prévoyant de : a) disposer une surface plane, lisse et poreuse contre, ou a proximité de, sensiblement la totalité de la face active du wafer ; b) créer une dépression à travers la surface poreuse de manière à faire adhérer le wafer à la surface ; et c) manipuler le wafer solidaire de la surface en maintenant la dépression. La qualité poreuse de la surface assure ici une répartition uniforme de la pression ou dépression sur toute la surface du wafer. La qualité plane et lisse de la surface assure quant à elle le maintien du wafer sans déformations locales. L'utilisation de ces moyens de préhension par le vide est efficace et peu coûteuse puisqu'il suffit de contrôler la dépression dans la chambre à vide pour immobiliser ou libérer le wafer. Néanmoins, cette technique n'était appliquée jusqu'à présent, grâce aux presselles évoquées, que pour la saisie d'objets aptes à résister à une dépression locale, en raison des contraintes exercées sur l'objet. Elle est ici rendue compatible avec l'extrême fragilité des wafers fins par l'action d'un support microporeux apte à laisser passer l'air, assurant ainsi la fonction d'immobilisation, mais apte aussi à constituer un support rigide parfaitement plan qui, à l'échelle du wafer, est lisse et qui par conséquent répartit uniformément la force de contact sur toute la surface du wafer. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'étape prévoyant de disposer contre la face restée libre du wafer un couvercle de diamètre supérieur à celui du wafer. Selon un deuxième objet, l'invention vise une poignée pour la manipulation d'un wafer ou analogue, comprenant une chambre à vide obturée par une plaque de matériau poreux, lisse et plan agencée pour pouvoir recevoir le wafer sur sa surface ainsi que des moyens pour appliquer une dépression, respectivement une pression, à l'intérieur de la chambre à vide. La poignée peut comporter en outre un couvercle d'un diamètre supérieur à celui du wafer et apte à recouvrir la plaque de matériau poreux en vue d'assurer la protection du wafer lorsqu'il est en place contre la plaque. Le couvercle peut d'autre part comprendre un joint souple apte à épouser la périphérie externe du wafer, lorsque celui-ci et le couvercle sont en place contre la poignée. La chambre à vide peut avoir la forme d'un cylindre dont la base est obturée par un disque. La plaque de matériaux poreux peut être un disque de céramique microporeuse. Les moyens d'application de la dépression peuvent comprendre un conduit d'accès au volume interne de la chambre à vide dans lequel est installé un clapet anti-retour. Selon un troisième objet, l'invention vise un équipement de fabrication d'objets portables intelligents comprenant : - au moins une poignée pour la manipulation d'un wafer ou analogue comprenant une chambre a vide ; - des moyens aptes a créer une dépression dans la chambre à vide de la poignée ; - des moyens de déplacement de la poignée ; - au moins un poste d'amincissement pour wafers ; - au moins un poste de découpe de wafers ; - des moyens de mise à la pression atmosphérique de la chambre à vide de la poignée. Selon un quatrième objet, l'invention vise une fabrication d'objets portables intelligents comprenant les étapes prévoyant de : a) mettre en oeuvre le procédé de manipulation selon l'invention en utilisant une poignée selon l'invention ; b) traiter le wafer de manière à obtenir des puces ; c) placer chaque puce obtenue sur un substrat ; d) procéder au câblage de chacune des puces ; et e) assembler chacun des ensembles puce-sbstrat câblés avec un support d'objet portable intelligent. Plus particulièrement, l'étape b) de traitement du wafer peut comprendre les phases suivantes : b1) amener le wafer à un poste d'amincissement et le mettre en position d'être aminci, la poignée formant un montage de mise en position du wafer ; b2) amincir le wafer ; b3) amener la poignée portant le wafer à un poste de découpe ; b4) appliquer la face arrière du wafer contre un support de découpe adhésif dégradable aux rayons ultraviolets ; b5) mettre à la pression atmosphérique la chambre à vide de la poignée de façon à désolidariser la poignée du wafer, laissant celui-ci solidaire du support de découpe ; b6) découper le wafer de sorte à former des puces ; b7) irradier de rayons ultraviolets le support de découpe de manière à dégrader ses propriétés adhésives au niveau de la jonction avec le wafer ; et b8) décharger les puces du support de découpe. Selon un cinquième objet, l'invention vise un objet portable intelligent comprenant une puce, cet objet étant obtenu notamment par la mise en oeuvre du procédé de manipulation de wafers selon l'invention, et/ou de la poignée pour la manipulation de wafers selon l'invention, et/ou de l'équipement selon l'invention, et/ou de la fabrication selon l'invention. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention apparaissent dans la description qui suit et se rapporte aux dessins joints, où : - la figure 1 est une vue en perspective d'une poignée selon l'invention ; - la figure 2 est une vue suivant l'axe X d'un ensemble poignée, wafer et couvercle ; - la figure 3 est une vue suivant l'axe Y de l'ensemble de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue suivant l'axe Z de l'ensemble de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue suivant l'axe X en demi-coupe diamétrale de l'ensemble de la figure 2 ; - la figure 6 est une représentation schématique des différents postes d'une installation selon l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique suivant l'axe X en coupe diamétrale d'une poignée selon l'invention portant un wafer avant amincissement ; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 mais après amincissement du wafer ; - la figure 9 est une vue schématique de l'ensemble de la figure 8 posé sur un support de découpe ; - la figure 10 est une vue similaire à la figure 9, la poignée étant séparée du wafer ; - la figure 11 est une vue schématique suivant l'axe X en coupe diamétrale d'un support de découpe portant un wafer découpé ; - la figure 12 est une vue du montage de la figure 11 que l'on irradie de rayons ultraviolets ; - la figure 13 est une vue du montage de la figure 12 pendant l'opération de déchargement des puces. La vue en perspective de la figure 1 montre une poignée 1 prévue pour la manutention d'un wafer ou analogue et comprenant une chambre à vide 2 fermée par une plaque de céramique microporeuse 3 à pores ouverts ainsi qu'une valve 4. La chambre à vide 2 est formée d'un corps cylindrique dont l'une des ouvertures est obturée par un disque 11. L'autre ouverture du corps cylindrique de la chambre à vide 2 comporte un épaulement 5 (voir figure 5) sur le pourtour intérieur de la paroi cylindrique de la chambre à vide 2. Le disque de céramique 3 est inséré dans cet épaulement circulaire et est maintenu par une bride 6 maintenue par des vis 7 disposées sur le pourtour de la chambre à vide 2. La plaque de céramique microporeuse 3 a pour fonction de constituer un support lisse pour l'appui du wafer, tout en laissant passer l'air à travers elle afin de garantir le placage du wafer contre elle, lorsqu'une dépression est créée dans la chambre à vide 2. Cette plaque 3 est constituée d'une céramique apte à ne pas subir de déformations, notamment de fléchissement, lors de la mise en dépression de la chambre à vide 2. Son épaisseur est par exemple de l'ordre de 1 cm. La céramique utilisée pour constituer la plaque 3 est par exemple du verre-alumino-silicate Si02 57/AI203 36/CaO/MgO/BaO , disponible chez le fabricant GOODFELLOW sous la référence SL696100. Sa densité est ici de 2,65 g/cm3 et son indice de réfraction de 1,54. De plus, cette céramique a une porosité apparente de 45%, ce qui signifie que 45% de son volume est constitué par des trous débouchant. La valve 4 permet de relier la poignée 1 à une pompe à vide extérieure. Elle est fixée sur la paroi latérale de la chambre à vide 2 de façon à communiquer avec le volume interne de cette chambre. Un clapet anti-retour est prévu au sein de la valve 4, ainsi qu'un conduit 8 destiné à l'injection forcée de gaz, en général de l'air purifié, dans la chambre à vide 4. Les figures 2 à 5 présentent un ensemble constitué d'une poignée 1, d'un wafer 9 et d'un couvercle 10 représentés les uns au-dessus des autres et destinés à être superposés. Le couvercle 10 est fait de toute matière apte à assurer la fermeture du corps de la chambre à vide 2, lorsque ceux-ci sont en place l'un sur l'autre. Il recouvre le wafer sans le toucher et est d'une rigidité suffisante pour la protection du wafer, par exemple lors de l'empilage de plusieurs poignées en vue de leur stockage. La poignée 1 décrite précédemment fonctionne de la manière expliquée ci-après. Un wafer 9 est déposé sur la plaque de céramique 3, ou bien la poignée 1 est disposée contre ou à proximité, du côté de la céramique, de la face active d'un wafer 9 posé sur un support. Dans un exemple particulier, le diamètre du disque de céramique 3 est sensiblement inférieur à celui du wafer 9 à saisir, de manière que celui-ci recouvre entièrement cette partie poreuse. Une dépression est crée dans la chambre à vide 2 en aspirant de l'air par la valve 4 à l'aide d'une pompe à vide externe, ceci ayant pour conséquence de plaquer le wafer 9 contre la plaque de céramique 3. La valve 4 étant équipée d'un clapet anti-retour, la dépression dans la chambre à vide 2 est conservée même après le désaccouplement de la pompe à vide de la valve 4. Le wafer 9 reste ainsi en position pour sa manutention. Le couvercle 10 peut être placé sur la poignée 1, de manière à recouvrir le wafer 9 et à le protéger lors du stockage ou de la manutention de la poignée 1. La poignée 1 est ainsi déplacée jusqu'au lieu de dépôt du wafer 9. Celui-ci est libéré en enlevant le couvercle 10, s'il a été disposé, puis en injectant de l'air à travers l'orifice 8 de manière à ramener la pression à l'intérieur de la chambre à vide 2 à la pression atmosphérique, libérant ainsi le wafer. On décrit ci-dessous le procédé de production de microcircuits tels que des puces à partir d'un wafer, utilisant une telle poignée dans une installation dont les postes sont représentés schématiquement sur la figure 6. Sur les figures 7 à 10, la plaque de céramique 3 est schématisée avec des pores dont la taille a été augmentée pour une meilleure clarté. Les opérations décrites prennent place à la réception des wafers gravés en provenance du fondeur, jusqu'à l'obtention des puces issues de la découpe de ces wafers. Selon une première étape (figure 7), la face en céramique de la poignée 1 est amenée contre la face active d'un wafer 9 disposé sur un support, puis une dépression est créée dans la chambre à vide 2, assurant ainsi le maintien du wafer contre la poignée. Ensuite (figure 8), la poignée est transférée à un poste d'amincissement 14. La poignée sert également pour le maintien en position du wafer 9 lors de l'opération d'amincissement. En outre, l'amincissement étant effectué sur la face arrière du wafer, la face active est protégée en ce qu'elle est disposée contre la céramique de la poignée. L'amincissement du wafer 9 peut se faire par tout moyen connu, notamment par dressage ou enlèvement chimique de matière. Dans une étape suivante (figure 9), la poignée est déplacée jusqu'à un poste de transfert 15 et est mise en position de sorte à plaquer la face arrière du wafer 9 contre un support de découpe 18 adhésif. Une fois l'adhésion du wafer 9 et du support de découpe 18 réalisée, la poignée 1 est commandée, comme décrit cidessus, pour libérer le wafer 9 puis est évacuée (figure 10). Dans l'étape suivante (figure 11), le support de découpe 18 portant le wafer 9 est amené au poste de découpe 16, où le sciage en plusieurs puces 9A, 9B, 9C est exécuté sur le wafer 9. Le support de découpe 18 est ensuite irradié de rayons ultraviolets de manière à perdre ses propriétés adhésives (figure 12). Les puces 9A, 9B, 9C ainsi désolidarisées du support de découpe 18 sont enfin déchargées (figure 13) pour pouvoir être utilisées dans le cadre de leur application finale. REVENDICATIONS 1. Procédé de manipulation d'une plaquette de semi- conducteur dite wafer (9) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes prévoyant de : a) disposer une surface (3) plane, lisse et poreuse contre, ou à proximité de, sensiblement la totalité de la face active du wafer ; b) créer une dépression à travers la surface poreuse (3) de manière à faire adhérer le wafer (9) à la surface (3) ; et c) manipuler le wafer (9) solidaire de la surface (3) en maintenant la dépression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape prévoyant de disposer contre la face restée libre du wafer (9) un couvercle (10) de diamètre supérieur à celui du wafer (9). 3. Poignée (1) pour la manipulation d'un wafer (9), caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre à vide (2) obturée par une plaque (3) de matériau poreux, lisse et plan agencée pour pouvoir recevoir le wafer (9) sur sa surface ainsi que des moyens pour appliquer une dépression, respectivement une pression, à l'intérieur de la chambre à vide (2). 4. Poignée selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un couvercle (10) d'un diamètre supérieur à celui du wafer (9) et apte à recouvrir la plaque (3) de matériau poreux en vue d'assurer la protection du wafer (9) lorsqu'il est en place contre la plaque (3). 5. Poignée selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couvercle (10) comprend un joint souple apte à épouser la périphérie externe du wafer, lorsque celui-ci et le couvercle (10) sont en place contre la poignée (1). 6. Poignée selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la chambre à vide (2) a une forme de cylindre dont la base est obturée par un disque. 7. Poignée selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la plaque (3) de matériaux poreux est un disque de céramique microporeuse. 8. Poignée selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que les moyens d'application de la dépression comprennent un conduit (4) d'accès au volume interne de la chambre à vide (2) dans lequel est installé un clapet anti- retour. 9. Equipement de fabrication d'objets portables intelligents, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une poignée (1) selon l'une des revendications 3 à 8 pour la manipulation d'un wafer comprenant une chambre à vide (2) ; - des moyens aptes à créer une dépression dans la chambre à vide (2) de la poignée (1) ; - des moyens de déplacement de la poignée (1) ; - au moins un poste d'amincissement (14) pour wafers ; - au moins un poste de découpe (16) de wafers ; - des moyens de mise à la pression atmosphérique de la chambre à vide (2) de la poignée (1). 10. Fabrication d'objets portables intelligents, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes prévoyant de : a) mettre en oeuvre le procédé de manipulation selon la revendication 1 ou 2 en utilisant une poignée selon l'une des revendications 3 à 8 ; b) traiter le wafer (9) de manière à obtenir des puces (9A, 9B, 9C) ; c) placer chaque puce obtenue sur un substrat ; d) procéder au câblage de chacune des puces ; et e) assembler chacun des ensembles puce-substrat câblés avec un support d'objet portable intelligent. 11. Fabrication selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'étape b) de traitement du wafer (9) comprend les phases suivantes : b1) amener le wafer (9) à un poste d'amincissement (14) et le mettre en position d'être aminci, la poignée (1) formant un montage de mise en position du wafer (9) ; b2) amincir le wafer (9) ; b3) amener la poignée (1) portant le wafer (9) à un poste de découpe (16) ; b4) appliquer la face arrière du wafer (9) contre un support de découpe adhésif (18) dégradable aux rayons ultraviolets ; b5) mettre à la pression atmosphérique la chambre à vide (2) de la poignée (1) de façon à désolidariser la poignée du wafer, laissant celui-ci solidaire du support de découpe (18) ; b6) découper le wafer (9) de sorte à former des puces (9A, 9B, 9C) ; b7) irradier de rayons ultraviolets le support de découpe (18) de manière à dégrader ses propriétés adhésives au niveau de la jonction avec le wafer (9) ; et b8) décharger les puces (9A, 9B, 9C) du support de découpe (18). 12. Objet portable intelligent comprenant une puce (9A ; 9B ; 9C), caractérisé en ce qu'il est obtenu notamment par la mise en oeuvre du procédé de manipulation de wafers selon la revendication 1 ou 2, et/ou de la poignée pour la manipulation de wafers selon l'une des revendications 3 à 8, et/ou de l'équipement selon la revendication 9, et/ou de la fabrication selon la revendication 10 ou 11.