Brevet FR2838422A1 — publié le 20031017

PROCEDE DE FABRICATION DE COMPOSANTS MICROELECTRO- MECANIQUES Domaine technique L'invention se rattache au domaine de l'industrie de la micro-électronique, et plus précisément au secteur des composants microélectro-mécaniques également appelés M MS. L' invention concerne plus particulièrement l'utilisation de certains dispositifs de transport, de transfert et de stockage pendant certaines étapes du procédé de fabrication de tels composants. Techniques antérieures De façon générale, les composants MEMS incluent des structures microélectro-mécaniques (MEMS) qui sont réalisées à partir d'un substrat qui peut être par exemple à base de matériau semi- conducteur, de verre, de quartz ou de divers autres matériaux. Un tel substrat se présente généralement sous la forme d'une galette, couramment appelée Wafer qui, après avoir subi certaines étapes de préparation, est ensuite kansformée par différentes étapes de lithographie et de gravure, et autres opérations spécifiques, qui permettent d'obtenir des structures microélectro-mécaniques réalisées au sein même du substrat. Après la réalisation des structures microélectro-mécaniques à proprement p arler, le sub strat sous forme de puces élémentaires ou de galettes entières sub it un certain nombre d'étapes de traitement d'intégration qui sont généralement qualifiées d'étapes de " Backend ", nécessaires pour la réalisation du composant final. Parmi des différentes étapes de " Backend ", on peut notamment citer des étapes de tests permettant de vérifer différentes propriétés électriques, mécaniques, optiques, hydrauliques ou autres de la structure obtenue. On peut également procéder à des étapes de séparation des différentes structures microélectro-mécaniques pour former des puces indépendantes. On peut également procéder à des étapes d'interconnexion électrique par la mise en place de fls, de plots ou de pistes de connexion, ou bien encore à des étapes de micro-assemblage mécanique On peut également assurer le positionnement de fibres optiques, lorsque les composants obtenus sont destinés à remplir des fonctions optiques. De façon générale, on p eut également procéder à l' as semb lage sur la portion de substrat incluant la structure MEMS de différents éléments destinés à assurer la conversion du déplacement mécanique de la structure MEMS en une fonction souhaitée. Enfin, o n effe ctue g énéral ement de s op ératio ns de stiné e s à as surer l'étanchéité de la zone comprenant la structure micro- électromécanique vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, par exemple par encapsulation (packaging). Au cours de ces opérations, on effectue également des opérations sur des éléments supplémentaires, ne comportant pas de structure MEMS, mais destinés à venir au contact des zones de substrat incluant une structure MEMS.I1 peut par exemple s'agir de capots destinés à recouvrir les structures MEMS. On conçoit aisément que les composants microélectro-mécaniques restent particulièrement sensibles à toute contamination par des particules présentes dans l'atmosphère environnant le substrat et ce, jusqu'à ce que l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur soit parfaitement assurée. En effet, les structures MEMS réalisées à ce jour possèdent fréquemment des motifs qui sont mécaniquement séparés d'une distance de l'ordre de la dizaine de nanomètres à la dizaine de microns, de sorte que la présence de particules peut totalement perturber, voire empêcher le déplac ement de s différentes parties d' une structure micro-électromécanique, et donc altérer le fonctionnement du composant. Dans le méme ordre d'idée, la présence de particules au sein d'une structure MEMS qui est actionnée électrostatiquement peut provoquer des claquages, des court-circuits ou des fuites de courants. 3 2838422 Ce problème est d'autant plus critique que les détauts consécutifs à une contamination par particules peuvent ne pas être détectables au moment de la fabrication et se révéler lorsque le composant est en service, et que les particules se déplacent dans des zones sensibles. Des solutions de nettoyage telles que celles employées dans l'industrie de fabrication des circuits intégrés à base de semi-conducteurs ne peuvent pas être transposoes directement aux procédés de fabrication des MEMS, et notamment en ce qui concerne les étapes de BackEnd. En effet, compte tenu des formes complexes et des espaces particulièrement réduits entre différentes parties des structures MEMS, il est impossible d'évacuer totalement une solution de nettoyage lorsque celle-ci s'est immiscée au sein même de la structure MEMS. Les tensions de surface de ces solutions de nettoyage peuvent provoquer des phénomènes de collage lors de leur évaporation, avec des conséquences irrémédiables sur le fonctionnement du composant. les exigences et les contraintes en termes de contamination particulaire sont donc relativement différentes entre les procédés de fabrication de circuits intégrés à base de semi-conducteurs et les procédés de fabrication de composants MEMS. En effet, pour la réalisation de circuits intégrés, le s sub strats semiconducteurs subissent des étapes de lithographie, de gravure et/ou de dopage, qui nécessitent que les motifs à réaliser sur le semi-conducteur soient parfaitement dimensionnés et conformes aux schémas de conception. C'est pourquoi les galettes (ou Wafers) de semi-conducteurs sont généralement transportées dans des dispositifs mécaniques répondant à des critères et à des définitions stricts Parmi ces dispositifs, on conna^t des conteneurs de stockage et de transport qui sont susceptibles de recevoir une pluralité de galettes ou Waters de semi- conducteurs superposés et maintenus à un écartement normalisé. Certains de ces conteneurs de stockage sont qualifiés "SMIF" pour Standard Mechanical InterFace, et sont généralement utilisés pour transporter des wafers de 150 et 200 millimètres de diamètres. D'autres sont connus sous l'appellation de FOUP pour "Front Opening Universal Pod >> ou " bo^tier universel à ouverture frontale ", et sont spécifiquement adaptés pour fonctionner avec des machines robotisées, capables d'assurer la préhension des différentes galettes de semi-conducteurs d'un diamètre de 300 millimètres. Par comparaison avec la fabrication des composants MEMS, les étapes de Backend relatives aux circuits intégrés sont quasiment insensibles aux contaminations particulaires, puisque la structure même du circuit intégré est généralement protégée par une couche de passivation, qui peut facilement être nettoyée par des opérations mécaniques ou chimiques. Les risques d'endommagement des circuits intégrés interviennent pour des tailles de particules de plusieurs dizaines de microns. A l'inverse, et comme déjà évoqué, les opérations de Backend relatives à la fabrication des composants MEMS sont beaucoup plus sensibles, et nécessitent donc que les machines utilisées pour effectuer ces opérations soient particulièrement propres, c'est-à-dire très peu génératrices de particules contaminantes. Or, toutes les machines de traitement génèrent un tant soit peu de particules de dimensions de l'ordre du micron, de sorte que le risque demeure de constater une contamination avec les solutions existantes. Mécaniquement, après avoir obtenu les structures MEMS, ces dernières sont aujourd'hui disposées sur des organes de support incluant soit des films, soit des plateaux, qui sont ensuite rangés à l'intérieur de cassettes qui sont ouvertes à l'atmosphère de la châîne de fabrication. Les structures MEMS sont ainsi exposées aux particules issues des phénomènes de frottement des différents moyens de transports (cha^ines, courroies...), avec donc tous les risques de contamination correspondants. Un problème que se propose de résoudre l' invention est celui de fournir une protection vis-à-vis de la contamination particulaire et électrostatique lors des étapes de Backend suivant la réalisation de structures MEMS, en vue de l'obtention de composants finis, et ce tout en restant compatible avec des rendements de production satisfaisants. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de fabrication de composants microélectro-mécaniques. Un tel composant comprend de façon classique: - des étapes de préparation de galettes (ou Waters) de substrat; - des étapes de transforrnation des galettes de substrat, permettant de définir des structures microélectro-mécaniques au sein même su substrat, - des étapes postérieures de traitement des galettes ou des fractions de galettes de substrat incluant les structures microélectromécaniques. Ces étapes postérieures sont généralement qualifiées d'étapes de Backend. Conformément à l'invention, à l'issue des étapes de transforrnation, les galettes ou les fractions de galettes de substrat, ainsi que les éventuels éléments supplémentaires susceptibles de venir ultérieurement au contact de ces galettes ou ces fractions de galettes de substrat, sont disposées sur des organes supports et ces organes supports sont disposés à leur tour dans des conteneurs de transport et de stockage assurant une protection vis-à-vis des contaminations particulaires et des décharges électrostatiques. Autrement dit, l' invention consiste à protéger les différentes structures MEMS et les éléments associés tels qu'entre autres les capotages avant et pendant le s étap es de B ackend, Pour ce faire, ces différentes pièc es sont mises en place sur des organes supports intermédiaires qui sont susceptibles d'être eux-mémes rangés temporairement dans des conteneurs de stockage. Ce type de conteneur correspond à ceux conçus pour recevoir des Wafers ou galettes de substrat dans les procédés de fabrication de circuits intégrés à base de semi-conducteurs. On assure ainsi une protection des structures MEMS ou des pièces destinées à être intégrées avec les structures MEMS, vis-à-vis de toute pollution particulaire extérieure, en les isolant de l'atmosphère ambiante jusqu'à ce qu'elles pénètrent dans les machines assurant les étapes de Backend ou se terminant par l'encapsulation ou la réalisation de l'étanchéité de la structure MEMS. On augmente ainsi de façon notable le rendement de la chaîne de production et la fiabilité des composants obtenus. En pratique, les conteneurs de stockage sont du type bo^tiers fermés, dimensionnés pour assurer le transport de galettes de substrat correspondant aujourd'hui aux dimensions classiques des Wafers. De façon prétérée, on utilisera des bo^tiers du type "bo^itier universel à ouverture frontale " communément appelés FOUP, destinés originellement au transport et au stockage de wafers de 300 millimètres, ou bien encore les bo^itiers communément dénommés SMIF, plus particulièrement utilisés pour les wafers de ou 200 millimètres. En pratique, les organes supports qui sont destinés à recevoir les différentes structures MEMS et autres éléments supplémentaires possèdent des dimensions analogues à celles des galettes de substrat que peuvent accueillir les conteneurs de stockage, ce qui facilite les opérations de manutention et déplacement. Ces organes de support peuvent être constitués d'un anneau métallique sur lequel est tendu un film sur lequel reposent la ou les fractions de galettes de substrat contenant les structures MEMS, ainsi que les éléments supplémentaires. I1 peut également s'agir plateaux présentant des alvéoles aptes à recevoir les galettes ou les fractions de galettes de substrat, des capotages et autres éléments utilisés lors des étapes d'intégration. I1 peut également s'agir de plateaux permettant de maintenir en place tout obiet destiné à former une partie du composant final, et nécessitant, après éventuel nettoyage, d'être maintenu dans un état de propreté compatible avec les contraintes déjà évoquées concernant les structures MEMS. 7 2838422 Parmi d'autres dispositifs susceptibles d'être employés, on peut utiliser des dispositifs transposés ou dérivés de systèmes existants tels que ceux utilisant des gels à pouvoir collant contrôlé, communément appelés "GelPack", ou bien encore les systèmes à alvéoles connus sous le nom de "Waffle-Pack", ou bien encore des dispositifs spécifiques répondant au standard SMEMA, et commercialisés par les sociétés AUER ou PRECISION. En pratique, les conteneurs de transport et de stockage utilisés peuvent être par exemple commercialisés par les sociétés ASYST ou ENTEGRIS, ou de façon plus générale, les bo^tiers compatibles avec les exigences de la norme SEMI E47. De façon complémentaire, les machines effectuant les opérations de Backend assurent elles-mêmes un niveau de contamination aussi faible que possible. A cette fn, elles sont conçues pour intégrer des fonctions de ventilation, de fltration et de mise en surpre ssion des zones rec evant le s structures MEM S en vue de leur intégration. Ces machines peuvent également recevoir des capotages appropriés pour la diminution du taux de particules. Les opérations de robotisation, et de transfert des matières premières à destination des machines de Backend sont également conçues pour éviter les manipulation manuelles, sources de contaminations. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de composants microélectro-mécaniques comportant: - des étapes de préparation de galettes de substrat; - des étap es de transformation des galette s de sub strat p ermettant de définir des structures microélectro-mécaniques au sein même du substrat; des étapes postérieures de traitement des galettes ou des fractions de galettes de substrat incluant les structures microélectro-mécaniques; caractérisé: - en ce qu'à l'issue des étapes de transformation, les galettes ou les fractions de galettes de substrat, ainsi que les éventuels éléments supplémentaires susceptibles de venir ultérieurement au contact de ces galettes ou ces fractions de galettes de substrat, sont disposées sur des organes support; - et en ce que lesdits organes supports sont eux-mêmes disposés dans des conteneurs de transport et de stockage assurant une protection vis-à-vis des contaminations particulaires et des décharges électrostatiques. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conteneurs de transport et de stockage sont du type bo^tier fermé. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conteneurs de stockage sont du type " bo^tier universel à ouverture frontale " (FOUP) , aptes à assurer le transport des galettes de substrat de 300 millimètres. 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dimensions des organes supports sont analogues à celles des galettes de substrat aptes à être stockées dans les conteneurs de transport et de stockage. Déposant: MEMSCAP