Brevet FR2882466A1 — publié le 20060825

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DESTINÉS À EMPÊCHER L'ADHÉSION D'UNE MICROSTRUCTURE DE SILICIUM APRÈS LA LIBÉRATION D'UNE COUCHE DE STRUCTURE La présente invention concerne un procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium. En particulier, la présente invention concerne un procédé destine a empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium après la libération d'une couche de structure. La présente invention concerne également un dispositif destiné à empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium après la libération d'une couche de structure. La gravure humide est habituellement utilisée pour libérer la microstructure dans les procédés traditionnels au micro-silicium. Dans une gravure humide, un liquide d'attaque est utilisé pour éliminer une couche sacrificielle de la microstructure, et de l'eau déionisée est ensuite utilisée pour le nettoyage. Cependant, la partie de libération et le substrat de silicium de la microstructure sont susceptibles d'adhérer l'un à l'autre du fait de l'électricité statique, de la capillarité, de la force de Van Der Waals, et de la formation de liaison hydroxy pendant le nettoyage avec l'eau déionisée. Pour éviter l'adhésion, Kobayashi et al décrivent un procédé utilisant une résine photosensible pour faciliter la libération de la microstructure (D. Kobayashi et K. Chang-Jin, Photoresist-assisted Release of Movable Microstructures , Japanese Journal of Applied Physics, vol. 32, pp. L1642-L1644, 1993). Les figures 1 à 5 des dessins illustrent les étapes du procédé. Tel que représenté sur la figure 1, un substrat 1 de silicium est fourni, avec une couche sacrificielle 2 sur la face supérieure du substrat 1 de silicium, et avec une couche 3 de structure sur la face supérieure de la couche sacrificielle 2. La couche 3 de structure possède au moins une partie 3a de libération. Ensuite, une couche de résine photosensible 4 est appliquée sur le substrat 1 par revêtement par centrifugation pour recouvrir la couche sacrificielle 2 et la couche 3 de structure, comme représenté sur la figure 2. Puis la résine photosensible 4 est gravée pour éliminer la partie non souhaitée, comme représenté sur la figure 3. Ensuite, une partie de la couche sacrificielle 2 située en dessous de la partie 3a de libération est éliminée, comme représenté sur la figure 4, et la résine photosensible 4 restante est ensuite éliminée, comme représenté sur la figure 5. Cependant, il ne peut pas être utilisé n'importe quel type de résine photosensible 4. En d'autres termes, certaines résines photosensibles pourraient être endommagées et s'écraser lors de l'utilisation d'un liquide ou d'un gaz destiné à éliminer la couche sacrificielle. Takeshima et al décrivent un procédé de séchage par sublimation dans lequel une tranche de silicium est plongée successivement dans de l'acide fluorhydrique, de l'eau déionisée, de l'alcool isopropylique (IPA) , et de l'alcool t-butylique (N. Takeshima et al. Electrostatic Parallelogram Actuators , Proceedings of Transducers '91, pp. 63-66, 1991). Dans ce procédé, la tranche de silicium est tout d'abord placée dans de l'acide fluorhydrique afin d'éliminer la couche sacrificielle. Ensuite, la tranche de silicium est nettoyée dans de l'eau déionisée. Après avoir été nettoyée, la tranche de silicium est placée dans de l'alcool isopropylique afin de déplacer l'eau. Ensuite, la tranche de silicium est placée dans de l'alcool t-butylique afin de solidifier le liquide sur la tranche de silicium. Ensuite, la substance solidifiée sur la tranche de silicium se sublime et la tranche de silicium est séchée. L'adhésion de la couche de structure est évitée. Cependant, les autres structures ont tendance à être endommagées par l'acide fluorhydrique lorsque l'acide fluorhydrique est utilisé pour éliminer la couche sacrificielle. De plus, de l'eau déionisée doit être utilisée pour le nettoyage. Dans le cas où une couche mince ou une structure de cantilever a été formée, la couche mince ou la structure de cantilever est détruite par l'eau déionisée pendant le nettoyage. Par conséquent, ce procédé n'est pas approprié pour toutes les structures. Le brevet U.S. n 6 067 728 décrit un système de séchage/nettoyage de tranche de silicium en phase supercritique. Une tranche de silicium est plongée dans de l'acide fluorhydrique afin d'éliminer la couche sacrificielle, puis nettoyée avec de l'eau déionisée. Après avoir été nettoyée, la tranche de silicium est placée dans de l'alcool isopropylique afin de déplacer l'eau. Ensuite, la tranche de silicium est placée dans la cavité d'une chambre d'un sécheur à CO2 remplie avec du méthanol avant l'insertion de la tranche de silicium. La cavité de la chambre est ensuite remplie avec du dioxyde de carbone. La température dans la cavité de la chambre est augmentée et contrôlée pour être au- dessus de 30 degrés centigrades, et la pression dans la cavité de la chambre est augmentée et contrôlée pour être au- dessus de 1000 livres par pouce carré (soit 68,9 atm)au-dessus de la pression atmosphérique. La température et la pression dans la cavité de la chambre sont ensuite abaissées, ce qui permet le séchage en sublimant le liquide tout en évitant l'adhésion de la microstructure. Cependant, le sécheur est très complexe et donc coûteux. Toshiyoshi décrit un procédé de gravure en phase vapeur dans lequel de la vapeur d'acide fluorhydrique est utilisée pour éliminer la couche sacrificielle (H. Toshiyoshi, Vapor hydrofluoric acid sacrificial release technique for micro electro mechanical systems , Japanese Journal of Applied Physics, vol.42, pp.3690-3694, 2003). L'adhésion de la couche de structure est évitée, puisque le produit après réaction est un gaz, et non un liquide. Cependant, un gaz déshydratant. doit être utilisé pour déplacer l'eau lors de l'élimination de la couche sacrificielle, puisque certains des réactifs utilisés dans ce procédé contiennent de l'eau qui pourrait provoquer une adhésion non souhaitée. Ainsi, un but de la présente invention est de résoudre les problèmes cités précédemment. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une couche de structure libérée d'une microstructure de silicium comprend les étapes consistant à : - préparer une microstructure de silicium comprenant un substrat et une couche de structure sur le substrat, la couche de structure comprenant une partie de libération qui a été libérée, - amener un gaz paramagnétique entre la partie de libération de la couche de structure et le substrat, et appliquer un champ magnétique au gaz paramagnétique. Selon une variante de réalisation, la présente invention a. aussi pour objet un procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une couche de structure libérée d'une microstructure de silicium comprenant les étapes consistant à - préparer une microstructure de silicium comprenant un substrat et une couche de structure sur le substrat, la couche de structure comprenant une partie de libération qui a été libérée, - placer la microstructure de silicium dans une chambre à gaz remplie avec un gaz paramagnétique, et appliquer un champ magnétique au gaz paramagnétique. Selon un troisième aspect, la présente invention se rapporte également à un dispositif destiné à empêcher l'adhésion d'une couche de structure libérée d'une microstructure de silicium comprenant: - une chambre à gaz pouvant recevoir une microstructure de silicium comprenant un substrat et une couche de structure sur le substrat, la couche de structure comprenant une partie de libération qui a été libérée, la chambre à gaz étant remplie avec un gaz paramagnétique, et - un générateur de champ magnétique pour créer un champ magnétique agissant sur le gaz paramagnétique. Ainsi, l'effet du champ magnétique supprime l'électricité statique, l'action capillaire, la liaison hydroxy, et la force de van der Waals qui pourrait provoquer l'adhésion de la partie de libération de la couche de structure. En conséquence, la partie de libération de la couche de structure n'adhère plus au substrat de silicium. Selon des modes préférés de réalisation de la présente invention -le gaz paramagnétique est de préférence choisi dans un groupe constitué par l'oxygène, l'oxyde d'azote, l'hélium et leurs mélanges; - le champ magnétique est un champ magnétique produit par un courant alternatif; -le dispositif comprend en outre une alimentation en gaz destinée à alimenter la chambre à gaz en gaz paramagnétique; - Le dispositif comprend par ailleurs une valve contrôlant le débit installée entre la chambre à gaz et l'alimentation en gaz; - le générateur de champ magnétique comprend un noyau magnétique et au moins une bobine enroulée autour 25 du noyau magnétique; - le noyau magnétique est sensiblement en forme de C, et la chambre à gaz est située entre deux extrémités distales du noyau magnétique en forme de C; - le générateur de champ magnétique comprend en 30 outre un générateur de signaux pour fournir des signaux de courant électrique et de tension; - le générateur de champ magnétique comprend également un amplificateur de puissance pour amplifier le signal de courant électrique provenant du générateur de signaux et pour transmettre le signal amplifié de courant électrique à la bobine afin de créer le flux magnétique souhaité. D'autres objets, avantages, et nouvelles caractéristiques de l'invention deviendront plus apparents à partir de la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins joints. Les figures 1 à 5 sont des vues en coupe illustrant un procédé traditionnel où une résine photosensible est utilisée pour faciliter la libération de la microstructure, dans lesquelles la figure 1 est une vue en coupe d'un substrat de silicium ayant au-dessus une couche sacrificielle et une couche de structure, la figure 2 est une vue en coupe illustrant le revêtement d'une couche de résine photosensible, la figure 3 est une vue en coupe illustrant l'attaque de la couche de résine photosensible, la figure 4 est une vue en coupe illustrant la suppression d'une partie de la couche sacrificielle en dessous de la partie de libération, et la figure 5 est une vue en coupe illustrant la suppression de la résine photosensible restante. La figure 6 est un organigramme illustrant un procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium selon la présente invention. Les figures 7 à 10 sont des vues en coupe illustrant les étapes du procédé selon la présente invention, dans lesquelles la figure 7 est une vue en coupe d'une microstructure de silicium comprenant un substrat de silicium ayant au-dessus de lui une couche sacrificielle et une couche de structure, la figure 8 est une vue en coupe semblable à la figure 7, sur laquelle la couche de structure a été libérée, la figure 9 est une vue en coupe semblable à la figure 8, sur laquelle la microstructure de silicium est placée dans une chambre à gaz remplie avec un gaz paramagnétique, et la figure 10 est une vue en coupe montrant l'application d'un champ magnétique. La figure 11 est un diagramme à blocs illustrant un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention. La figure 12 est une vue schématique d'un exemple 15 d'un générateur de champ magnétique du dispositif selon la présente invention. La figure 6 est un organigramme illustrant un procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium selon la présente invention. Les figures 7 à 10 sont des vues en coupe illustrant les étapes du procédé selon la présente invention. Comme illustré à la figure 6, une première étape A du procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une microstructure de silicium selon la présente invention est la préparation d'une microstructure de silicium dans laquelle la couche de structure a été libérée. Une seconde étape B consiste à placer la microstructure de silicium dans une chambre à gaz, et une troisième étape C consiste à appliquer un champ magnétique à un gaz paramagnétique dans la chambre à gaz. La figure 7 est une vue en coupe d'une microstructure 10 de silicium comprenant un substrat 12 de silicium ayant au-dessus de lui une couche sacrificielle 14 et une couche de libération 16, dans laquelle la couche de structure 16 possède au moins une partie 18 de libération. La couche de structure 16 est libérée pour obtenir la microstructure 20 de silicium souhaitée, comme représenté sur la figure 8. La microstructure 20 de silicium à couche de structure libérée est ensuite placée dans une chambre 54 à gaz (voir figure 11) remplie avec un gaz paramagnétique 30 afin que le gaz paramagnétique 30 remplisse un vide entre la partie 18 de libération de la couche 16 de structure et le substrat 12 de silicium, comme représenté sur la figure 9. Le gaz paramagnétique 30 est de préférence choisi dans un groupe constitué par l'oxygène, l'oxyde d'azote, l'hélium, et leurs mélanges. Ensuite, un champ magnétique 40 (de préférence un champ magnétique produit par un courant alternatif) est appliqué à la microstructure 20 de silicium, comme représenté sur la figure 10. Le dipôle magnétique du gaz paramagnétique 30 est soumis à l'effet du champ magnétique 40, absorbe l'énergie magnétique, et la transforme en énergie cinétique. Quand l'intensité du champ magnétique dépasse une valeur prédéterminée, une partie des molécules de gaz paramagnétique proches des pôles magnétiques s'alignent le long de la direction des lignes magnétiques. En conséquence, les molécules de gaz paramagnétique dans leur ensemble se contractent et se dilatent en réponse à l'intensité du champ magnétique produit par un courant alternatif, ce qui crée des ondes périodiques de pression. A chaque période, deux champs magnétiques de valeur maximale sont créés, dans lesquels les champs magnétiques ont la même intensité mais dans des directions opposées. Des vibrations se produisent du fait de la contraction et de la dilation périodique du champ magnétique afin de supprimer l'électricité statique, la capillarité, la liaison hydroxy, et la force de Van der Waals qui pourrait provoquer l'adhésion de la partie 18 de libération de la couche 16 de structure. En conséquence, la partie 18 de libération de la couche 16 de structure n'adhère plus au substrat 12 de silicium. La figure 11 est un diagramme à blocs illustrant un dispositif destiné à met-:re en oeuvre le procédé selon la présente invention. Le dispositif comprend une chambre 54 à gaz, une alimentation 50 en gaz destinée à alimenter la chambre à gaz 54 en gaz paramagnétique 30, et un générateur 56 de champ magnétique destiné à créer un champ magnétique dans la chambre 54 à gaz. De préférence, une valve 52 contrôlant le débit est installée entre l'alimentation 50 en gaz et la chambre 54 à gaz pour permettre une régulation et un contrôle. Une pluralité de tranches 62 (figure 12) ayant une microstructure à couche de structure libérée est placée dans la chambre 54 à gaz qui est remplie avec le gaz paramagnétique 30, et un champ magnétique produit par un courant alternatif est créé par le générateur de champ magnétique pour empêcher la partie 18 de libération de la couche 16 de structure d'adhérer au substrat 12 de silicium de chaque tranche 62. La figure 12 est une vue schématique d'un exemple de générateur 56 de champ magnétique. Dans le mode de réalisation illustré, le générateur 56 de champ magnétique comprend un noyau magnétique 58 sensiblement en forme de C comprenant une pluralité de plaques d'acier au silicium, et au moins une bobine 60 enroulée autour du noyau magnétique 58. La chambre 54 à gaz est installée entre deux extrémités distales du noyau magnétique 58 en forme de C pour recevoir les tranches 62 de silicium devant être traitées. Avec l'apport d'énergie, les lignes magnétiques passent à travers la chambre 54 à gaz et agissent sur le gaz 30 paramagnétique pour donner l'effet empêchant l'adhésion. Le dispositif peut comprendre en outre un générateur de signaux (non représenté) pour fournir les signaux appropriés de courant électrique et de tension. De plus, le dispositif peut comprendre en outre un amplificateur de puissance (non représenté) pour amplifier le signal de courant électrique provenant du générateur de signaux et pour transmettre le signal amplifié de courant électrique à la bobine 60 afin de créer le flux magnétique souhaité. Il est à noter que le procédé et le dispositif selon la présente invention peuvent être utilisés pour empêcher l'adhésion de la microstructure quel que soit le procédé utilisé pour éliminer le couche sacrificielle. Bien que des modes de réalisation spécifiques aient été illustrés et décrits, de nombreuses modifications et variations sont encore possibles sans s'écarter de l'essence de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une couche de structure libérée d'une microstructure de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à . - préparer une microstructure (20) de silicium comprenant un substrat (12) et une couche (16) de structure sur le substrat, la couche de structure comprenant une partie (18) de libération qui a été libérée; - amener un gaz paramagnétique (30) entre la partie (18) de libération de la couche (16) de structure et le substrat (12) ; et - appliquer un champ magnétique au gaz paramagnétique (30). 2. Procédé destiné à empêcher l'adhésion d'une couche de structure libérée d'une microstructure de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - préparer une microstructure (20) de silicium comprenant structure comprenant libérée; - placer une chambre paramagnétiquesubstrat (12) et une couche (16) de le substrat, la couche de structure partie (18) de libération qui a été la microstructure (20) de silicium dans (54) à gaz remplie avec un gaz (30) ; et un sur une appliquer un champ magnétique au gaz paramagnétique (30). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz paramagnétique (30) est choisi dans un groupe constitué par l'oxygène, l'oxyde d'azote, l'hélium, et leurs mélanges. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le champ magnétique est un champ magnétique produit par un courant alternatif. 5. Dispositif destiné à empêcher l'adhésion d'une 10 couche de structure libérée d'une microstructure de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend: - une chambre à gaz (54) pouvant recevoir une microstructure (20) de silicium comprenant un substrat (12) et une couche (16) de structure sur le substrat, la couche de structure comprenant une partie (18) de libération qui a été libérée, la chambre à gaz (54) étant remplie avec un gaz paramagnétique (30) ; et - un générateur (50) de champ magnétique pour créer un champ magnétique agissant sur le gaz paramagnétique (30). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz paramagnétique (30) est choisi dans un groupe constitué par l'oxygène, l'oxyde d'azote, l'hélium et leurs mélanges. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le champ magnétique est un champ magnétique produit par un courant alternatif. 8. Dispositif selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une alimentation (50) en gaz destinée à alimenter la chambre à gaz (54) en gaz paramagnétique (30). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs une valve (52) contrôlant le débit installée entre la chambre à gaz (54) et l'alimentation (50) en gaz. 10. Dispositif selon une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le générateur (56) de champ magnétique comprend un noyau magnétique (58) et au moins une bobine (60) enroulée autour du noyau magnétique. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le noyau magnétique (58) est sensiblement en forme de C, et la chambre à gaz (54) est située entre deux extrémités distales du noyau magnétique en forme de C. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le générateur (56) de champ magnétique comprend en outre un générateur de signaux pour fournir des signaux de courant électrique et de tension. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique comprend par ailleurs un amplificateur de puissance pour amplifier le signal de courant électrique provenant du générateur de signaux et pour transmettre le signal amplifié de courant électrique à la bobine, afin de créer le flux magnétique souhaité.