Brevet FR2980996A1 — publié le 20130412

PROCEDE DE REALISATION D'UNE OPERATION MECANIQUE DANS UNE STRUCTURE COMPORTANT DEUX COUCHES DE RIGIDITES DIFFERENTES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de réalisation d'une opération mécanique dans une structure comportant au moins une première couche rigide empilée sur une deuxième couche moins rigide, l'opération impliquant l'application d'une force d'appui sur la structure, du côté de la première couche. Une telle opération mécanique correspond par exemple à une découpe, un amincissement ou encore un détourage de la structure. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Lorsque l'on souhaite réaliser une opération mécanique telle qu'une découpe, un amincissement ou encore un détourage, dans une structure comportant une première couche de quelques micromètres d'épaisseur, par exemple composée de silicium cristallin, recouvrant une deuxième couche de polymère plus épaisse que la première couche, la trop grande souplesse du polymère, qui est par exemple dans un état caoutchoutique (ou caoutchouteux), par rapport au silicium cristallin peut entraîner des dommages irréversibles dans la première couche de silicium en raison de la flexion de celle-ci due à la force d'appui appliquée par l'outil de découpe, d'amincissement ou de détourage sur la première couche. Ce problème est illustré sur les figures 1A à 1C dans le cas d'une découpe de la structure par une lame. Une telle structure 10 est représentée sur la figure 1A, et comporte par exemple une première couche 12 de silicium cristallin dont l'épaisseur est par exemple comprise entre environ 5 }gym et 20 }gym, solidarisée sur une deuxième couche 14 de polymère dont l'épaisseur est par exemple comprise entre environ 0,5 mm et 2 mm. Lors d'une opération de découpe de la structure 10, un outil de sciage 16, par exemple une lame rotative, vient appliquer une force d'appui sur la face supérieure de la première couche 12, perpendiculairement à cette face (figure 1B). Compte tenu de la souplesse de la deuxième couche 14 composée de polymère, la première couche 12 se déforme alors localement avec une certaine courbure au niveau de la zone d'appui de l'outil de sciage 16 sur la structure 10, induisant une flexion de la première couche 12 et entrainant des dommages irréversibles dans la première couche 12, comme par exemple des cassures, des détachements de parties de la première couche, des fissures, etc. (voir figure 1C sur laquelle des dommages 18 sont représentés symboliquement dans la première couche 12). EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé permettant de réaliser une opération mécanique sur une structure telle que décrite précédemment, c'est-à-dire comportant une première couche dite rigide, par exemple composée d'un matériau dont le module d'Young moyen est supérieur ou égal à environ 50 GPa, recouvrant une deuxième couche plus souple que la première couche et composée d'un matériau dont le module d'Young est par exemple inférieur à environ 50 GPa, typiquement inférieur à environ 1 GPa ou inférieur à environ 100 MPa ou même inférieur à environ 50 MPa, qui implique l'application d'une force d'appui sur cette structure, mais qui permet d'éviter d'endommager la structure. Pour cela, l'invention propose un procédé de réalisation d'au moins une opération mécanique sur une structure comportant au moins une première couche empilée sur au moins une deuxième couche, la première couche étant composée d'au moins un matériau dont le module d'Young est supérieur ou égal à environ 50 GPa et supérieur à celui d'au moins un matériau dont est composée la deuxième couche, comportant au moins les étapes de : - amincissement de la première couche, localisé au niveau d'au moins une zone de la structure destinée à subir une application d'une force d'appui lors de la mise en oeuvre de l'opération mécanique, - mise en oeuvre de l'opération mécanique comportant l'application de la force d'appui localisée sur au moins une partie ladite zone de la structure. Ainsi, en réalisant au préalable un amincissement localisé de la première couche, on évite 30 d'endommager la première couche du fait qu'au niveau de la zone amincie, la structure peut subir une flexion importante sans endommager la première couche. Un tel procédé peut s'appliquer pour tout type d'opération mécanique impliquant un appui sur la structure. La mise en oeuvre de l'opération mécanique 5 peut comporter l'utilisation d'au moins un outil dans ladite zone de la structure, dont l'appui sur la structure, lors de la mise en oeuvre de l'opération mécanique, peut être réalisé au niveau d'une zone d'appui, ou emplacement d'appui, de la structure. Un 10 tel outil peut correspondre par exemple à une lame de sciage ou encore une roue diamantée d'un dispositif d'amincissement ou de détourage. Lors de la mise en oeuvre de l'opération mécanique, l'appui de l'outil peut entrainer une déformation de la structure. 15 L'opération mécanique peut comporter au moins une découpe et/ou un amincissement et/ou un détourage de la structure réalisé au moins sur et/ou à côté de ladite zone de la structure. L'amincissement peut être réalisé, au 20 niveau de ladite zone de la structure, sur toute l'épaisseur de la première couche. On élimine ainsi tout le matériau de la première couche se trouvant au niveau de ladite zone de la structure. En variante, l'amincissement peut n'être 25 réalisé que sur une partie de l'épaisseur de la première couche. On élimine ainsi une partie du matériau de la première couche se trouvant au niveau de ladite zone de la structure. L'épaisseur amincie de la première couche peut être fonction de l'épaisseur 30 initiale de la première couche et des raideurs relatives des première et deuxième couches de la structure pour permettre, après amincissement, une flexion de la structure qui n'induise pas ou peu de dommage au sein de la première couche. Les dimensions de ladite zone de la 5 structure, dans un plan parallèle à une face de la première couche disposée en regard de la deuxième couche, peuvent être supérieures ou égales à une profondeur (ou épaisseur) de pénétration de l'outil dans la deuxième couche (lors de la mise en oeuvre de 10 l'opération mécanique), éventuellement majorée de la largeur de l'outil dans ce même plan au niveau de la zone d'appui. Il est également possible que les dimensions de ladite zone de la structure, dans le plan 15 parallèle à la face de la première couche disposée en regard de la deuxième couche, soient supérieures ou égales à environ deux fois la profondeur de pénétration de l'outil dans la deuxième couche. Les dimensions de ladite zone de la 20 structure, dans le plan parallèle à la face de la première couche disposée en regard de la deuxième couche, peuvent être supérieures ou égales à la somme de deux fois la profondeur de pénétration de l'outil dans la deuxième couche et de la largeur de l'outil 25 dans ce même plan au niveau de la zone d'appui. Si l'outil ne pénètre pas dans la deuxième couche, les dimensions de ladite zone de la structure, dans un plan parallèle à une face de la première couche disposée en regard de la deuxième couche, peuvent être 30 supérieures ou égales à l'épaisseur de déformation de la deuxième couche engendrée par l'appui de l'outil, ou au double de cette épaisseur, éventuellement majorée de la largeur de l'outil au niveau de la zone d'appui. L'amincissement de la première couche localisé au niveau de ladite zone de la structure peut 5 être réalisé autour d'au moins une portion de la première couche disposée dans ladite zone de la structure, l'opération mécanique comportant l'application de la force d'appui localisée sur ladite portion de la première couche. 10 Dans ce cas, une largeur de ladite portion de la première couche peut être inférieure à environ trois fois une largeur de l'outil au niveau de la zone d'appui. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque l'outil correspond à une lame de 15 sciage. La première couche peut comporter une épaisseur comprise entre environ 0,1 }gym et 100 }gym, ou entre environ 1 }gym et 50 }gym, ou entre environ 1 }gym et 20 }gym, et/ou la deuxième couche peut comporter une 20 épaisseur supérieure à environ 500 pm, par exemple comprise entre environ 0,5 mm et 2 mm. La première couche peut être composée d'au moins un semi-conducteur (par exemple du silicium), et/ou la deuxième couche peut être composée d'au moins 25 un polymère, par exemple un polymère caoutchouteux (dont le module d'Young est par exemple inférieur ou égal à environ 1 GPa) ou caoutchoutique (dont le module d'Young est par exemple inférieur ou égal à environ 50 MPa). La structure peut correspondre à un substrat 30 de type microélectronique. La force d'appui peut être appliquée sensiblement perpendiculairement à une face de la première couche disposée en regard de la deuxième couche. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A à 1C représentent la réalisation d'une opération mécanique de découpe selon l'art antérieur, - les figures 2A à 2C représentent les 15 étapes d'un procédé de réalisation d'une opération mécanique, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier, - les figures 3 à 5 représentent plusieurs variantes de réalisation d'un amincissement localisé 20 réalisé lors d'un procédé de réalisation d'une opération mécanique, objet de la présente invention, - les figures 6A, 6B, 7A et 7B représentent des étapes d'un procédé de réalisation d'une opération mécanique, objet de la présente invention, selon 25 d'autres modes de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère aux figures 2A à 2C qui représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une opération mécanique, ici une opération de découpe ou de sciage, dans la structure 10 qui correspond à celle précédemment décrite en liaison avec la figure 1A, selon un mode de réalisation particulier. La structure 10 correspond à un substrat de type microélectronique, c'est-à-dire un substrat sur lequel des dispositifs microélectroniques sont destinés à être réalisés. Comme représenté sur les figures 2A et 2B, qui correspondent respectivement à une vue en coupe de profil partielle et une vue de dessus de la structure 10, on réalise tout d'abord un amincissement de la première couche 12 localisé dans une zone 20 de la structure 10, l'opération mécanique de découpe étant destinée à être réalisée ultérieurement au niveau de cette zone 20. Dans l'exemple décrit ici, l'amincissement est réalisé à travers toute l'épaisseur (dimension selon l'axe Z) de la première couche 12. 30 Ainsi, au niveau de la zone 20, la partie de la première couche 12 initialement présente est complètement supprimée, révélant ainsi une partie de la surface supérieure de la deuxième couche 14. Cet amincissement localisé forme la zone 20 qui correspond à un sillon creusé dans la première couche 12. Cet amincissement localisé peut être réalisé via différentes techniques : gravure sèche, gravure humide, ablation laser, etc. Après avoir réalisé cet amincissement localisé, on peut mettre en oeuvre l'opération de sciage de la structure 10. Comme représenté sur la figure 2C, l'outil de sciage 16, par exemple une lame animée d'un mouvement de rotation, vient alors réaliser un appui mécanique sur la structure 10, au niveau de la zone 20 qui a subie au préalable l'amincissement localisé. Cet appui se traduit ici sur la structure 10 par une force d'appui appliquée dans la zone 20 sur la deuxième couche 14, perpendiculairement à la face de la deuxième couche 14 qui est en regard de la première couche 12. Grâce à l'amincissement localisé réalisé précédemment, l'outil de sciage 16 est donc en contact direct avec la deuxième couche 14. La structure 10 peut donc être découpée sur toute la longueur du sillon précédemment réalisé par amincissement, sans que la première couche 12 ne casse ou ne soit endommagée en raison de la force d'appui appliquée par l'outil de sciage 16 sur la structure 10, du fait que la première couche 12 ne fléchit pas ou bien moins que sans amincissement. Ainsi, on préserve la première couche 12 d'éventuels dommages qui auraient pu être engendrés par l'outil de sciage 16 si la première couche 12 n'avait pas été amincie localement. Lors de la réalisation de l'amincissement, la zone 20 est avantageusement dimensionnée telle que sa largeur (dimension selon l'axe x) soit supérieure ou égale à environ deux fois la profondeur de pénétration de l'outil 16 dans la deuxième couche 14 lors de l'opération mécanique réalisée après l'amincissement (sur la figure 2C, cette profondeur de pénétration, qui correspond à la profondeur jusqu'à laquelle la deuxième couche est découpée, correspond à la distance entre l'interface de la première couche et de la deuxième couche et l'extrémité basse de l'outil de sciage 16), éventuellement majorée de la largeur de l'outil 16 au niveau de la zone d'appui sur la structure 10. Dans une première variante représentée sur la figure 3, l'amincissement localisé au niveau de la zone 20 est réalisé à travers une partie seulement de l'épaisseur de la première couche 12. Cet amincissement est par exemple mis en oeuvre tel qu'au niveau de la zone 20, une portion restante 22 de la première couche 12 recouvre toujours la deuxième couche 14. L'épaisseur de la première couche 12 à amincir peut être déterminée en fonction de l'épaisseur initiale de la première couche 12 et des raideurs relatives des première et deuxième couches, afin de permettre, après amincissement, une flexion de la structure n'induisant pas ou peu de dommage au sein de la première couche 12. Des essais préalables pourront être effectués en augmentant progressivement l'épaisseur amincie jusqu'à obtenir le résultat requis. Si, lors de l'opération mécanique, l'outil ne pénètre pas dans la deuxième couche 14 et ne sert par exemple qu'à découper la première couche 12 sur tout ou partie de son épaisseur restante, la largeur de la zone 20 sera avantageusement supérieure ou égale à environ deux fois l'épaisseur de la zone déformée de la deuxième couche du fait de l'appui de l'outil sur la première couche (c'est-à-dire la profondeur dans la deuxième couche 14 jusqu'à laquelle des déformations sont engendrées par l'appui de l'outil, et au-delà de laquelle le matériau de la deuxième couche n'est plus déformé par l'appui de l'outil). L'opération mécanique de sciage est ensuite mise en oeuvre de manière analogue à celle précédemment décrite en liaison avec la figure 2C. Bien que l'outil de sciage 16 réalise un appui sur la portion 22, l'amincissement localisé réalisé au préalable permet d'éviter tout endommagement de la première couche 12. En effet, une force appliquée sur une portion d'une couche rigide n'engendre des dommages dans celle-ci que si cette force entraîne une flexion de cette couche allant au-delà d'une certaine limite. Plus on réduit l'épaisseur de la couche destinée à subir cette flexion, plus on réduit le rayon de courbure acceptable par cette couche sans qu'elle subisse de dommages. Ainsi, dans l'exemple décrit ici, en ayant réduit l'épaisseur de la première couche 12 au niveau de la zone 20, la portion 22 d'épaisseur réduite peut donc subir une flexion présentant un rayon de courbure bien plus petit que celui à partir duquel la première couche 12 non amincie subirait des dommages irréversibles. Dans une deuxième variante représentée sur les figures 4A et 4B (respectivement vue en coupe de profil et vue de dessus de la structure 10), l'amincissement localisé au niveau de la zone 20 est réalisé tel qu'une portion 24 de la première couche 12 soit conservée dans la zone amincie 20, avantageusement en son centre. Cette portion 24 forme ainsi une zone d'appui pour l'outil de sciage 16 lors de la mise en oeuvre de l'opération de découpe de la structure 10. En appuyant l'outil de sciage 16 sur la portion 24 lors de la découpe de la structure 10, on favorise le contact et la pénétration de l'outil 16 dans la structure 10 lors de la découpe de la structure 10. La largeur de la portion 24 (dimension selon l'axe X) est par exemple comprise entre environ une et trois fois la largeur de l'outil de sciage 16. La portion 24 peut avoir une épaisseur (dimension selon l'axe Z) égale à l'épaisseur initiale de la première couche 12, mais il est également possible que la portion 24 ait une épaisseur inférieure à celle de l'épaisseur initiale de la première couche 12. Là encore, un tel amincissement localisé peut être mis en oeuvre via une gravure sèche ou humide, ou encore une ablation laser. Dans cette configuration, la largeur totale de la zone 20 est par exemple égale à la largeur de la portion 24 majorée d'environ deux fois la profondeur de pénétration de l'outil dans la deuxième couche 14 (ou si l'outil ne pénètre pas dans la deuxième couche, deux fois l'épaisseur de la zone déformée de la deuxième couche 14 du fait de l'appui de l'outil sur la portion 24). Comme représenté sur la figure 5, il est possible de combiner les deux variantes précédemment décrites en liaison avec les figures 3, 4A et 4B, en réalisant un amincissement localisé au niveau de la zone 20 tel que la portion restante 22 de la première couche 12 recouvre toujours la deuxième couche 14 au niveau de la zone 20 amincie, et que la portion 24 soit également présente dans la zone amincie 20. L'opération mécanique réalisée peut être différente d'une opération de sciage, et correspond par exemple à une opération de détourage de la structure 10. La mise en oeuvre d'un tel détourage est représentée sur les figures 6A et 6B (respectivement vue en coupe de profil et vue de dessus de la structure 10). La zone amincie 20 forme ici une zone permettant de délimiter une partie périphérique 26 de la première couche 12 destinée à être éliminée par la mise en oeuvre de l'opération de détourage et une partie centrale 28 de la première couche 12 que l'on souhaite conserver. Cette opération de détourage est par exemple mise en oeuvre grâce à un outil 30 muni d'une roue diamantée permettant d'éliminer la portion périphérique 26 de la première couche 12. L'outil 30 n'endommage pas la partie centrale 28 grâce à la zone amincie 20 réalisée dans la structure 10, l'outil 30 s'appuyant sur la structure 10 notamment au niveau de la zone 26 à détourer. La déformation de la zone 28 due à cet appui est ainsi réduite et n'engendre pas de dommage dans la zone 28. La largeur de la zone amincie 20 est avantageusement supérieure à l'épaisseur de la zone déformée de la deuxième couche 14 du fait de l'appui de l'outil 30 sur la zone 26, et avantageusement supérieure à la profondeur de pénétration de l'outil 30 dans la deuxième couche 14. Dans un autre mode de réalisation, l'opération mécanique peut correspondre par exemple à une opération d'amincissement localisé de la structure 10. La mise en oeuvre d'un tel amincissement est représenté sur les figures 7A (avant amincissement) et 7B (après amincissement). La zone amincie 20 forme ici une zone permettant de délimiter une partie périphérique 26 de la première couche 12 dont l'épaisseur totale est destinée à être conservée et une partie centrale 28 de la première couche que l'on souhaite amincir par la mise en oeuvre de l'opération d'amincissement. Cette opération d'amincissement est par exemple mise en oeuvre grâce à l'outil 30 dont la roue diamantée permet d'éliminer une partie ou la totalité de l'épaisseur de la partie centrale 28 de la première couche 12 (voir sur la figure 7B la partie centrale amincie 32). Grâce à la zone amincie 20 réalisée au préalable, on peut réaliser l'amincissement de la partie centrale 28 sans endommager la première couche 12 lorsque l'outil 30 est mis en contact avec celle-ci. La largeur de la zone amincie 20 sera dans ce cas avantageusement supérieure à l'épaisseur de la zone déformée de la deuxième couche 14 du fait de l'appui de l'outil 30 sur la zone 28 et avantageusement supérieure à la profondeur de pénétration de l'outil 30 dans la deuxième couche 14.30 REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'au moins une opération mécanique sur une structure (10) comportant au moins une première couche (12) empilée sur au moins une deuxième couche (14), la première couche (12) étant composée d'au moins un matériau dont le module d'Young est supérieur ou égal à environ 50 GPa et supérieur à celui d'au moins un matériau dont est composée la 10 deuxième couche (14), comportant au moins les étapes de : - amincissement de la première couche (12), localisé au niveau d'au moins une zone (20) de la structure (10) destinée à subir une application d'une 15 force d'appui lors de la mise en oeuvre de l'opération mécanique, - mise en oeuvre de l'opération mécanique comportant l'application de la force d'appui localisée sur au moins une partie ladite zone (20) de la 20 structure (10). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'opération mécanique comporte au moins une découpe et/ou un amincissement et/ou un détourage de la 25 structure (10) réalisé au moins sur et/ou à côté de ladite zone (20) de la structure (10). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'amincissement est réalisé, 30 au niveau de ladite zone (20) de la structure (10), sur toute l'épaisseur de la première couche (12). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mise en oeuvre de l'opération mécanique comporte l'utilisation d'au moins un outil (16, 30) dans ladite zone (20) de la structure (10), dont l'appui sur la structure est réalisé au niveau d'une zone d'appui de la structure. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les dimensions de ladite zone (20) de la structure (10), dans un plan parallèle à une face de la première couche (12) disposée en regard de la deuxième couche (14), sont supérieures ou égales à une profondeur de pénétration de l'outil (16, 30) dans la deuxième couche (14). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les dimensions de ladite zone (20) de la structure (10), dans le plan parallèle à la face de la première couche (12) disposée en regard de la deuxième couche (14), sont supérieures ou égales à environ deux fois la profondeur de pénétration de l'outil (16, 30) dans la deuxième couche (14). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les dimensions de ladite zone (20) de la structure (10), dans le plan parallèle à la face de la première couche (12) disposée en regard de la deuxième couche (14), sont supérieures ou égales à la somme de deux fois la profondeur de pénétration de l'outil (16, 30) dans la deuxième couche (14) et de la largeur de l'outil (16, 30) dans ce même plan au niveau de la zone d'appui. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel l'amincissement de la première couche (12) localisé au niveau de ladite zone (20) de la structure (10) est réalisé autour d'au moins une portion (24) de la première couche (12) disposée dans ladite zone (20) de la structure (10), l'opération mécanique comportant l'application de la force d'appui localisée sur ladite portion (24) de la première couche (12). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une largeur de ladite portion (24) de la première couche (12) est inférieure à environ trois fois une largeur de l'outil (16, 30) au niveau de la zone d'appui. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche (12) comporte une épaisseur comprise entre environ 1 }gym et 50 }gym, et/ou la deuxième couche (14) comporte une épaisseur comprise entre environ 0,5 mm et 2 mm. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche (12) est composée d'au moins un semi-conducteur, et/ou dans lequel la deuxième couche (14) est composée d'au moins un polymère. 12. Procédé selon l'une des revendications 30 précédentes, dans lequel le module d'Young du matériau de la deuxième couche est inférieur à environ 50 MPa. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la force d'appui est appliquée sensiblement perpendiculairement à une face de la première couche (12) disposée en regard de la deuxième couche (14).