Brevet FR3016546A1 — publié le 20150724

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de découpe d'une plaque comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques, tels que des MEMS (microsystèmes électromécaniques) ou des NEMS (nanosystèmes électromécaniques) par exemple. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les oscillateurs électromécaniques tels que des MEMS ou des NEMS sont habituellement fabriqués de manière collective sur un substrat. A l'issue du procédé de fabrication, on obtient une plaque comprenant ledit substrat et la pluralité d'oscillateurs, chaque oscillateur comprenant un élément mobile suspendu par rapport au substrat, ainsi qu'un dispositif d'actionnement de l'élément mobile en vibration, dans le plan du substrat et/ou perpendiculairement au plan du substrat. Par « suspendu » on entend que l'élément mobile est localement solidaire du substrat mais qu'il existe par ailleurs un intervalle entre la surface du substrat et la surface de l'élément mobile en vis-à-vis, autorisant des oscillations de l'élément mobile par rapport au substrat. Pour utiliser les oscillateurs ainsi formés, soit unitairement soit en groupe organisé en réseau, il convient de découper la plaque pour individualiser des puces supportant chacune un oscillateur ou un groupe d'oscillateurs. La découpe mécanique, au moyen d'une scie par exemple, n'est pas envisageable compte tenu des vibrations qu'elle engendre et de la nécessité d'utiliser un lubrifiant. En effet, les vibrations sont susceptibles d'endommager et/ou de déformer les éléments mobiles des oscillateurs. En particulier, les projections de lubrifiant, combinées aux vibrations des éléments mobiles des oscillateurs, conduisent à un phénomène de stiction, c'est-à-dire d'adhérence des éléments mobiles contre le substrat en présence du lubrifiant. Ce phénomène de stiction altère le fonctionnement ultérieur des oscillateurs, dans la mesure où il est impossible de ramener les éléments mobiles dans leur position normale de fonctionnement. Ces inconvénients sont évités par la mise en oeuvre d'une découpe laser, qui ne nécessite pas de lubrifiant et ne met pas en mouvement les oscillateurs. Cependant, cette technique présente le désavantage d'être onéreuse. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de concevoir un procédé de découpe qui soit moins onéreux que la découpe laser mais qui n'affecte pas la fonctionnalité des oscillateurs. Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de découpe d'une plaque comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques, ladite plaque comprenant un substrat par rapport auquel un élément mobile de chaque oscillateur est suspendu, ledit procédé comprenant : - le dépôt, sur la surface du substrat, d'une couche de résine dont l'épaisseur est au moins égale à la distance entre la surface du substrat et l'élément mobile de l'oscillateur, de sorte que la résine remplisse l'intervalle entre l'élément mobile de l'oscillateur et le substrat et immobilise ledit élément mobile par rapport au substrat ; - la découpe de la plaque par un outil de coupe, de manière à former au moins une entaille dans le substrat entre deux oscillateurs ou groupes d'oscillateurs adjacents ; - le retrait de la couche de résine par dissolution dans un solvant, de sorte à libérer l'élément mobile de l'oscillateur par rapport au substrat. Selon une forme d'exécution, lors de la découpe on entaille le substrat sur une partie de son épaisseur et l'on rompt ensuite la plaque le long de ladite entaille. Selon un mode de réalisation, on lubrifie l'outil de coupe lors de la découpe. De manière avantageuse, le dépôt de la couche de résine comprend l'apport d'une quantité déterminée de résine sur le substrat puis la centrifugation de la plaque pour répartir la résine sur la surface du substrat. L'épaisseur de la couche de résine est typiquement comprise entre 300 nm et 1 pm. Un autre objet de l'invention concerne une plaque comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques, ladite plaque comprenant un substrat par rapport auquel un élément mobile de chaque oscillateur est suspendu, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de résine s'étendant sur la surface du substrat, sur une épaisseur au moins égale à la distance entre la surface du substrat et l'élément mobile de l'oscillateur, de sorte que la résine remplisse l'intervalle entre l'élément mobile de l'oscillateur et le substrat et immobilise ledit élément par rapport au substrat. Ladite plaque peut présenter au moins une entaille dans le substrat entre deux oscillateurs ou groupe d'oscillateurs adjacents, ladite entaille s'étendant sur une partie de l'épaisseur du substrat. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique une vue de dessus une partie d'une plaque à découper, - les figures 2A à 2D illustrent de manière schématique différentes étapes du procédé de découpe selon l'invention, - les figures 3A et 3B sont respectivement des images acquises au microscope électronique d'un oscillateur en vue de dessus et en perspective après découpe de la plaque et retrait de la résine, - la figure 4 illustre les résultats d'une caractérisation électrique (variation du facteur de qualité) d'un oscillateur après découpe de la plaque et retrait de la résine. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 1 présente, de manière schématique, une vue de dessus d'une plaque comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques, ladite plaque étant destinée à être découpée pour individualiser des oscillateurs ou des groupes d'oscillateurs. La plaque 1, dont seulement une partie est illustrée, comprend un substrat 2 servant de support aux oscillateurs. Le substrat 2 s'étend dans le plan de la figure 1. Le substrat 2 peut typiquement être un substrat de silicium. Le substrat 2 peut être un substrat massif ou un substrat composite constitué d'un empilement de couches de différents matériaux. Dans la mesure où les substrats utilisés dans la microélectronique sont généralement de forme circulaire, le substrat 2 est illustré ici de forme circulaire, bien que toute autre forme puisse être choisie. Les oscillateurs 3 sont avantageusement des M EMS (microsystèmes électromécaniques) et/ou des NEMS (nanosystèmes électromécaniques). De manière connue en elle-même, chaque oscillateur 3 comprend un élément mobile 30 suspendu par rapport au substrat 1. Il existe donc un intervalle entre la surface du substrat 1 et la surface de l'élément mobile qui est en vis-à-vis du substrat, s'étendant dans une direction perpendiculaire au plan de la figure 1. La hauteur de cet intervalle, c'est-à-dire la distance entre la surface du substrat 2 et la surface de l'élément mobile 30 qui est en vis-à-vis du substrat, est typiquement de l'ordre de 50 nm à 1 pm. L'élément mobile 30 est par exemple une poutre, c'est-à-dire un élément allongé dont la largeur et l'épaisseur sont faibles devant la longueur. Il existe différentes configurations possibles de solidarisation de l'élément mobile par rapport au substrat. Par exemple, s'agissant d'une poutre, celle-ci peut être solidaire du substrat par l'une de ses extrémités, ou encore par ses deux extrémités. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'élément mobile 30 est une poutre solidaire du substrat à une extrémité 300, l'extrémité opposée 301 étant libre. En tout état de cause, l'invention s'applique quelle que soit la configuration de la solidarisation de l'élément mobile vis-à-vis du substrat. Chaque oscillateur 3 comprend par ailleurs un dispositif d'actionnement 31 de l'élément mobile 30 en vibration, dans le plan du substrat 2 et/ou perpendiculairement au plan du substrat. Il existe différentes techniques d'actionnement et l'invention n'est pas limitée à une technique particulière. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le dispositif d'actionnement 31 comprend une électrode permettant un actionnement électrostatique de l'élément mobile 30. Ainsi, par application d'une tension électrique, notamment alternative, à cette électrode, l'élément mobile 30 est actionné en vibration dans un plan parallèle à celui du substrat 2. Chaque oscillateur 3 comprend en outre au moins une jauge de contrainte 32 destinée à mesurer les vibrations de l'élément mobile. Par exemple, deux jauges de contrainte 32 sont agencées de part et d'autre de l'élément mobile 30, perpendiculairement à l'axe longitudinal de celui-ci, et à proximité de l'extrémité solidaire 300 du substrat. Les oscillateurs 3 peuvent éventuellement être agencés en réseaux. Les oscillateurs 3 sont répartis sur la surface du substrat de sorte à pouvoir être séparés par découpe. Les oscillateurs sont ainsi agencés, soit individuellement soit en groupes voire en réseaux, de sorte à former des lignes et/ou des colonnes en ménageant un espace suffisant pour le passage d'un outil de coupe mécanique tel qu'une scie. Les lignes de découpe prévues sont schématisées sur la figure 1 par des traits en pointillés. La fabrication d'une telle plaque est connue en elle-même et ne sera donc pas décrite en détail ici. On va maintenant décrire, en référence aux figures 2A à 2D, le procédé de découpe de la plaque. La figure 2A est une vue en coupe longitudinale de la plaque à découper au voisinage d'un oscillateur. L'intervalle entre la surface du substrat 2 et la surface de l'élément mobile 30 en vis-à-vis présente une épaisseur d. Dans un premier temps (cf. figure 2B), on dépose sur le substrat 2 une couche 4 de résine. L'épaisseur e de la couche 4 est supérieure ou égale à la distance d, de sorte que la résine remplit l'intervalle entre l'élément mobile de l'oscillateur et le substrat, immobilisant ainsi l'élément mobile 30 par rapport au substrat 2. L'épaisseur e de la couche 4 est typiquement comprise entre 300 nm et 1 pm, par exemple de l'ordre de 800 nm. La résine peut être toute résine rigide à température ambiante usuellement employée dans le domaine de la microélectronique. Il peut par exemple s'agir d'une résine destinée à des opérations de lithographie, par exemple la résine du fabricant JSR dont la référence est JSR 635. D'une façon générale, l'homme du métier sélectionnera une résine apte à être déposée sur un substrat par une méthode de spin coating (enduction centrifuge), en vue d'être durcie. De manière avantageuse, la résine est une résine réticulable à chaud, et apte à être dissoute dans un solvant. La résine peut être déposée par spin coating (dépôt à la tournette). A cet effet, le substrat est plaqué sur un support, le tout étant placé dans une enceinte. Le support comprend des moyens pour maintenir le substrat contre le support pendant le dépôt de la résine. L'atmosphère de l'enceinte peut être contrôlée au moyen d'un flux de gaz. Par exemple, un flux d'azote peut être introduit dans l'enceinte pour maintenir une atmosphère anhydre, présentant moins de 10% d'humidité. En effet, les résines utilisées en lithographie sont préférablement manipulées dans des atmosphères à basse hygrométrie. La quantité de résine déposée est choisie en fonction de l'épaisseur souhaitée pour la couche 4. Pour répartir la résine de manière sensiblement uniforme sur la surface du substrat, on peut mettre en oeuvre tout moyen approprié, tel qu'un dispositif rotatif permettant une répartition de la résine par centrifugation (« spin coating » selon la terminologie anglo25 saxonne). L'homme du métier est apte à déterminer les conditions opératoires selon les propriétés de la résine mise en oeuvre. On laisse ensuite la résine réticuler pendant une durée appropriée pour lui conférer une rigidité suffisante. 30 Le cas échéant, cette réticulation peut être assistée par un chauffage, par exemple en plaçant la plaque sur un plateau chauffant. La plaque est ensuite ramenée à température ambiante pour la découpe. En référence à la figure 2C (sur laquelle les oscillateurs électromécaniques n'ont pas été illustrés), on découpe la plaque 1 au moyen d'un outil de coupe, en particulier 35 mécanique 5, tel qu'une scie. Un autre moyen de coupe, notamment thermique, pourrait être utilisé, mais l'utilisation d'un moyen de coupe mécanique est considérée comme moins onéreuse. L'outil 5 peut être manoeuvré manuellement ou par une machine de découpe. La découpe est avantageusement lubrifiée, par exemple par de l'eau sous pression. Cette lubrification n'est pas préjudiciable au fonctionnement ultérieur des oscillateurs puisque le lubrifiant ne peut s'introduire entre les éléments mobiles et le substrat, cet intervalle étant comblé par la résine. Ainsi, même si un lubrifiant est utilisé, il n'est pas susceptible de provoquer de phénomène de stiction mentionné plus haut. Par ailleurs, bien que l'outil de coupe mécanique engendre des vibrations de la plaque, ces vibrations n'endommagent pas les éléments mobiles des oscillateurs puisqu'ils sont bloqués par la résine. La découpe peut être complète, c'est-à-dire sur toute l'épaisseur du substrat 2, comme cela est représenté sur la figure 2C. De manière alternative, illustrée sur la figure 2D (sur laquelle les oscillateurs électromécaniques n'ont pas été illustrés), on met en oeuvre une pré-découpe, c'est-à-dire que l'on réalise une entaille 20 sur une partie seulement de l'épaisseur du substrat 2, la profondeur de ladite entaille étant suffisante pour permettre ultérieurement de rompre, notamment manuellement, la partie non découpée pour séparer les oscillateurs. Typiquement, la profondeur selon laquelle le substrat est entaillé est supérieure ou égale à la moitié de l'épaisseur du substrat. Ainsi, par exemple, pour un substrat de silicium de 740 pm d'épaisseur, on réalise une entaille de 400 pm de profondeur. Dans le présent texte, le terme « découpe » couvre ces deux alternatives. A l'issue de la découpe, on obtient une pluralité de puces supportant chacune un ou plusieurs oscillateurs mécaniques. On retire alors la couche 4 de résine de chaque puce pour libérer les éléments mobiles et rendre les oscillateurs fonctionnels. Lorsque l'opération de découpe consiste à réaliser une simple entaille sur une partie de l'épaisseur du substrat, comme précédemment décrit, il est possible de retirer la résine avant ou après la rupture manuelle du substrat. Ce retrait se fait typiquement par dissolution de la résine dans un solvant adéquat. A cet effet, on peut placer les puces dans un bain dudit solvant (voire plusieurs bains successifs de différents solvants), provoquer une agitation jusqu'à dissolution complète de la résine puis sécher les puces jusqu'à disparition du solvant. Le fait que le procédé de découpe n'endommage pas les oscillateurs électromécaniques peut être en évidence à la fois visuellement et électriquement. D'une part, les figures 3A et 3B, qui sont respectivement des images acquises au microscope électronique d'un oscillateur en vue de dessus et en perspective après découpe de la plaque et retrait de la résine, montrent qu'il ne reste plus de résine et que l'intégrité de l'élément mobile 30 est conservée. En effet, sur la figure 3A, on constate que la poutre 30 est intègre et parallèle à l'électrode 31, tandis que sur la figure 3B on observe que la poutre 30 n'est pas plaquée contre le substrat 2, ce qui montre qu'il n'y a pas eu de stiction. Par ailleurs l'aptitude du procédé de découpe à préserver la fonctionnalité des oscillateurs a également été mise en évidence par la caractérisation du facteur de qualité des oscillateurs avant et après la découpe. Le facteur de qualité de l'oscillateur, qui détermine la proportion d'énergie absorbée par l'élément mobile à une fréquence d'oscillation Loo donnée, est donné, dans l'approximation d'un oscillateur harmonique, par la formule : wo Q= g-3dB où Af_3(113 représente la largeur du pic de résonance à -3 dB (c'est-à-dire la largeur du pic à mi-hauteur) sur un graphe représentant l'amplitude de résonance en fonction de la fréquence, le pic de résonance étant alors centré sur la fréquence w0. La figure 4 illustre l'évolution du facteur de qualité de plusieurs oscillateurs NEMS ayant subi le procédé de découpe. La variation du facteur de qualité, exprimée en %, est définie par le rapport (Q1- Q0)/Q0, où Q0 est le facteur de qualité mesuré avant le dépôt de la résine et Q1 le facteur de qualité mesuré après découpe de la plaque et retrait de la résine. Plus précisément, la figure 4 représente, pour différents oscillateurs d'une même plaque, la valeur absolue de l'évolution du facteur de qualité avant et après découpe. Les références figurant à la circonférence du disque représentent les désignations de chaque oscillateur. Chaque oscillateur NEMS (1H, 1B, 2H, 2B, 3H, 3B, 4H, 4B) est placé dans un réseau de 8 NEMS, les réseaux étant identifiés par les coordonnées CBA1- 6A, CBA1-6B, CBA1-6C, CBA1-6D. Précisons que les oscillateurs NEMS référencés 3H du réseau CBA1-6A et le NEMS 4B du réseau CBA1-6C étaient non fonctionnels avant la découpe. Pour ces deux oscillateurs, l'évolution du facteur de qualité avant et après découpe n'est pas à considérer. On observe sur le graphique de la figure 4 une diminution moyenne du facteur de qualité de 4,5%, ce qui montre que le procédé de découpe a très peu affecté la fonctionnalité des oscillateurs. Par ailleurs, malgré les étapes de dépôt et de retrait de la résine, le procédé de découpe mécanique qui vient d'être décrit est moins onéreux qu'un procédé de découpe laser. REVENDICATIONS1. Procédé de découpe d'une plaque (1) comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques (3), ladite plaque (1) comprenant un substrat (2) par rapport auquel un élément mobile (30) de chaque oscillateur (3) est suspendu, comprenant : - le dépôt, sur la surface du substrat (2), d'une couche (4) de résine dont l'épaisseur (e) est au moins égale à la distance (d) entre la surface du substrat (2) et l'élément mobile (30) de l'oscillateur, de sorte que la résine remplisse l'intervalle entre l'élément mobile de l'oscillateur et le substrat et immobilise ledit élément mobile (30) par rapport au substrat (2) ; - la découpe de la plaque (1) par un outil de coupe (5), de manière à former au moins une entaille dans le substrat (2) entre deux oscillateurs ou groupes d'oscillateurs adjacents ; - le retrait de la couche (4) de résine par dissolution dans un solvant, de sorte à libérer l'élément mobile (30) de l'oscillateur par rapport au substrat (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la découpe on entaille le substrat (2) sur une partie de son épaisseur, et en ce que l'on rompt ensuite la plaque le long de ladite entaille (20). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de la découpe on lubrifie l'outil de coupe. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dépôt de la couche (4) de résine comprend l'apport d'une quantité déterminée de résine sur le substrat (2) puis la centrifugation de la plaque (1) pour répartir la résine sur la surface du substrat (2). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (4) de résine est comprise entre 300 nm et 1 pm. 6. Plaque (1) comprenant une pluralité d'oscillateurs électromécaniques (3), comprenant un substrat (2) par rapport auquel un élément mobile (30) de chaque oscillateur (3) est suspendu, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche (4) de résine s'étendant sur la surface du substrat (2), sur une épaisseur (e) au moins égale à la distance (d) entre la surface du substrat (2) et l'élément mobile (30) de l'oscillateur, de sorte que la résine remplisse l'intervalle entre l'élément mobile de l'oscillateur et le substrat et immobilise ledit élément (30) par rapport au substrat (2). 7. Plaque (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une entaille dans le substrat (2) entre deux oscillateurs ou groupe d'oscillateurs adjacents, ladite entaille s'étendant sur une partie de l'épaisseur du substrat (2).5