FR2699329A1 - A method of positioning semiconductor wafers relative to each other. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour le positionnement l'une par rapport à l'autre de deux plaquettes de semi-conducteurs. On aménage au moins deux cavités de dimension déterminée dans la surface de chacune des plaquettes. On place dans chaque cavité de la première plaquette une bille de diamètre connu de telle sorte que la bille pénètre jusqu'à sa ligne équatoriale dans la cavité concernée et on pose la deuxième plaquette. Les billes assurent un positionnement précis des deux plaquettes l'une par rapport à l'autre.The invention relates to a method for positioning two semiconductor wafers relative to each other. At least two cavities of determined size are arranged in the surface of each of the plates. A ball of known diameter is placed in each cavity of the first wafer so that the ball penetrates to its equatorial line in the cavity concerned and the second wafer is placed. The balls ensure precise positioning of the two pads relative to each other.
Description
Procédé de positionnement l'une par rapport à l'autrePositioning method with respect to each other
de plaquettes de semi-conducteurs.of semiconductor chips.
L'invention concerne un procédé pour le positionnement pré- The invention relates to a method for the prepositioning of
cis, l'une par rapport à l'autre, de deux plaquettes de semi-conduc- cis, one with respect to the other, two semiconductor wafers
teurs. Le problème qui se pose lors de la fabrication de détecteurs, en particulier lors de la fabrication de détecteurs micro-mécaniques, tors. The problem that arises during the manufacture of detectors, in particular during the manufacture of micromechanical detectors,
est qu'il faut d'abord positionner l'une par rapport à l'autre deux pla- is that we must first position one against the other two
quettes de semi-conducteurs ou plus puis les relier par des procédés semiconductors or more and then connect them by
techniques adaptés (par exemple liaison anodique, liaison autre de pla- suitable techniques (eg anodic bonding, other bonding of
quettes) On connaît divers procédé permettant d'effectuer ce position- Various methods are known for carrying out this position.
nement.ment.
Dans le procédé à lumière infrarouge transmise, on éclaire les In the transmitted infrared light process, the
deux plaquettes de semi-conducteurs avec de la lumière de grande lon- two semiconductor wafers with long-lasting light
gueur d'onde A l'aide d'un microscope, d'une caméra à infrarouges et d'un dispositif de positionnement on repère des structures particulières situées entre les plaquettes de semi-conducteurs et on les positionner les unes par rapport aux autres L'inconvénient de ce procédé est que With the aid of a microscope, an infrared camera and a positioning device, particular structures are located between the semiconductor wafers and positioned relative to each other. disadvantage of this process is that
la lumière infrarouge de grande longueur d'onde ne permet pas d'obte- long-wave infrared light does not allow to obtain
nir une précision de positionnement suffisante et que les zones forte- to provide sufficient positioning accuracy and that
ment dopées ou métallisées ne peuvent pas être éclairées avec de la lu- doped or metallized materials can not be illuminated with
mière infrarouge.infrared.
Le procédé de positionnement bilatéral fait appel à deux mi- The bilateral positioning process uses two half
croscopes; le premier microscope est dirigé sur la face supérieure de la première plaquette de semi-conducteur et le deuxième microscope est dirigé sur la face inférieure de la deuxième plaquette Dans un premier temps on positionne les deux microscopes l'un par rapport à l'autre en utilisant un masque transparent On place ensuite les deux plaquettes croscopes; the first microscope is directed on the upper face of the first semiconductor wafer and the second microscope is directed on the lower face of the second wafer. First, the two microscopes are positioned with respect to each other. using a transparent mask The two plates are then placed
de semi-conducteurs dans l'appareil et, au moyen d'un dispositif de po- semiconductors in the apparatus and, by means of a po-
sitionnement, on règle la position de la plaquette supérieure avec ses repères par rapport au réticule du microscope supérieur On procède de la même manière pour la plaquette inférieure L'inconvénient de ce sitioning, one adjusts the position of the upper plate with its marks relative to the reticle of the upper microscope The same procedure is used for the lower plate The disadvantage of this
procédé est entre autre la dépense élevée en appareillage. This process is among other things the high cost of equipment.
Par ailleurs l'inconvénient de ces deux procédés est que la Moreover, the disadvantage of these two methods is that the
liaison (communément appelée bonding) doit être réalisée immédiate- link (commonly known as bonding) must be carried out immediately
ment après le positionnement, laquelle liaison se déroule à des tempé- after positioning, which link takes place at
ratures de quelques centaines de degrés C Sur le plan de l'appareillage erations of a few hundred degrees C In terms of equipment
la combinaison de dispositifs de chauffage et de dispositifs mécani- the combination of heaters and mechanical devices
ques et optiques de haute précision est très délicate et très onéreuse. high precision is very delicate and very expensive.
Par la demande publiée de brevet japonais 3-106012 du By Japanese Patent Application Publication 3-106012 of
02.05 1991, on connaît un procédé pour positionner et ajuster optique- 02.05 1991, a method for positioning and adjusting optical
ment des substrats de semi-conducteurs, lequel procédé nécessite l'ap- semiconductor substrates, which process requires the application of
plication sur les substrats de couches présentant une perméabilité pré- plication on the substrates of layers with a pre-permeability
déterminée à la lumière.determined by light.
L'objet de la présente invention est de proposer un moyen simple qui permette de positionneet d'ajuster avec précision l'une par The object of the present invention is to provide a simple means that allows positioning and precision to adjust one by
rapport à l'autre deux plaquettes de semi-conducteurs. report to the other two semiconductor wafers.
Le problème est résolu conformément à l'invention par le fait que l'on introduit une bille de diamètre connu dans une cavité dans la The problem is solved according to the invention by the fact that a ball of known diameter is introduced into a cavity in the
première plaquette de semi-conducteur de telle sorte que la bille pénè- first semiconductor wafer so that the ball penetrates the
tre jusqu'à sa ligne équatoriale dans ladite cavité et que l'on amène to reach its equatorial line in the said cavity and that
une cavité correspondante de la deuxième plaquette de semi-conduc- a corresponding cavity of the second semiconductor wafer
teur en relation avec l'autre moitié du diamètre de la bille, de telle sorte que la bille assure un positionnement exact des deux plaquettes in relation to the other half of the diameter of the ball, so that the ball ensures exact positioning of the two plates
de semi-conducteurs l'une par rapport à l'autre. of semiconductors relative to each other.
Conformément à une caractéristique de l'invention, les cavi- According to a feature of the invention, cavities
tés dans les plaquettes de semi-conducteurs sont réalisées par des pro- in semiconductor wafers are carried out by means of
cédés chimiques ou physiques anisotropes ou isotropes Les cavités ont des dimensions définies et sont disposées en des points situés en vis-à- vis sur les plaquettes de semi-conducteurs La bille pénètre dans une proportion techniquement adaptée de son diamètre dans la cavité ceded anisotropic or isotropic chemical or physical cavities The cavities have defined dimensions and are arranged at points facing the semiconductor wafers The ball penetrates into a technically adapted proportion of its diameter in the cavity
correspondante des plaquettes de semi-conducteurs à positionner. corresponding semiconductor wafers to be positioned.
Conformément à une caractéristique de l'invention, chacune des plaquettes de semi-conducteurs à positionner comporte plusieurs According to one characteristic of the invention, each of the semiconductor chips to be positioned comprises several
cavités et une bille est associée chaque fois à deux cavités qui coinci- cavities and a ball is associated each time with two cavities which coincide
dent. Le procédé selon l'invention est décrit ci-après à partir de tooth. The process according to the invention is described below from
l'exemple d'un détecteur d'écoulement représenté sur la figure 1. the example of a flow detector shown in Figure 1.
Le détecteur d'écoulement est constitué des plaquettes de se- The flow detector consists of
mi-conducteurs 1 et 2 entre lesquelles sont disposés le canal d'écoule- semiconductors 1 and 2 between which are arranged the flow channel
ment 3 et le capteur 4.3 and the sensor 4.
Par un procédé photolithographique on réalise au moins deux ouvertures sur chacune des surfaces à assembler Puis, par un procédé chimique ou physique, on réalise des cavités 5 dans les plaquettes de By a photolithographic process, at least two openings are made on each of the surfaces to be assembled. Then, by a chemical or physical process, cavities are made in the platelets.
semi-conducteurs 1 et 2, à l'endroit des ouvertures (figure 2) La for- semiconductors 1 and 2 at the openings (Figure 2).
me de la cavité ainsi obtenue doit être connue; elle doit être telle qu'une bille 6 de diamètre parfaitement défini puisse être placée dans la dite cavité et pénètre dans celle-ci précisément jusqu'à sa ligne the cavity thus obtained must be known; it must be such that a ball 6 of perfectly defined diameter can be placed in said cavity and penetrates into it precisely to its line
équatoriale ou jusqu'à la moitié de son diamètre Si maintenant on dis- equatorial or up to half its diameter
pose la première plaquette de semi-conducteur 1 de telle sorte que ses cavités soient tournées vers le haut et on place des billes 6 dans les cavités, on peut amener la deuxième plaquette de semi-conducteur 2 placing the first semiconductor wafer 1 so that its cavities are turned upwards and balls 6 are placed in the cavities, the second semiconductor wafer 2 can be brought
pourvue de cavités 5 semblables sur la première, seul un positionne- provided with cavities 5 similar on the first, only one position-
ment grossier étant nécessaire dans ce cas Par l'action du poids de la plaquette supérieure, les cavités se positionnent sur les moitiés saillantes des billes de telle sorte que l'on obtient un positionnement In this case, by the action of the weight of the upper plate, the cavities are positioned on the projecting halves of the balls so that a positioning is obtained.
précis des plaquettes les unes par rapport aux autres Le capteur déli- Precise platelets relative to each other The sensor delimits
vre des signaux électriques en direction de l'extérieur pour l'intermé- electrical signals to the outside for the intermediate
diaire de contacts 7.number of contacts 7.
Ce procédé présente un certain nombre d'autres avantages: les étapes du procédé photolithographique, les étapes des This process has a number of other advantages: the steps of the photolithographic process, the steps of
procédés d'attaque chimique et physique font partie des étapes de pro- chemical and physical attack processes are part of
cédé standard de fabrication de semi-conducteurs et par conséquent, standard semiconductor manufacturing process and therefore
les cavités peuvent être réalisées de manière simple au cours d'une sé- the cavities can be made in a simple manner during a
quence d'un procédé standard.quence of a standard process.
le positionnement automatique des plaquettes de semi- automatic positioning of semiconductor wafers
conducteurs par leur propre poids s'effectue avec une précision de l'or- conductors by their own weight is carried out with a precision of gold-
dre du micromètre.dre of the micrometer.
les plaquettes de semi-conducteurs peuvent être transpor- semiconductor wafers can be transported
tées sans difficulté à l'état de positionnement avec une faible pression d'application. aucune installation coûteuse, telle que microscopes à infra- without difficulty in the positioning state with a low application pressure. no expensive installation, such as microscopes at
rouges, dispositifs bilatéraux et autres manipulateurs, n'est nécessaire. red, bilateral devices and other manipulators, is necessary.
le positionnement des plaquettes peut être effectué directe- platelet positioning can be done directly
ment sur le dispositif d'exécution des liaisons avec peu moyens addi- the link execution device with little additional
tionnels. Le procédé peut être appliqué non seulement à la fabrication de détecteurs micro-mécaniques au silicium mais encore dans tous les tional. The method can be applied not only to the manufacture of silicon micro-mechanical detectors but also in all
domaines de la micro-électronique et de la micro-mécanique o un po- areas of microelectronics and micro-mechanics where a po-
sitionnement extrêmement précis est nécessaire et o il n'est possible extremely precise sitioning is necessary and where it is not possible
d'utiliser des butées mécaniques disposées au niveau des bords exté- to use mechanical stops arranged at the outer edges
rieurs des substrats.substrates.
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