FR2961630A1 - Appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs ; comprenant un module de collage moléculaire (1) comportant une chambre sous vide pour assurer le collage moléculaire de tranches semi-conductrices sous une pression inférieure à la pression atmosphérique ; et un module de sas de chargement (2) relié au module de collage moléculaire (1), configuré pour le transfert de tranches semi-conductrices vers le module de collage moléculaire (1) et connecté avec un premier dispositif de pompage de vide (5) configuré pour réduire la pression dans le module de sas de chargement (2) en dessous de la pression atmosphérique.

Description

Appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs Domaine de l'invention
La présente invention a trait à un appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs dans lequel l'appareil comprend un module de collage moléculaire pour 10 le collage par adhérence moléculaire de tranches semi-conductrices.
Contexte de l'invention
15 La technologie des circuits intégrés tridimensionnels (3-D), où les structures de circuit formées sur des substrats - tels que des substrats silicium sur isolant (soit Silicon On Insulator ou SOI) - sont collées entre-elles et intégrées dans un circuit 3-D à connexions verticales denses, prend une importance croissante en technologie moderne des semi-conducteurs (voir par exemple « A Wafer-Scale 3-D Circuit Integration 20 Technology » de Burns et al., 1EEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 53, NO. 10, octobre 2006, pages 2507 - 2516). Les éléments constitutifs de la technologie d'intégration de circuits en trois dimensions sont un alignement précis entre tranches, un collage moléculaire à basse température entre tranches (collage par adhérence moléculaire ou collage par fusion d'oxydes), et une connexion électri- 25 que des structures de circuits avec des interconnexions verticales denses. Comparée à la technologie conventionnelle de collage par plots, la technologie 3-D de tranches semi-conductrices offre des interconnections verticales de plus haute densité et une consommation d'énergie réduite du système.
30 Le collage par adhérence moléculaire de tranches semi-conductrices exige que leurs surfaces soient suffisamment lisses, sans particules ni contamination, et qu'elles soient suffisamment proches l'une de l'autre pour permettre l'amorçage du contact,5 PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanh&usser - Anwaltssozietàt F10/0605MRK ALD Soitec 2 généralement à une distance de moins de quelques nanomètres au point d'amorçage. Dans ce cas, les forces d'attraction entre les deux surfaces sont suffisamment élevées pour causer la propagation à partir de cet emplacement d'une « vague de collage » par adhésion moléculaire (le collage moléculaire est induit par toutes les forces d'attraction d'interaction électronique - forces de Van Der Waals - entre les atomes ou les molécules des surfaces des deux tranches à coller). Le terme « vague de collage » désigne le front du collage moléculaire ou d'adhésion moléculaire qui s'étend à partir du point d'amorçage et correspond à la propagation des forces d'attraction (for-ces de Van Der Waals) à partir du point d'amorçage sur l'entièreté de la surface de contact rapproché entre les deux tranches (interface de collage moléculaire).
Le collage par adhérence moléculaire doit cependant faire face à d'importants problèmes liés aux défauts d'interface de collage, tels que les vides de bord et les défauts de désalignement ou de distorsion des tranches qui apparaissent dans la cou- che de transfert durant son assemblage avec le substrat récepteur.
De telles distorsions ne sont pas le résultat de transformations élémentaires (translation, rotation ou combinaisons des deux) qui pourraient être à l'origine d'un assemblage imprécis des substrats (désalignement). Ces distorsions résultent de déforma- tions non homogènes qui apparaissent dans la couche lors de son assemblage avec le substrat final. En fait, de telles distorsions peuvent conduire à des variations de position des microcomposants formés sur ou dans la couche qui peuvent être de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, voire même de microns. Étant donné que ces distorsions ne sont pas homogènes, il n'est pas possible de corriger complètement ces défauts locaux d'alignement pendant les étapes de photolithographie effectuées successivement. Des dispositifs semi-conducteurs défectueux peuvent en résulter. Compte tenu de ce qui précède et en dépit des récents progrès technologiques, il existe un besoin d'un appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs pro- curant un collage par adhérence moléculaire de tranches semi-conductrices pour la technologie des circuits intégrés 3D offrant une précision suffisante, soit en particulier un meilleur alignement, une réduction de la distorsion de couche et des défauts d'interface de collage moléculaire, ainsi qu'un rendement de production élevé.
PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhüusser - Anwaltssozietüt F10/0605MRK ALD Soitec 3 Description de l'Invention La présente invention répond au besoin susmentionné et offre par conséquent un appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs comprenant
un module de collage moléculaire comprenant une chambre sous vide pour assurer le collage moléculaire des tranches semi-conductrices sous une pression inférieure à la 10 pression atmosphérique ; et
un module de sas de chargement relié au module de collage moléculaire et configuré pour le transfert de tranches semi-conductrices vers le module de collage moléculaire et connecté à un premier dispositif de pompage de vide configuré pour réduire la 15 pression dans le module de sas de chargement en dessous de la pression atmosphérique.
Selon l'invention, le collage par adhérence moléculaire des tranches semi-conductrices est effectué dans une chambre sous vide évacuée d'un module de col- 20 lage moléculaire. Étant donné que le collage moléculaire est effectué sous vide (partiel), il a été observé que les défauts d'interface de collage moléculaire tels que des vides de bord peuvent être éliminés de manière significative sans affecter la solidité du collage moléculaire. En outre, les tranches semi-conductrices sont transférées à partir du module de sas de chargement évacué vers la chambre sous vide du module 25 de collage moléculaire, augmentant ainsi considérablement le rendement de production par rapport à celui du module de collage moléculaire sous vide de l'art antérieur. Étant donné que le module de sas de chargement fournit les tranches semi-conductrices au module de collage moléculaire à une pression de vide proche de la basse pression de la chambre sous vide évacuée du module de collage moléculaire, 30 la commutation de la pression de vide à la pression atmosphérique et vice-versa du module de collage moléculaire entre deux étapes de collage moléculaire (étape de collage moléculaire et étape de transfert d'au moins une tranche semi-conductrice à PA71134FRRB004vth FI 0/0605M RK ALD Grünecker, Kinke/dey, Stockmair Soitec & Schwanhausser - Anwaltssoziettt partir du module de sas de chargement vers le module de collage moléculaire) est évitée. Le module de sas de chargement est évacué par un premier dispositif de pompage, par exemple à une pression d'environ 1 mbar sous la pression atmosphérique (à moins de 1 bar), et en particulier à une pression dans la plage de 1 mbar à 10 mbar ou 100 mbar. La chambre sous vide du module de collage moléculaire est par exemple évacuée par un deuxième dispositif de pompage à une pression dans la plage de 0,01 mbar à 10 mbar ou 100 mbar, et en particulier de 0,1 mbar à 5 mbar. Il faut éga- lement noter que la chambre sous vide est maintenue à température ambiante pour éviter une déformation des tranches due à la dilatation thermique du matériau semi-conducteur de la tranche. Le premier et/ou le deuxième dispositif de pompage peut/peuvent être connecté(s) respectivement au module de sas de chargement ou à la chambre sous vide du module de collage moléculaire par des vannes de régulation respectives qui contrôlent le degré de vide souhaité. Une pompe à palettes multiétagée peut par exemple être fournie pour le premier et le second dispositif de pom- page. Il est à noter que le module de collage moléculaire comporte tous les moyens néces- saires pour le processus de collage moléculaire sous vide de tranches semi-conductrices alignées et est donc hermétiquement étanche par rapport à son environnement. Le module de sas de chargement peut être configuré pour recevoir et transférer une tranche à la fois vers le module de collage moléculaire, ou pour recevoir des tranches semi-conductrices multiples qui peuvent être stockées dans un système de stockage multi-tranche agencé dans le module de sas de chargement. Dans le premier cas, la taille du module de sas de chargement peut être minimisée, de sorte que le vide de la chambre sous vide du module de collage moléculaire n'est pas fortement affecté par l'ouverture d'une porte séparant le module de collage moléculaire du module de sas de chargement pendant le transfert de tranche semi-conductrice. Dans le second cas, le rendement de production peut être augmenté. Le module de sas de chargement peut en particulier comprendre une première porte qui peut être ouverte et fermée pour la réception d'une tranche semi-conductrice et PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietüt FI0/0605MRK ALD Soitec une deuxième porte qui peut être ouverte et fermée pour transférer une tranche semi-conductrice du module de sas de chargement vers le module de collage moléculaire. Après réception de la tranche semi-conductrice dans le module de sas de chargement via la première porte ouverte et fermeture de la première porte, le premier dispositif de 5 pompage peut démarrer l'évacuation du module de sas de chargement.
Selon un mode de réalisation de l'appareil de l'invention, au moins un module de sas de chargement supplémentaire relié au module de collage moléculaire et configuré pour recevoir une ou plusieurs tranches semi-conductrices (piles de tranches) déjà collées dans le module de collage moléculaire est prévu pour augmenter encore le rendement de production.
Le module de collage moléculaire peut comprendre au moins un premier support mobile de collage moléculaire configuré pour saisir une première tranche semi- conductrice, et un deuxième support mobile de collage moléculaire différent du premier support et configuré pour saisir une deuxième tranche semi-conductrice différente de la première. Un moyen robotisé peut être agencé à l'intérieur du module de collage moléculaire et configuré pour prendre les tranches semi-conductrices du système de sas de chargement et les positionner sur le support de collage moléculaire.
La prise peut être effectuée par un moyen mécanique, un moyen électrostatique ou le vide (si le vide de serrage est nettement inférieur au niveau de vide opérationnel de la chambre sous vide du module de collage moléculaire).
Deux supports mobiles de collage moléculaire, positionnés face à face pour supporter et serrer les tranches semi-conductrices, peuvent être agencés à l'intérieur de la chambre sous vide du module de collage moléculaire. Les supports sont mobiles en translation et en rotation afin d'être capables de positionner et d'aligner les deux tranches semi-conductrices l'une en face de l'autre. Chaque support de collage moléculaire doit être aussi plan que possible, car il a été établi que l'arc du support constitue l'un des facteurs des défauts de distorsion. Selon un mode de réalisation, les supports sont réalisés en métal ou en céramique, ces matériaux ne pouvant pas être facilement déformés et préservant la planéité de la tranche. L'arc des supports (déviation maxi- PA71134FRRB004vth 6 F10/0605MRK ALD Grünecker, Kinkeldey, Stockmair Soitec & Schwanhausser - Anwaltssozietat male à partir d'un plan médian) doit être de préférence inférieur à 1 micron ou même à 0,1 micron.
Les premier et deuxième supports de collage moléculaire peuvent être configu- rés/orientés pour saisir ou serrer respectivement les première et deuxième tranches dans une position verticale présentant un angle de moins de 10° par rapport à un plan vertical, et plus particulièrement un angle ne dépassant pas environ 1°. Chaque tranche semi-conductrice possède deux surfaces principales. Dans un exemple, les sur-faces principales des tranches semi-conductrices sont orientées (presque) verticale- ment par rapport à un plan horizontal sur lequel le module de collage moléculaire est situé. Les surfaces principales des tranches semi-conductrices sont en particulier inclinées selon un angle inférieur à environ 10° par rapport au plan vertical, et plus particulièrement selon un angle inférieur à environ 5°, et plus particulièrement encore selon un angle d'au plus 1°. Grâce à cette orientation, la déformation (occasionnant des défauts de distorsion) des tranches semi-conductrices due à leur propre poids peut être évitée et même de grandes tranches de plus de 300 mm de diamètre peu-vent être traitées de manière fiable. Les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont en particulier positionnés selon un angle de moins de 10° par rapport à un plan vertical.
L'appareil peut également comporter une unité de régulation pour contrôler l'opération de différents modules de l'appareil ainsi que le transfert de tranches semi-conductrices d'un module à l'autre par le biais d'un moyen robotisé.
Si l'application l'exige, un système de positionnement optique peut être agencé dans le module de collage moléculaire et utilisé pour identifier la position exacte de marques d'alignement sur les tranches, les deux supports étant alors déplacés en translation et en rotation pour aligner les tranches semi-conductrices en fonction des marques d'alignement identifiées.
Le procédé de collage par adhérence moléculaire en lui-même peut être contrôlé par l'unité de régulation mentionnée précédemment selon différentes possibilités, telles que celles décrites dans le document US20100122762. Selon une première voie PA71134FRRB004vth 7 F10/0605MRK ALD Griinecker, Kinkeldey, Stockmair Soitec & Schwanheusser - Anwaltssozietàt prospectée, le serrage est relâché pour libérer les deux tranches semi-conductrices de leur support et une force supplémentaire est appliquée localement pour réaliser un contact intime des tranches (en termes de forces moléculaires agissantes) et pour amorcer la propagation de la vague de collage moléculaire. Cette force supplémen- taire doit être minimisée (par exemple sous 5 N ou même .1 N) pour éviter toute dé-formation de la tranche semi-conductrice. L'appareil de l'invention peut donc comprendre en outre une unité de régulation configurée pour contrôler le déplacement des premier et deuxième supports de collage moléculaire l'un vers l'autre pour positionner les première et deuxième tranches semi-conductrices à une distance prédéterminée l'une de l'autre, pour libérer les première et deuxième tranches semi-conductrices à une distance prédéterminée et pour initier l'application d'une force locale par un moyen d'application approprié d'une force locale sur la première et/ou la deuxième tranche(s) de telle sorte qu'elles soient assez proches pour amorcer le collage moléculaire. Le collage moléculaire est considéré ici comme étant initié par des forces mo- léculaires agissant entre les surfaces principales de tranches semi-conductrices qui sont fortement rapprochées pour être collées l'une contre l'autre.
Selon une deuxième voie prospectée, un contact intime est d'abord créé, puis un des-serrage graduel de la tranche semi-conductrice est effectué. Le contact intime (en termes de forces moléculaires agissantes) peut être créé en déformant légèrement au moins l'une des tranches localement lors de la mise en contact des deux tranches semi-conductrices. La déformation peut être réalisée en réduisant localement la force de serrage qui maintient la tranche semi-conductrice sur le support. Une fois que le contact intime a été créé, le desserrage est effectué graduellement pour contrôler la vitesse de propagation de la vague de collage moléculaire. Selon une troisième voie prospectée, le desserrage est effectué de manière non graduelle au lieu de graduelle, sans aucun contrôle de la propagation de la vague de collage moléculaire. Cette dernière voie prospectée est plus facile à mettre en oeuvre.
L'appareil selon la présente invention peut comprendre en outre une unité de régulation configurée pour contrôler les premier et deuxième supports de collage moléculaire pour les déplacer l'un vers l'autre afin de positionner les première et deuxième tranches semi-conductrices à une distance prédéterminée l'une de l'autre, et faire dé- PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhüusser - Anwa/tssoziettt F10/0605MRK ALD Soitec 8 croître ensuite localement la force de serrage appliquée par le premier et/ou le deuxième support de collage moléculaire pour maintenir respectivement la première et la deuxième tranche semi-conductrice de telle façon que les première et deuxième tranches semi-conductrices soient si proches l'une de l'autre que le collage molécu- laire est amorcé.
L'unité de régulation peut être configurée pour contrôler une libération graduelle ou non-graduelle de la première et/ou de la deuxième tranche lorsque la première et la deuxième tranche semi-conductrice sont localement si proches l'une de l'autre que le collage moléculaire est amorcé.
La présente invention procure aussi un système de fabrication (voir également la discussion détaillée ci-dessous) comportant l'appareil de l'un des exemples décrits ci-dessus et comprenant en outre : un module de port de chargement configuré pour introduire une tranche semi-conductrice (à partir d'un environnement extérieur) dans le système de fabrication ;
un module de plasma configuré pour effectuer un traitement au plasma d'une surface 20 de la tranche semi-conductrice introduite dans le système de fabrication ;
un module de nettoyage configuré pour nettoyer la surface de la tranche semi-conductrice ; et
25 un moyen robotisé mobile configuré pour transporter la tranche semi-conductrice de-puis le module de port de chargement, le module de plasma, le module de nettoyage ou depuis le module de sas de chargement vers un autre de ces modules.
Un ou plusieurs modules de plasma peuvent être pourvus pour activer l'une des sur- 30 faces principales des tranches ou les deux d'entre elles. Le module de nettoyage net- toie et/ou brosse les surfaces des tranches semi-conductrices qui doivent être collées entre-elles dans le module de collage moléculaire. Le moyen robotisé est configuré pour manipuler et transférer les tranches semi-conductrices depuis le port de charge-15 PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietat F10/0605MRK ALD Soitec 9 ment vers un module individuel quelconque, ainsi que d'un module à l'autre. Le robot se déplace en particulier le long d'une zone de déplacement de robot, pour permettre le transfert de la tranche semi-conductrice d'un emplacement à l'autre. Le système peut également inclure une unité de régulation contrôlant le fonctionnement des mo- dules individuels et le transfert des tranches semi-conductrices par le moyen robotisé.
Le besoin susmentionné est également résolu par le procédé fourni ici pour le collage moléculaire de tranches semi-conductrices, comprenant les étapes consistant à : évacuer une chambre sous vide d'un module de collage moléculaire ;
transférer au moins une première tranche semi-conductrice vers un module de sas de chargement relié au module de collage moléculaire ; évacuer le module de sas de chargement après transfert d'au moins la première tranche semi-conductrice vers ce dernier ;
transférer au moins la première tranche semi-conductrice depuis le module de sas de chargement évacué vers la chambre sous vide évacuée du module de collage molé- culaire ;
éventuellement ajuster le vide de la chambre sous vide après le transfert d'au moins la première tranche semi-conductrice (si cela est requis pour des raisons de qualité des tranches semi-conductrices collées) ; positionner respectivement la première tranche semi-conductrice et une deuxième tranche semi-conductrice sur un premier et un deuxième support de collage moléculaire ; et
30 déplacer la première et la deuxième tranche semi-conductrice l'une vers l'autre par un déplacement du premier et/ou du deuxième support de collage moléculaire de telle sorte qu'une surface principale de la première tranche semi-conductrice et une sur-25 PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhâusser - Anwaltssozietàt F10/0605MRK ALD Soitec 10 face principale de la deuxième tranche semi-conductrice se rapprochent assez localement pour que le collage moléculaire soit amorcé.
En particulier, les première et deuxième tranches semi-conductrices peuvent être po- sitionnées respectivement sur le premier et le deuxième support de collage moléculaire dans une position verticale à moins de 10° par rapport à un plan vertical et rapprochées suffisamment dans cette position verticale pour que le collage moléculaire soit amorcé.
La présente invention fournit en outre un module de collage moléculaire comprenant :
au moins un premier support mobile de collage moléculaire configuré pour maintenir une première tranche semi-conductrice ; et un deuxième support mobile de collage moléculaire différent du premier et configuré pour maintenir une deuxième tranche semi-conductrice différente de la première ;
dans lequel les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont configurés pour maintenir respectivement les première et deuxième tranches dans une position verticale inclinée de moins de 10° par rapport à un plan vertical. Les supports de collage moléculaire peuvent être configurés pour maintenir les première et deuxième tranches semi-conductrices par un moyen mécanique, un moyen électrostatique ou un vide.
Les premier et deuxième supports de collage moléculaire de ce module de collage sont inclinés verticalement de moins de 10° par rapport à un plan vertical.
En outre, le module de collage moléculaire peut comprendre une chambre sous vide et les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont agencés dans la chambre sous vide. Ce module de collage moléculaire peut être combiné avec le module de sas de chargement décrit précédemment dans le contexte de l'appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs.
PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietat F10/0605MRK ALD Soitec 11 Un support de collage moléculaire est finalement configuré pour maintenir une tranche semi-conductrice qui doit être collée à une autre tranche semi-conductrice, de telle sorte que la tranche semi-conductrice est maintenue dans une position verticale à moins de 10° par rapport à un plan vertical. Les surfaces principales de la tranche semi-conductrice sont en particulier inclinées par rapport au plan vertical selon un angle inférieur à environ 10°, plus particulièrement selon un angle inférieur à environ 5°, et plus particulièrement encore selon un angle d'au plus 1°. Une surface principale du support qui entre en contact avec une surface principale d'une tranche semi-conductrice peut en particulier être orientée verticalement à moins de 10° par rapport à un plan vertical. Le support de collage moléculaire peut maintenir la tranche semi-conductrice par un moyen mécanique, un moyen électrostatique ou par un vide.
Des particularités et avantages additionnels de la présente invention seront décrits en regard des dessins. Dans la description, il est fait référence aux figures en annexe qui sont censées illustrer le mode de réalisation préféré de l'invention. On notera que de tels modes de réalisations ne représentent pas toute la portée de l'invention.
La figure 1 illustre un exemple de l'appareil de l'invention pour la fabrication d'un dis-20 positif semi-conducteur comprenant un module de collage moléculaire et un module de sas de chargement relié au module de collage moléculaire.
La figure 2 illustre un exemple d'un module de collage moléculaire selon la présente invention. La figure 3 illustre un exemple d'un système de fabrication comprenant l'appareil illustré à la figure 1.
30 Comme représenté dans la figure 1, l'appareil de la présente invention selon un exemple particulier comprend un module de collage moléculaire 1 et un module de sas de chargement 2. Le collage moléculaire est effectué dans une chambre sous vide du module de collage moléculaire 1. Le vide dans la chambre sous vide du mo- 25 PA71134FRRB004vth GrOnecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietàt F10/0605MRK ALD Soitec 12 dule de collage moléculaire 1 est établi par un moyen de pompage de vide 3 qui est relié à la chambre sous vide du module de collage moléculaire 1 via la vanne de régulation 4. De manière similaire, un vide peut être créé dans le module de sas de chargement 2 par un autre moyen de pompage de vide 5 qui est relié par une autre vanne de régulation 6 au module de sas de chargement 2. Dans une variante du mode de réalisation, un moyen unique de pompage de vide est relié par des vannes de régulation séparées à la fois au module de sas de chargement et au module de collage moléculaire. De plus, le module de sas de chargement 2 comprend une première porte 7 qui est ouverte lorsqu'une tranche semi-conductrice est transférée depuis le module de sas de chargement 2 vers le module de collage moléculaire 1 et une deuxième porte 8 qui est ouverte lorsqu'une tranche semi-conductrice est transférée par un ro-bot vers le module de sas de chargement 2.
Le module de sas de chargement 2 peut être configuré comme module de transfert à tranche semi-conductrice unique, fournissant une seule tranche semi-conductrice à la fois au module de collage moléculaire 1, ou peut inclure une système de stockage multi-tranche pour recevoir de multiples tranches semi-conductrices via la deuxième porte 8 et stocker ces dernières, puis pour fournir en même temps ces tranches semi-conductrices multiples au module de collage moléculaire 1.
Selon la présente invention, après qu'une ou plusieurs tranches semi-conductrices ont été chargées dans le module de sas de chargement 2 et que la deuxième porte 8 a été fermée (la première porte 7 est maintenue fermée pendant la procédure de chargement), le module de sas de chargement 2 est évacué à une pression prédétermi- née. L'évacuation peut être effectuée par le dispositif de pompage 5 à un débit compris entre 2,5 m3/h et 1.000 m3/h, et en particulier à plus de 500 m3/h. Le module de sas de chargement 2 est par exemple évacué à une pression d'environ 1 mbar à quelques centaines de mbar ou en dessous de la pression atmosphérique. La chambre sous vide du module de collage moléculaire 1 est par exemple évacuée à une pression dans la plage de 0,01 mbar à 10 mbar ou 100 mbar, et en particulier de 0,1 mbar à 5 mbar.
PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhàusser - Anwaltssozietàt F10/0605MRK ALD Soitec 13 Après évacuation, l'une ou plusieurs tranches semi-conductrices sont transférées lors de l'ouverture de la première porte 7 vers la chambre sous vide du module de collage moléculaire 1 qui était déjà évacuée par le premier moyen de pompage 3. Étant don-né que pendant ce transfert de l'une ou plusieurs tranches semi-conductrices depuis le module de sas de chargement 2 vers le module de collage moléculaire 1, ce dernier n'est pas exposé à la pression atmosphérique, seul un réglage relativement léger de la pression de la chambre sous vide du module de collage moléculaire 1 est nécessaire (au besoin) après le transfert de la tranche semi-conductrice et la fermeture de la porte 7. Le rendement de production peut donc être sensiblement augmenté.
Il est à noter que le rendement de production peut être encore augmenté lorsqu'un autre module de sas de chargement est fourni, par exemple à gauche du module de collage moléculaire 1 de la figure 1, et relié au module de collage moléculaire 1 pour recevoir les tranches semi-conductrices déjà collées. Dans ce cas, l'autre module de sas de chargement sera également évacué avant le transfert des tranches semi-conductrices collées à partir du module de collage moléculaire 1. En variante, le module de sas de chargement 1 peut être utilisé pour sortir les tranches semi-conductrices collées depuis le module de collage moléculaire 1 vers l'environnement extérieur.
La figure 2 illustre un exemple du module de collage moléculaire 1 selon la présente invention. Le module de collage moléculaire comprend une chambre sous vide et est relié à un dispositif de pompage comme décrit en regard de la figure 1. Le module de collage moléculaire comprend en outre un système optique 9 qui permet de détermi- ner la position exacte des marques d'alignement sur les surfaces des tranches semi-conductrices qui doivent être collées dans le module de collage moléculaire 1.
Le système optique 9 est uniquement nécessaire si les deux tranches semi- conductrices doivent être parfaitement alignées avec une précision micrométrique.
C'est le cas lorsque les deux tranches semi-conductrices comportent des microcom- posants. Le terme microcomposants désigne des éléments provenant d'étapes tech- niques mises en oeuvre sur ou dans les couches qui doivent être positionnées avec précision. Les microcomposants peuvent donc être des composants actifs ou passifs, PA71134FRRB004vth GrOnecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietat FI0/0605MRK ALD Soitec 14 un simple point de contact ou des interconnections, telles qu'un contact en cuivre de surface et des interconnexions. Dans le cas où le procédé consiste seulement en un collage d'une tranche semi-conductrice avec des microcomposants sur une tranche semi-conductrice de support vierge, l'étape d'alignement peut être omise et le sys- tème optique 9 n'est donc pas nécessaire.
De plus, le module de collage moléculaire 1 comporte un premier support de collage moléculaire 10 et un deuxième support de collage moléculaire 11 qui serrent respectivement une première tranche semi-conductrice 12 et une deuxième tranche semi- conductrice 13. Les supports de collage moléculaire 10 et 11 peuvent être fabriqués en métal ou en céramique pour maintenir la planéité des tranches semi-conductrices 12 et 13. Tandis que dans la figure 2 les supports de collage moléculaire 11 et 12 représentés maintiennent les tranches semi-conductrices 12 et 13 horizontalement, les supports de collage moléculaire 11 et 12 peuvent être avantageusement agencés pour maintenir les tranches semi-conductrices 12 et 13 verticalement. Dans ce cas, la déformation des tranches semi-conductrices due à leur propre poids peut être évitée.
Dans l'exemple montré, le système optique 9 est couplé électriquement à une unité de régulation 14 qui calcule le déplacement des supports de collage moléculaire 11 et 12 (dans le plan et en rotation) pour aligner parfaitement les deux tranches semi-conductrices 12 et 13. En outre, l'unité de régulation 14 contrôle le mouvement des supports de collage moléculaire 11 et 12 l'un vers l'autre jusqu'à ce que les tranches semi-conductrices 12 et 13 entrent en contact pour le collage par adhérence moléculaire.
La figure 3 illustre un exemple d'un système de fabrication 20 comprenant l'appareil illustré à la figure 1. En particulier, le système de fabrication 20 comprend un module de collage moléculaire 1, soit par exemple le module de collage moléculaire 1 de la figure 2, et deux modules de sas de chargement 2 et 2'. Le système de fabrication 20 inclut au moins une porte de chargement 21 pour introduire des tranches semi-conductrices dans le système de fabrication 20. Un robot 22 est configuré pour manipuler et transférer les tranches semi-conductrices depuis la porte de chargement 21 vers un module individuel quelconque du système de fabrication 20, et aussi d'un mo- PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhüusser - Anwaltssoziet&t F10/0605MRK ALD Soitec 15 dule vers l'autre. Le robot se déplace le long d'une zone de déplacement (indiquée en traits interrompus), pour permettre le transfert de la tranche semi-conductrice d'un emplacement à l'autre.
De plus, le système de fabrication 20 comprend une station de plasma 23 pour activer une ou deux surface(s) principale(s) des tranches semi-conductrices introduites dans le système de fabrication 20. Pour minimiser le temps de préparation de surface, une deuxième station de plasma pourrait être ajoutée si le traitement de la tranche semi-conductrice exige que les surfaces principales des deux tranches semi-conductrices à coller nécessitent une activation. En variante, la même station de plasma 23 peut être utilisée pour traiter des surfaces à coller de chaque tranche semi-conductrice respective. Une première station de nettoyage 24 est fournie pour nettoyer une surface principale de collage moléculaire d'une première tranche et une deuxième station de nettoyage 25 est fournie pour nettoyer une surface principale de collage moléculaire d'une deuxième tranche.
Le système de fabrication 20 comprend en outre une unité de régulation (non représentée sur la figure 3) pour contrôler le moyen robotisé 22 lors du transport des tranches semi-conductrices dans le système de fabrication 20. L'unité de régulation peut par exemple contrôler le moyen robotisé 22 pour :
saisir une première tranche semi-conductrice au port de chargement 21 et la transporter vers la station de plasma 23 ; saisir une deuxième tranche semi-conductrice au port de chargement 21 et la transporter vers la station de nettoyage 25 ;
saisir la première tranche semi-conductrice à la station de plasma 23 et la transporter vers la station de nettoyage 24 ; saisir la deuxième tranche semi-conductrice à la station de nettoyage 25 et la transporter vers le module de sas de chargement 2' ;30 PA71134FRRB004vth GrUnecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietàt F10/0605MRK AND Soitec 16 saisir la première tranche semi-conductrice à la station de nettoyage 24 et la transporter vers le module de sas de chargement 2 ; et
saisir les première et deuxième tranches semi-conductrices collées après qu'elles aient été traitées dans le module de collage moléculaire 1 depuis le module de sas de chargement 2 et les transporter vers le port de chargement 21.
Tous les modes de réalisation décrits précédemment ne sont pas supposés être des limitations mais servent d'exemple pour illustrer des caractéristiques et avantages de l'invention. En particulier, et bien que l'invention ait été décrite dans le contexte de tranches semi-conductrices pour une utilisation dans l'industrie des semi-conducteurs, elle est applicable à différentes sortes de tranches semi-conductrices ou de substrats, qui peuvent présenter des caractéristiques (par exemple de nature, de taille ou de forme) différentes des caractéristiques typiques d'une tranche semi-conductrice utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs. On entend également que les caractéristiques décrites précédemment peuvent être aussi combinées toutes ou en partie de différentes manières.20 PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhüusser - Anwaltssozietüt F1010605MRK ALD Soitec

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Appareil de fabrication de dispositifs REVENDICATIONS1. Appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs, comprenant un module de collage moléculaire comprenant une chambre sous vide pour assurer le collage moléculaire de tranches semi-conductrices sous une pression inférieure à la pression atmosphérique, et un module de sas de chargement relié au module de collage moléculaire et configuré pour le transfert d'une tranche semi-conductrice vers le module de collage moléculaire et relié à un premier dispositif de pompage de vide configuré pour réduire la pression dans le module de sas de chargement en dessous de la pression atmosphérique.
  2. 2. Appareil selon la revendication 1, comprenant en outre un deuxième dispositif de pompage de vide relié via une vanne de régulation à la chambre sous vide du module de collage moléculaire et configuré pour réduire la pression dans la chambre sous vide du module de collage moléculaire en dessous de la pression atmosphérique. 20
  3. 3. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de sas de chargement comprend une première porte qui peut être ouverte et fermée pour la réception d'une tranche et une deuxième porte qui peut être ou-verte et fermée pour le transfert d'une tranche semi-conductrice depuis le mo- 25 dule de sas de chargement vers le module de collage moléculaire.
  4. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de sas de chargement comprend un système de stockage multi-tranche pour stocker des tranches semi-conductrices multiples à transférer vers le module 30 de collage moléculaire.
  5. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un module de sas de chargement supplémentaire relié au module dePA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanheusser - Anwa/tssozietet F10/0605MRK ALD Soitec 18 collage moléculaire et configuré pour recevoir une ou plusieurs tranches semi-conductrices collées dans le module de collage moléculaire.
  6. 6. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de collage moléculaire comprend au moins un premier support de collage moléculaire mobile configuré pour maintenir une première tranche et un deuxième support de collage moléculaire mobile différent du premier support de collage moléculaire et configuré pour maintenir une deuxième tranche semi-conductrice différente de la première tranche.
  7. 7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont configurés pour maintenir respectivement la première et la deuxième tranche dans une position verticale inclinée à moins de 10° par rapport à un plan vertical.
  8. 8. Appareil selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le premier support de collage moléculaire et/ou le deuxième support de collage moléculaire présente(nt) un arc inférieur à 1 micron ou inférieur à 0,1 micron. 20
  9. 9. Appareil selon la revendication 6, 7 ou 8, dans lequel le premier support de collage moléculaire et/ou le deuxième support de collage moléculaire sont/est fabriqué(s) en métal ou en céramique.
  10. 10. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre une unité 25 de régulation configurée pour contrôler le déplacement des premier et deuxième supports de collage moléculaire l'un vers l'autre pour positionner les première et deuxième tranches semi-conductrices à une distance prédéterminée l'une par rapport à l'autre, libérer les première et deuxième tranches semi-conductrices à la distance prédéterminée et initier une application locale d'une 30 force sur au moins une des première et deuxième tranches de telle sorte qu'elles soient assez proches pour amorcer le collage moléculaire.15PA71134FRRB004vth Grtinecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssoziet&t F10/0605MRK ALD Soitec 19
  11. 11. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre une unité de régulation configurée pour contrôler le déplacement des premier et deuxième supports de collage moléculaire l'un vers l'autre pour positionner les première et deuxième tranches semi-conductrices à une distance prédétermi- née l'une par rapport à l'autre et, par la suite, décroître localement la force de serrage appliquée par le premier et/ou le deuxième support de collage moléculaire pour maintenir respectivement la première et la deuxième tranche semi-conductrice de telle façon que les première et deuxième tranches semi-conductrices soient si proches l'une de l'autre que le collage moléculaire est amorcé.
  12. 12. Appareil selon la revendication 11, dans lequel l'unité de régulation est configurée pour contrôler une libération graduelle ou non-graduelle de la première et/ou de la deuxième tranche lorsque la première et la deuxième tranche semi- conductrice sont si proches l'une de l'autre que le collage moléculaire est amorcé.
  13. 13. Système de fabrication comprenant l'appareil selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre : un module de port de chargement configuré pour introduire une tranche semi-conductrice dans le système de fabrication ; un module de plasma configuré pour effectuer un traitement au plasma d'une 25 surface de la tranche semi-conductrice introduite dans le système de fabrication ; un module de nettoyage configuré pour nettoyer la surface de la tranche semi-conductrice ; et un moyen robotisé mobile configuré pour transporter la tranche semi-conductrice depuis le module de port de chargement, le module de plasma, le 30PA71134FRRB004vth Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhausser - Anwaltssozietüt FI0/0605MRK ALD Soitec 20 module de nettoyage ou le module de sas de chargement vers un autre de ces modules.
  14. 14. Procédé de collage moléculaire de tranches semi-conductrices, comprenant les étapes consistant à : évacuer une chambre sous vide d'un module de collage moléculaire ; transférer au moins une première tranche semi-conductrice vers un module de 10 sas de chargement qui est connecté au module de collage moléculaire ; évacuer le module de sas de chargement après le transfert d'au moins la première tranche semi-conductrice vers celui-ci ; 15 transférer au moins la première tranche semi-conductrice depuis le module de sas de chargement évacué vers la chambre sous vide évacuée du module de collage moléculaire ; facultativement, ajuster le vide de la chambre sous vide après le transfert d'au 20 moins la première tranche semi-conductrice ; positionner respectivement la première tranche semi-conductrice et une deuxième tranche semi-conductrice sur un premier et un deuxième support de collage moléculaire ; et 25 déplacer la première et la deuxième tranche semi-conductrice l'une vers l'autre par un déplacement du premier et/ou du deuxième support de collage moléculaire de telle sorte qu'une surface principale de la première tranche semi-conductrice et une surface principale de la deuxième tranche semi-conductrice 30 se rapprochent assez localement pour que le collage moléculaire soit amorcé.
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel les première et deuxième tranches semi-conductrices sont positionnées dans une position verticale inclinéePA71134FRRB004vth Grûnecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhàusser - Anwaltssozietët F10/0605MRK ALD Soitec 21 respectivement à moins de 10° par rapport à un plan vertical sur les premier et deuxième supports de collage moléculaire, et déplacées dans cette position verticale si proches l'une de l'autre que le collage moléculaire est amorcé.
  16. 16. Module de collage moléculaire comprenant au moins un premier support de collage moléculaire configuré pour maintenir une première tranche semi-conductrice ; et un deuxième support de collage moléculaire différent du premier support de collage moléculaire et configuré pour maintenir une deuxième tranche semi-conductrice différente de la première tranche semi-conductrice ; dans lequel les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont configurés pour maintenir respectivement les première et deuxième tranches dans une position verticale inclinée de moins de 10° par rapport à un plan ver-tical.
  17. 17. Module de collage moléculaire selon la revendication 16, dans lequel les pre- mier et deuxième supports de collage moléculaire sont positionnés verticale-ment à moins de 10° par rapport au plan vertical.
  18. 18. Module de collage moléculaire selon la revendication 16 ou 17, comprenant en outre une chambre sous vide et dans lequel les premier et deuxième supports de collage moléculaire sont agencés dans la chambre sous vide.
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