WO2015107290A2 - Procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur - Google Patents

Procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur Download PDF

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Frank Fournel
Hubert Moriceau
Loic Sanchez
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    • H01L2224/08151—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/08221—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
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    • H01L2224/802—Applying energy for connecting
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    • H01L2224/80417—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/1515—Shape
    • H01L2924/15158—Shape the die mounting substrate being other than a cuboid
    • H01L2924/15159—Side view

Definitions

  • the invention relates to a method for placing and bonding chips on a receiving substrate. It also relates to an assembly station and a transfer medium for the implementation of this method.
  • Such known methods include:
  • each chip comprising a bonding face and a transfer layer
  • each stud is permanently magnetized.
  • the placement of the chips comprises:
  • the chip is received inside the housing, it is glued to the receiving substrate using an adhesive adhesive that comes to cover the chip located inside the housing.
  • the invention aims to improve these known methods. It therefore relates to a method according to claim 1.
  • the use of a bonding without adding adhesive material to glue the chips on the active side has many advantages over a bonding through an adhesive material, especially in term mechanical, optical, electronic and thermal properties.
  • a collage without adding material is more robust in time.
  • such a bonding without adding adhesive material is easy to implement with the above method, because the preparation for this a smooth active face is much simpler than the preparation for a bonding without adding adhesive material funds from a multitude of housing.
  • Embodiments of this method may include one or more of the features of the process dependent claims.
  • the use of the transfer medium allows both to properly position the chips relative to each other and avoids the use of vibration or other similar phenomena to transport the chips to predefined locations.
  • such a transfer medium can be reused many times.
  • such a support makes it possible to simultaneously place several chips.
  • the invention also relates to an assembly station according to claim 11.
  • a transfer medium for the implementation of the above placement and bonding method is also disclosed.
  • the pads are permanently magnetized, and each pad is covered with a layer of polymers at least 30 microns thick, this layer covering the face of the magnetic pad to be turned towards a chip to attract.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of an assembly station for implementing a method for placing and bonding chips on a receiving substrate
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for placing and gluing chips using the station of FIG. 1;
  • FIGS. 3 to 9 are schematic illustrations, in vertical section, of different assembly states encountered during the implementation of the method of Figure 2;
  • FIG. 10 is a flowchart of another method for placing and bonding chips on a receiving substrate using the assembly station of FIG. 1,
  • FIGS. 11 to 15 are diagrammatic illustrations, in vertical section, of different assembly states encountered during the implementation of the method of FIG. 10,
  • FIG. 16 is also another embodiment of a method for placing and bonding chips on a receiving substrate using the assembly station of FIG. 1,
  • FIGS. 17 and 18 are diagrammatic illustrations, in vertical section, of assembly states encountered during the implementation of the method of FIG. 16,
  • FIG. 19 is a schematic and partial illustration, in vertical section, of a transfer medium that can be used in the assembly station of FIG. 1;
  • FIGS. 20, 22 and 24 are diagrammatic and partial illustrations, in vertical section, of other embodiments of the transfer support of FIG. 19,
  • FIGS. 21 and 23 are diagrammatic illustrations in plan view of two different embodiments of a pad of a transfer medium that can be used in the assembly station of FIG. 1;
  • FIG. 25 is a graph illustrating the evolution of a magnetic attraction force as a function of distance
  • FIGS. 26 and 27 are diagrammatic illustrations, in vertical section, of a step of two other embodiments of the methods, respectively, of FIGS. 2 and 10.
  • FIG. 1 shows a station 2 assembly.
  • This station 2 comprises chips 4 to be bonded to a receiving substrate 6. Thereafter, to simplify the description, it is assumed that all the chips to be bonded to the substrate 6 are identical. In addition, to simplify FIG. 1, only three chips 4 have been represented.
  • Figure 1 and the following figures are oriented with respect to an orthogonal reference X, Y, Z, where Z is the vertical axis, and X and Y designate the horizontal axes.
  • the terms “upper”, “lower”, “above”, “below”, “up”, and “down” are defined with respect to the Z axis.
  • the chip 4 is obtained by a microelectronic manufacturing process.
  • microelectronic manufacturing process is meant a collective manufacturing process in which many copies of the same chip are simultaneously manufactured from the same substrate.
  • this substrate is a wafer of semiconductor material or glass or sapphire.
  • the semiconductor material may be silicon, germanium, sapphire or a III-V material such as AsGa or an alloy or a stack of layers of these different materials.
  • the manufacture of such chips can implement photolithography and etching steps, layer epitaxial growth or layer deposition.
  • the chip 4 may be structured or not. When the chip 4 is not structured, it has no topology, that is to say, differences in levels. Typically the chip is then only a block of a single material or a stack of several layers in different materials. This block or this stack is often parallelepipedal or cylindrical. For example, an unstructured chip may be a block of III-V material used for photonic applications.
  • a structured chip is a chip that has been machined and worked to be able to perform a predefined function. It can present surface differences in levels. It can be a MEMS (Micro Electromechanical Systems) or a NEMS (Nano-Electromechanical Systems). It may also be an electronic chip comprising several, typically several thousand, transistors interconnected to fulfill logical functions. It can also be flat with a face composed of different materials (it is called a mixed face). Each chip has a face (composed of one or more materials) adapted for direct bonding (especially in terms of flatness and roughness).
  • the chip 4 is entirely made of materials that are not degraded by the preparation operations of the faces to be bonded for direct bonding.
  • Each chip forms a single block of material.
  • the size of a chip is usually small. For example, the largest length of a chip is less than 1 cm. This greater length is often also greater than 100 m. In any case, the greatest length of each chip is smaller and, preferably, at least two or ten times smaller than the largest dimension of the receiving substrate 6 to which it must be glued. Indeed, otherwise, it will not be possible to paste multiple copies of this chip side by side on the same receiving substrate.
  • the chips 4 are represented as being arranged on a plate 8.
  • the receiving substrate 6 is typically a wafer having an upper active face 10 on which are to be placed and glued the chips 4.
  • the active face 10 is smooth and flat. It extends continuously horizontally.
  • smooth is meant a face whose roughness RMS (Root Mean Square) is less than 10 nm and preferably less than 2 nm or 0.5 nm or 0.25 nm. This roughness is measured on a surface of 1 ⁇ 2 by AFM (Atomic Force Microscopy).
  • RMS Root Mean Square
  • AFM Anatomic Force Microscopy
  • the RMS roughness of a smooth silicon face is less than or equal to 0.3 nm.
  • the RMS roughness of a smooth face of III-V material is less than or equal to 0.5 nm.
  • the RMS roughness of a smooth SiO 2 face is less than or equal to 0.6 nm.
  • the substrate 6 may be structured or not. When structured, it may include electronic or mechanical components, or electrical tracks. In this case, these components and electrical tracks are buried under the active face 10 or are flush with the active face 10 so as not to create roughness protruding from this active face.
  • the substrate 6 can be made in a large number of different materials.
  • the substrate 6 is made of a non-magnetic material.
  • a non-magnetic material is a material having no measurable magnetic property or negligible magnetic properties prior to those of magnetic materials. The most common of these materials are for example a glass or a semiconductor such as silicon or germanium or sapphire or a III-V material such as InP.
  • the substrate 6 is made of silicon.
  • the substrate 6 is for example a wafer of more than 200 mm in diameter and more than 700 ⁇ thick.
  • the substrate 6 is placed on a plate 14.
  • the station 2 comprises a device 16 for placing and bonding chips 4 on the substrate 6.
  • This device 16 is able to transport the chips 4 on the substrate 6 to assemble them together.
  • the device 16 is a robot.
  • the device 16 comprises an arm 17, able to transport a transfer support 18 between the plates 8 and 14. As will be described later, this support 18 makes it possible to move the chips 4 and / or the substrate 6.
  • a front face, here facing downward of the substrate 32 is prepared for a bonding without addition of adhesive material. More precisely, here, bonding without adding adhesive material is direct bonding, also known as "direct bonding". Adhesion forces between bonded faces are, for example, initially caused, at room temperature, by weak forces such as van der Waals, capillary forces and electrostatic Coulomb forces or hydrogen bonds. Heat treatments subsequent to the bonding significantly increase the adhesion strength, in particular with the appearance of covalent bonds between the bonded faces. Depending on the preparation of the faces to be bonded, the initial adhesion strength at room temperature can also be caused by the covalent bonds.
  • the preparation of the faces to be bonded consists mainly of:
  • the contamination of the faces to be bonded by organic compounds can come from the treated structure, the environment or storage boxes. This contamination can prevent the formation of chemical bonds between the two faces to be bonded.
  • the particles locally prevent the formation of chemical bonds and involve an increase in the energy to be provided to allow the bonding of the two faces. Relationships between particle sizes and bonding defects have been demonstrated, taking into account the physical and chemical properties of the faces to be bonded and the bonding energies obtained. For example particles of ⁇ , ⁇ of height can cause defects of a few millimeters in diameter in the collages of silicon plates 0.7 mm thick.
  • the metal contaminants come from tools / equipment used during the process. They can affect the electrical properties of glued materials.
  • Too much roughness of the faces to be bonded can prevent the intimate contact of these faces.
  • reducing the roughness of the faces to be bonded (on a wide range of lateral frequency) as much as possible improves the quality of the bonding.
  • the preparation of the faces to be bonded to allow direct bonding generally comprises several distinct operations, including cleaning operations to eliminate organic contamination, particulate and metal species, and to activate the faces to be bonded and polishing operations. aiming at reducing the roughness of the faces to be glued. These operations can be performed immediately one after the other or separated by other steps of the process of Figure 2. In addition, some of these operations can be repeated at different locations during the course of the process.
  • the process of FIG. 2 is described in the particular case where the steps for preparing the faces to be bonded are separated by other steps of the process.
  • step 30 essentially consists in carrying out mechanical and chemical polishing operations better known by the acronym of Chemical and Mechanical Planarization (CMP) and / or cleaning.
  • CMP Chemical and Mechanical Planarization
  • the objective of these operations is to make the roughness of the free face of the substrate 32 compatible with direct bonding.
  • the front face of the substrate 32 is smooth with the meaning given above for this term.
  • the mechanical and chemical polishing operation should preferably be carried out before the cutting of the chips 4. Indeed, after the cutting of the chips 4, there is a significant risk that the product residues ("slurry" in English) used to polish remain stuck between the cut chips. These residues can then contaminate the bonding faces.
  • the cleaning operation is, for example, a brushing operation of the faces to be bonded with PVA brushes (PolyVinyl Alcohol, in English).
  • PVA brushes PolyVinyl Alcohol, in English.
  • Such brushing is very effective before direct bonding, in particular for the removal of residues from the product used for polishing.
  • These brushes are similar to sponges, highly compressible with high porosities (eg 90%). They can remove particles of the order of ⁇ as of the order of 0.1 m.
  • Brushing is often carried out in basic solution (for example dilute ammonium hydroxide solution (NH 4 OH) in a concentration range of 0.1 to 2% by weight) to prevent any further adhesion of the particles to the faces to be bonded or on the brushes.
  • basic solution for example dilute ammonium hydroxide solution (NH 4 OH) in a concentration range of 0.1 to 2% by weight
  • the layer 36 is made of soft magnetic material or hard magnetic material.
  • a soft magnetic material is a material that has a coercive magnetic field less than 1000 A.nrr 1 , and preferably less than 200 A.nrr 1 .
  • this soft magnetic material has a relative permeability R greater than 10 or 100 for a static magnetic field at room temperature.
  • the soft magnetic material is permalloy Ni- x Fe x eg Ni 8 OFe 2 o or Ni 4 5 Fe 5 5. It can also be an iron alloy with 3% silicon or a metal such as a soft iron.
  • a hard magnetic material is a magnetic material whose coercive magnetic field is strictly greater than 1000 A.nrr 1 and, preferably, greater than 10000 A.nrr 1 or 50 000 A.nrr 1 .
  • This hard magnetic material is permanently magnetized to form a permanent magnet.
  • the layer 36 is made of a soft magnetic material.
  • the layer 36 is a permanent magnet.
  • the layer 36 is also made of a material that is not degraded by the cleaning operations of the faces to be bonded for direct bonding. In particular, it is not therefore a composite layer, for example, formed by particles of magnetic material incorporated in a matrix of polymer material. Indeed, the polymeric materials are degraded by the cleaning operations and, in particular, by cleaning operations to eliminate organic contaminations.
  • the layer 36 is a continuous and homogeneous layer of magnetic material. It forms a single uniform block of magnetic material. It is devoid of polymer.
  • the transfer layer 36 is for example deposited by sputtering assisted by a magnetic field (magnetron in English) in a nitrogen plasma and argon activated by radio-frequency power (RF) or continuous (DC).
  • the thickness of the layer 36 is typically between 0.1 ⁇ and 100 ⁇ and, preferably, between 0.1 ⁇ and 20 ⁇ . In the example of FIG. 2, the thickness of the layer 36 is 0.5 ⁇ .
  • the layer 36 may be deposited on a sub-layer ("seed" in English) to promote its attachment to the substrate 32. This sublayer is simple or composite. For example, the sublayer is:
  • a bi-layer formed by stacking a single layer of Ta 5 to 10 nm thick and a single layer of copper 5 to 10 nm thick.
  • the substrate 32 is cut to mechanically separate from each other the chips 4 collectively manufactured. Each chip 4 can then be moved relative to the other chips 4 after this cutting.
  • each chip 4 After cutting, each chip 4 has a piece of the transfer layer 36 and a bonding face 42 ( Figure 4) on the opposite side.
  • the chips 4 are supplied to the assembly station 2. For this, these chips 4 can be manufactured on site at the station 2, or manufactured at another workstation, then brought to the level of the station 2. During this step, the chips 4 are arranged on the plate 8 so that their bonding face 42 is directly supported on the plate 8, while the Transfer layer 36 is located at the top.
  • the transfer substrate 18 is manufactured.
  • a substrate 52 (FIG. 5) is provided.
  • the width of this substrate 52 is several times greater than the width of a chip 4.
  • pads 58 are made only at predefined locations. These predefined locations define the relative positions of the chips 4 relative to each other. This relative arrangement of the chips 4 with respect to each other is identical to that which one wishes to obtain after bonding these chips 4 on the face 10 of the substrate 6.
  • the substrate 52 is covered with a film 56 (FIG. 5) of hard magnetic material of more than 10 m or 30 ⁇ m thick by a spray technique.
  • This film is for example in NdFeB.
  • this film 56 is made of a material that is not degraded by the cleaning operations of the faces to be bonded.
  • this film forms a continuous and homogeneous layer of magnetic material devoid of polymer.
  • the layer 56 is etched to leave only the magnetic pads 58 on the predefined locations. Subsequently, it is assumed that all the magnetic pads 58 are identical to each other with the exception of their location.
  • each stud 58 is permanently magnetized.
  • the magnetization is carried out in such a way that the magnetization direction is perpendicular to the plane in which the substrate 52 essentially extends.
  • a strong magnetic field is applied.
  • the energy product B * H (where B is the magnetic flux density and H the intensity of the magnetic field) of each pad 58 can reach 220 kJ / m 3 .
  • step 54 when a stud 58 is placed in the presence of a chip 4, there is a force of attraction between this stud 58 and the layer 36 of the chip 4. More precisely this attraction force is such that, when a stud 58 is disposed vertically of a chip 4 and separated from the chip 4 by a game, there is a threshold S e for the thickness of this game below which attraction force is sufficient to take off the chip 4 of the plate 8 and greater than the force of gravity which is exerted at the same time on this chip 4.
  • the attraction force does not allow
  • the hard magnetic material and the dimensions of the pad 58 are selected and the magnetization is carried out so that the threshold S e is greater than 1 ⁇ or 5 ⁇ m, and preferably at 50 ⁇ or 100 ⁇ .
  • the magnetic properties of the stud 58 are adjusted. so that the threshold S e is less than the width of the chip 4. In the case where the chip 4 does not have a rectangular horizontal section, the width of the chip 4 is the width of the horizontal rectangle containing the chip 4 and smaller area.
  • the threshold S e is 1 mm under the following conditions:
  • the stud 58 is in NdFeB and is 0.5 mm thick and 1 mm in diameter
  • chip 4 is made of silicon and has a face of 5 * 5 mm 2 and a thickness of 1 mm, and
  • the transfer layer is soft iron and is 1 mm thick.
  • each pad 58 forms a permanent magnet whose power, represented by the product B * H is greater than 10 kJ / m 3 or 25kJ / m 3 and, preferably, 100 kJ / m 3 .
  • the curve 220 of FIG. 25 represents, by way of illustration, the evolution of the attraction force (in kg) as a function of the distance (in mm) which separates the stud 58 from the layer 36 in the particular case where the pad 58 and the transfer layer have the dimensions defined above.
  • This curve 220 was obtained by simulation in the case where the stud 58 is a magnet marketed under the English name of "N42 Neodymium Magnets".
  • each pad 58 is designed so that the threshold S e is strictly greater than the sum of the thicknesses of the chip 4 and the 6.
  • the threshold Se is greater than 1 ⁇ or 5 ⁇ to this sum.
  • a step 60 the support 18 thus manufactured is supplied to the assembly station 2. Here it is attached to the end of the arm 17.
  • the substrate 6 is manufactured. Typically, it is manufactured using a microelectronic manufacturing process.
  • This step 62 here comprises a step of preparing the face 10 to allow direct bonding of the chips 4 on this face 10.
  • This preparation operation comprises in particular a mechanical and chemical polishing operation and / or cleaning the face 10 for the make it sufficiently flat and smooth to allow direct bonding.
  • This polishing and / or cleaning operation is for example identical to that described with reference to step 30.
  • the cleaning operations of the organic, particulate and metal species contamination and the activation operation of the face 10 for direct bonding are, for example, performed at this stage. These operations are described in more detail with reference to step 72.
  • the substrate 6 is supplied to the assembly station 2.
  • the device 16 sets presence of the chips 4 with the support 18.
  • the arm 17 first positions each stud 58 vertically of a respective chip 4. For this purpose, it moves the support 18 along the X and Y directions while maintaining the clearance between the pads 58 of the chips 4 strictly greater than the threshold S e . Then, the arm 17 approaches, in a substantially vertical movement (along Z), the pads 58 of the transfer layers 36, while the chips 4 are arranged on the plate 8 as shown in FIG. 4.
  • the Device 16 maintains the plane in which the pads 58 are located parallel to the plane in which the transfer layers 36 are located and moves the support 18 only vertically.
  • the magnetic attraction force generated by the pad 58 is strong enough to move the chip 4.
  • the chip 4 is then detached. of the plate 8 and rises to come into contact with this stud 58.
  • the chip 4 is raised and detached from the plate 8 under the sole effect of the magnetic force generated by the stud 58. This allows to precisely and collectively place all the chips 4 on the predefined locations by the positions of the pads 58.
  • each chip 4 is held fixed on its respective pad 58 under the action of the same magnetic force generated by the stud 58. This gives the state shown in FIG. 7.
  • a step 72 the preparation of the bonding faces 42 of the chips for direct bonding is continued.
  • the chips 4 are held motionless by the support 18.
  • the step 72 includes wet or dry cleaning operations to eliminate the contamination of the faces 42 and, at the same time, activate them for direct bonding.
  • a wet cleaning comprises the following operations.
  • SPM cleaning consists of immersing the faces 42 in a mixture of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • H 2 SO 4 sulfuric acid
  • H 2 O 2 hydrogen peroxide
  • Another solution called “cleaning DIO3”
  • DIO3 cleaning has the advantages of simplicity of implementation, a lower temperature and a low chemical waste discharge.
  • DIO3 cleaning has the advantages of simplicity of implementation, a lower temperature and a low chemical waste discharge.
  • the low solubility of ozone in water limits the amount of reactive species available, which limits the potential oxidation of hydrocarbons.
  • this treatment is better for cleaning gaseous contaminants (environment).
  • the faces 42 are for example cleaned by a basic mixture of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide, known for example under the term of SC1 (Cleaning 1 standard) developed by the company Radio Corporation of America (RCA) or known as "ammonia hydrogen peroxide mixture" (APM), in English.
  • SC1 Chemical 1 standard
  • APM ammonia hydrogen peroxide mixture
  • the faces 42 strongly hydrophilic and therefore activates them for direct bonding.
  • this solution simultaneously oxidizes and etches the faces slightly, leading to a removal of the particles from the surface (which favors the attack of the pedestal of the particles).
  • the high pH of the solution induces a zeta potential of the same sign for the particles and for the face which avoids any attraction of particle. Control of particulate contamination is important for high quality direct bonding.
  • the surface preparation treatment creates a chemical oxide whose thickness is of the order of 1 nm. This treatment can lead to rougher surfaces.
  • the cleaning conditions are thus defined to optimize the removal of the particles, to obtain good hydrophilicity and to obtain a low surface roughness.
  • the face is then covered for example Si-OH silanols groups on which water molecules can bind.
  • dry cleaning is achieved using a plasma or ion beam under vacuum or atmospheric pressure. Dry cleaning often results in stronger bonding with heat treatments at low temperatures or even at room temperature. It also allows to activate the gluing face.
  • step 72 it is also possible to apply a slight chemical-mechanical polishing on the face 42.
  • This chemical-mechanical polishing is considered here. as "light” if the shear forces that it drives between the pads 58 and the transfer layers 36 are too weak to move the chips 4 relative to the pads 58.
  • each chip 4 is directly bonded to a respective portion of the face 10 subsequently called “receiving zone" ".
  • the surface of each receiving zone is equal to the surface of the bonding face of the chip 4 that is just glued on. Since the face 10 is smooth, each receiving area is also smooth.
  • none of the receiving zones has the form of a housing for laterally receiving and immobilizing a chip 4. Each receiving zone is therefore devoid of surrounding rim and able to come into direct contact with vertical walls of the housing. chip 4 to guide, position and finally immobilize on a specific location of the active face 10.
  • the arm 17 carries the support 18, and therefore at the same time the chips 4 glued on the pads 58, to place the faces 42 of the chips 4 vis-à-vis respective reception areas of the face 10 of the support 6. In this position, the faces 42 are parallel to the face 10. The state shown in FIG. 8 is obtained.
  • the arm 17 moves the support 18, perpendicularly to the face 10, to bring the faces 42 into contact on the face 10.
  • An adhesion is then created between the faces 42 and 10, via forces or bonds which maintain the face 42 bonded to the face 10.
  • This adhesion can optionally be reinforced at this stage or later (operation 90) by a heat treatment, for example at more than 100 ° C.
  • the device 16 detaches the pads 58 of the transfer layers 36.
  • the adhesion force between the face 42 and the face 10 obtained during the step 78 is stronger than the adhesion force between the layer 36 and the stud 58.
  • the detachment of the studs 58 of the layers 36 is for example obtained by moving the support 18 relative to the substrate 6 along a horizontal direction to slide the pads 58 outside the transfer layers 36 and then moving the support 18 from the face 10. It is also possible to tilting the support 18 relative to the horizontal to detach the pads 58 of the chips 4. Under these conditions, the support 18 separates from the substrate 6 at the interface between the layers 36 and the pads 58.
  • the direct bonding of the chips 4 on the substrate 6 can be reinforced by a heat treatment.
  • This heat treatment consists in heating the chips and the substrate 6. For example, the substrate 6 and the chips are heated to more than 100 ° C.
  • the transfer layer 36 is removed.
  • This layer 36 can be removed by CMP polishing or chemical etching or RIE attack ("Reactive Ion Etching"). The state shown in FIG. 9 is then obtained.
  • FIG. 10 is another embodiment of a method for placing and bonding the chips 4 on the face 10 of the substrate 6 using the station 2.
  • the method of FIG. 10 starts with the same steps 30 to 62 that of the method of Figure 2, except that step 44 is replaced by a step 98.
  • Step 98 consists in providing the chips 4 manufactured at the assembly station 2. This step 98 is identical to step 44, except that the chips 4 are arranged on the plate 8 upside down with respect to what is done during step 44. In these conditions, the bonding face 42 of each chips are turned upward, while the transfer layer 36 is directly placed on the plate 8. The state obtained at the end of step 98 is shown in FIG. 11.
  • step 72 is carried out. preparation of the bonding faces 42 for direct bonding.
  • the pads 58 are positioned on a rear face 103 ( Figure 12) of the substrate 6, located on the opposite side to the face 10.
  • the substrate 6 is here made of a material not -magnetic. More specifically, these pads 58 are arranged at locations corresponding to the predefined locations on which the chips 4 must be glued.
  • the support 18 is fixed without any degree of freedom, in a removable manner, to the rear face 103 to obtain a block 106 ( Figure 12).
  • the pads 58 are directly mechanically in contact with the rear face 103. The state shown in FIG. 12 is then obtained.
  • the arm 17 moves the block 106 so as to position the face 10 vis-à-vis the faces 42 of glue chips 4 which rest on the plate 8.
  • the faces 42 and the face 10 are parallel and separated by a sufficiently large clearance so that the attraction force between the pads 58 and the layers 36 is insufficient to move the chips 4.
  • the arm 17 brings, by a displacement only perpendicular to the faces 42 (along the Z axis), the face 10 and the faces 42.
  • the chip 4 is detached from the plate 8 and rises to stick on the face 10 vis-à-vis the stud 58 having attracted. This then causes a direct bonding of the face 42 on the face 10. This gives the state shown in Figure 14.
  • the chip 4 is guided by the pad 58 to predefined replacement.
  • the support 18 is separated from the substrate 6.
  • the support 18 is moved as described with reference to the operation 80.
  • step 112 the direct bonding between the chips 4 and the face 10 is reinforced by a heat treatment.
  • This step 112 is identical to step 90 for example. It can also be performed before the operation 110.
  • FIG. 16 The placement and gluing method of FIG. 16 is identical to the method of FIG. 10, except that:
  • steps 50 to 60 are replaced by a step 120 for manufacturing and supplying a single magnetic pad 124 (FIG. 18) magnetized, and
  • Step 100 is replaced by a step 126 of placement and gluing of the chips 4 on the face 10.
  • Step 120 is for example to manufacture and provide a pad 124 identical to the pad 58. This step is not described here in detail.
  • Step 126 begins with an operation 128 in which the face 10 of the substrate 6 is placed, by the arm 17, facing the bonding faces 42 of the chips 4 disposed on the plate 8.
  • the thickness of the clearance between the face 10 and the faces 42 is small enough so that the stud 124 can attract and move the chips 4 when it is placed on the rear face 103 of the substrate 6
  • the stud 124 is not placed on the rear face 103.
  • the state represented in FIG. 17 is obtained. The substrate 6 is maintained in this position for performing the following two operations.
  • the device 16 moves the stud 124 to position it on the rear face 103 of the substrate 6 at a location corresponding to a predefined location of the active face 10 where a chip 4 must be placed and glued.
  • the stud 124 is first moved in a horizontal plane (X, Y) remote from the face 103 to place it vertically to the predefined location. Then, it is brought vertically along Z of the rear face 103.
  • the attraction force exerted between the pad 124 and this layer 36 becomes strong enough to detach the chip 4 from the plate 8.
  • This chip 4 then rises until its bonding face 42 comes into direct contact with the face 10. This gives the state shown on FIG. Figure 18.
  • the operations 130 and 132 are repeated for each predefined location on which a chip 4 must be glued.
  • FIG. 19 represents a support 140 intended to be used in place of the support 18 during the implementation of the method of FIG. 2 or 10.
  • This support 140 is identical to the support 18, except that each stud 58 is completely covered with a film 142 of non-magnetic material.
  • the non-magnetic material is for example a polymer such as Kapton®.
  • the film 142 extends over all the pads 58. In FIG. 19, only a portion of the support 140 corresponding to a single stud 58 is shown.
  • the thickness of this film 142 is determined, for example experimentally, so that the separation between the support 140 and the substrate 6 occurs at the interface between the pad 58 and the film 142.
  • the thickness of the film 142 is greater than 30 ⁇ and preferably greater than 50 ⁇ or 60 ⁇ .
  • the support 52 is a flexible support. Its Young's modulus at 25 ° C. is for example less than 10 or 1 GPa.
  • the manufacturing process of the support 140 is identical to that of the support 18, except that at the end of step 54, the film 142 is deposited on the pads 58.
  • the implementation of the support 140 is identical to that described for the support 18, except that in step 80, the separation of the support 140 and the substrate 6 occurs at the interface between the layers 36 and the 142. More specifically, one of the ends of the film 142 is vertically away from the substrate 6 to detach the pads 58 from the transfer layers 36.
  • the film 142 is used here to reduce the mechanical force required to separate the pads 58 from the transfer layers 36. This limits the risk of seeing a chip 4 come off the face 10 during step 80. This also limits the force required to do this job.
  • Figure 20 shows a portion of a support 150 to be used in place of the support 140 previously described.
  • This support 150 is identical to the support 140, except that:
  • the substrate 52 is omitted, and
  • the film 142 is replaced by a layer 152 identical but thicker or stiffer so as to maintain the pads 58 correctly positioned relative to each other.
  • the layer 152 covers all the pads 58 of the support 150.
  • the thickness of this layer 152 may be sufficient so that it does not deform more than 100 ⁇ or 1 mm under its own weight. For example, its thickness is greater than 250 or 500 ⁇ .
  • the layer 152 is flexible enough to remove the support 150 vertically away from the substrate 6 at one of its ends. The support 150 then tilts gradually to detach, one after the other, the pads 58 of the transfer layers 36. Under these conditions, it is said that the layer 152 is "peeled".
  • the layer 152 is made of a flexible material that does not break when pulled over. Its Young's modulus at 25 ° C. is for example less than 10 or 1 GPa. For example, it is Kapton®.
  • the layer 152 facilitates the separation of the pads 58 during step 80.
  • the use of the support 150 is the same as that described for the support 140.
  • Figure 21 shows a pad 160 usable instead of the pad 58 previously described.
  • the pad 160 has several magnetic domains placed next to each other in the X direction.
  • Four magnetic domains 161 to 164 are shown in FIG. 21.
  • Each of these magnetic domains has its own direction of magnetization different from that of the immediately adjacent magnetic domains.
  • the magnetization direction is represented by an arrow in FIG.
  • the directions of magnetization in all the magnetic domains are vertical but in opposite directions two by two.
  • the magnetization direction of a magnetic domain is opposite to the direction of magnetization of the magnetic domains immediately contiguous to this domain.
  • Such magnetization of the pad 160 facilitates the sliding of the chip 4 only in the Y direction.
  • cross section of the pad 160 that is to say its section parallel to the plane of the layer 52 has the same dimensions as the cross section of the transfer layer 36 of each chip 4.
  • FIG. 22 shows a support 170 that can be used in place of the support 18 to implement a method of placing and gluing the chips 4 on the substrate 6.
  • This support 170 is identical to the support 18, except that:
  • the pads 58 are replaced by conductive pads 172, and
  • each stud 172 is electrically connected to a voltage source.
  • each stud 172 is made of an electrically conductive material.
  • electrically conductive material is meant here a material whose resistance is less than 10 "5 ⁇ . ⁇ at 25 °, and preferably less than 10 " 6 or 10 " 7 ⁇ . ⁇ at 25 ° C. It is not necessary that the conductive material is also a magnetic material, in which case the conductive material is a non-magnetic material.
  • Each pad 172 is connected to a conductive layer 174 covering the entire rear face of the layer 52, that is to say the face of the layer 52 located on the opposite side to the pad 172.
  • the support 170 also has vias 176 traversing the layer 52 along a direction perpendicular to the plane in which it extends.
  • each pad 172 is covered with an electrically insulating layer.
  • An electrical insulator is a material whose resistivity at 25 ° C is greater than 10 10 or 10 15 ⁇ . ⁇ .
  • the transfer layer 36 of each chip is made of an electrically conductive material which is not necessarily magnetic.
  • step 70 a voltage source is connected to the layer 174 to load the pads 172. From then on when the support 170 is approached to the conductive transfer layers 36, an electrostatic attraction force appears between the pads and the transfer layers. Only for a distance between the pads 172 and the faces 36 below the threshold S e , this attractive force displaces the chips 4 and keeps them glued to the insulating layers 173. Then, during the step 80, to detach the studs 172 of the transfer layers of the chips, the voltage source is controlled to balance the electrical charges between the pads 172 and the transfer layers. This then causes separation of the support 170 and the substrate 6.
  • Figure 23 partially shows a support 180 of transfer. To simplify FIG. 23, only one stud 182 of this support 180 has been shown. It is assumed here that all the other pads are structurally identical to the pads 182.
  • the pad 182 is a coil capable of generating a magnetic field when it is crossed by an electric current.
  • the stud 182 comprises a track 184 which wraps around an axis 186 perpendicular to the plane of the layer 52.
  • the track 184 spirals from one end 188 to another end 190 This spiral is entirely contained in the same plane perpendicular to the axis 186.
  • the ends 188 and 190 are connected to a current source.
  • the support 180 includes vias crossing the layer 52. These vias electrically connect each end 188 and 190 to a respective terminal of the current source.
  • this support 180 is identical to the use of the support 18 except that from step 70 to step 80, the current source circulates a current in the track 184 to create a force of electromagnetic attraction which attracts and maintains the chips 4 stuck on the studs 182.
  • the supply of the track 184 is interrupted to make disappear the electromagnetic attraction force.
  • the support 180 can also be used in place of the support 18 in the methods of FIGS. 10 and 16.
  • FIG. 24 shows a transfer support 200. This support is identical to the support 18 except that it comprises a respective coil 202 associated with each pad 58.
  • each coil 202 is fixed on the rear face of the substrate 52 on the opposite side to the pad 58 to which it is associated.
  • the coils 202 are made as the pads 182 of FIG. 23. Their winding axis 186 is aligned with the magnetic moment of the associated pad 58.
  • the support 200 is used as the support 18 except that after step 70 and before the operation 78, the method comprises a step 210 for improving the centering of each chip 4 on its stud 58.
  • the step 210 is shown in dotted line in FIG. 2.
  • the coil 202 is energized for a time interval ⁇ 1 and then the supply of the coil 202 is interrupted during a time interval ⁇ 2.
  • the coil 202 generates a magnetic field of opposite direction to that of the pad 58 to reduce the attraction force between the pad 58 and the transfer layer 36 until the chip 4 is detached from the pad 58 under the effect of the force of gravity.
  • the time interval ⁇ 1 is sufficiently short that at its expiration, the game that has reappeared between the layer 36 and the pad 58 remains below the threshold S e .
  • the attraction force of the stud 58 is sufficient to attract the chip 4 again to the stud 58.
  • the time interval ⁇ 2 is, for example, long enough for the chip 4 to come from again stick to this pad 58.
  • the intervals ⁇ 1 and ⁇ 2 are repeated several times so that the chip 4 is placed at the minimum energy that is to say in the center of the stud 58.
  • this field "in opposition" can be used to separate in step 80, the transfer substrate and the final substrate.
  • the transfer layer that is a hard magnetic material, permanently magnetized, while the pad 58 is only made of soft magnetic material. It is also possible that both the transfer layer and the pads are made of hard magnetic materials permanently magnetized. This is particularly advantageous for the implementation of the methods described with reference to FIGS. 10 and 16.
  • the transfer medium is not necessarily made of a rigid material such as glass or silicon or sapphire. It may also be a flexible material such as for example a polymer.
  • the pads 58 may differ from each other by their geometry.
  • the geometry of each pad is adapted to the geometry of the chip that it must attract and which must adhere to this pad.
  • the transfer medium can be manufactured by other methods.
  • pre-manufactured permanent magnets are bonded to the substrate 52 to form the studs 58.
  • the pre-manufactured permanent magnets can also be embedded inside a flexible matrix of a rubbery polymer, that is to say say an elastomer for example, or a vitreous polymer.
  • the face of the pads is flush with the surface of the polymer matrix or this face of the pads is buried under a polymer layer of at least 30 ⁇ and, preferably at least 50 ⁇ or 60 ⁇ , thick.
  • the permanent magnets may also be arranged on the rear face of this substrate 52, that is to say on the face on the opposite side where the chips 4 are located during of their transport by the transfer medium.
  • the pre-manufactured permanent magnets are, for example, NdFeB or SmCo or ferrites.
  • the inclination of the transfer medium to detach the studs 58 from the chips 4 can be obtained by applying an additional external magnetic field, that is to say in addition to that generated by the pads 58.
  • the magnetic moment of this external magnetic field is inclined with respect to the magnetic moment of the pads 58, that is to say here inclined relative to the horizontal by at least 10 °.
  • the magnetic pads 58 then tilt to align their respective magnetic moment with the magnetic moment of the external magnetic field.
  • the external magnetic field is generated by a permanent magnet made of NdFeB with a square cross section of 5 * 5 mm 2 and a length of 50 mm whose magnetic moment is inclined by 45 °. compared to the horizontal.
  • the chips placed and glued on the receiving substrate are not necessarily all identical to each other.
  • the transfer layer is not necessarily located at one end of the chip. It can also be buried inside the chip. In this case, this layer may not be removed and step 92 is omitted. This is for example the case when the magnetic layer must be deposited before cleaning the face 42 and it is necessary to protect this magnetic material by a protective film, for example SiO 2 .
  • the transfer layer may be manufactured differently. For example, a film of magnetic material is adhered to the substrate 32 with an adhesive to obtain the transfer layer 36.
  • the manufacturing step of the transfer layer may be performed before or after the step 38 of cutting the substrate 32.
  • the threshold S e can be adjusted by adjusting the dimensions of the stud 58 and, in particular, its width. It can also be adjusted by adjusting:
  • the threshold S e is set so as to be smaller than the distance that separates two immediately adjacent chips deposited on the plate 8.
  • each stud 58 can attract only the chip opposite and not not the chips near this chip vis-à-vis.
  • the direct bonding can be replaced by other forms of bonding without adding adhesive material that allow to obtain a sufficient adhesive strength to implement the methods described herein.
  • the adhesive force is sufficient to hold the chip 4 stuck on the active face against the force of gravity when the active face is turned down.
  • it may be a collage by thermo-compression or a direct bonding followed by thermocompression.
  • the bonding face may be formed by the face of a metal layer such as gold, copper or aluminum.
  • a pressure and a high temperature are applied at the same time to obtain the bonding of the face 42 on the face 10.
  • the temperature is greater than 100 or 200 ° C
  • the force of compression is greater than 30 kN or 40 kN.
  • It may also be anodic bonding known as "anodic bonding" which is obtained using an electrostatic field.
  • Bonding without the addition of adhesive material may also be replaced by adhesive bonding.
  • the roughness of the active face 10 may be greater.
  • its RMS roughness is less than 500 nm or 100 nm or 10 nm.
  • the preparation of the bonding surface of the chips for bonding without adding material and, in particular for direct bonding, can be performed at different times. For example, this preparation can be performed:
  • step 34 is performed before this preparation of the bonding face.
  • the bonding face prepared can be brought into contact with a rigid or flexible temporary support to protect this bonding face during subsequent steps.
  • This contact with a temporary support can take place before or after the chip cutting step.
  • the preparation of the face of the substrate 6 for bonding without adding material may also be performed at different times. For example, it can be done just before step 70.
  • the step 72 for preparing the faces 42 may be omitted if this preparation has already been carried out during the manufacture of the chips and the surface condition of the face 42 is still compatible with adhesive-free bonding just before such bonding. Step 72 may also be done at another time, for example after the chip transport operation 4.
  • the bonding enhancement step 92 can also be performed before the separation step between the transfer medium and the substrate 6 or be carried out, in part, before this separation step and, for the other part, after the separation step.
  • the heat treatment carried out before the separation step must be carried out at a temperature that does not destroy the support 18 or the pads 58 or 124.
  • the method of FIG. 16 can be modified by replacing pad 124 with support 18. In this case, instead of placing and pasting one chip at a time, it is possible to place and glue several chips simultaneously. at the same time, even to glue and to place all the chips 4 simultaneously on the substrate 10.
  • the step 210 may also be performed by replacing the coil 202 by an additional permanent magnet whose magnetic moment is in the opposite direction to that of the stud 58.
  • This additional permanent magnet is approached by moving it vertically along the length of the magnet. axis 186, pad 58 during the time interval ⁇ 1 to cancel the magnetic attraction force. During the time interval ⁇ 2, the additional permanent magnet is moved away from the pad 58 so that the chip 4 is again attracted by the pad 58.
  • the substrate 52 may be omitted and replaced by a plate on which are glued the different pads 58 at predefined locations.
  • the magnetization direction of the pads 58 may also be parallel to the plane of the layer 52.
  • this mask 230 is interposed between the support 18 and the transfer layers 36.
  • This mask 230 comprises at least one opening 232 whose horizontal section is sufficiently wide to be traversed by at least one chip 4.
  • the horizontal section of this opening 232 is also sufficiently narrow to prevent a chip 4 located next to the chip 4 to be transferred to stick to a pad 58.
  • This mask 230 allows to choose the chip or chips 4 to transfer by placing the opening 230 vertically of the chip 4 to be transferred and placing parts of the mask 230 devoid of opening vertically chips that should not be transferred. It can also serve as a guide when posting.
  • This mask is not hard magnetic material (to avoid interfering in the transfer process). It is, for example, polymer, metal (copper, aluminum for example) or ceramic (for example AI 2 O 3 ). As illustrated in FIG. 27, the mask 230 can also be used in the method of FIG. 10 to select the chip or chips to be bonded to the face 10 of the receiver substrate 6 during the operation 108.
  • each receiving zone is smooth and:
  • the overall surface of the receiving zone and its peripheral zone represents, for example, a surface two, three or four times greater than the surface of the bonding face of the chip. 4.
  • this smooth peripheral area completely surrounds the reception area.
  • the recessed peripheral zone may be a trench dug in the active face to define a receiving zone.
  • this recessed peripheral zone may extend all around the reception zone but it is not necessary.
  • the receiving surface is bordered on one side by a smooth peripheral area and on the other side by a recessed peripheral area. The presence of this recessed peripheral zone does not interfere with the polishing steps to smooth the reception zone.
  • reception areas are therefore devoid of proper housing to guide the chip 4 to a specific location when placed on the active side.
  • the receiving areas all extend in the same horizontal plane. All that has been previously described applies to these variants.

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Abstract

Ce procédé comporte: le placement (70) de puces à des emplacements prédéfinis en attirant une couche de transfert de la puce à l'aide d'un plot, la force d'attraction entre la couche de transfert et le plot étant une force choisie dans le groupe composé d'une force magnétique, d'une force électrostatique et d'une force électromagnétique, le collage (74) des puces ainsi placées sur des zones de réception respectives d'une face active d'un substrat récepteur, ce collage comportant: la préparation (30, 62, 72) de faces de collage des puces et des zones de réception pour permettre un collage sans apport de matière adhésive, puis lors de l'étape c), la mise en contact direct (78) de chaque face de collage avec sa zone de réception respective et l'obtention ainsi d'un collage sans apport de matière adhésive des puces sur le substrat récepteur.

Description

PROCEDE DE PLACEMENT ET DE COLLAGE DE PUCES SUR UN SUBSTRAT
RECEPTEUR
[ooi] L'invention concerne un procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur. Elle concerne également un poste d'assemblage et un support de transfert pour la mise en œuvre de ce procédé.
[002] De tels procédés connus comportent :
a) la fourniture de plusieurs puces, chaque puce comportant une face de collage et une couche de transfert,
b) le placement des puces à des emplacements prédéfinis en attirant la couche de transfert à l'aide d'un plot, la force d'attraction entre la couche de transfert et le plot étant une force magnétique,
c) le collage des faces de collage des puces ainsi placées sur des zones de réception respectives d'une face active du substrat récepteur, chaque zone de réception ayant la même surface que la face de collage collée sur cette zone de réception.
[003] Dans les procédés connus, la force qui attire les puces est une force magnétique. A cet effet, chaque plot est aimanté de façon permanente.
[004] Dans ces procédés connus, le placement des puces comporte :
- l'usinage de la face active du substrat récepteur pour y former des logements aux dimensions des puces à recevoir à des emplacements prédéfinis sur la face active,
- le placement des puces en vis-à-vis des logements correspondants, puis
- l'attraction de chaque puce par un plot pour qu'elle se déplace et rentre à l'intérieur du logement prévu pour la recevoir.
[005] Une fois que la puce est reçue à l'intérieur du logement, celle-ci est collée sur le substrat récepteur en utilisant une colle en matériau adhésif qui vient recouvrir la puce située à l'intérieur du logement.
[006] Un tel procédé est par exemple décrit dans l'article suivant :
Sudhakar Shet, Vishal R. Mehta, Anthony T. Fiory, Martin P. Lepselter et N. M. Ravindra, « The magnetic field-assisted assembly of Nanoscale Semiconductor Devices : a new technique », JOM octobre 2004, page 32.
[007] D'autres procédés connus sont décrits dans :
- WO2011/072373A1 ,
- JPS56152243A,
- US2008/121724A1 ,
- WO2012/133760A1 ,
- FR2979167A1 ,
- EP1209735A2,
- WO2007/021639A2,
- FR2980036A1 . [008] L'invention vise à améliorer ces procédés connus. Elle a donc pour objet un procédé conforme à la revendication 1 .
[009] Dans le procédé ci-dessus, aucun logement pour placer les puces n'est réalisé dans la face active du substrat récepteur. Cela simplifie la mise en œuvre de ce procédé par rapport aux procédés existants.
[ooi o] De plus, l'utilisation d'un collage sans apport de matière adhésive pour coller les puces sur la face active présente de nombreux avantages, par rapport à un collage par l'intermédiaire d'une matière adhésive, notamment en terme de propriétés mécaniques, optiques, électroniques et thermiques. Par exemple, un collage sans apport de matière est plus robuste dans le temps. De plus, un tel collage sans apport de matière adhésive est facile à mettre en œuvre avec le procédé ci-dessus, car la préparation pour cela d'une face active lisse est beaucoup plus simple que la préparation pour un collage sans apport de matière adhésive des fonds d'une multitude de logements.
[0011] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes de procédés.
[0012] Ces modes de réalisation du procédé de placement et de collage présentent en outre les avantages suivants :
- l'utilisation du support de transfert permet à la fois de positionner correctement les puces les unes par rapport aux autres et évite le recours à des vibrations ou autres phénomènes similaires pour transporter les puces jusqu'aux emplacements prédéfinis. De plus, un tel support de transfert peut être réutilisé de nombreuses fois. Enfin, un tel support permet de placer simultanément plusieurs puces.
- l'utilisation de plots ou couches de transfert aimantés de façon permanente simplifie la mise en œuvre du procédé puisqu'il n'est pas nécessaire de recourir à une source d'alimentation externe pour produire une force d'attraction à l'aide de ces plots ;
- le dépôt d'une couche de polymère entre le plot et la couche de transfert facilite encore plus la séparation des plots et des puces.
- l'utilisation d'une force électrostatique pour attirer les puces sur les plots permet de séparer simplement les plots et les puces lorsque cela est requis en limitant ou en annulant la force électrostatique.
- l'utilisation d'une force électromagnétique générée par chaque plot permet également de faciliter la séparation des plots et des puces lorsque cela est requis en limitant ou en supprimant la force électromagnétique générée.
- l'éloignement de la couche de transfert du plot puis son déplacement à nouveau vers le plot permet d'améliorer le centrage de la couche de transfert sur le plot. - l'utilisation d'une couche continue et homogène de matériau magnétique permet d'obtenir un collage direct de bonne qualité.
[0013] L'invention a également pour objet un poste d'assemblage conforme à la revendication 11.
[0014] Un support de transfert pour la mise en œuvre du procédé de placement et de collage ci-dessus est également divulgué. Dans ce support les plots sont aimantés de façon permanente, et chaque plot est recouvert d'une couche de polymères d'au moins 30 micromètres d'épaisseur, cette couche recouvrant la face du plot aimanté destinée à être tournée vers une puce à attirer.
[0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique d'un poste d'assemblage pour mettre en œuvre un procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur,
- la figure 2 est un organigramme d'un procédé de placement et de collage de puces à l'aide du poste de la figure 1 ,
- les figures 3 à 9 sont des illustrations schématiques, en coupe verticale, de différents états d'assemblage rencontrés lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 2 ;
- la figure 10 est un organigramme d'un autre procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur à l'aide du poste d'assemblage de la figure 1 ,
- les figures 11 à 15 sont des illustrations schématiques, en coupe verticale, de différents états d'assemblage rencontrés lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 10,
- la figure 16 est aussi un autre mode de réalisation d'un procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur à l'aide du poste d'assemblage de la figure 1 ,
- les figures 17 et 18 sont des illustrations schématiques, en coupe verticale, d'états d'assemblage rencontrés lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 16,
- la figure 19 est une illustration schématique et partielle, en coupe verticale, d'un support de transfert utilisable dans le poste d'assemblage de la figure 1 ,
- les figures 20, 22 et 24 sont des illustrations schématiques et partielles, en coupe verticale, d'autres modes de réalisation du support de transfert de la figure 19,
- les figures 21 et 23 sont des illustrations schématiques en vue de dessus, de deux modes de réalisation différents d'un plot d'un support de transfert utilisable dans le poste d'assemblage de la figure 1 ,
- la figure 25 est un graphe illustrant l'évolution d'une force d'attraction magnétique en fonction de la distance, - les figures 26 et 27 sont des illustrations schématiques, en coupe verticale, d'une étape de deux autres modes de réalisation des procédés, respectivement, des figures 2 et 10.
[0016] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et les fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[0017] La figure 1 représente un poste 2 d'assemblage. Ce poste 2 comporte des puces 4 à coller sur un substrat récepteur 6. Par la suite, pour simplifier la description, on suppose que toutes les puces à coller sur le substrat 6 sont identiques. De plus, pour simplifier la figure 1 , seules trois puces 4 ont été représentées.
[0018] La figure 1 ainsi que les figures suivantes sont orientées par rapport à un repère orthogonal X, Y, Z, où Z est l'axe vertical, et X et Y désignent les axes horizontaux. Les termes « supérieur », « inférieur », « dessus », « dessous », « haut », et « bas » sont définis par rapport à l'axe Z.
[0019] Typiquement, la puce 4 est obtenue par un procédé de fabrication microélectronique. Par « procédé de fabrication microélectronique » on désigne un procédé de fabrication collectif dans lequel de nombreux exemplaires de la même puce sont simultanément fabriqués à partir d'un même substrat. Typiquement, ce substrat est une plaquette en matériau semi-conducteur ou en verre ou encore en saphir. Le matériau semi-conducteur peut être du silicium, du germanium, du saphir ou un matériau lll-V tel que le AsGa ou encore un alliage ou un empilement de couches de ces différents matériaux. La fabrication de telles puces peut mettre en œuvre des étapes de photolithographie et de gravure, de croissance épitaxiale de couche ou de dépôt de couche.
[0020] La puce 4 peut être structurée ou non. Lorsque la puce 4 n'est pas structurée, celle-ci ne présente pas de topologie, c'est-à-dire des différences de niveaux. Typiquement la puce est alors uniquement un bloc d'une seule matière ou un empilement de plusieurs couches dans des matériaux différents. Ce bloc ou cet empilement est souvent parallélépipédique ou cylindrique. Par exemple, une puce non structurée peut être un bloc de matériau III - V utilisé pour des applications photoniques.
[0021] Une puce structurée est une puce qui a été usinée et travaillée pour être capable de remplir une fonction prédéfinie. Elle peut présenter en surface des différences de niveaux. Il peut s'agir d'un MEMS (Micro Electromechanical Systems) ou d'un NEMS (Nano-Electromechanical Systems). Il peut également s'agir d'une puce électronique comportant plusieurs, typiquement plusieurs milliers, de transistors interconnectés entre eux pour remplir des fonctions logiques. Elle peut également être plane avec une face composée de différents matériaux (on parle alors d'une face mixte). [0022] Chaque puce présente une face (composé d'un ou plusieurs matériaux) adaptée pour le collage direct (notamment en termes de planéité et de rugosité). Ici, toujours dans l'optique de réaliser un collage direct, la puce 4 est entièrement réalisée dans des matériaux qui ne sont pas dégradés par les opérations de préparation des faces à coller pour un collage direct.
[0023] Chaque puce ne forme qu'un seul bloc de matière. La dimension d'une puce est généralement petite. Par exemple, la plus grande longueur d'une puce est inférieure à 1 cm. Cette plus grande longueur est souvent également supérieure à 100 m. Dans tous les cas, la plus grande longueur de chaque puce est inférieure et, de préférence, au moins deux ou dix fois inférieure à la plus grande dimension du substrat récepteur 6 sur lequel elle doit être collée. En effet, sinon, il ne sera pas possible de coller plusieurs exemplaires de cette puce côte à côte sur le même substrat récepteur.
[0024] Des détails supplémentaires sur la puce 4 sont décrits en référence au procédé de la figure 2.
[0025] Ici, les puces 4 sont représentées comme étant disposées sur un plateau 8.
[0026] Le substrat récepteur 6 est typiquement une plaquette comportant une face active supérieure 10 sur laquelle doivent être placées et collées les puces 4. Ici, la face active 10 est lisse et plane. Elle s'étend continûment horizontalement. Par lisse, on désigne une face dont la rugosité RMS (Root Mean Square) est inférieure à 10 nm et, de préférence, inférieure à 2 nm ou à 0,5 nm ou à 0,25 nm. Cette rugosité est mesurée sur une surface de 1 μηη2 par AFM (Atomic Force Microscopy). Par exemple, la rugosité RMS d'une face lisse en silicium est inférieure ou égale à 0,3 nm. La rugosité RMS d'une face lisse en matériau lll-V est inférieure ou égale à 0,5 nm. Enfin, la rugosité RMS d'une face lisse en SiO2 est inférieure ou égale à 0,6 nm.
[0027] Comme pour les puces 4, le substrat 6 peut être structuré ou non. Lorsqu'il est structuré, il peut comporter des composants électroniques ou mécaniques, ou des pistes électriques. Dans ce cas, ces composants et ces pistes électriques sont enfouis sous la face active 10 ou affleurent sur la face active 10 de manière à ne pas créer des aspérités qui dépassent de cette face active.
[0028] Le substrat 6 peut être réalisé dans un grand nombre de matériaux différents. De préférence, le substrat 6 est réalisé dans un matériau non magnétique. Un matériau non-magnétique est un matériau ne présentant pas de propriété magnétique mesurable ou des propriétés magnétiques négligeables devants celles des matériaux magnétiques. Les plus courants de ces matériaux sont par exemple un verre ou un semi-conducteur tel que du silicium ou du germanium ou du saphir ou un matériau III- V tel que InP. Ici, le substrat 6 est réalisé en silicium.
[0029] Le substrat 6 est par exemple une plaquette de plus de 200 mm de diamètre et de plus de 700 μιτι d'épaisseur.
[0030] Dans la figure 1 , le substrat 6 est posé sur un plateau 14. [0031] Le poste 2 comprend un dispositif 16 de placement et de collage des puces 4 sur le substrat 6. Ce dispositif 16 est apte à transporter les puces 4 sur le substrat 6 pour les assembler ensemble. Par exemple, le dispositif 16 est un robot. Dans le cas particulier représenté ici, le dispositif 16 comporte un bras 17, apte à transporter un support 18 de transfert entre les plateaux 8 et 14. Comme cela sera décrit plus loin, ce support 18 permet de déplacer les puces 4 et/ou le substrat 6.
[0032] Un premier mode de fonctionnement du poste 2 va maintenant être décrit en référence au procédé de la figure 2 et à l'aide des figures 3 à 9.
[0033] Lors d'une étape 30, on procède à la fabrication collective des puces 4 sur un substrat 32 (figure 3). Lors de cette étape 30, une face avant, ici tournée vers le bas du substrat 32 est préparée pour un collage sans apport de matière adhésive. Plus précisément, ici, le collage sans apport de matière adhésive est un collage direct, également connu sous le terme anglais de « Direct bonding ». Les forces d'adhérence entre les faces collées sont, par exemple, causées initialement, à température ambiante, par des forces faibles comme celles de van der Waals, des forces capillaires et des forces de Coulomb électrostatiques ou des liaisons hydrogène. Des traitements thermiques ultérieurs au collage permettent d'augmenter significativement la force d'adhérence, en particulier avec l'apparition de liaisons covalentes entre les faces collées. Selon la préparation des faces à coller, la force d'adhérence initiale à la température ambiante peut aussi être causée par les liaisons covalentes. La préparation des faces à coller consiste principalement :
- à éliminer les contaminations des faces à coller d'origine organique (par exemple par des résidus de polymère), particulaire ou par des espèces métalliques,
- à diminuer la rugosité des faces à coller, et
- à activer les faces à coller, typiquement, pour les rendre fortement hydrophile.
[0034] La contamination des faces à coller par des composés organiques peut provenir de la structure traitée, de l'environnement ou de boîtes de stockage. Cette contamination peut empêcher la formation de liaison chimique entre les deux faces à coller.
[0035] Les particules empêchent localement la formation de liaison chimique et impliquent une augmentation de l'énergie à fournir pour permettre le collage des deux faces. Des relations entre les tailles des particules et celles des défauts de collage ont été démontrées, compte tenu des propriétés physiques et chimiques des faces à coller et des énergies de collage obtenues. Par exemple des particules de Ο,δμιτι de hauteur peuvent provoquer des défauts de quelques millimètres de diamètre dans les collages de plaques de silicium de 0,7 mm d'épaisseur.
[0036] Les contaminants métalliques proviennent d'outils/équipements utilisés lors du procédé. Ils peuvent affecter les propriétés électriques des matériaux collés.
[0037] Une rugosité trop importante des faces à coller peut empêcher la mise en contact intime de ces faces. Ainsi, diminuer la rugosité des faces à coller (sur une large gamme de fréquence latérale) autant que possible améliore la qualité du collage.
[0038] L'activation des surfaces, que ce soit par procédés en voie humide ou sèche, est nécessaire pour permettre un collage direct alors que les puces ont attendu pendant le transfert.
[0039] La préparation des faces à coller pour permettre un collage direct comporte généralement plusieurs opérations distincts dont notamment des opérations de nettoyage visant à éliminer la contamination organique, particulaire et par espèces métalliques, et à activer les faces à coller et des opérations de polissage visant à diminuer la rugosité des faces à coller. Ces opérations peuvent être réalisées immédiatement les unes après les autres ou être séparées par d'autres étapes du procédé de la figure 2. De plus, certaines de ces opérations peuvent être répétées à différents endroits au cours du déroulement du procédé. Ici, le procédé de la figure 2 est décrit dans le cas particulier où les opérations de préparation des faces à coller sont séparées par d'autres étapes du procédé.
[0040] Ici, l'étape 30 consiste essentiellement à procéder à des opérations de polissage mécanique et chimique plus connues sous l'acronyme de CMP (Chemical and Mechanical Planarization) et/ou à un nettoyage. L'objectif de ces opérations est de rendre la rugosité de la face libre du substrat 32 compatible avec un collage direct. Par exemple, à l'issue de l'étape 30, la face avant du substrat 32 est lisse avec le sens donné ci-dessus à ce terme.
[0041] L'opération de polissage mécanique et chimique doit, de préférence, être réalisée avant le découpage des puces 4. En effet, après le découpage des puces 4, il existe un risque important que des résidus du produit (« slurry » en anglais) utilisé pour polir restent coincés entre les puces découpées. Ces résidus peuvent alors ensuite contaminer les faces de collage.
[0042] L'opération de nettoyage est, par exemple, une opération de brossage des faces à coller avec des brosses en PVA (PolyVinyl Alcohol, en anglais). Un tel brossage est très efficace avant le collage direct, en particulier pour le retrait des résidus du produit utilisé pour polir. Ces brosses sont semblables à des éponges, fortement compressibles avec de fortes porosités (par exemple de 90 %). Elles peuvent enlever des particules de l'ordre du μιτι comme de l'ordre de 0.1 m. Les brossages sont souvent exécutés en solution basiques (par exemple solution d'hydroxyde d'ammonium dilué (NH4OH) dans une gamme de concentration de 0,1 à 2 % en poids) pour éviter toute nouvelle adhésion des particules sur les faces à coller ou sur les brosses. Ces opérations de nettoyage peuvent aussi être réalisées ou répétées ultérieurement.
[0043] Ensuite, lors d'une étape 34, la face arrière du substrat 32 située du côté opposé à la face avant, est recouverte d'une couche de transfert 36 (figure 3). La couche 36 est réalisée en matériau magnétique doux ou en matériau magnétique dur. Un matériau magnétique doux est un matériau qui présente un champ magnétique coercitif inférieur à 1000 A.nrr1, et de préférence inférieur à 200 A.nrr1. De préférence également, ce matériau magnétique doux présente une perméabilité relative R supérieure à 10 ou à 100 pour un champ magnétique statique à la température ambiante. Par exemple, le matériau magnétique doux est du permalloy Nii-xFex par exemple du Ni8oFe2o ou du Ni45Fe55. Il peut également s'agir d'un alliage de fer avec 3 % de silicium ou d'un métal tel qu'un fer doux. Un matériau magnétique dur est un matériau magnétique dont le champ magnétique coercitif est strictement supérieur à 1000 A.nrr1 et, de préférence, supérieur à 10000 A.nrr1 ou 50 000 A.nrr1. Ce matériau magnétique dur est aimanté de façon permanente pour former un aimant permanent. Ici, pour la mise en œuvre du procédé de la figure 2, la couche 36 est réalisée dans un matériau magnétique doux. Par contre, de préférence, pour la mise en œuvre des procédés des figures 10 et 16, la couche 36 est un aimant permanent.
[0044] La couche 36 est également réalisée dans un matériau qui n'est pas dégradé par les opérations de nettoyage des faces à coller pour un collage direct. En particulier, il ne s'agit donc pas d'une couche composite, par exemple, formée par des particules en matériau magnétique incorporées dans une matrice en matériau polymère. En effet, les matériaux polymères sont dégradés par les opérations de nettoyage et, en particulier, par les opérations de nettoyage visant à éliminer les contaminations organiques. Ici, la couche 36 est donc une couche continue et homogène de matériau magnétique. Elle forme un seul bloc uniforme de matériau magnétique. Elle est dépourvue de polymère.
[0045] La couche de transfert 36 est par exemple déposée par pulvérisation assistée par un champ magnétique (magnétron en anglais) dans un plasma d'azote et d'argon activé par puissance radio-fréquence (RF) ou continue (DC). L'épaisseur de la couche 36 est typiquement comprise entre 0,1 μιτι et 100 μιτι et, de préférence, entre 0,1 μιτι et 20 μιτι. Dans l'exemple de la figure 2, l'épaisseur de la couche 36 est de 0,5 μιτι. De plus, la couche 36 peut être déposée sur une sous-couche (« seed » en anglais) pour favoriser son accroche sur le substrat 32. Cette sous-couche est simple ou composite. Par exemple, la sous-couche est :
- une couche simple de Ta de 5 à 10 nm d'épaisseur, ou
- un bi-couche formé par l'empilement d'une couche simple de Ta de 5 à 10 nm d'épaisseur et d'une couche simple de cuivre de 5 à 10 nm d'épaisseur.
[0046] Lors d'une étape 38, le substrat 32 est découpé pour séparer mécaniquement les unes des autres les puces 4 collectivement fabriquées. Chaque puce 4 peut alors être déplacée par rapport aux autres puces 4 après ce découpage.
[0047] Après le découpage, chaque puce 4 comporte un morceau de la couche 36 de transfert et une face 42 de collage (figure 4) du côté opposé.
[0048] Lors d'une étape 44, les puces 4 sont fournies au poste 2 d'assemblage. Pour cela, ces puces 4 peuvent être fabriquées sur place au niveau du poste 2, ou fabriquées sur un autre poste de travail, puis amenées au niveau du poste 2. Lors de cette étape, les puces 4 sont disposées sur le plateau 8 de sorte que leur face de collage 42 soit directement en appui sur ce plateau 8, tandis que la couche 36 de transfert est située en haut.
[0049] En parallèle, le substrat 18 de transfert est fabriqué. Pour cela, lors d'une étape 50, un substrat 52 (figure 5) est fourni. La largeur de ce substrat 52 est plusieurs fois supérieure à la largeur d'une puce 4.
[0050] Ensuite, lors d'une étape 54, des plots 58 (figure 6) sont réalisés uniquement à des emplacements prédéfinis. Ces emplacements prédéfinis définissent les positions relatives des puces 4 les unes par rapport aux autres. Cette disposition relative des puces 4 les unes par rapport aux autres est identique à celle que l'on souhaite obtenir après le collage de ces puces 4 sur la face 10 du substrat 6.
[0051] Par exemple, pour réaliser les plots 58, lors de l'étape 54, le substrat 52 est recouvert d'un film 56 (figure 5) en matériau magnétique dur de plus de 10 m ou 30 μιτι d'épaisseur par une technique de pulvérisation. Ce film est par exemple en NdFeB. Comme pour la couche 36, ce film 56 est réalisé dans un matériau qui n'est pas dégradé par les opérations de nettoyage des faces à coller. Ici, ce film forme une couche continue et homogène en matériau magnétique dépourvue de polymère.
[0052] Ensuite, la couche 56 est gravée pour laisser subsister uniquement les plots magnétiques 58 sur les emplacements prédéfinis. Par la suite, on suppose que tous les plots magnétiques 58 sont identiques les uns aux autres à l'exception de leur emplacement.
[0053] Enfin, chaque plot 58 est aimanté de façon permanente. Ici, l'aimantation est réalisée de telle façon que la direction d'aimantation est perpendiculaire au plan dans lequel s'étend essentiellement le substrat 52. Pour aimanter les plots 58, un fort champ magnétique est appliqué. A l'issue de cette étape, le produit d'énergie B*H (où B est la densité de flux magnétique et H l'intensité du champ magnétique) de chaque plot 58 peut atteindre 220 kJ/m3.
[0054] A l'issue de l'étape 54, lorsqu'un plot 58 est mis en présence d'une puce 4, il existe une force d'attraction entre ce plot 58 et la couche 36 de la puce 4. Plus précisément, cette force d'attraction est telle que, lorsqu'un plot 58 est disposé à la verticale d'une puce 4 et séparé de la puce 4 par un jeu, il existe un seuil Se pour l'épaisseur de ce jeu en dessous duquel la force d'attraction est suffisante pour décoller la puce 4 du plateau 8 et supérieure à la force de gravité qui s'exerce au même instant sur cette puce 4. Au-dessus de ce seuil Se la force d'attraction ne permet pas de décoller la puce 4 du plateau 8. Ici, le matériau magnétique dur et les dimensions du plot 58 sont choisis et l'aimantation est réalisée de manière à ce que le seuil Se soit supérieur à 1 μιτι ou 5 pm et, de préférence, à 50 μιτι ou 100 μιτι. De plus, dans ce mode de réalisation, pour éviter que la puce 4 bascule ou se retourne avant de se coller sur le plot 58, les propriétés magnétiques du plot 58 sont ajustées pour que le seuil Se soit inférieure à la largeur de la puce 4. Dans le cas où la puce 4 n'a pas une section horizontale rectangulaire, la largeur de la puce 4 est la largeur du rectangle horizontal contenant la puce 4 et de plus petite surface.
[0055] Par exemple, il a été calculé que le seuil Se est d'1 mm dans les conditions suivantes :
- le plot 58 est en NdFeB et fait 0,5 mm d'épaisseur et 1 mm de diamètre,
- la puce 4 est en Silicium et présente une face de 5*5mm2 et une épaisseur de 1 mm, et
- la couche de transfert est en fer doux et fait 1 mm d'épaisseur.
[0056] Ici, chaque plot 58 forme un aimant permanent dont la puissance, représentée par le produit B*H est supérieure à 10 kJ/m3 ou 25kJ/m3 et, de préférence, 100 kJ/m3.
[0057] La courbe 220 de la figure 25 représente, à titre d'illustration, l'évolution de la force d'attraction (en kg) en fonction de la distance (en mm) qui sépare le plot 58 de la couche 36 dans le cas particulier où le plot 58 et la couche de transfert ont les dimensions définies ci-dessus. Cette courbe 220 a été obtenue par simulation dans le cas où le plot 58 est un aimant commercialisé sous le nom anglais de « N42 Neodymium Magnets ».
[0058] Ici, pour que le support 18 soit aussi utilisable dans les procédés des figures 10 et 16, chaque plot 58 est conçu de manière à ce que le seuil Se soit strictement supérieur à la somme des épaisseurs de la puce 4 et du substrat 6. Par exemple, le seuil Se est supérieur de 1 μιτι ou 5 μιτι à cette somme.
[0059] Lors d'une étape 60, le support 18 ainsi fabriqué est fourni au poste 2 d'assemblage. Ici, il est fixé à l'extrémité du bras 17.
[0060] En parallèle des étapes précédentes, lors d'une étape 62, le substrat 6 est fabriqué. Typiquement, il est fabriqué à l'aide d'un procédé de fabrication microélectronique. Cette étape 62 comporte ici une étape de préparation de la face 10 pour permettre un collage direct des puces 4 sur cette face 10. Cette opération de préparation comporte notamment une opération de polissage mécanique et chimique et/ou de nettoyage de la face 10 pour la rendre suffisamment plane et lisse pour permettre le collage direct. Cette opération de polissage et/ou de nettoyage est par exemple identique à celle décrite en référence à l'étape 30. De plus, les opérations de nettoyage des contaminations organiques, particulaire et d'espèces métalliques et l'opération d'activation de la face 10 pour un collage direct sont, par exemple, réalisées à ce stade. Ces opérations sont décrites plus en détail en référence à l'étape 72.
[0061] Ensuite, le substrat 6 est fourni au poste 2 d'assemblage.
[0062] Lorsque le poste 2 dispose des puces 4, du substrat 6 et du support 18 de transfert, il peut procéder au placement des puces 4 sur les emplacements prédéfinis, lors d'une étape 70. Pour cela, le dispositif 16 met en présence les puces 4 avec le support 18. Typiquement, le bras 17 positionne d'abord chaque plot 58 à la verticale d'une puce 4 respective. A cet effet, il déplace le support 18 le long des directions X et Y tout en maintenant le jeu qui sépare les plots 58 des puces 4 strictement supérieur au seuil Se. Ensuite, le bras 17 approche, suivant un mouvement sensiblement vertical (selon Z), les plots 58 des couches de transfert 36, alors que les puces 4 sont disposées sur le plateau 8 comme représentées sur la figure 4. Lors de cette approche, le dispositif 16 maintient le plan dans lequel sont situés les plots 58 parallèle au plan dans lequel sont situées les couches 36 de transfert et déplace le support 18 uniquement verticalement.
[0063] Quand le jeu entre un plot 58 et une couche 36 d'une puce devient inférieur au seuil Se, la force d'attraction magnétique générée par le plot 58 est suffisamment forte pour déplacer la puce 4. La puce 4 se détache alors du plateau 8 et s'élève pour venir en contact avec ce plot 58. Typiquement, lors de cette étape 70, la puce 4 se soulève et se détache du plateau 8 sous le seul effet de la force magnétique générée par le plot 58. Cela permet de placer précisément et collectivement l'ensemble des puces 4 sur les emplacements prédéfinis par les positions des plots 58.
[0064] Ensuite, chaque puce 4 est maintenue fixée sur son plot 58 respectif sous l'action de cette même force magnétique générée par ce plot 58. On obtient alors l'état représenté sur la figure 7.
[0065] Lors d'une étape 72, la préparation des faces de collages 42 des puces pour un collage direct est poursuivie. Lors de cette étape 72, les puces 4 sont maintenues immobiles par le support 18. L'étape 72 comporte des opérations de nettoyage humide ou à sec pour éliminer la contamination des faces 42 et, en même temps, les activer pour un collage direct.
[0066] Par exemple, un nettoyage humide comporte les opérations suivantes. Pour enlever des contaminations organiques, une première solution, appelée « nettoyage SPM », consiste à plonger les faces 42 dans un mélange d'acide sulfurique (H2SO4) et d'eau oxygénée (H2O2). La gravure des matériaux est très faible et n'affecte pas la rugosité des faces à coller. Ces traitements sont effectués en température. Une autre solution, appelée « nettoyage DIO3 », consiste à plonger les faces 42 dans de l'ozone dilué dans de l'eau désionisée (DIO3). Le nettoyage DIO3 a les avantages de la simplicité de mise en œuvre, d'une température plus faible et d'un faible rejet de déchets chimiques. Cependant, la faible solubilité d'ozone dans l'eau limite la quantité d'espèces réactives disponibles, ce qui limite l'oxydation potentielle des hydrocarbures. Ainsi, ce traitement convient mieux au nettoyage de contaminants gazeux (environnement).
[0067] Ces nettoyages SPM et DIO3 sont des oxydants très forts qui enlèvent efficacement la contamination d'hydrocarbures. Pour un nettoyage DIO3, on a montré, par exemple, que 6 ppm d'ozone dissous dans de l'eau désionisée à 20°C est comparable à un nettoyage SPM à 120°C avec un temps de nettoyage de 10 minutes pour retirer une même contamination organique. [0068] Si la puce 4 ou le support 18 comprend par ailleurs une couche de polymère, celle-ci sera dégradée par ce type de nettoyage, ce qui risque d'entraîner une contamination de la face 42 et induire un mauvais collage.
[0069] Pour le retrait des particules, après l'étape de retrait des contaminants organiques, les faces 42 sont par exemple nettoyées par un mélange basique d'hydroxyde d'ammonium et d'eau oxygénée, connu par exemple sous le vocable de SC1 (standard Cleaning 1 ) mis au point par la compagnie Radio Corporation of America (RCA) ou connu comme « ammonia hydrogen peroxide mixture » (APM), en anglais. Ceci rend les faces 42 fortement hydrophiles et donc les active pour le collage direct. Par exemple, pour des faces en silicium ou en oxyde de silicium, cette solution oxyde et grave simultanément légèrement les faces, menant à un retrait des particules de la surface (ce qui favorise l'attaque du piédestal des particules). En même temps, le fort pH de la solution (de l'ordre de 9 et plus) induit un potentiel zeta du même signe pour les particules et pour la face ce qui évite toute attraction de particule. Le contrôle de la contamination particulaire est important pour obtenir des collages directs de grande qualité.
[0070] Sur une face en silicium, le traitement de préparation de surface crée un oxyde chimique dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 nm. Ce traitement peut conduire à des surfaces plus rugueuses. Dans la préparation des faces avant collage direct, les conditions de nettoyage sont donc définies pour optimiser le retrait des particules, obtenir la bonne hydrophilie et obtenir une faible rugosité des faces. La face est alors couverte par exemple de groupes silanols Si-OH sur lesquels des molécules d'eau peuvent se lier.
[0071] Toutefois, ce nettoyage en milieu basique ne supprime pas l'éventuelle contamination métallique des faces. Pour cette raison il est généralement suivi par un nettoyage dans une solution acide, par exemple un mélange d'eau oxygénée et d'acide hydrochlorique, connue sous le vocable de SC2 (standard Cleaning 2) mis au point par la compagnie RCA, ou connue comme hydrochloric acid hydrogen peroxide mixture (HPM), en anglais. La concentration de la solution et la température sont choisies pour optimiser le retrait des contaminations métalliques tout en minimisant l'éventuelle perte d'hydrophilie ou la possible contamination particulaire liée à son milieu acide.
[0072] Plutôt que de mettre en œuvre les opérations de nettoyage humide ci-dessus, il est aussi possible de mettre en œuvre un nettoyage à sec. Par exemple, un nettoyage à sec est obtenu en utilisant un plasma ou un faisceau d'ions sous vide ou sous pression atmosphérique. Un nettoyage à sec permet souvent d'obtenir des collages plus forts avec des traitements thermiques à basses températures voire dès la température ambiante. Il permet également d'activer la face de collage.
[0073] Enfin, lors de l'étape 72, il est aussi possible d'appliquer un léger polissage mécano-chimique sur la face 42. Ce polissage mécano-chimique est ici considéré comme « léger » si les forces de cisaillement qu'il entraîne entre les plots 58 et les couches 36 de transfert sont trop faibles pour déplacer les puces 4 par rapport aux plots 58.
[0074] Ensuite, lors d'une étape 74, les puces 4 sont collées sur la face 10 du substrat 6. Plus précisément, chaque puce 4 est directement collée sur une partie respective de la face 10 appelée par la suite « zone de réception ». Ainsi, la surface de chaque zone de réception est égale à la surface de la face de collage de la puce 4 que l'on vient coller dessus. Étant donné que la face 10 est lisse, chaque zone de réception est également lisse. En particulier, aucune des zones de réception ne présente la forme d'un logement pour recevoir et immobiliser latéralement une puce 4. Chaque zone de réception est donc dépourvue de rebord l'entourant et apte à venir en contact direct avec des parois verticales de la puce 4 pour la guider, la positionner et enfin l'immobiliser sur un emplacement précis de la face active 10.
[0075] A cet effet, lors d'une opération 76, le bras 17 transporte le support 18, et donc en même temps les puces 4 collées sur les plots 58, pour placer les faces 42 des puces 4 en vis-à-vis des zones de réceptions respectives de la face 10 du support 6. Dans cette position, les faces 42 sont parallèles à la face 10. On obtient l'état représenté sur la figure 8.
[0076] Ensuite, lors d'une opération 78, le bras 17 déplace le support 18, perpendiculairement à la face 10, pour mettre en contact les faces 42 sur la face 10. Une adhérence est alors créée entre les faces 42 et 10, via des forces ou des liaisons qui maintiennent la face 42 collée sur la face 10. Cette adhérence peut éventuellement être renforcée à ce stade ou ultérieurement (opération 90) par un traitement thermique, par exemple à plus de 100°C.
[0077] Lors d'une opération 80, le dispositif 16 détache les plots 58 des couches 36 de transfert. Ici, la force d'adhésion entre la face 42 et la face 10 obtenue lors de l'étape 78 est plus forte que la force d'adhésion entre la couche 36 et le plot 58. Ainsi, le détachement des plots 58 des couches 36 est par exemple obtenu en déplaçant le support 18 par rapport au substrat 6 le long d'une direction horizontale pour faire glisser les plots 58 en dehors des couches 36 de transfert puis en éloignant le support 18 de la face 10. Il est aussi possible d'incliner le support 18 par rapport à l'horizontal pour détacher les plots 58 des puces 4. Dans ces conditions, le support 18 se sépare du substrat 6 au niveau de l'interface entre les couches 36 et les plots 58.
[0078] Enfin, lors d'une opération 90, le collage direct des puces 4 sur le substrat 6 peut être renforcé par un traitement thermique. Ce traitement thermique consiste à chauffer les puces et le substrat 6. Par exemple, le substrat 6 et les puces sont chauffés à plus de 100 °C.
[0079] Après le collage des puces 4 sur la face 10, éventuellement, lors d'une étape 92, la couche de transfert 36 est retirée. Cette couche 36 peut être retirée par polissage CMP ou par attaque chimique ou par attaque RIE (« Reactive Ion Etching »). On obtient alors l'état représenté sur la figure 9.
[0080] La figure 10 est un autre mode de réalisation d'un procédé de placement et de collage des puces 4 sur la face 10 du substrat 6 à l'aide du poste 2. Le procédé de la figure 10 débute par les mêmes étapes 30 à 62 que celle du procédé de la figure 2, sauf que l'étape 44 est remplacée par une étape 98.
[0081] L'étape 98 consiste à fournir les puces 4 fabriquées au poste 2 d'assemblage. Cette étape 98 est identique à l'étape 44, sauf que les puces 4 sont disposées sur le plateau 8 à l'envers par rapport à ce qui est fait pendant l'étape 44. Dans ces conditions, la face de collage 42 de chacune des puces est tournée vers le haut, tandis que la couche de transfert 36 est directement posée sur le plateau 8. L'état obtenu à l'issue de l'étape 98 est représenté sur la figure 11.
[0082] A l'issue des étapes précédentes, les puces 4 sont disposées sur le plateau 8, le support 18 a été fabriqué, et le substrat 6 est disposé sur le plateau 14. Comme précédemment, on procède à l'étape 72 de préparation des faces de collage 42 pour un collage direct.
[0083] Ensuite, on procède à une étape 100 de placement et de collage simultanés des puces 4 à des emplacements prédéfinis sur la face active 10.
[0084] Pour cela, lors d'une opération 102, les plots 58 sont positionnés sur une face arrière 103 (figure 12) du substrat 6, située du côté opposé à la face 10. Le substrat 6 est ici réalisé dans un matériau non-magnétique. Plus précisément, ces plots 58 sont disposés à des endroits correspondants aux emplacements prédéfinis sur lesquels doivent être collées les puces 4. Ensuite, le support 18 est fixé sans aucun degré de liberté, de façon démontable, à la face arrière 103 pour obtenir un bloc 106 (figure 12). Par exemple, dans ce mode de réalisation, les plots 58 sont directement mécaniquement en contact avec la face arrière 103. On obtient alors l'état représenté sur la figure 12.
[0085] Lors d'une opération 107, le bras 17 déplace le bloc 106 de manière à positionner la face 10 en vis-à-vis des faces 42 de collage des puces 4 qui reposent sur le plateau 8. On obtient alors l'état représenté sur la figure 13. Dans cet état, les faces 42 et la face 10 sont parallèles et séparées par un jeu suffisamment important pour que la force d'attraction entre les plots 58 et les couches 36 soit insuffisante pour déplacer les puces 4.
[0086] Lors d'une opération 108, le bras 17 rapproche, par un déplacement uniquement perpendiculaire aux faces 42 (selon l'axe Z), la face 10 et les faces 42. Quand la distance entre les faces 42 et la face 10 devient inférieure au seuil Se, la puce 4 se détache du plateau 8 et s'élève pour venir se coller sur la face 10 en vis-à- vis du plot 58 l'ayant attiré. Cela provoque alors un collage direct de la face 42 sur la face 10. On obtient alors l'état représenté sur la figure 14. Pendant son déplacement du plateau 8 jusqu'à la face 10, la puce 4 est guidée par le plot 58 vers remplacement prédéfini.
[0087] Ensuite, lors d'une opération 110, le support 18 est séparé du substrat 6. Par exemple, pour cela, le support 18 est déplacé comme décrit en référence à l'opération 80.
[0088] Enfin, lors d'une opération 112, le collage direct entre les puces 4 et la face 10 est renforcé par un traitement thermique. Cette étape 112 est identique à l'étape 90 par exemple. Elle peut aussi être réalisée avant l'opération 110.
[0089] Comme précédemment, éventuellement, lors d'une étape 92, il est possible de retirer les couches 36 de transfert. On obtient alors l'état représenté sur la figure 15.
[0090] Le procédé de placement et de collage de la figure 16 est identique au procédé de la figure 10, sauf que :
- les étapes 50 à 60 sont remplacées par une étape 120 de fabrication et de fourniture d'un seul plot magnétique 124 (figure 18) aimanté, et
- l'étape 100 est remplacée par une étape 126 de placement et de collage des puces 4 sur la face 10.
[0091] L'étape 120 consiste par exemple à fabriquer et à fournir un plot 124 identique au plot 58. Cette étape n'est pas décrite ici en détail.
[0092] L'étape 126 débute par une opération 128 lors de laquelle la face 10 du substrat 6 est placée, par le bras 17, en vis-à-vis des faces 42 de collage des puces 4 disposées sur le plateau 8. Ici, à l'issue de cette opération 128, l'épaisseur du jeu entre la face 10 et les faces 42 est suffisamment faible pour que le plot 124 puisse attirer et déplacer les puces 4 quand il est placé sur la face arrière 103 du substrat 6. Toutefois, lors de l'opération 128, le plot 124 n'est pas placé sur la face arrière 103. A l'issue de l'opération 128, on obtient l'état représenté sur la figure 17. Le substrat 6 est maintenu dans cette position pour l'exécution des deux opérations suivantes.
[0093] Lors d'une opération 130, le dispositif 16 déplace le plot 124 pour le positionner sur la face arrière 103 du substrat 6 à un endroit correspondant à un emplacement prédéfini de la face active 10 où une puce 4 doit être placée et collée. Par exemple, le plot 124 est d'abord déplacé dans un plan horizontal (X,Y) éloigné de la face 103 pour le placer à la verticale de l'emplacement prédéfini. Ensuite, il est rapproché verticalement selon Z de la face arrière 103. Quand la distance entre le plot 124 et la couche 36 d'une puce 4 devient inférieure au seuil Se, la force d'attraction qui s'exerce entre le plot 124 et cette couche 36 devient suffisamment forte pour détacher la puce 4 du plateau 8. Cette puce 4 s'élève alors jusqu'à ce que sa face 42 de collage vienne en contact direct avec la face 10. On obtient alors l'état représenté sur la figure 18.
[0094] Lors de la mise en contact des faces 10 et 42, un collage direct se produit. [0095] Ensuite, lors d'une opération 132, le dispositif 16 retire le plot 124 en l'éloignant de la face 103. Toutefois, la puce 4 reste collée sur la face 10 à cause des forces d'adhérence qui unissent sa face 42 à la face 10.
[0096] Les opérations 130 et 132 sont réitérées pour chaque emplacement prédéfini sur lequel une puce 4 doit être collée.
[0097] Enfin, lors d'une opération 112, le collage direct des puces sur la face 10 est renforcé. Cette opération 112 est identique à l'opération 90.
[0098] La figure 19 représente un support 140 destiné à être utilisé à la place du support 18 lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 2 ou 10. Ce support 140 est identique au support 18, sauf que chaque plot 58 est entièrement recouvert d'un film 142 en matériau non-magnétique. Le matériau non-magnétique est par exemple un polymère tel que du Kapton®. Le film 142 s'étend sur tous les plots 58. Sur la figure 19, seule une portion du support 140 correspondant à un seul plot 58 est représentée. L'épaisseur de ce film 142 est déterminée, par exemple expérimentalement, pour que la séparation entre le support 140 et le substrat 6 se produise au niveau de l'interface entre le plot 58 et le film 142. Typiquement, l'épaisseur du film 142 est supérieure à 30 μιτι et, de préférence, supérieure à 50 μιτι ou 60 μιτι. Avantageusement, le support 52 est un support souple. Son module de Young à 25°C est par exemple inférieur à 10 ou 1 GPa.
[0099] Le procédé de fabrication du support 140 est identique à celui du support 18, sauf qu'à l'issue de l'étape 54, le film 142 est déposé sur les plots 58.
[00100] La mise en œuvre du support 140 est identique à celle décrite pour le support 18, sauf que lors de l'étape 80, la séparation du support 140 et du substrat 6 se produit à l'interface entre les couches 36 et le film 142. Plus précisément, l'une des extrémités du film 142 est éloignée verticalement du substrat 6 pour détacher les plots 58 des couches 36 de transfert. Le film 142 est ici utilisé pour réduire la force mécanique nécessaire pour séparer les plots 58 des couches 36 de transfert. Cela limite le risque de voir une puce 4 se détacher de la face 10 pendant l'étape 80. Cela limite également la force requise pour faire ce travail.
[00101 ] La figure 20 représente une partie d'un support 150 destiné à être utilisé à la place du support 140 précédemment décrit. Ce support 150 est identique au support 140, sauf que :
- le substrat 52 est omis, et
- le film 142 est remplacé par une couche 152 identique mais plus épaisse ou plus raide de sorte à maintenir les plots 58 correctement positionnés les uns par rapport aux autres.
[00102] Par exemple, la couche 152 recouvre tous les plots 58 du support 150. L'épaisseur de cette couche 152 peut être suffisante pour qu'elle ne se déforme pas de plus de 100 μιτι ou 1 mm sous son propre poids. Par exemple, son épaisseur est supérieure à 250 ou 500 μιτι. [00103] De plus, ici, la couche 152 est suffisamment souple pour permettre de retirer le support 150 en éloignant verticalement du substrat 6 l'une de ses extrémités. Le support 150 s'incline alors progressivement pour détacher, les uns après les autres, les plots 58 des couches 36 de transfert. Dans ces conditions, on dit que la couche 152 est « pelée ». A cet effet, la couche 152 est réalisée dans un matériau souple qui ne se casse pas quand on tire dessus. Son module de Young à 25°C est par exemple inférieur à 10 ou 1 GPa. Par exemple, il s'agit de Kapton®.
[00104] La couche 152 permet de faciliter la séparation des plots 58 lors de l'étape 80. A part cette différence, l'utilisation du support 150 est la même que celle décrite pour le support 140.
[00105] La figure 21 représente un plot 160 utilisable à la place du plot 58 précédemment décrit.
[00106] Le plot 160 comporte plusieurs domaines magnétiques placé les uns à côté des autres dans la direction X. Quatre domaines magnétiques 161 à 164 sont représentés sur la figure 21 . Chacun de ces domaines magnétiques a sa propre direction d'aimantation différente de celle des domaines magnétiques immédiatement adjacents. La direction d'aimantation est représentée par une flèche sur la figure 21 . Ici, les directions d'aimantation dans tous les domaines magnétiques sont verticales mais de sens opposés deux par deux. Autrement dit, la direction d'aimantation d'un domaine magnétique est de sens opposé à la direction d'aimantation des domaines magnétiques immédiatement contigus à ce domaine. Une telle aimantation du plot 160 permet de faciliter le glissement de la puce 4 uniquement dans la direction Y.
[00107] Ici, la section transversale du plot 160, c'est-à-dire sa section parallèle au plan de la couche 52 a les mêmes dimensions que la section transversale de la couche 36 de transfert de chaque puce 4.
[00108] La figure 22 représente un support 170 utilisable à la place du support 18 pour mettre en œuvre un procédé de placement et de collage des puces 4 sur le substrat 6. Ce support 170 est identique au support 18, sauf que :
- les plots 58 sont remplacés par des plots 172 conducteurs, et
- chaque plot 172 est raccordé électriquement à une source de tension.
[00109] Ici, chaque plot 172 est réalisé dans un matériau électriquement conducteur. Par matériau électriquement conducteur, on désigne ici un matériau dont la résistance est inférieure à 10"5 Ω.ιτι à 25 °, et de préférence inférieure à 10"6 ou 10" 7 Ω.ητι à 25 °C. Il n'est pas nécessaire que le matériau conducteur soit également un matériau magnétique. Dans le cas présent, le matériau conducteur est un matériau non-magnétique.
[00110] Chaque plot 172 est raccordé à une couche conductrice 174 recouvrant toute la face arrière de la couche 52, c'est-à-dire la face de la couche 52 située du côté opposé au plot 172. Pour cela, le support 170 comporte également des vias 176 traversant la couche 52 le long d'une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s'étend.
[00111] De plus, ici, chaque plot 172 est recouvert d'une couche isolante électriquement. Un isolant électrique est un matériau dont la résistivité à 25 °C est supérieure à 1010ou 1015 Ω.ιτι.
[00112] Lorsque le support 170 est mis en œuvre, la couche 36 de transfert de chaque puce est réalisée dans un matériau électriquement conducteur qui n'est pas nécessairement magnétique.
[00113] L'utilisation du support 170 est ensuite identique à ce qui a été décrit pour le support 18, sauf que lors de l'étape 70, une source de tension est raccordée à la couche 174 pour charger les plots 172. Dès lors, quand le support 170 est approché des couches 36 de transfert conductrices, une force d'attraction électrostatique apparaît entre les plots et les couches de transfert. Uniquement pour une distance entre les plots 172 et les faces 36 inférieure au seuil Se, cette force d'attraction déplace les puces 4 et les maintient collées sur les couches isolantes 173. Ensuite, lors de l'étape 80, pour détacher les plots 172 des couches de transfert des puces, la source de tension est commandée pour équilibrer les charges électriques entre les plots 172 et les couches de transfert. Cela provoque alors la séparation du support 170 et du substrat 6.
[00114] La figure 23 représente partiellement un support 180 de transfert. Pour simplifier la figure 23, seul un plot 182 de ce support 180 a été représenté. On suppose ici que tous les autres plots sont structurellement identiques aux plots 182.
[00115] Le plot 182 est une bobine capable de générer un champ magnétique quand elle est traversée par un courant électrique. A cet effet, le plot 182 comporte une piste 184 qui s'enroule autour d'un axe 186 perpendiculaire au plan de la couche 52. Ici, la piste 184 s'enroule en spirale depuis une extrémité 188 jusqu'à une autre extrémité 190. Cette spirale est entièrement contenue dans un même plan perpendiculaire à l'axe 186.
[00116] Les extrémités 188 et 190 sont raccordées à une source de courant. Par exemple, à cet effet, comme décrit pour le support 170, le support 180 comporte des vias traversant la couche 52. Ces vias raccordent électriquement chaque extrémité 188 et 190 à une borne respective de la source de courant.
[00117] L'utilisation de ce support 180 est identique à l'utilisation du support 18 sauf que de l'étape 70 jusqu'à l'étape 80, la source de courant fait circuler un courant dans la piste 184 pour créer une force d'attraction électromagnétique qui attire et maintient les puces 4 collées sur les plots 182. Lors de l'étape 80, pour faciliter le détachement des plots 182 de la couche 36 de transfert, l'alimentation de la piste 184 est interrompue pour faire disparaître la force d'attraction électromagnétique. Le support 180 peut aussi être utilisé à la place du support 18 dans les procédés des figures 10 et 16. La figure 24 représente un support 200 de transfert. Ce support est identique au support 18 sauf qu'il comporte une bobine respective 202 associée à chaque plot 58. Pour simplifier la figure 24 et la suite de cette description, seule une partie du support 200 comportant une seule bobine 202 et son plot 58 associé est représenté et décrit. La bobine 202 génère un champ magnétique parallèle à celui du plot 58 auquel elle est associée mais de sens opposé. Ici, chaque bobine 202 est fixée sur la face arrière du substrat 52 du côté opposé au plot 58 auquel elle est associée. Par exemple, les bobines 202 sont réalisées comme les plots 182 de la figure 23. Leur axe d'enroulement 186 est aligné sur le moment magnétique du plot 58 associé.
[00118] Le support 200 s'utilise comme le support 18 sauf que après l'étape 70 et avant l'opération 78, le procédé comporte une étape 210 d'amélioration du centrage de chaque puce 4 sur son plot 58. L'étape 210 est représentée en pointillé sur la figure 2. Lors de l'étape 210, la bobine 202 est alimentée pendant un intervalle de temps ΔΤ1 puis l'alimentation de la bobine 202 est interrompue pendant un intervalle de temps ΔΤ2. Pendant l'intervalle ΔΤ1 , la bobine 202 génère un champ magnétique de sens opposé à celui du plot 58 pour diminuer la force d'attraction entre ce plot 58 et la couche 36 de transfert jusqu'à ce que la puce 4 se détache du plot 58 sous l'effet de la force de gravité. L'intervalle de temps ΔΤ1 est suffisamment court pour qu'à son expiration, le jeu qui est réapparu entre la couche 36 et le plot 58 reste inférieure au seuil Se. Ainsi, pendant l'intervalle ΔΤ2, la force d'attraction du plot 58 est suffisante pour attirer à nouveau la puce 4 vers le plot 58. L'intervalle de temps ΔΤ2 est, par exemple, suffisamment long pour que la puce 4 vienne de nouveau se coller sur ce plot 58. De préférence, les intervalles ΔΤ1 et ΔΤ2 sont réitérés plusieurs fois de sorte que la puce 4 se place au minimum d'énergie c'est-à-dire au centre du plot 58.
[00119] De la même façon, ce champ « en opposition » peut être utiliser pour séparer à l'étape 80, le substrat de transfert et le substrat final.
[00120] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, il est possible que ce soit la couche de transfert qui soit en un matériau magnétique dur, aimantée de façon permanente, tandis que le plot 58 est uniquement réalisé en matériau magnétique doux. Il est également possible qu'à la fois, la couche de transfert et les plots soient en matériaux magnétiques durs aimantés de façon permanente. Ceci est particulièrement avantageux pour la mise en œuvre des procédés décrits en regard des figures 10 et 16.
[00121 ] Le support de transfert n'est pas nécessairement réalisé dans un matériau rigide tel que du verre ou du silicium ou du saphir. Il peut également s'agir d'un matériau souple tel que par exemple un polymère.
[00122] Il n'est pas non plus nécessaire que tous les plots 58 soient identiques. Par exemple, les plots peuvent différer les uns des autres par leur géométrie. Typiquement, la géométrie de chaque plot est adaptée à la géométrie de la puce qu'il doit attirer et qui doit adhérer sur ce plot. [00123] Le support de transfert peut être fabriqué par d'autres procédés. Par exemple, des aimants permanents pré-fabriqués sont collés sur le substrat 52 pour former les plots 58. Les aimants permanents pré-fabriqués peuvent aussi être noyés à l'intérieur d'une matrice souple en un polymère caoutchoutique, c'est-à-dire une élastomère par exemple, ou un polymère vitreux. Lorsque les plots sont noyés dans une matrice de polymère, la face des plots affleure à la surface de la matrice de polymère ou cette face des plots est enfouie sous une couche de polymère d'au moins 30 μιτι et, de préférence d'au moins 50 μιτι ou 60 μιτι, d'épaisseur. Lorsque le substrat 52 est réalisé dans un matériau non-magnétique, les aimants permanents peuvent aussi être disposés sur la face arrière de ce substrat 52, c'est-à-dire sur la face située du côté opposé où se trouve les puces 4 lors de leur transport par le support de transfert. Les aimants permanents pré-fabriqués sont, par exemple, en NdFeB ou en SmCo ou des ferrites.
[00124] L'inclinaison du support de transfert pour détacher les plots 58 des puces 4 peut être obtenue en appliquant un champ magnétique externe additionnel, c'est-à- dire en plus de celui généré par les plots 58. Le moment magnétique de ce champ magnétique externe est incliné par rapport au moment magnétique des plots 58, c'est-à-dire ici incliné par rapport à l'horizontale d'au moins 10°. Les plots 58 aimantés s'inclinent alors pour aligner leur moment magnétique respectif sur le moment magnétique du champ magnétique externe. Cela facilite le détachement des plots 58 des puces 4. Par exemple, le champ magnétique externe est généré par un aimant permanent en NdFeB de section transversale carrée de 5*5 mm2 et de longueur 50 mm dont le moment magnétique est incliné de 45° par rapport à l'horizontal.
[00125] Les puces placées et collées sur le substrat récepteur ne sont pas nécessairement toutes identiques les unes aux autres.
[00126] La couche de transfert n'est pas nécessairement située à une extrémité de la puce. Elle peut également être enfouie à l'intérieur de la puce. Dans ce cas, cette couche peut ne pas être retirée et l'étape 92 est omise. C'est par exemple le cas quand la couche magnétique doit être déposée avant le nettoyage de la face 42 et qu'il faut protéger ce matériau magnétique par un film protecteur, par exemple de SiO2.
[00127] La couche de transfert peut être fabriquée différemment. Par exemple, un film en matériau magnétique est collé, à l'aide d'un adhésif, sur le substrat 32 pour obtenir la couche 36 de transfert.
[00128] L'étape de fabrication de la couche de transfert peut être réalisée avant ou après l'étape 38 de découpe du substrat 32.
[00129] Le seuil Se peut être réglé en jouant sur les dimensions du plot 58 et, en particulier sa largeur. Il peut aussi être réglé en ajustant :
- la force d'adhésion entre la puce 4 et le plateau 8, et/ou
- les dimensions de la couche de transfert, et/ou - le matériau utilisé pour réaliser la couche de transfert.
[00130] En variante le seuil Se est réglé de manière à être inférieur à la distance qui sépare deux puces immédiatement voisines déposées sur la plateau 8. Ainsi, chaque plot 58 ne peut attirer que la puce en vis-à-vis et non pas les puces voisines de cette puce en vis-à-vis.
[00131 ] Le collage direct peut être remplacé par d'autres formes de collage sans apport de matière adhésive qui permettent d'obtenir une force d'adhérence suffisante pour mettre en œuvre les procédés décrits ici. Par exemple, la force d'adhérence est suffisante pour maintenir la puce 4 collée sur la face active à rencontre de la force de gravité lorsque la face active est tournée vers le bas. Par exemple, il peut s'agir d'un collage par thermo-compression ou encore d'un collage direct suivi d'une thermocompression. En cas de collage par thermocompression, la face de collage peut être constituée par la face d'une couche métallique telle que de l'or, du cuivre ou de l'aluminium. Lors de l'étape de collage, une pression et une température importante sont appliquées en même temps pour obtenir le collage de la face 42 sur la face 10. Par exemple, la température est supérieure à 100 ou 200 °C, et la force de compression est supérieure à 30 kN ou 40 kN. Il peut également s'agir d'un collage anodique connu sous le terme anglais de « anodic bonding » qui est obtenu en utilisant un champ électrostatique.
[00132] Le collage sans apport de matière adhésive peut également être remplacé par un collage avec apport de matière adhésive. Dans ce cas, la rugosité de la face active 10 peut être plus importante. Par exemple, sa rugosité RMS est inférieure à 500 nm ou 100 nm ou 10 nm.
[00133] La préparation de la face de collage des puces pour le collage sans apport de matière et, en particulier pour le collage direct, peut être réalisée à différents moments. Par exemple, cette préparation peut être réalisée :
- avant ou après la découpe des puces,
- avant ou après le dépôt de la couche de transfert, ou
- avant ou après le maintien des puces sur le support de transfert.
[00134] Par exemple, l'étape 34 est réalisée avant cette préparation de la face de collage.
[00135] Une fois la face de collage préparée, celle-ci peut être mise en contact avec un support temporaire rigide ou souple pour protéger cette face de collage lors des étapes ultérieures. Cette mise en contact avec un support temporaire peut avoir lieu avant ou après l'étape de découpage des puces.
[00136] La préparation de la face du substrat 6 pour le collage sans apport de matière peut aussi être réalisée à différents moments. Par exemple, elle peut être réalisée juste avant l'étape 70.
[00137] L'étape 72 de préparation des faces 42 peut être omise si cette préparation a déjà été réalisée pendant la fabrication des puces et que l'état de surface de la face 42 est encore compatible avec un collage sans apport de matière adhésive juste avant que l'on procède à un tel collage. L'étape 72 peut aussi être fait à un autre moment, par exemple, après l'opération 76 de transport des puces 4.
[00138] L'étape 92 de renforcement du collage peut aussi être réalisée avant l'étape de séparation entre le support de transfert et le substrat 6 ou être réalisée, pour partie, avant cette étape de séparation et, pour l'autre partie, après l'étape de séparation. Le traitement thermique réalisé avant l'étape de séparation doit être réalisé à une température qui ne détruit pas le support 18 ou les plots 58 ou 124.
[00139] Le procédé de la figure 16 peut être modifié en remplaçant le plot 124 par le support 18. Dans ce cas, au lieu de placer et de coller une puce à la fois, il est possible de placer et de coller simultanément plusieurs puces à la fois, voire de coller et de placer l'ensemble des puces 4 simultanément sur le substrat 10.
[00140] L'étape 210 peut aussi être réalisée en remplaçant la bobine 202 par un aimant permanent supplémentaire dont le moment magnétique est de sens opposé à celui du plot 58. Cet aimant permanent supplémentaire est approché, en le déplaçant verticalement le long de l'axe 186, du plot 58 pendant l'intervalle de temps ΔΤ1 pour annuler la force d'attraction magnétique. Pendant l'intervalle de temps ΔΤ2, l'aimant permanent supplémentaire est éloigné du plot 58 de sorte que la puce 4 est de nouveau attirée par le plot 58.
[00141 ] Si la couche 56 est suffisamment épaisse, le substrat 52 peut être omis et remplacé par une plaque sur laquelle sont collés les différents plots 58 aux emplacements prédéfinis.
[00142] Dans un autre mode de réalisation, la direction d'aimantation des plots 58 peut aussi être parallèle au plan de la couche 52.
[00143] Dans un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 26, il est possible que l'attraction se fasse au travers d'un masque 230 non solidaire du support 18 et du plateau 8. Lors de l'opération 70, par exemple, ce masque 230 est interposé entre le support 18 et les couches de transfert 36. Ce masque 230 comporte au moins un ouverture 232 dont la section horizontale est suffisamment large pour être traversée par au moins une puce 4. La section horizontale de cette ouverture 232 est également suffisamment étroite pour empêcher une puce 4 située à côté de la puce 4 à transférer de venir se coller sur un plot 58. Ce masque 230 permet de choisir la ou les puces 4 à transférer en plaçant l'ouverture 230 à la verticale de la puce 4 à transférer et en plaçant des parties du masque 230 dépourvues d'ouverture à la verticale des puces qui ne doivent pas être transférées. Il peut servir également de guide lors du détachement. Ce masque n'est pas en matériau magnétique dur (pour éviter d'interférer dans le processus de transfert). Il est, par exemple, en polymère, en métal (cuivre, aluminium par exemple) ou en céramique (par exemple AI2O3). [00144] Comme illustré sur la figure 27, le masque 230 peut également être utilisé dans le procédé de la figure 10 pour sélectionner la ou les puces à coller sur la face 10 du substrat récepteur 6 lors de l'opération 108.
[00145] En fin, il n'est pas nécessaire que toutes les zones de réception de la face active 10 soient immédiatement contiguës les unes aux autres pour former une face active continûment plane et lisse. Par exemple, en variante, les zones de réception de la face active sont séparées les unes des autres par des tranchées creusées dans le substrat 6. Chaque zone de réception forme alors une protrusion par rapport au fond des tranchées. Dans une autre variante, les tranchées séparent des groupes de plusieurs zones de réception. Ces tranchées sont, par exemple, utilisées pour recevoir d'autres puces que les puces 4 et peuvent donc former des logements de réception de puces supplémentaires. A l'inverse après que la face active 10 ait été polie pour la rendre lisse, les différentes zones de réception peuvent être délimitées les unes des autres en déposant sur cette face lisse des protrusions autour des zones de réception. Dans ces derniers modes de réalisation, comme dans les précédents modes de réalisation, lors du polissage et, par exemple, aussi lors du collage de la puce 4, chaque zone de réception est lisse et :
1 ) soit directement bordée d'une zone périphérique lisse et qui s'étend dans le même plan que la zone de réception,
2) soit directement bordée d'une zone périphérique en retrait à l'intérieur du substrat.
[00146] Dans le cas 1 ) ci-dessus, la surface globale de la zone de réception et de sa zone périphérique représente, par exemple, une surface deux, trois ou quatre fois supérieure à la surface de la face de collage de la puce 4. Typiquement, cette zone périphérique lisse entoure complètement la zone de réception.
[00147] Dans le cas 2) ci-dessus, la zone périphérique en retrait peut être une tranchée creusée dans la face active pour délimiter une zone de réception. Comme dans le cas 1 ), cette zone périphérique en retrait peut s'étendre tout autour de la zone de réception mais ce n'est pas nécessaire. Ainsi, il peut exister des situations où la surface de réception est bordée d'un côté par une zone périphérique lisse et d'un autre côté par une zone périphérique en retrait. La présence de cette zone périphérique en retrait ne gène pas les étapes de polissage pour rendre lisse la zone de réception.
[00148] Dans tous les cas, il n'existe aucune saillie ou protrusion s'étendant autour de la zone de réception vers l'extérieur du substrat lors du polissage de la face active et, typiquement, avant que la puce 4 ait été collée sur cette zone de réception. Les zones de réception sont donc dépourvues de logement propre à guider la puce 4 sur un emplacement précis lors de son placement sur la face active. De plus, de préférence, les zones de réception s'étendent toutes dans un même plan horizontal. Tout ce qui a été précédemment décrit s'applique à ces variantes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de placement et de collage de puces sur un substrat récepteur, ce procédé comportant :
a) la fourniture (44, 98) de plusieurs puces, chaque puce comportant une face de collage et une couche de transfert,
b) le placement (70, 100, 126) des puces à des emplacements prédéfinis en attirant la couche de transfert à l'aide d'un plot, la force d'attraction entre la couche de transfert et le plot étant une force choisie dans le groupe composé d'une force magnétique, d'une force électrostatique et d'une force électromagnétique,
c) le collage (74, 100, 126) des faces de collage des puces ainsi placées sur des zones de réception respectives d'une face active du substrat récepteur, chaque zone de réception ayant la même surface que la face de collage collée sur cette zone de réception et chaque zone de réception étant lisse et directement bordée par une zone périphérique lisse et au même niveau pour prolonger cette zone de réception dans un même plan ou par une zone périphérique en retrait à l'intérieur du substrat, caractérisé en ce que le procédé comporte :
- la préparation (30, 62, 72) des faces de collage et des zones de réception pour permettre un collage sans apport de matière adhésive entre les faces de collage et les zones de réception correspondantes, puis
- lors de l'étape c), la mise en contact direct (78, 108, 130) de chaque face de collage avec sa zone de réception respective et l'obtention ainsi d'un collage sans apport de matière adhésive des puces sur le substrat récepteur.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le collage sans apport de matière adhésive est un collage direct.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- l'étape b) comporte :
· la fourniture (60, 124) d'un support de transfert contenant des plots uniquement situés à des positions correspondant chacune à l'un des emplacements prédéfinis,
• la mise en présence (70) des puces avec le support de transfert et l'attraction par chaque plot de la couche de transfert d'une puce respective pour la placer à l'emplacement prédéfini correspondant avec sa face de collage tournée du côté opposé au support de transfert, puis le maintien de cette puce sur l'emplacement prédéfini correspondant sous l'effet de la force d'attraction exercée par le plot qui l'a attirée, - l'étape c) comporte :
• le déplacement (76, 78) du support de transfert pour amener collectivement les faces de collage des puces maintenues sur les plots, en contact sur les zones de réception de la face active du substrat récepteur,
« le détachement (80) des plots, des couches de transfert de chaque puce, pour séparer le support de transfert du substrat récepteur.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel :
- l'étape a) comporte la fourniture (44) de puces dont la couche de transfert est réalisée dans un matériau magnétique, et
- le procédé comporte la réalisation (54) des plots dans un matériau magnétique, l'un au moins du matériau magnétique de la couche de transfert et du matériau magnétique des plots étant un matériau magnétique dur et aimanté de façon permanente.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le procédé comporte le dépôt d'une couche de polymères d'au moins 30 micromètres d'épaisseur située entre le plot et la couche de transfert lors de l'étape c).
6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel :
- l'étape a) comporte la fourniture (44) de puces dont la couche de transfert est réalisée dans un matériau électriquement conducteur,
- l'étape b) comporte l'application d'un potentiel sur chaque plot du support de transfert pour générer une force d'attraction électrostatique qui attire les puces vers les plots puis maintient chaque puce sur un plot respectif, et
- l'étape c) comporte la commande de l'application du potentiel sur chaque plot pour limiter ou annuler la force d'attraction électrostatique et faciliter ainsi la séparation entre le support de transfert et le substrat récepteur.
7. Procédé selon la revendication 3, dans lequel :
- l'étape a) comporte la fourniture (44) de puces dont la couche de transfert est réalisée dans un matériau magnétique, et
- l'étape b) comporte :
• la fourniture d'un support de transfert dans lequel chaque plot comporte une piste qui s'enroule autour d'un axe pour former une bobine propre à générer un champ magnétique lorsqu'elle est alimentée, et • l'alimentation de la piste de chaque plot pour générer une force d'attraction électromagnétique propre à attirer la couche de transfert d'une puce respective, et
- l'étape c) comporte la commande de l'alimentation de la piste de chaque plot pour limiter ou annuler la force d'attraction électromagnétique et faciliter ainsi la séparation entre le support de transfert et le substrat récepteur.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape b) comporte :
- le déplacement (70) de la couche de transfert vers le plot par une force d'attraction magnétique, puis
- l'éloignement (210) de la couche de transfert du plot en diminuant ou annulant la force d'attraction magnétique, puis
- à nouveau le déplacement (210) de la couche de transfert vers le plot par la force d'attraction magnétique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel :
- l'étape a) comporte la fourniture (98) de puces dont la couche de transfert est réalisée dans un matériau magnétique et la disposition des différentes puces sur un plateau avec leur face de collage tournée du côté opposé au plateau, et
- l'étape b) comporte :
• la mise (107 ;128) en vis-à-vis des faces de collage des puces avec les zones de réception de la face active du substrat récepteur tout en conservant un jeu entre les faces de collage et les zones de réception correspondantes,
· le positionnement (102 ; 130), du côté opposé à la face active, d'au moins un plot générant un champ magnétique à un endroit correspondant à un emplacement prédéfini sur la face active, et
• le déplacement (108 ; 130) d'une puce jusqu'à l'emplacement prédéfini sur la face active sous l'effet de la force d'attraction qui existe entre cette puce et le plot positionné du côté opposé à la face active.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape b) comporte le positionnement (102), du côté opposé à la face active, simultanément, de plusieurs desdits plots générant un champ magnétique, de manière à attirer simultanément plusieurs puces sur plusieurs emplacements prédéfinis respectifs sur la face active du substrat récepteur.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel - l'étape a) comporte la fourniture (98) de puces dont la couche de transfert est une couche continue et homogène en matériau magnétique, et
- lors de l'étape b), la force d'attraction est une force magnétique ou électromagnétique.
12. Poste d'assemblage comportant :
- des puces (4) comportant chacune une face (42) de collage et une couche (36) de transfert,
- un substrat récepteur (6) comportant une face active (10) sur laquelle les puces doivent être placées et collées, et
- un dispositif (16) de placement et de collage des puces sur la face active de ce substrat récepteur, ce dispositif étant apte :
• à placer les puces à des emplacements prédéfinis en attirant la couche de transfert à l'aide d'un plot (58 ; 160 ; 172 ; 182), la force d'attraction entre la couche de transfert et le plot étant une force choisie dans le groupe composé d'une force magnétique, d'une force électrostatique et d'une force électromagnétique,
• à coller les faces de collage des puces ainsi placées sur des zones de réception respectives de la face active du substrat récepteur, chaque zone de réception ayant la même surface que la face de collage collée sur cette zone de réception et chaque zone de réception, de la face active (10) du substrat récepteur, étant lisse et directement bordée par une zone périphérique lisse et au même niveau pour prolonger cette zone de réception dans un même plan ou par une zone périphérique en retrait à l'intérieur du substrat,
caractérisé en ce que :
- les faces de collage et les zones de réception sont préparées pour permettre un collage sans apport de matière adhésive entre les faces de collage et les zones de réception correspondantes lors de la mise en contact direct de chaque face de collage avec sa zone de réception respective pour obtenir un collage sans apport de matière adhésive des puces sur le substrat récepteur.
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