FR2972848A1 - Appareil et procédé de collage par adhésion moléculaire avec minimisation de déformations locales - Google Patents

Abstract

Un appareil de collage par adhésion moléculaire (200) entre au moins une première et une deuxième plaques de forme circulaire, ladite deuxième plaque présentant une courbure initiale. L'appareil comprend des moyens de support annulaire (211) destinés à recevoir au moins la deuxième plaque. Les moyens de support annulaire (211) délimitent un évidement central (2111) dans lequel la deuxième plaque est libre de se déformer sous l'effet de son propre poids.

Description

Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne le collage par adhésion moléculaire réalisé entre deux plaques ou "wafers" utilisé par exemple pour la réalisation des plaques ou substrats semi-conducteurs multicouches (également dénommées "multilayer semiconductor wafers") dans le cas, par exemple, de la technologie d'intégration tridimensionnelle de composants (3D-integration) qui nécessite le transfert d'une ou plusieurs couches de microcomposants sur un substrat support final mais aussi dans le cas de transfert de circuits ou encore dans la fabrication d'imageurs éclairés en face arrière. La ou les couches transférées comprennent des microcomposants (électroniques, optoélectroniques, etc.) réalisés au moins en partie sur un substrat initial, ces couches étant ensuite empilées sur un substrat final qui peut éventuellement comporter lui-même des composants. En raison notamment de la taille très réduite et du nombre important de microcomposants présents sur une même couche, chaque couche transférée doit être positionnée sur le substrat final avec une grande précision afin de respecter un alignement très strict avec la couche sous-jacente. En outre, il peut être nécessaire de réaliser des traitements sur la couche après son transfert, par exemple pour former d'autres microcomposants, pour découvrir en surface des microcomposants, pour réaliser des interconnections, etc. Cependant, la déposante a constaté, qu'après transfert, il existe des cas où il est très difficile, voire impossible, de former des microcomposants supplémentaires en alignement avec les microcomposants formés avant le transfert en raison de l'apparition de déformations inhomogènes dans les plaques après collage. Dans le cas particulier de l'intégration 3D, les déformations inhomogènes résultant du collage par adhésion moléculaire conduisent ensuite à un phénomène de désalignement des microcomposants des différentes couches. Ce phénomène de désalignement, encore appelé « overlay », décrit en relation avec la figure 1, se présente sous la forme 1 de défauts, par exemple de l'ordre de 20 nm, qui sont nettement inférieurs à la précision d'alignement des plaques au moment du collage moléculaire. La figure 1 illustre une structure tridimensionnelle 500 obtenue par collage par adhésion moléculaire à basse pression entre une première plaque ou substrat initial 510, sur lequel est formée une première série de microcomposants 511 à 519 par photolithographie qui consiste principalement à irradier un substrat rendu photosensible (par exemple par application d'une photorésine sur le substrat) sur des zones déterminées correspondant aux emplacements où les microcomposants doivent être formés, et une deuxième plaque ou substrat final 520. Le substrat initial 510 a été aminci après collage afin de retirer une portion de matière présente au-dessus de la couche de microcomposants 511 à 519 et une deuxième couche de microcomposants 521 à 529 a été formée au niveau de la surface exposée du substrat initial 510. L'irradiation du substrat est réalisée typiquement avec un appareil d'irradiation sélective, couramment appelé "stepper", qui, à la différence des appareils d'irradiation globale, irradie lors d'une opération seulement une partie du substrat, à savoir un « champ », à travers un masque formé de zones opaques et transparentes permettant de définir le motif que l'on souhaite reproduire sur le substrat. Un « champ » couvre un ensemble de composants (« puces ») individuels et il n'est donc pas possible (ni souhaitable pour des raisons de productivité) d'optimiser et compenser les défauts d'alignement pour chaque composant.

Le stepper est en général apte à compenser certains types de défauts d'alignement, tels que ceux de type décalage (encore appelé "offset" ou "shift"), rotation et radial (également connu sous le nom de "run-out" et qui correspond à une déformation radiale qui augmente linéairement avec le rayon du substrat), en utilisant un algorithme de compensation. Cependant, même en utilisant de tels outils de positionnement, des décalages se produisent entre certains des microcomposants 511 à 519, d'une part et 521 à 529, d'autre part, tels que les décalages An, 022, A33, 044, indiqués sur la figure 1 (correspondant respectivement aux décalages observés entre les couples de microcomposants 511/521, 512/522, 513/523 et 514/524). Ces décalages ne résultent pas de transformations élémentaires (translation, rotation ou leurs combinaisons) qui pourraient avoir pour origine un assemblage imprécis des substrats. Ces décalages résultent de déformations inhomogènes qui entraînent des déplacements locaux et non uniformes au niveau de certains microcomposants 511 à 519. Aussi, certains des microcomposants 521 à 529 formés sur la surface exposée du substrat après transfert présentent des variations de position avec ces microcomposants 511 à 519 qui peuvent être de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres, voire du micron. Ce phénomène de désalignement (encore appelé "overlay") entre les deux couches de microcomposants peut être source de courts-circuits, de distorsions dans l'empilement ou de défauts de connexion entre les microcomposants des deux couches. Ainsi, dans le cas où les microcomposants transférés sont des imageurs formés de pixels et que les étapes de traitement post transfert visent à former sur chacun de ces pixels des filtres de couleur, on a observé une perte de la fonction de colorisation pour certains de ces pixels.

Ce phénomène de désalignement conduit ainsi à une réduction de la qualité et de la valeur des plaques de semi-conducteurs multicouches fabriquées. L'impact de ce phénomène devient de plus en plus critique en raison des exigences sans cesse croissantes vis-à-vis de la miniaturisation des microcomposants et de leur densité d'intégration par couche. Pour le collage par adhésion moléculaire, on utilise, comme illustré sur la figure 2A, un appareil de collage 100 comprenant un dispositif porte-substrat ou porte-plaque 120 ayant un plateau support 121 (encore appelé « chuck ») sur lequel repose une première plaque plane 60 à coller avec une deuxième plaque 70 qui présente une courbure initiale, encore appelée « bow », due notamment à la formation de microcomposants sur cette dernière. La deuxième plaque 70 est déposée sur la première plaque 60 en vue du collage par adhésion moléculaire. Une fois posée sur la première plaque 60 maintenue sur le plateau support 121, par exemple au moyen d'un système électrostatique ou par succion, la courbure initiale de la deuxième plaque 70 est modifiée car elle repose sur la première plaque seulement au niveau d'une portion limitée située sensiblement en son centre. Plus précisément, les forces appliquées sur la première plaque ne sont pas uniformes suivant que l'on considère les portions en contact ou non de la deuxième plaque avec la première. En effet, au niveau de la portion de la deuxième plaque 70 en contact avec la première plaque 60 la force d'attraction gravitationnelle Fg exercée sur la deuxième plaque est compensée par la force de réaction R exercée par la première plaque (Fg+R=O). En revanche, la force d'attraction exercée sur toute la partie de la deuxième plaque 70 qui n'est pas en contact avec la première plaque 60 n'est pas compensée si bien que cette partie de la première plaque se déforme sous l'effet de son propre poids, l'effort de déformation exercé sur la plaque étant plus important au voisinage de son bord (effet de porte-à-faux). En d'autres termes, la déformation de la deuxième plaque n'est pas identique entre le centre de la plaque et son bord. L'interaction entre la courbure présentée par la deuxième plaque 70 et la gravité exercée sur cette dernière contribue, entre autres facteurs, à l'apparition du phénomène de désalignement de type « overlay ». La figure 3 représente une modélisation de la courbure (« bow ») de la deuxième plaque 70 et de la structure résultante après collage de la deuxième plaque 70 sur la première plaque 60, c'est-à-dire après l'initiation de la propagation d'une onde de collage entre ces deux plaques, et ce en tenant compte ou non de la force d'attraction exercée sur la deuxième plaque comme expliquée ci-avant. La courbe A montre la courbure présentée par la deuxième plaque 70 dans sa position avant collage telle que représentée sur la figure 2A. On constate que, sous l'effet de la gravité, l'amplitude de la courbure de la première plaque est réduite à 18 pm (affaissement du bord de la plaque). La courbe B montre l'amplitude et la forme de la courbure présentée par la structure résultante du collage entre les plaques 60 et 70 en tenant compte de l'effet de gravité exercée sur la deuxième plaque 70 comme sur la figure 2A. On constate que la forme de la structure n'est pas quadratique, c'est-à-dire ne s'inscrit pas dans une hyperbole et l'amplitude de la courbure est de seulement 5 pm. En revanche, si l'on supprime l'effet de gravité dans les calculs de modélisation, on obtient la courbe C qui montre que la structure résultante après collage présente bien une courbure quadratique, à savoir ici une forme d'hyperbole, et une amplitude plus importante de l'ordre de 19 pm. La déformation non linéaire présentée par la structure résultante dont la courbure est illustrée par la courbe B provient du manque d'uniformité des forces d'attraction et de réaction exercées sur la deuxième plaque. Or, pour obtenir une correction fiable du désalignement (« overlay »), la déformation des plaques doit être linéaire ou pseudolinéaire par rapport au rayon de la plaque. Comme indiqué sur la figure 4, lorsque que la courbure varie suivant le rayon des plaques, une erreur de positionnement significative subsiste toujours en bord de plaque malgré la correction apportée par le stepper. Le stepper est incapable de corriger le type de désalignement induit par l'absence d'uniformité entre les forces d'attraction et de réaction exercées sur la deuxième plaque avant collage.

Résumé de l'invention

L'invention a pour but de proposer une solution qui permet de supporter et coller deux plaques entre elles par adhésion moléculaire tout en éliminant le manque d'uniformité des forces d'attraction et de réaction sur au moins l'une des deux plaques et de minimiser ainsi le phénomène de désalignement ("overlay") induit dans la structure résultante. A cet effet, la présente invention propose un appareil de collage entre au moins une première et une deuxième plaques de forme circulaire, la deuxième plaque présentant une courbure initiale, l'appareil comprenant des moyens de support annulaire destinés à recevoir au moins la deuxième plaque, les moyens de support annulaire délimitant un évidement central dans lequel la deuxième plaque est libre de se déformer sous l'effet de son propre poids. Ainsi, en permettant à la plaque présentant une courbure initiale de se déformer librement sous son propre poids, l'appareil de collage selon l'invention permet de donner à cette plaque une courbure constante avant collage, c'est-à-dire sans affaissement au niveau de son bord comme c'est le cas en présence d'une force réaction non uniforme lorsqu'on utilise un plateau support de l'art antérieur comme décrit ci- avant. La ou les déformations de la plaque ainsi que de la structure résultante après collage sont alors linéaires suivant le rayon des plaques. Les éventuels décalages ou défauts d'alignement peuvent être alors corrigés par des outils de positionnement. Dans le cas particulier d'une intégration 3D, on réduit ainsi fortement les risques de désalignement ou "overlay" en bord de plaque lors de la formation ultérieure de couches supplémentaires de microcomposants ou lors du collage de deux plaques comportant chacune des microcomposants destinés à être alignés entre eux. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil de collage comprend un support annulaire destiné à recevoir au moins la deuxième plaque. Selon un autre mode de réalisation, l'appareil de collage comprend au moins trois éléments de support destinés à recevoir au moins la deuxième plaque, les éléments de support étant uniformément répartis sur une zone annulaire. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil de collage comprend en outre un plateau support destiné à maintenir la première plaque, le plateau support étant placé en dessous des moyens de support annulaire. Dans ce cas l'appareil peut comprendre des moyens pour déplacer verticalement les moyens de support annulaire et le plateau support l'un par rapport à l'autre. Selon un aspect de l'invention, l'appareil de collage comprend un moyen d'application d'un point de pression mécanique sur l'une des deux plaques.

Selon un autre aspect de l'invention, l'appareil comprend des moyens pour abaisser la pression entre les deux plaques. L'invention concerne également un procédé de collage par adhésion moléculaire entre au moins une première plaque et une deuxième plaque de forme circulaire, la deuxième plaque présentant une courbure initiale, le procédé comprenant les étapes suivantes : - maintien de la deuxième plaque par gravité au voisinage de son bord annulaire à une hauteur déterminée de manière à se déformer librement sous l'effet de son propre poids, - mise en contact de ladite deuxième plaque avec la première plaque, - initiation de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques. Selon un mode réalisation de l'invention, la première plaque est maintenue sur un plateau support tandis que la deuxième plaque est posée sur des moyens de support annulaire pouvant être constitués notamment par un support annulaire ou des doigts de maintien comportant un évidement central, lesdits moyens de support annulaire étant maintenus à une hauteur déterminée du plateau support avant la mise en contact des plaques de manière à permettre à la deuxième plaque de se déformer librement sous son propre poids dans ledit évidement central. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième plaques sont posées sur des moyens de support annulaire comportant un évidement central, lesdits moyens de support annulaire comprenant un socle ayant une hauteur déterminée de manière à permettre aux première et deuxième plaques de se déformer librement sous leur propre poids dans ledit évidement central. Selon un aspect de l'invention, on applique un point de pression mécanique sur l'une des deux plaques pour initier de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques. Selon un autre aspect de l'invention, on abaisse la pression entre les deux plaques pour initier de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique montrant une structure tridimensionnelle après collage par adhésion moléculaire selon l'art antérieur, les figures 2A et 2B sont des vues en coupe d'un appareil de collage selon l'art antérieur, la figure 3 montre la modélisation de la courbure d'une structure obtenue par collage entre deux plaques avec et sans effet de gravité, la figure 4 montre un exemple de mesure d'erreur de désalignement (« overlay ») lorsqu'une des deux plaques collées présente une variation de courbure (« bow ») non linéaire, la figure 5 est une vue en perspective d'un appareil de collage conformément à un mode de réalisation de l'invention, - les figures 6A à 6F sont des vues schématiques d'un procédé de collage par adhésion moléculaire mis en oeuvre avec l'appareil de la figure 5 conformément à un mode de réalisation de l'invention, la figure 7 est un organigramme des étapes d'un procédé de collage par adhésion moléculaire de l'invention illustré dans les figures 6A à 6E, - les figures 8A à 8C sont des vues schématiques d'un procédé de collage par adhésion moléculaire conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 9 est un organigramme des étapes d'un procédé de collage par adhésion moléculaire de l'invention illustré dans les figures 8A à 8C, la figure 10 est une vue en perspective d'un appareil de collage conformément à une variante de réalisation de l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation de l'invention

La présente invention s'applique d'une manière générale à la 35 réalisation de structures composites comprenant au moins le collage par 30 adhésion moléculaire d'un premier substrat ou plaque sur un deuxième substrat ou plaque. Le collage par adhésion moléculaire est une technique bien connue en soi. Pour rappel, le principe du collage par adhésion moléculaire est basé sur la mise en contact direct de deux surfaces, c'est-à-dire sans l'utilisation d'un matériau spécifique (colle, cire, brasure, etc.). Une telle opération nécessite que les surfaces à coller soient suffisamment lisses, exemptes de particules ou de contamination, et qu'elles soient suffisamment rapprochées pour permettre d'initier un contact, typiquement à une distance inférieure à quelques nanomètres. Dans ce cas, les forces attractives entre les deux surfaces sont assez élevées pour provoquer l'adhérence moléculaire (collage induit par l'ensemble des forces attractives (forces de Van Der Waals) d'interaction électronique entre atomes ou molécules des deux surfaces à coller).

L'adhésion moléculaire est réalisée par initiation d'au moins un point de contact sur une plaque en contact intime avec une autre plaque afin de déclencher la propagation d'une onde de collage à partir de ce point de contact. On appelle ici "onde de collage" le front de liaison ou d'adhésion moléculaire qui se propage à partir du point d'initiation et qui correspond à la diffusion des forces attractives (forces de Van Der Waals) depuis le point de contact sur toute la surface de contact intime entre les deux plaques (interface de collage). Le point de contact peut être initié typiquement par application d'une pression mécanique sur la surface exposée d'une des deux plaques.

Comme indiqué précédemment, le collage est réalisé en plaçant une première plaque sur un plateau support d'un dispositif porte-plaque (en anglais « chuck ») et en posant sur cette première plaque une deuxième plaque. Or, en raison de la courbure présentée par la deuxième plaque, seule une partie de la plaque, généralement située au centre de celle-ci, repose sur la première plaque. Si la gravité, ou plus précisément la force d'attraction gravitationnelle, s'exerce de la même façon sur l'ensemble de la deuxième plaque, celle-ci n'est compensée par la force de réaction du plateau support qu'au niveau de la partie de la deuxième plaque reposant sur la première plaque. Par conséquent, la gravité qui s'exerce sur la partie de la deuxième plaque qui ne repose pas sur la première plaque n'est pas compensée si bien que cette partie subit une force d'attraction qui conduit à des déformations locales dans cette partie de la plaque modifiant la courbure globale de la plaque de façon non linéaire. En d'autres termes, la deuxième plaque est déformée mais pas de manière uniforme entre son centre et sa périphérie. Afin de pallier cet inconvénient, la présente invention propose un appareil de collage et un procédé de collage associé dans lesquelles au moins la deuxième plaque destinée à être déposée sur la première plaque est apte à se déformer librement dans son ensemble sous son propre poids. A cet effet, la présente invention propose d'utiliser des moyens de support aptes à supporter la deuxième plaque uniquement au voisinage de son bord et à permettre à celle-ci de se déformer sous l'effet de son propre poids. La figure 5 représente un appareil de collage 200 conformément à un mode de réalisation de l'invention. L'appareil de collage 200 comprend un premier dispositif porte-plaque 210 muni de moyens de support annulaire de plaque formés par un support annulaire 211. Dans l'exemple décrit ici, le support annulaire 211 présente dans sa partie supérieure une surface de contact annulaire 2110 destinée à supporter une plaque de forme circulaire par sa portion située au voisinage de son bord. Le diamètre interne Dint du support annulaire 211 à partir duquel s'étend la surface de contact 2110 est inférieur au diamètre de la plaque destinée à être déposer dessus. A titre d'exemple, pour des plaques d'un diamètre de 200 mm, 300 mm, ou plus (par exemple 450 mm), le diamètre interne Dint du support annulaire 211 est choisi de manière à ce que le bord de la plaque supportée chevauche une zone annulaire sur la surface de contact 2110 d'une largeur comprise entre 1 et 50 mm, de préférence entre 2 et 10 mm, et plus préférentiellement de 3 mm. Le diamètre externe Dext du support annulaire peut être supérieur à celui de la plaque ou non. Dans l'exemple décrit ici, le support annulaire 211 comporte une paroi annulaire 2112 qui s'étend à partir du diamètre externe Dext au-dessus de la surface de contact 2110. Les dimensions du support annulaire selon l'invention sont adaptées en fonction du diamètre des plaques à coller qui peuvent avoir notamment des diamètres de 100 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm et 450 mm. Le support annulaire présente un évidement central 2111 dans lequel la plaque peut se déformer sous son propre poids. Dans l'exemple décrit ici, l'élément annulaire 211 présente une hauteur H211 qui est inférieure à la distance sur laquelle la plaque se déforme dans l'évidement afin de pouvoir mettre celle-ci ultérieurement en contact avec une autre plaque lors du collage par adhésion moléculaire comme décrit ci-après. Afin de permettre tout d'abord à la plaque de se déformer librement sous son propre poids, le support annulaire 211 est monté sur des moyens de déplacement vertical, ici des pistons 212, qui permettent d'éloigner ou de rapprocher le support annulaire d'un plateau support 220 destiné à maintenir l'autre plaque en vue du collage par adhésion moléculaire.

En outre, afin de permettre le retrait du support annulaire 211 pour permettre, d'une part, le placement d'une première plaque sur le plateau support 220 et, d'autre part, la fermeture de l'interface de collage entre les deux plaques à coller comme décrit ci-après, le support annulaire 211 est ici formé de quatre secteurs indépendants 2114 à 2117 chacun respectivement solidaire d'un piston 212. Chaque piston 212 est monté à l'intérieur du plateau support 220 sur un actionneur linéaire (non représenté sur la figure 5) permettant d'éloigner les secteurs 2114 à 2117 les uns des autres dans des directions indiquées par les flèches sur la figure 5.

On décrit maintenant en relation avec les figures 6A à 6F et 7 un exemple de procédé de collage par adhésion moléculaire entre une première et une deuxième plaques 20 et 30 réalisé avec l'appareil de collage de la figure 5 conformément à un mode de mise en oeuvre d'un procédé de collage selon l'invention. De façon bien connue, les surfaces 21 et 31 respectivement des plaques 20 et 30 destinées à être collées ont été préparées (polissage, nettoyage, traitement hydrophobe/hydrophile, etc.) pour permettre une adhésion moléculaire. L'appareil de collage 200, et plus précisément, le dispositif porte-plaque 210 et le plateau support 220 sont placés dans une chambre étanche (non représentée sur les figures 6A à 6E) dans laquelle la pression et la température peuvent être contrôlées. Sur la figure 6A, les secteurs 2114 à 2117 du support annulaire 211 sont écartés les uns des autres pour permettre le placement d'une première plaque ou substrat 20 de forme plane sur le plateau support 220 (étape S1). Le plateau support 220 présente des défauts de planéité de préférence inférieurs à 15 microns. Le plateau support 220 maintient la première plaque 20, par exemple au moyen d'un système électrostatique ou de succion associé au plateau support ou par simple gravité, en vue de son assemblage par adhésion moléculaire avec la deuxième plaque 30. Les systèmes associés de maintien de la plaque (électrostatique ou par succion) sont utilisés dans la mesure où il a été vérifié qu'ils ne déforment pas la plaque afin de ne pas entrainer une augmentation des problèmes de désalignement ("overlay").

Une fois la première plaque 20 positionnée sur le plateau support 220, les secteurs 2114 à 2117 rapprochés les uns des autres dans la position illustrée sur la figure 5.1a deuxième plaque 30 qui présente une courbure initiale est posée sur le support annulaire 211 du dispositif porte-plaque 210 de l'appareil de collage 200 qui est positionné sur les pistons 212 (étape S2 figure 6B). A cette étape du procédé, le support annulaire 211 est maintenu par les pistons 212 à une hauteur Hdef du plateau support 220 de manière à permettre à la deuxième plaque 30 de se déformer librement sous propre poids dans l'évidement central 2111 sans entrer en contact avec la première plaque 20 (étape S3, figure 6C).

La deuxième plaque 30 est simplement posée sur la surface de contact 2110 du support annulaire 211 sans utilisation de système de maintien tel qu'un système électrostatique ou de succion associé de manière à laisser la plaque se déformer librement sans retenue au niveau de sa portion en contact avec la surface de contact 2110 du support annulaire 211. La forme du bord interne 2113 du support annulaire 211 peut être adaptée, par exemple biseautée, afin d'éviter d'éventuels endommagements de la plaque lors de sa déformation. Les pistons 212 sont ensuite actionnés de manière à faire descendre le support annulaire 211 à une hauteur Hcont du plateau support 220 qui permet de placer une portion de la face inférieure 31 de la deuxième plaque 30 en contact avec la face supérieure 21 de la première plaque 20 (étape S4, figure 6D). L'appareil de collage 200 comprend des moyens de mesure (non représentés sur la figure 6D), par exemple optique, qui sont aptes à régler la hauteur Hcont de manière à ce que la portion de la deuxième plaque 30 la plus proche de la première plaque 20 soit positionnée au plus près de la face 21 de la plaque 20 sans que la plaque 30 ne repose totalement sur la plaque 20. En d'autres termes, la hauteur Hcont doit être ajustée pour permettre l'initiation d'une onde de collage entre les portions des deux plaques en contact tandis que la première plaque est toujours dans sa position de libre déformation sous l'effet de son propre poids. Après l'étape de mise en contact des plaques, on procède au collage par adhésion moléculaire (figure 6E, étape S5). Comme illustré sur la figure 6E, l'initiation de la propagation d'une onde de collage peut être réalisée au moyen d'un outil 50 équipé d'un stylet 51 permettant d'appliquer un point de contact mécanique sur la plaque 30. De manière avantageuse mais non obligatoire, la pression mécanique exercée par le stylet 51 sur la plaque 30 peut être contrôlée afin de limiter les déformations au niveau du point de contact. Comme illustré très schématiquement sur la figure 6E, l'outil 50 peut comprendre un dynamomètre 53. Le stylet 51 est relié au dynamomètre 53 et comporte une extrémité libre 52 avec laquelle on exerce une pression mécanique sur la plaque 30 afin d'initier un point de contact entre les deux plaques 20 et 30. En connaissant la valeur de la surface de contact 52a de l'outil 50 avec la plaque 30, il est possible d'appliquer une pression mécanique comprise entre 1 MPa et 33,3 MPa en contrôlant la force d'appui F exercée par l'outil sur la plaque (force d'appui=pression mécanique x surface d'appui). En limitant ainsi la pression appliquée sur un des deux substrats lors de l'initiation d'un point de contact, on réduit les déformations inhomogènes engendrées dans la plaque tout en réalisant un collage par adhésion moléculaire sur l'ensemble des surfaces des deux plaques en contact. La force d'appui exercée par l'extrémité 52 sur la plaque 30 est contrôlée au moyen du dynamomètre 53. L'élément d'appui et plus particulièrement son extrémité destinée à venir en contact avec la plaque peut être réalisée ou recouverte d'un matériau tel que le Téflon®, la silicone ou un polymère. D'une manière générale, l'extrémité de l'élément d'appui est réalisée ou recouverte avec un matériau suffisamment rigide afin de pouvoir appliquer la pression de manière contrôlée. En effet, un matériau trop souple pourrait se déformer et conduire à une surface de contact imprécise et, par conséquent, à un manque de précision de la pression appliquée. En outre, un matériau trop rigide pourrait conduire à la formation de défauts (empreinte) à la surface de la plaque. L'initiation de la propagation de l'onde de collage peut être également initiée spontanément entre les plaques 20 et 30 en abaissant la pression dans la chambre de l'appareil de collage à une valeur très faible, typiquement inférieure à environ 10 mbar. Une fois la propagation d'une onde de collage initiée, et de préférence le plus tard possible lorsque l'onde de collage est provisoirement stoppée par le maintien de bord de la deuxième plaque 30 sur le support annulaire 211, on libère la deuxième plaque 30 du support annulaire 211 en écartant les secteurs 2114 à 2117 les uns des autres afin d'obtenir la fermeture complète de l'interface de collage entre les plaques 20 et 30 (étape S6, figure 6F) La figure 8A illustre une variante de réalisation de l'appareil de collage selon l'invention. L'appareil de collage 300 diffère de l'appareil de collage 200 décrit ci-avant en ce qu'il comprend un support annulaire fixe sur lequel sont déposées les deux plaques à coller. Plus précisément, l'appareil de collage 300 comprend ici un dispositif porte-plaque 310 muni d'un support annulaire 311 reposant sur une base 320 et qui présente, comme le support 211 décrit ci-avant, dans sa partie supérieure une surface de contact annulaire 3110 destinée à supporter une plaque de forme circulaire par sa portion située au voisinage de son bord. Le diamètre interne Dint du support annulaire 311 à partir duquel s'étend la surface de contact 3110 est inférieure au diamètre de la plaque destinée à être déposée dessus. Le diamètre externe Dext du support annulaire peut être supérieur à celui de la plaque ou non. Dans l'exemple décrit ici, le support annulaire 311 comporte une paroi annulaire 3112 qui s'étend à partir du diamètre externe Dext au-dessus de la surface de contact 3110.

Le support annulaire 311 se prolonge dans sa partie inférieure par un socle annulaire 3114 qui permet de définir un évidement central 3111 dont la hauteur H311 est supérieure à la distance sur laquelle la ou les plaques se déforment. En d'autres termes, la surface de contact 3110 du support annulaire 311 est maintenue à une distance suffisante de la base 320 pour permettre à la ou les plaques de se déformer librement dans l'évidement central 3111 sans entrer en contact avec la base 320. La forme du bord 3113 du support annulaire 311 présent du côté du diamètre interne Dint peut être adaptée, par exemple biseautée, afin d'éviter d'éventuels endommagements de la plaque lors de sa déformation. L'appareil de collage 300, et plus précisément, le dispositif porte-plaque 310 comprenant le support annulaire 311 sont placés dans une chambre étanche (non représentée sur les figures 8A à 8C) dans laquelle la pression et la température peuvent être contrôlées. Un exemple de procédé de collage par adhésion moléculaire entre une première et une deuxième plaques 80 et 90 réalisé avec l'appareil de collage 300 est maintenant décrit en relation avec les figures 8A à 8C et 9 conformément à un mode de mise en oeuvre d'un procédé de collage selon l'invention. Sur la figure 8A, la deuxième plaque 90 est déposée sur la première plaque 80 qui repose au niveau de son bord sur la surface de contact 3110 du support annulaire 311 par simple gravité, c'est-à-dire sans utilisation de système de maintien tel qu'un système électrostatique ou de succion associé (étape S10). Une fois la deuxième plaque 90 posée sur la première plaque 80, les deux plaques se déforment librement dans l'évidement central 3111 sous leur propre poids (étape S20, figure 8B) Après l'étape de mise en contact des faces 81 et 91 respectivement des plaques 80 et 90, on procède au collage par adhésion moléculaire (figure 8C, étape S30) en initiant la propagation d'une onde de collage entre les faces 81 et 91 qui peut être réalisée au moyen d'un outil 150 équipé d'un stylet 151 permettant d'appliquer un point de contact mécanique sur la plaque 90 de la même manière que décrit ci- avant avec le stylet 50.

L'initiation de la propagation de l'onde de collage peut être également initiée spontanément entre les plaques 80 et 90 en abaissant la pression dans la chambre de l'appareil de collage à une valeur très faible, typiquement inférieure à environ 10 mbar.

La figure 10 montre une autre variante de réalisation de l'appareil de collage selon l'invention qui diffère de l'appareil de collage de la figure 5 en ce que l'appareil de collage 400 comprend des moyens de support annulaire constitués par une pluralité des doigts de maintien indépendants 411 à 414 uniformément disposés sur une zone annulaire Za présente un diamètre intérieur Dint inférieur au diamètre de la ou des plaques destinées à être posé sur les doigts 411 à 414. Les doigts 411 à 414 comportent chacun à leur extrémité libre une surface de contact respectivement 411a à 414a destinée à supporter une plaque de forme circulaire au niveau de sa portion située au voisinage de son bord. L'appareil de collage 400 comprend un plateau support 420 destiné à recevoir une plaque à coller avec la plaque maintenue sur les doigts 411 à 414. Les doigts 411 à 414 délimitent un évidement central 4111 dans lequel la plaque supportée par ces derniers peut se déformer sous son propre poids. Afin de permettre tout d'abord à la plaque de se déformer librement sous son propre poids, les doigts de maintien 411 à 414 sont montés sur des moyens de déplacement vertical (non représentés sur la figure 10) qui permettent d'éloigner ou de rapprocher la plaque supportée par les doigts du plateau support 420 destiné à maintenir l'autre plaque en vue du collage par adhésion moléculaire.

En outre, afin de permettre le retrait des doigts 411 à 414 pour permettre, d'une part, le placement d'une première plaque sur le plateau support 420 et, d'autre part, la fermeture de l'interface de collage entre les deux plaques à coller après initiation de la propagation d'une onde collage comme décrit ci-avant en relation avec les figures 6E et 6F, les doigts 411 à 414 sont chacun respectivement montés à l'intérieur du plateau support 420 sur un actionneur linéaire (non représenté sur la figure 10) permettant d'éloigner les doigts les uns des autres dans des directions indiquées par les flèches sur la figure 10. Dans le cas du support des deux plaques l'une sur l'autre pour permettre leur déformation avant collage comme décrit ci-avant sur les figures 8A à 8C, les doigts de maintien sont maintenus à une hauteur suffisante pour permettre la déformation des plaques dans l'évidement 4111 sans entrer en contact avec le plateau support 420 ou une base sur laquelle seraient fixés les doigts.

Le nombre de doigts de maintien est compris entre 3 et 50, typiquement 10. Le procédé de collage de l'invention est applicable à l'assemblage de tout type de matériau compatible avec le collage moléculaire et en particulier les matériaux semi-conducteurs tels que le silicium, le germanium, le verre, le quartz, le saphir etc. Les plaques à assembler peuvent notamment être d'un diamètre de 100 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm, ou 450 mm. Les plaques peuvent en outre comprendre des microcomposants sur la majorité de leur surface ou seulement sur une zone limitée.

Un domaine particulier mais non exclusif du procédé de collage de la présente invention est celui de la réalisation de structures tridimensionnelles comprenant la formation d'une première série de microcomposants à la surface d'une plaque ou substrat initial, les microcomposants pouvant être des composants entiers et/ou seulement une partie de ceux-ci et le substrat initial pouvant être une structure monocouche, par exemple une couche de silicium, ou structure multicouche telle qu'une structure de type SOI. Les microcomposants sont formés par photolithographie au moyen d'un masque permettant de définir les zones de formation de motifs correspondant aux microcomposants à réaliser. Après le collage, c'est-à-dire après la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques, une deuxième couche de microcomposants est formée au niveau de la surface exposée du substrat initial qui a été éventuellement aminci. Les microcomposants de la deuxième couche peuvent correspondre à des parties complémentaires de microcomposants de la première couche pour former un composant fini et/ou à des composants distincts destinés à fonctionner avec des microcomposants de la première couche. Afin de former les microcomposants de la deuxième en alignement avec les microcomposants enterrés de la première couche, on utilise un masque de photolithographie similaire à celui utilisé pour former les microcomposants. Dans une variante, la structure tridimensionnelle est formée par un empilement de couche, chaque couche ayant été reportée par le procédé d'assemblage de la présente invention, et chaque couche étant en alignement avec les couches directement adjacentes. Dans une autre variante encore, le substrat final comporte lui aussi des microcomposants. Grâce au procédé de collage par adhésion moléculaire de l'invention, le substrat initial a pu être collé sur le substrat final sans déformations non linéaires ou tout du moins avec une réduction de ces déformations telle qu'il n'est plus observé de désalignement important en bord de plaque avant et après transfert du substrat initial sur le substrat final. Les microcomposants d'une deuxième couche, même de tailles très réduites (par exemple < 1 pm), peuvent alors être formés facilement en alignement avec les microcomposants d'une première couche, et ce même après transfert du substrat initial. Cela permet, par exemple, d'interconnecter entre eux les microcomposants présents dans deux couches, ou sur deux faces distinctes d'une même couche, par l'intermédiaire de connections métalliques, en minimisant les risques de mauvaise interconnexion. Le procédé de collage de la présente invention permet, par conséquent, de limiter les phénomènes de déformations inhomogènes des plaques au cours de leur collage moléculaire. Dans le cas particulier où les deux plaques comportent des microcomposants, le procédé permet finalement de limiter le phénomène de désalignement ("overlay") lors du transfert d'une couche de circuit sur une autre couche ou sur un substrat support et de réaliser des plaques de semi-conducteurs multicouches de très grande qualité.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Appareil de collage par adhésion moléculaire (200) entre au moins une première et une deuxième plaques (20, 30) de forme circulaire, ladite deuxième plaque présentant une courbure initiale, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de support annulaire (211 ; 311 ; 411-414) destinés à recevoir au moins la deuxième plaque (30), lesdits moyens de support annulaire délimitant un évidement central (2111 ; 3111 ; 4111) dans lequel la deuxième plaque est libre de se déformer sous l'effet de son propre poids.
2. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un support annulaire (211) destiné à recevoir au moins la deuxième plaque (30).
3. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois éléments de support (411-413) destinés à recevoir au moins la deuxième plaque (30), lesdits éléments de support étant uniformément répartis sur une zone annulaire.
4. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un plateau support (220 ; 420) destiné à maintenir la première plaque (20), ledit plateau support étant placé en dessous des moyens de support annulaire.
5. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (212) pour déplacer verticalement les moyens de support annulaire et le plateau support l'un par rapport à l'autre. 30
6. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (50) d'application d'un point de pression mécanique sur l'une des deux plaques. 20 25
7. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour abaisser la pression entre les deux plaques.
8. 8. Procédé de collage par adhésion moléculaire entre au moins une première plaque et une deuxième plaque (20, 30) de forme circulaire, ladite deuxième plaque (30) présentant une courbure initiale, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - maintien de la deuxième plaque (30) par gravité au voisinage de son bord annulaire à une hauteur déterminée de manière à se déformer librement sous l'effet de son propre poids, - mise en contact de ladite deuxième plaque (30) avec la première plaque (20), - initiation de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première plaque (20) est maintenue sur un plateau support (220 ; 420) et en ce que la deuxième plaque (30) est posée sur des moyens de support annulaire (211 ; 411-414) comportant un évidement central (2111 ; 4111), lesdits moyen de support annulaire étant maintenus à une hauteur déterminée du plateau support (220 ; 320 ; 420) avant la mise en contact des plaques de manière à permettre à la deuxième plaque de se déformer librement sous son propre poids dans ledit évidement central.
10. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en les première et deuxième plaques (20, 30) sont posées sur des moyens de support annulaire (311) comportant un évidement central (3111), lesdits moyens de support annulaire comprenant un socle (3114) ayant une hauteur déterminée de manière à permettre audites première et deuxième plaques (20, 30) de se déformer librement sous leur propre poids dans ledit évidement central (3111).
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on applique un point de pression mécanique sur l'une(30) des deux plaques (20, 30) pour initier de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, 5 caractérisé en ce qu'on abaisse la pression entre les deux plaques pour initier de la propagation d'une onde de collage entre les deux plaques.