Brevet FR2520930A1 — publié le 19830805

La présente invention concerne un plateau de mon- tage électrostatique destiné à maintenir électrostatiquement des échantillons, qui est fait d'un matériau électriquement conducteur ou d'un matériau semi-conducteur et qui sert au traitement ou à l'examen d'échantillons. Lors du traitement ou de l'examen d'un semi-con- ducteur, il est nécessaire de maintenir la pastille en une position prescrite Il est nécessaire qu'une pastille soit maintenue sur un plateau plan, en particulier pour le dessin d'une configuration fine sur la pastille visant à la fabrication d'un circuit intégré comprenant un certain nombre de transistors. Pour maintenir des échantillons, on utilise couram- ment un plateau mécanique, un plateau magnétique, un plateau élec- trique et un plateau aspirant faisant appel à une différence de pression entre fluides. Le plateau de montage électrique est utile dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteur, parce qu'il est facile à manipuler et peut maintenir un échantillon sur un plateau plan. Le plateau de montage électrique, ou plus spéciale- ment un plateau de montage électrostatique, utilise l'attraction mutuelle entre deux plaques de condensateur qui sont électriquement chargées en sens opposés Il comprend une électrode et une couche diélectrique formée sur l'électrode Un échantillon fait d'un maté- riau électriquement conducteur ou d'un matériau semi-conducteur sera attiré en direction de l'électrode et sera donc maintenu sur la couche diélectrique La force F d'attraction entre l'électrode et l'échantillon dépend en grande partie des propriétés physiques de la couche diélectrique La force F est généralement donnée par = 2 o,t A S( t)2 lNI ( 1) o t O est la constante diélectrique dans le vide de la couche diélectrique, a est la constante diélectrique relative de la couche, S est l'aire des surfaces de contact de l'échantillon et de l'élec- trode, V est la tension appliquée à la couche, et t est l'épaisseur de la couche Naturellement, plus t 8 est grand et plus t est petit, plus la tension V peut etre petite La couche diélectrique doit à la fois être résistante à l'usure et avoir une bonne résistance d'isolation ou rigidité diélectrique, parce qu'un certain nombre d'échantillons seront déposés sur elle, à raison d'un échantillon à la fois. Un plateau de montage électrostatique possédant une couche diélectrique faite de mica, de polyester ou de titanate de baryum est décrit dans le brevet britannique N O 144 321 et dans Slectrostatic Waferchuck for Electron Beam Microfabrication", George A Wardly, Rev Sci Instrum, Vol 44, N O 10, Octobre 1973, 1506 La couche diélectrique est liée à un disque faisant fonction d'électrode au moyen d'un agent adhésif Il peut être difficile d'appliquer l'agent adhésif sous forme d'une couche d'épaisseur uniforme La couche diélectrique n'aura donc pas, dans la plupart des cas, une surface plane, même si son épaisseur est uniforme. Un plateau de montage électrostatique possédant une couche diélectrique réalisée par traitement anodique du matériau est décrit dans le brevet japonais n' 55-145 351 (Kokai) La couche diélectrique est si mince qu'elle présentera des craquelures après qu'un nombre assez élevé d'échantillons auront été maintenus sur le plateau, à raison d'un échantillon à la fois Dès que des craquelures ont apparu dans la couche diélectrique, celle-ci ne peut plus faire fonction d'isolant Pour évitet cet inconvénient, il est possible d'oxyder fortement un matériau pour électrode de façon à former une couche diélectrique plus épaisse Toutefois, une couche diélec- trique épaisse présente une surface rugueuse et l'aire de la surface de contact de la couche et d'un échantillon est extrêmement petit. Dans ce cas, la force d'attraction entre l'échantillon et l'électrode est réduite De plus, la partie poreuse de la couche diélectrique épaisse possède une constante diélectrique relative d'environ 1, ei bien que la constante diélectrique relative de la couche est petite Par conséquent, la force d'attraction entre l'échantillon et l'électrode est beaucoup plus petite que cela n'est désiré. Le but de l'invention est de proposer un plateau de montage électrostatique qui possède une couche faite d'un matériau diélectrique ayant une grande constante diélectrique, une grande résistance mécanique et une forte résistance à l'usure et pour lequel la force d'attraction entre l'échantillon et une électrode est forte. Selon l'invention, il est proposé un plateau de montage électrostatique dont la couche diélectrique est formée d'un matériau diélectrique pulvérisé à la flamme sur une plaque conductrice plane, c'est-à-dire l'électrode La couche diélectrique est faite d'alumine (A 1203), de dioxyde de titane (Ti O 2) ou de titanate de baryum (Ba Ti O 3), ou d'un mélange de ces matériaux, et elle possède une constante diélectrique suffisamment grande. On peut pulvériser un mélange de ces matériaux à une température inférieure à l'une quelconque des températures respectivement associées à ces matériaux Si c'est le cas, on formera aisément une couche diélectrique qui peut âtre traitée de manière satis- faisante La couche diélectrique ainsi formée par pulvérisation à la flamme est fermement collée à la plaque conductrice, de manière si forte qu'elle ne s'arrache pas de celle-ci, même lorsqu'on fait subir à sa surface un polissage ou un rodage pour la rendre suf- fisamment plane. En bref, le plateau de montage électrostatique selon l'invention comprend une plaque d'électrode et une couche diélectrique isolante formée sur une surface principale de la plaque d'électrode. La plaque est destinée à attirer un échantillon, par exemple une pastille semi-conductrice, sur la couche diélectrique, de façon à maintenir l'échantillon sans qu'il puisse bouger. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant schéma- tiquement une plaque de montage électrostatique selon l'invention; et la figure 2 est un graphe illustrant la relation existant entre la force d'attraction et l'intensité du champ élec- trique dans la plaque présentée sur la figure 1, ainsi que la relation correspondante de deux plaques de montage électrostatique de la technique antérieure. Une plaque de montage électrostatique selon l'invention est présentée sur la figure 1, qui est une vue en coupe La plaque de montage consiste en une plaque d'électrode plane 1 et une couche diélectrique 2 formée sur l'une des surfaces planes de la plaque d'électrode 2 par pulvérisation à la flamme La plaque d'électrode 1 est faite d'aluminium, de titane, de cuivre, d'acier inoxydable ou d'un matériau analogue La couche diélectrique 2 est faite d'alumine (A 1203) Elle peut être faite d'un autre matériau diélectrique, comme le dioxyde de titane (Ti O 2) ou le titanate de baryum (Ba Ti O 2), ou d'un mélange de ces matériaux et de l'alumine La couche diélec- trique 2 est imprégnée d'une matière plastique 3 principalement constituée par un matériau de haut poids moléculaire synthétique ou semisynthétique, par exemple résine époxy, résine méthacrylique ou résine fluorée On rend plane la surface de la couche diélec- trique 2 par polissage, rodage ou brunissage. On dépose un échantillon 4 sur la couche diélectrique 2, et un champ électrique se crée entre l'électrode 1 et l'échantillon 4. L'échantillon 4 est alors attiré sur la couche diélectrique et est donc maintenu sur celle-ci Plus spécialement, comme le montre la figure 1, la borne négative d'une source électrique de courant continu 5 est reliée à la plaque d'électrode 1, et la borne posi- tive de la source de courant continu 5 est reliée à l'échantillon 4. Un champ électrique est donc produit, qui est sensiblement perpen- diculaire à la couche diélectrique 2 et qui se trouve entre la plaque d'électrode 1 et l'échantillon 4 La couche diélectrique 2 subit une polarisation diélectrique, et la région de sa surface inférieure se charge positivement tandis que la région de sa surface supérieure se charge négativement Par conséquent, l'échantillon 4 est attiré électrostatiquement en direction de la plaque d'électrode 1 et ainsi maintenu sur la couche diélectrique 2 L'échantillon 4 est électriquement conducteur ou semi-conducteur, et il peut donc s'agir d'une pastille semi-conductrice. Etant faite d'alumine pulvérisée à la flamme sur la plaque d'électrode 1, la couche diélectrique 2 possède une grande résistance mécanique et une forte résistance à l'usure De plus, la couche 2 est imprégnée d'une matière plastique 3, ce qui présente un avantage du point de vue suivant. Si la couche n'était pas imprégnée d'une matière plas- tique 3, elle serait poreuse et ne pourrait pas aider à accroître l'attraction mutuelle entre la plaque d'électrode 1 et l'échantil- lon 4 Etant imprégnée d'une matière plastique 3, la couche 2 possède une grande constante diélectrique Si la couche 2 n'était pas imprégnée d'une matière plastique 3, divers gaz s'échapperaient des pores pour passer dans l'ampoule sous vide dans laquelle est placé le plateau de montage, ce qui réduirait de façon inévitable le degré de vide Ce phénomène non souhaitable n'a pas lieu puisque la plupart des pores de la couche diélectrique sont remplis de la matière plastique 3 De fait, quelques pores ne sont pas remplis, mais la quantité des gaz qu'ils contiennent est si faible que le degré de vide est peu abaissé La matière plastique 3 doit pos- séder une fluidité suffisamment élevée pour bien s'écouler dans les pores de la couche diélectrique 2 Tous les pores de la couche 2 ne doivent pas nécessairement être remplis par la matière plas- tique 3 Il suffit que la matière plastique 3 remplisse les pores appartenant à la région de surface de la couche 2. La surface de la couche diélectrique 2 est polie ou roder de façon à devenir lisse et plane Si la couche 2 n'était pas imprégnée de matière plastique 3, et était poreuse, sa surface serait rugueuse même après polissage ou rodage Etant imprégnée de la matière plastique 3, la couche diélectrique 2 peut avoir une surface lisse et plane, telle que présentée sur la figure 1. Plusieurs plateaux de montage électrostatique ayant la structure présentée sur la figure 1 ont été fabriqués Ces plateaux de montage et des plateaux de montage électrostatique classiques ont été soumis à un essai Les résultats de l'essai sont tels que présentés sur la figure 2, o l'intensité du champ électrique est portée sur l'axe horizontal et la force d'attraction est portée sur l'axe vertical Sur la figure 2, la courbe I représente la relation intensité-force du plateau de montage selon l'invention possédant une couche diélectrique fabriquée à l'aide d'alumine pulvérisée à la flamme La courbe II représente la relation intensité-force du plateau de montage de la technique antérieure possédant une couche diélectrique faite par anodisation d'une plaque d'aluminium La courbe III indique la relation intensité- force du plateau de montage de la technique antérieure possédant une couche diélectrique faite de résine époxy. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion ci-dessus décrit Par exemple, la matière plastique ne doit pas nécessairement être un matériau à haut poids moléculaire comme une résine époxy ou une résine fluorée D'autres matières plastiques peuvent être utilisées en fonction du but visé De plus, différents procédés peuvent être utilisés pour appliquer une tension entre la plaque d'électrode et l'échantillon En outre, la tension à appli- quer ne doit pas nécessairement être constante Une tension variant suivant une fréquence particulière peut être appliquée entre la plaque d'électrode et l'échantillon D'autres variantes et modifi- cations seront possibles dans les limites du domaine de l'invention. Ainsi que cela a été décrit ci-dessus, selon l'inven- tion 3 on peut utiliser divers matériaux diélectriques pour former une couche diélectrique La couche diélectrique peut donc avoir une constante diélectrique suffisamment grande, une résistance mécanique suffisamment importante et une forte résistance à l'usure. Puisque la couche diélectrique est formée par pulvérisation à la flame d'un matériau diélectrique sur la plaque d'électrode, aucun agent adhésif n'est nécessaire La couche diélectrique ne se dété- riore pas après une longue utilisation du plateau de montage électro- statique. Le plateau de montage de la technique antérieure dont la couche diélectrique est formée par oxydation d'une électrode peut se gauchir lorsque la température ambiante varie Au pire, il peut apparaître des craquelures lorsqu'on la chauffe et on la refroidit à répétition Ceci est dû au fait que l'électrode et la couche diélectrique ont des valeurs différentes de coefficient de dilatation thermique Le plateau de montage selon l'invention ne se gauchit pas et ne présente pas de craquelures, puisque la couche diélectrique est formée par pulvérisation à la flamme d'un matériau diélectrique sur l'électrode et que, par conséquent, l'électrode peut être faite d'un matériau possédant sensiblement le même coef- ficient de dilatation thermique de la couche diélectrique, ou bien la couche diélectrique peut être faite d'un matériau ayant sensi- blement le même coefficient de dilatation thermique que l'électrode. Selon l'invention, la couche diélectrique est formée par pulvérisation à la flamme d'un matériau diélectrique sur l'élec- trode De fait, la couche diélectrique ne réussit pas à avoir une rigidité électrique suffisamment élevée en raison de sa rugosité de surface Néanmoins, dès que la région de surface de la couche diélectrique a été imprégnée à l'aide d'une matière plastique, sa rigidité diélectrique devient suffisamment élevée. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir du plateau de montage électrostatique dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2520930 l REVENDICATIONS 1 Plateau de montage électrostatique comprenant une électrode ( 1) faite d'un matériau électriquement conducteur et possédant une surface principale plane et une couche diélec- trique ( 2) formée sur la surface principale de l'électrode ( 1) et conçue pour maintenir électrostatiquement un échantillon ( 4), caractérisé en ce que la couche diélectrique ( 2) est formée par pulvérisation à la flamme d'un matériau diélectrique sur la sur- face principale plane de l'électrode ( 1). 2 Plateau se montage électrostatique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 5) permettant de produire un champ électrique orienté de manière sensiblement perpendiculaire à la surface plane de la couche diélectrique ( 2). 3 Plateau de montage électrostatique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique ( 2) est faite d'alumine, de dioxyde de titane, de titanate de baryum, de céramique ou d'un mélange d'au moins deux de ces matériaux. 4 Plateau de montage électrostatique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la région de surface de la couche diélectrique ( 2) est imprégnée d'une matière plastique. Plateau de montage électrostatique selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que ladite matière plastique contient un matériau à haut poids moléculaire choisi dans le groupe formé des résines méthacryliques, des résines époxy et des résines fluorées.