Brevet FR2554288A1 — publié le 19850503

Mandrins électrostatiques. L'invention concerne un mandrin électrostatique et plus particulièrement, un mandrin électrostatique capable de rete- nir sQrement, en une configuration plane, un objet & fixer ou à attirer tel qu'une pastille de semiconducteur (appelée ci-après pastille), quit par nature, fléchit vers le haut ou vers le bas. Comme le montre la figure 1, un mandrin électrostatique de la technique ant6érieure comprend une électrode 1 en forme de plaque plane et une mince pellicule diélectrique isolante 2 appliquée sur la surface de l'électrode 1. Une mince pastille de semiconducteur 3 est montée sur la surface de la pellicule diélectrique 2 et on applique une haute tension continue entre la pastille 3 et l'électrode 1, depuis une source 4, pour attirer électrostatiquement la pastille 3 contre la surface de la pellicule diélectrique 2. Depuis peu de temps, on forme un barreau de silicium par une technique de croissance épitaxiale en phase vapeur et on prépare de minces pastilles de silicium en découpant en tranches le barreau de silîcium,, puis en polissant. Etant donné que la pastille est mince et a un diamètre de 10 cm ou davantage, la pastille n'est pas parfaitement plane et habituel- lement, fléchit plus ou moins vers le haut ou vers le bas. Autrement dit, la pastille est concave ou convexe de sorte qu'il est difficile d'attirer la pastille contre la surface de la pellicule diélectrique A l'état parfaitement plane La force d'attraction du mandrin électrostatique s'exprime par l'équation suivante: f = nV2 b2 + na2 dans laquelle K est une constante, I la constante diélectri- que de la pellicule diélectrique 2' V la tension appliquée entre l'électrode 1 et la pastille 3, a l'épaisseur de la pellicule diélectrique 2 et k l'espacement entre la pellicule diélectrique 2 et la pastille 3. -2- Comme on peut le noter par cette équation, la force d'at- traction f augmente & mesure que l'espacement b diminue. En conséquence, quand la pastille 3 est concave comme indiqué su la figure 2, il n'y a pas de problème mais quand la pastille est convexe comme indiqué sur la figure 3, ou quand sa partie centrale fait saillie vers le haut relativement à la partie périphérique comme indiqué sur la figure 3, étant donné que la partie périphérique est proche de la surface de la pellicule diélectrique 2 ou en contact direct avec celle-ci, la partie périphérique sera d'abord attirée et fixée et la partie centra- le de la pastille sera ensuite attirée. Pour cette raison, il faut que la partie périphérique glisse vers l'extérieur. Or, étant donné que la partie périphérique a déjà été attirée fermement, elle ne peut pas glisser vers l'extérieur de sorte que la partie centrale de la pastille n'est pas amenée en con- tact ferme & l'état plan. Autrement dit, il est impossible de corriger la flexion de la pastille 3. Le résultat de l'expé- rience de l'inventeur a montré que lorsque la pastille est convexe comme le montre la figure 1 on peut supprimer la flexion de la pastille en faisant en sorte que l'électrode 1' soit placée seulement en face de la partie centrale de la pastille 3 comme indiqué sur la figure 3. Toutefois, ce mandrin électrostatique ne peut pas attirer dans un état plan une pastille concave 3 comme indiqué sur la figure 4. Sur les figures 3 et 4, la référence 4 désigne un substrat isolant. Un but de l'invention est de fournir un mandrin électro- statique capable d'attirer et de retenir une pastille à l'état plan, que celle-ci soit courbée vers le haut ou vers le bas. Selon l'invention, on prévoit un mandrin électrostatique du type dans lequel une électrode est couverte d'un élément diélectrique isolant, un objet à attirer électrostatiquement est monté sur l'élément diélectrique et une différence de potentiel est appliquée entre l'objet et l'électrode, mandrin caractérisé par le fait que la configuration de - 3- l'électrode est choisie telle que la distribution d'une force d'attraction électrostatique appliquée à l'objet ne soit pas uniforme sur toute la surface d'attraction du mandrin électro- statique. On peut y parvenir par divers moyens. Dans un exemple, l'électrode est composée de plusieurs électrodes divisées concentriquement et espacées, ou l'1électrode comprend plusieurs élémentsradiaux espacés circonférentiellement. Ou encore, on fait varier l'épaisseur de l'élément diélectrique. Des résis- tances variables sont prévues pour appliquer la mmie tension continue ou des tensions continues différentes à des électrodes divisées respectives. Sur les dessins annexés t Les figures 1 et 2 sont des coupes montrant un mandrin électrostatique de la technique antérieure et des pastilles ayant différentes formes 1 Les figures 3 et 4 sont des coupes d'un mandrin électro- statique utilisé dans les expériences de l'inventeur et de pastilles ayant différentes formes y La figure 5 est un plan montrant un exemple de la confi- guration de l'électrode d'un mandrin électrostatique réalisant l'invention y La figure 6 est une coupe prise suivant la ligne VI-VI de la figure 5 et montrant la relation entre le mandrin élec- trostatique et une pastille A attirer par celui-ci i Les figures 7, 8,et 9 sont des plans montrant différentes configurations d'électrode du mandrin électrostatique réali- sant l'invention Les figures 10, 11 et 12 sont des coupes du mandrin élec- trostatique et d'une pastille, sur lesquelles les donfigura- tions de section de l'élément diélectrique isolant et de l'électrode sont modifiées diversement et La figure 13 montre une modification du mandrin électro- statique représenté par la figure 12, dans laquelle des ten- sions continues appliquées A des électrodes divisées respec- tives peuvent Otre modifiées en des configurations prédéterminées. -4- La figure 5 montre un exemple d'une électrode 11 selon l'invention. Elle comprend une partie circulaire centrale llA, deux anneaux lIk et 112 concentriques à cette partie et des éléments radiaux de liaison lld qui relient entre eux la par- tie centrale et les anneaux. L'électrode 11 présentant une configuration comme celle que montre la figure 5 est liée à la surface supérieure d'un substrat en céramique 14 et un élé- ment diélectrique 12, formé de verre par exemple, est lié à la surface supérieure de l'électrode 11. Un fil conducteur 15 est relié à l'électrode 11 pour appliquer à celle-ci une tension continue. on supposera maintenant que l'électrode 11 a un diamètre extérieur D m 120 m#, que la partie circulaire centra- le lla a un diamètre d - 30 mm et que les anneaux llb et llc et les espacements qui les séparent ont des largeurs radiales égales t comme indiqué sur la figure 5. On a monté une pastille-de semiconducteur ayant un diamètre de 125 mm sur la surface de l'élément diélectrique 12 d'un mandrin électrostatique muni d'une électrode telle que représentée sur la figure 5 et on a appliqué unetension con- tinue de 400 V entre l'1électrode 11 et la pastille 13& Puis on a rendu pratiquement plane une pastille de semiconducteur présentant une partie centrale plus haute d& environ 30 am que la partie périphérique, c'est-àdire que l'on a corrigé sa courbure. Dans un cas o l'électrode 11 s'étend sur toute la surface du mandrin, la différence de hauteur était d'environ pmi.e Avec le mandrin électrostatique de l'invention, on peut aplanir plus facilement une pastille courbée en sens opposé à celui qui est indiqué sur la figure 6. Les figures 7 à 9 montrent des configurations modifiées d'électrode* Sur la figure 7, une électrode 21 est constituée par une partie circulaire centrale 21a et trois anneaux 21b, 21c et 21d, concentriques à celle-ci, qui ne sont pas reliés électriquement entre eux comme dans le mode d'exécution de la figure 5. Sur les figures 8 et 9, les électrodes 31 et 41 sont -5- constituées par plusieurs éléments dirigés radialement, respec- tivement 31a et 41. Les éléments 3la ont une largeur croissante en partant de la partie centrale tandis que les éléments 41a ont une largeur constante. Comme indiqué sur la figure 9, quand l'électrode est de structure telle que sa surface est grande à la partie centrale et diminue vers la périphérie, on peut aplanir complètement une pastille dont la hauteur est grande & la portion centrale, comme indiqué sur la figure 6. Dans d'autres modes d'exécution, représentés sur les figu- res 10, 11 et 12, on fait varier la distance entre la surface d'une pellicule ou élément diélectrique et la surface de l'élec- trode, pour attirer dans un état plus plan une pastille courbée. En choisissant une configuration appropriée de surface de l'électrode, on peut déterminer la distribution de la force d'attraction comme on le désire# selon la variation de la dis- tance. Dans le mode d'exécution de la figure 10, la surface supérieure del'électrode 50 est rendue sphérique de manière à attirer fermement une pastille courbée 53 contre la surface 52A de l'élément diéle trique 52, par une force électrostati- que créée par le potentiel continu appliqué, depuis une source 54, entre l'électrode 50 et la pastille 55. La surface sphéri- que 51a de l'électrode 50 a un contour tel que la distance entre la surface 51a de l'électrode et la surface supérieure 52â de l'élément diélectrique 52 est la plus courte au centre et augmente graduellement vers la périphérie. Autrement dit, l'épaisseur de l'élément diélectrique 52 est minimale à la partie centrale et augmente vers la périphérie. La distribution d'épaisseur de l'élément diélectrique 52 est déterminée de façon telle que la force d'attraction f. calculée par l'équation indiquée plus haut, agisse pratique- ment uniformément sur diverses parties de la pastille 53, compte tenu du degré de flexion de celle-ci qui peut 9tre prévu d'après l'expérience. Autrement dit, la distribution d'épaisseur est déterminée de façon telle que la configuration de surface de l'électrode 50 coïncide pratiquement avec la - 6 - configuration courbée prévue de la pastille 53, ou qu'une grande force d'attraction soit appliquée & la partie centrale de la pastille ou que la grandeur relative de la force d'attraction à la partie centrale et la périphérie est choisie de manière à permettre à la partie périphérique de la pastille de glisser sur la surface 52. de l'élément diélectrique 52 quand la partie centrale de la pastille est attirée contre l'élément diélectrique 52. Avec ce mode d'exécution, étant donné que la surface supérieure de l'électrode est sphérique pour se conformer à la surface inférieure d'une pastille courbée, la différence de distance entre la pastille et l'électrode peut être rendue pratiquement constante sur toute la surface de la pastille. Par conséquent, on peut éviter un inconvénient dans lequel la partie périphérique est d'abord attirée fortement, empochant l'attraction de la partie centrale. Autrement dit, la pastille est attirée sur toute sa surface de manière à corriger sa cour- bure. La figure 11 montre un autre mode d'exécution de l'inven- tion dans lequel la surface supérieure 51a de 1'électrode 50 est inclinée et la surface inférieure de l'1élément diélectri- que 52 est aussi inclinée. Ainsi, l'électrode 50 aussi bien que l'élément 52 ont une configuration en forme de coins Avec cette structure, l'extrémité de droite de la pastille 53 est attirée d'abord, là o l'épaisseur de l'élément diélectri- que est minimale et l'extrémité de gauche est attirée tout en glissant le long de la surface supérieure 52a de l'élément diélectrique' Dans les modes d'exécution des figures 10 et 11, il est avantageux d'augmenter graduellement la tension conti- nue appliquée entre la pastille et l'électrode. Dans un autre mode d'exécution, représenté par la figure 12, bien que la surface supérieure d'un ensemble d'électrode 61 soit généralement sphérique comme sur la figure 11, l'en- semble d'électrode 61 est constitué par une électrode centrale 61A et deux électrodes extérieures 61B et 61C entourant concen- triquement l'électrode centrale 61A. Dans ce cas, les électrodes - 7 - extérieures peuvent 8tre annulaires ou polygonales. Ces élec- trodes peuvent aussi être constituées par plusieurs barres conductrices parallèles Pour isoler l'une de l'autre les électrodes adjacentes et pour les supporter, il est avantageux d'enrober les électrodes dans une base isolante 68. Les élec- trodes 61A, 61B et 61C sont reliées à une source commune de courant continu 54, respectivement par l'intermédiaire de résistances variables 65, 66 et 67. Ces résistances sont réglées de façon telle qu'au moment du départ, la m9me tension soit appliquée à toutes les électrodes mais qu'après l'achèvement de l'attraction, la tension soit accrue de l'électrode centrale 61A vers l'électrode la plus extérieure 61C. La figure 13 montre une variante du mode d'exécution de la figure 12* Sur la figure 13, des interrupteurs S1l S2 et S3 sont prévus pour appliquer une tension continue & des élec- trodes divisées 61A à 61C d'une façon décrite plus loin. Dans le cas présent, étant donné que l'élément diélectrique 52 et les électrodes divisées 61A à 61C ont tous une épaisseur uni- úorme, le mode d'application de la tension continue est diffé- rent de celui de la figure 12. Plus particulièrement, on appli- que d'abord la tension continue à l'électrode centrale 61A en fermant l'interrupteur S1 pour attirer la partie centrale courbée de la pastille 53a A ce moment, étant donné que-les électrodes extérieures 61B et 61C ne sont pas alimentées, la partie périphérique de la pastille peut glisser vers l'exté- rieur le long de la surface supérieure de l'élément diélectri- que 52, attirant ainsi fermement la pastille à l'état plan. Alors, l'électrode intermédiaire 6iB et l'électrode extérieur 61C sont alimentées successivement par fermeture successive des interrupteurs S2 et S3* On peut régler les résistances 65 à 67 de façon telle que la plus haute tension soit appliquée à l'électrode centrale 61A et que la tension diminue vers la périphérie. Cela est nécessaire parce que la pastille est courbée vers le base - 8. REVEDNICATIONS 1.- Mandrin électrostatique du type dans lequel une élec- trode (11,#' 21, 31, 41, 50O 61) est couverte d'un élément dié- lectrique isolant (12, 52), un objet (13, 53) à attirer électro- statiquement est monté sur l'élément diélectrique (12, 52) et une différence de potentiel est appliquée entre l'objet et l'électrode, mandrin caractérisé par le fait que la configu- ration de l'1électrode est choisie telle que la distribution d'une force d'attraction électrostatique appliquée à l'objet ne soit pas uniforme sur toute la surface d'attraction du mandrin électrostatique. 2.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la force d'attraction électrostatique est relativement grande dans une partie centrale de la surface d'attraction et relativement petite dans une partie périphérique. 3.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'objet à attirer électrostatiquement constitue une pastille courbée (13, 53) en matière semiconductrice. 4.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la force d'attraction électrostatique est relative- ment grande d'un côté de la surface d'attraction mais relative- ment petite de l'autre côté. 5.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode présente des espacements t de manière à rendre non uniforme la distribution de la force d'attraction électrostatique. 6.- Mandrin selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'électrode comprend plusieurs parties annulaires espacées (11a, 11h 1s; 21a, 21_, 21e). 7.- Mandrin selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'anode comprend plusieurs parties dirigées radiale- ment et espacées circonférentiellement (31a, 41a). 8-- Mandrin selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la largeur circonférentielle de chacune des parties dirigées radialement (31a, 41a) augmente en direction des parties périphériques. 9.- Mandrin selon la revendication 7, caractérisé par le -9- fait que la largeur circonférentielle de chacune des parties dirigées radialement (31, 41a) est constante. 10.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur de l'élément diélectrique isolant (12, 52) n'est pas uniforme. 11.- Mandrin selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'épaisseur de l'élément diélectrique isolant (12, 52) est relativement petite à une extrémité et augmente graduelle- ment vers l'autre extrémité. 12.- Mandrin selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une surface de l'élément diélectrique isolant (12, 52) en contact avec l'électrode est pratiquement sphérique. 13.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode comprend plusieurs électrodes divisées isolées électriquement (61A, 6lB; 61C) et que le mandrin com- prend en outre des moyens d'application de différentes tensions continues aux électrodes divisées. 14.- Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le faite que l'électrode comprend plusieurs électrodesdivisées (61A, 61B, 61C) isolées électriquement et que le mandrin com- prend en outre des interrupteurs (S1 S2, S3) servant à appliquer une tension ccontinue à ces électrodes divisées a des moments différents.