Brevet FR2554250A1 — publié le 19850503

La présente invention concerne un mandrin à broches, destiné notamment au traitement photo-lithographique. Pendant un traitement photo-lithographique, une plaquette semiconductrice est montée de façon fixe sur un mandrin, pour un positionnement précis. Pour obtenir les meilleurs résultats, il importe que la plaquette soit fixée sur le mandrin et que ce dernier présente une surface de montage plane pour la plaquette. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.213 698 décrit un mandrin à broches de la technique antérieure. Comme le montrent les figures 1 et 2, ce mandrin antérieur utilise une source de dépression pour aspirer une pla- quette sur un certain nombre de colonnettes métalliques de support. Ces mandrins antérieurs sont coûteux à fabriquer et la plaquette peut subir des contraintes et des déforma- tions car les coefficients de dilatation thermique du man- drin métallique et de la plaquette semi-conductrice sont différents. En outre, étant donné que la surface de montage de la plaquette est métallique, il peut se produire un soudage à froid et une contamination qui en résulte de la chambre à diffusion. Dans le mode préféré de réalisation de l'inven- tion qui sera décrit, un mandrin à broches à dépression est fabriqué à partir d'une seule pièce de silicium mono- lithiaue. La surface du mandrin est plane et polie et elle est gravée de manière qu'une surface d'étanchéité annulaire extérieure entoure une région intérieure de parties planes en relief et en creux. Des trous percés dans la région intérieure permettent l'application d'une dépression. Le contact avec une plaquette semi-conductrice à traiter n'est établi que sur la surface annulaire et sur les parties en relief de la région intérieure. Des circuits de circulation d'air par les parties en creux permettent que la dépression aspire la plaquette de façon fixe sur les parties en relief planes et sur la surface 2 2554250 d'étanchéité annulaire. Etant donné que la surface de montage (constituée par la surface annulaire d'étan- chéité et les sommets des parties en relief) représente environ 4% seulement de la surface du mandrin à broches, la probabilité est faible pour qu'une impureté se place entre la plaquette et la surface de montage. De plus, étant donné que le mandrin et la plaquette peuvent être réalisés en une même matière, les coefficients de dilata- tion thermique de la plaquette et du mandrin sont les mêmes. Par ailleurs, un soudage à froid entre le mandrin et la plaquette n'affecte pas la planéité du mandrin car une partie en relief cassée se fissure sans bavures. En outre, un soudage à froid du mandrin et de la plaquette n'entraine aucune contamination d'une chambre à diffusion utilisée dans une opération ultérieure de traitement car la matière du mandrin est inerte. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, une force électrostatique est utilisée pour appliquer la plaquette sur le mandrin. Une matière diélectrique est appliquée sur la surface de montage de la maquette, cette dernière est mise à la masse et une haute tension est appliquée au mandrin à broches. La source de dépression peut être utilisée initialement pour mettre la plaquette en contact avec le mandrin et la force électrostatique sert à maintenir de façon fixe la plaquette- sur le mandrin à partir du moment o la distance entre la plaquette et le mandrin est faible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs: La figure 1 est une vue en perspective d'un mandrin à broches de la technique antérieure; La figure 2 est une vue de côté du mandrin à broches de la figure 1; La figure 3 est une vue en perspective d'un mandrin à broches réalisé selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 4 est une vue de dessus du mandrin de la figure 3; La figure 5 est une vue de côté suivant la ligne A-A du mandrin de la figure 4; La figure 6 est une vue à plus grande échelle de la région intérieure du mandrin de la figure 3, et La figure 7 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel une force électrostatique est utilisée pour maintenir de façon ferme une plaquette sur le mandrin à broches, représenté sur la figure 5. Les figures 1 et 2 sont une vue en perspective et une vue de côté d'un mandrin à broches antérieur dans lequel des colonnettes discrètes,généralement en métal, sont utilisées pour supporter la plaquette traitée. La figure 3 est une vue en perspective d'un mandrin à broches à dépression monolithique 1 réalisé selon un mode de réalisation de l'invention. Le mandrin 1 consiste en une seule pièce de silicium monolithique d'un diamètre de 75 mm et d'une épaisseur de 12,5 mm. Il est également possible de fabriauer le mandrin 1 en d'autres matières cristallines comme GaAs, du quartz ou du saphir et d'utiliser d'autres dimensions en fonction des dimensions de la plaquette qui doit être maintenue par le mandrin 1. Une surface plane d'étanchéité annulaire 3 est disposée sur le bord extérieur de la surface supérieure du mandrin 1, entourant une région intérieure 5. Six trous d'air 7 sont percés dans le mandrin 1 pour permettre de le relier à une source de dépression. La figure 4 est une vue de dessus du mandrin 1 et la figure 5 est une coupe suivant la ligne A-A; sur les deux figures, la région intérieure 5 n'est pas repré- sentée à l'échelle pour accentuer les dimensions des parties en relief 11 et des parties en creux 13. Dans - le cas d'un mandrin courant d'un diamètre de 75 mm, tel que décrit cidessus, la surface d'étanchéité annulaire 3 a une largeur de 5 mm, les sommets plats des parties en relief 11 ont une dimension de 200 x 200 Nm, les centres des parties en relief 11 sont écartés d'environ 1000 gm et les sommets plats de ces parties en relief 11 se trouvent à 50 Nm au- dessus du fond de la partie creuse 13. Des trous 7 d'un diamètre de 0,75 mm et un collecteur peuvent être fraisés dans la face inférieure du mandrin 1 pour faciliter le branchement d'une source de dépression 17. Différents mandrins ont été réalisés dans lesquels la hauteur des parties en relief 11 au-dessus des parties creuses 13 a été augmentée jusqu'à 100 Nm. La figure 6 est une vue au microscope électronique à balayage d'une partie de la région intérieure 5. Sur cette vue, les parties en relief 11 apparaissent comme des pyramides à sommet plat bien que d'autres configurations, par exemple des colonnettes carrées, puissent convenir à volonté. Le mandrin 1 est fabriqué à partir d'une seule pièce de silicium monolithique avec une orientation du réseau cristallin . Du silicium avec d'autres orientations du réseau cristallin peut convenir à volonté pour fabriquer des parties en relief 11 ayant diverses autres géométries. Le mandrin 1 est initialement taillé à la dimension voulue et le collecteur 15 est fraisé. La surface supérieure (comprenant la surface d'étanchéité annulaire 3 et la région intérieure 5) est polie jusqu'au degré voulu de planéité, qui peut être du niveau inférieur au micron, en utilisant des techniques modernes bien connues. Une couche d'oxyde de soulagement de contrainte est déposée sur la surface supérieure et un masque de nitrure, mis en forme pour permettre la gravure voulue des parties en relief 11 et des parties en creux 13 est déposée sur toute la couche d'oxyde. Un produit d'attaque dépendant de l'orientation (comme KOH, pour le silicium décrit ci-dessus) est alors utilisé pour graver les parties en relief 11 et les parties en creux 13. Enfin, le masque de nitrure est éliminé et une couche de nitrure de résistance à l'usure est déposée sur la couche d'oxyde de soulagement de contrainte. En utilisation, une plaquette ayant un diamètre qui est à peu près le même que celui du mandrin 1 est placée sur la surface supérieure de ce dernier. La surface d'étanchéité annulaire plane 3 forme un joint à l'air autour du bord de la plaquette. Une dépression appliquée par une source d'aspiration 17 par le collecteur 15 et les trous 7 applique la plaquette sur la surface annulaire 3 et les parties en relief 11. Les nombreuses parties en relief 11 forment un grand nombre de points de support dans un plan pour la plaquette. La figure 7 représente un autre mode de réalisa- tion selon l'invention dans lequel des forces de dépression et des forces électrostatiques sont utilisées pour appliquer une plaquette 21 sur le mandrin à broches 1 représenté sur la figure 5. Une couche diélectrique 23 est déposée sur les parties en relief 11 et les parties en creux 13 du mandrin 1. La couche diélectrique 23 peut consister par exemple en une mince couche de 2 à 3 Dm de bioxide de silicium. Une haute tension de l'ordre de 1000 V est appliquée au mandrin 1 par une source 25 et la plaquette 21 est mise à la masse. En fonctionnement, la source de dépression 17 est utilisée en premier pour aspirer la plaquette 21 près du mandrin 1. Ensuite, la source 25 est mise sous tension et une force électro- statique proportionnelle au carré de la tension de la source 25 (et inversement proportionnelle au carré de la distance entre le mandrin 1 et la plaquette 21) s'exerce pour appliquer la plaquette 21 sur les parties en relief 11 du mandrin 1. La surface des parties en relief 11 peut être augmentée par rapport à la surface supérieure afin d'aumnenter la force électrostatique et dans ce cas, il est possible que la source d'aspiration 17 et la bague d'étanchéité annulaire 3 ne soient plus nécessaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif de montage destiné à supporter une pièce à usiner, caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin (1) avec plusieurs parties en relief (11) destinées à supporter la pièce à usiner (21), le mandrin étant réalisé en une seule pièce d'une matière cristalline. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties en relief (11) sont formées par gravure de la pièce en matière cristalline. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties en relief (11) ont des sommets qui sont pratiquement plans. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sommets des parties en relief (11) sont dans un même plan. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties en relief (11) sont des pyramides à sommet plan. 6. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une surface d'étan- chéité annulaire (3) qui est plane et dans le même plan que les sommets des parties en relief. 7. Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre des parties en creux (13) définies par les parties en relief (11), un collecteur (15) pour recevoir une dépression et un ou plusieurs trous (7) du mandrin, ces trous reliant le collecteur à une ou plusieurs des parties en creux (13). 8. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la matière cristalline est du silicium. - 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le silicium a une orientation de réseau cristallin . 10. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la pièce à usiner consiste en une matière cristalline. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pièce à usiner (21) consiste en une plaquette semi-conductrice. 12. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de dépression (17) branchée sur le collecteur (15). 13. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche diélectriaue (23) recouvrant les parties en relief, et une source de haute tension (25) connectée au mandrin. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce à usiner (21) est mise à la masse. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de dépression (17) branchée sur le collecteur.