Brevet FR2683395A1 — publié le 19930507

DISPOSITIF D'AMENEE DE TENSION SUR UNE PIECE CONDUCTRICE DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif d'amenée de tension sur une pièce conductrice constituant, par exemple, une électrode d'un porte-substrat Ce dispositif, appelé aussi connecteur, trouve de nombreuses applications dans le domaine industriel de l'électronique notamment lors de la mise en oeuvre de procédés de traitement des substrats, par des réacteurs de dépôts ou de gravures, pour effectuer, par exemple, des dépôts ou des gravures ioniques réactives ou des dépôts de type CVD (en anglais: Chemical Vapour Deposition). Lors de tels traitements, il est usuel d'effectuer des collages électrostatiques de substrats sur des porte-substrats Ces collages électrostatiques nécessitent, cependant, d'amener de la tension statique généralement élevée (de l'ordre de 1 à 2 k V) sur les électrodes incluses dans le porte-substrat par l'intermédiaire de connecteurs De plus, dans le cas de traitement sous plasma, ces connecteurs doivent subir un milieu de rayonnement électromagnétique haute-fréquence, ce qui crée des tensions radiofréquence Il peut alors se créer des courants radiofréquence parasites, qui provoquent des dégâts par effet Joule, en particulier au niveau des contacts. Afin de limiter ces dégâts, la liaison entre le porte-substrat et le connecteur (zone privilégiée pour les courants parasites) doit être robuste. Aussi, dans certains dispositifs connus, pour avoir des connexions robustes, les connecteurs sont connectés au porte-substrat au moyen de tiges filetées par l'intermédiaire d'inserts métalliques. Cette technique a pour principal inconvénient d'être difficile à mettre en oeuvre dans une phase industrielle De plus, sa maintenance est délicate car elle nécessite un vissage/dévissage du connecteur par rapport au porte-substrat. De plus, dans certains dispositifs de l'art antérieur, pour limiter les effets néfastes de la radiofréquence ambiante, un filtre de blocage de la radiofréquence est associé au générateur de haute tension pour le protéger de cette radiofréquence. La présente invention a justement pour avantage de proposer un connecteur ayant un contact électrique en face arrière du porte-substrat, ce contact étant souple, c'est-à-dire que ledit connecteur est en permanence en appui sur le porte-substrat grâce à un ressort La fixation du connecteur avec le porte-substrat est donc réalisée indépendamment de la connexion électrique. L'invention a de plus l'avantage d'être entièrement démontable, ce qui assure une simplicité de la maintenance. En outre, dans le cas de traitement sous plasma, le connecteur de l'invention est autoblindé électromagnétiquement de par les matériaux utilisés pour sa réalisation etnenécessitedoncpasdefiltrage supplémentaire, contrairement à l'art antérieur. De façon plus précise, la présente invention concerne un connecteur de tension pour une pièce plane conductrice comprenant: une tige de connexion conductrice d'électricité et apte à établir, par une surface de contact supérieure, un contact électrique avec une face inférieure de la pièce conductrice; une embase connectée à une source de tension et de forme adaptée au contour de la tige de connexion de façon à y introduire une partie de ladite tige; et des moyens élastiques et conducteurs, disposés entre la tige de connexion et l'embase, aptes à établir une liaison électrique entre cette tige et cette embase et à appliquer de façon souple la surface de contact supérieure de ladite tige avec la face inférieure de la pièce conductrice. Avantageusement, la pièce conductrice est réalisée dans un matériau électriquement isolant, percé d'au moins un trou en regard de la surface de contact et recouvert d'une couche de matériau conducteur d'électricité sur sa face supérieure, dans le trou et au moins au voisinage du trou sur sa face inférieure. De plus, l'embase est réalisée dans un matériau électriquement isolant recouvert, au moins en partie, d'une couche de matériau conducteur d'électricité de façon à assurer une continuité électrique entre les moyens élastiques et la source de tension. De même, la tige de connexion est réalisée dans un matériau électriquement isolant recouvert d'une couche de matériau conducteur d'électricité. De façon avantageuse, dans le cas o un blindage du connecteur s'avère nécessaire, la couche de matériau conducteur d'électricité de la tige et éventuellement de l'embase a une résistivité assurant une isolation électromagnétique de la tige de connexion et/ou de l'embase De préférence, dans le cas de l'utilisation d'un tel matériau, les surfaces de contact sont métallisées. Selon l'invention, la pièce conductrice comprend un épaulement, sur sa face inférieure au voisinage du trou, pour l'appui de la tige de connexion. De plus, le connecteur comprend une enceinte électriquement isolante, entourant en partie la tige de connexion et l'embase de façon à les isoler du milieu extérieur. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enceinte isolante et l'embase comportent des joints toriques assurant une étanchéité. De façon plus particulière, la pièce conductrice est une partie d'un porte-échantillon électrostatique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe d'un connecteur selon l'invention; et la figure 2 représente la tige de connexion appliquée sous le porte-substrat selon un mode de réalisation de l'invention différent de celui montré sur la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté, en coupe, un exemple de connecteur de l'invention avec une partie du réacteur de traitement dans lequel ledit connecteur trouve une de ses applications On voit donc sur cette figure, un porte-substrat PS, une électrode 5 thermostatée qui est dans le cas de traitement sous plasma portée en outre à une tension radiofréquence, et le connecteur lui-même L'ensemble du dispositif est généralement disposé (partiellement ou totalement) dans une enceinte sous vide, cette enceinte n'étant pas représentée sur la figure par mesure de simplification de ladite figure. Le porte-substrat PS, appelé aussi plus généralement porte-échantillon, comporte une pièce plane conductrice 1, réalisée à partir d'une semelle isolante épaisse 2 recouverte sur sa face supérieure d'une fine couche conductrice 3 agissant comme une électrode vis-à-vis du substrat 8 posé sur ledit porte-substrat Ce substrat est isolé de la couche conductrice par une couche isolante 20 disposée sur la face supérieure la de la pièce 1 Dans la semelle 2, sont percés des trous 4 dont la paroi interne est également recouverte d'une couche conductrice 3 De même, le voisinage desdits trous 4, sur la face inférieure lb du porte-substrat PS, est recouvert d'une telle couche conductrice 3 L'ensemble semelle/couche conductrice constitue la pièce plane conductrice du porte-substrat. Ces trous 4, disposés en regard des tiges de connexion 7, et d'une dimension sensiblement égale à 0,5 millimètre, par exemple, dans leur diamètre le plus petit, sont aussi nombreux que le nombre souhaité de connexions à la source de tension En effet, chaque trou 4 permet la mise en place d'un connecteur De façon avantageuse, la partie supérieure des trous 4 présente un diamètre supérieur à celui de sa partie inférieure pour permettre un meilleur dépôt du matériau conducteur 3 dans lesdits trous. On comprendra, dans cette description, par matériaux conducteurs ou matériaux isolants les termes de matériaux électriquement conducteurs ou isolants électriques. Le dépôt de la couche conductrice 3 sur la semelle isolante 2 et dans le trou 4 est réalisé, par exemple, par un procédé de CVD thermique (en anglais: Chemical Vapour Deposition) Sur la face inférieure lb du porte-substrat PS, l'excès de matériau conducteur déposé est éliminé de façon à ne pas mettre en contact direct l'électrode 5 et ledit portesubstrat PS Seul le matériau conducteur déposé au voisinage des trous 4 est conservé sur cette face inférieure lb afin d'assurer les contacts électriques avec les tiges de connexion 7. Il est alors possible d'alimenter en tension la face supérieure la de la pièce 1 grâce à la continuité électrique établie, par la couche conductrice 3, entre la face inférieure lb, les trous 4 et la face supérieure la, le contact avec la source d'alimentation étant réalisé par la face arrière du porte-substrat, à savoir sa face inférieure lb. Ainsi, entre la face supérieure 20 a du porte-substrat sur laquelle est déposé le substrat 8 à traiter, et la couche 3, sont créées des forces électrostatiques via la couche isolante 20 permettant de maintenir le substrat sur le porte-substrat. Pour amener la tension sur la pièce 1, on utilise un connecteur à contact souple Ce connecteur comprend la tige de connexion 7, mobile dans le connecteur, l'embase 9 et les moyens élastiques 11 constitués, par exemple, d'un ressort conducteur. La tige de connexion 7 est un cylindre dont le diamètre est supérieur au diamètre du trou 4 et qui est réalisé soit dans un matériau isolant recouvert d'un film mince 7 a de matériau faiblement conducteur, en particulier dans le cas o cette tige doit être blindée électromagnétiquement, soit dans un matériau conducteur. La tige 7 traverse l'électrode 5 pour relier la pièce 1 et l'embase 9 Elle entre en contact avec la pièce 1 simplement par application du connecteur sur la pièce 1. L'embase 9 est généralement fabriquée, comme la tige, soit dans un même matériau isolant que la tige de connexion 7 et recouverte d'un même film mince conducteur 22, c'est-à-dire d'un film mince de mêmes caractéristiques physiques, en particulier dans le cas o un blindage électromagnétique de l'embase est nécessaire, soit dans un matériau conducteur Cette embase 9 comporte un renfoncement 10 dans lequel la partie inférieure 7 c de la tige de connexion 7 peut s'introduire Au fond de ce renfoncement 10, est placé le ressort 11 conducteur, qui permet la continuité électrique entre l'embase 9 et la tige de connexion 7. Ce ressort 11 assure de plus un contact souple entre le porte-substrat PS et le connecteur. En effet, le ressort 11 est positionné dans le renfoncement 10, et tend à pousser en permanence la tige de connexion 7 vers le haut de façon à toujours appliquer la surface supérieure 7 b (ou surface de contact) de la tige de connexion 7 sur la partie conductrice de la face inférieure lb du porte-substrat. Cette face inférieure lb comprend de plus, au voisinage du trou 4, un épaulement 6 sur lequel s'appuie la surface supérieure 7 b de la tige de connexion 7 Cet épaulement 6 sert, en effet, de butée à la tige 7 poussée par le ressort 11. De plus, sur l'embase 9, une connexion 13 permet le branchement du connecteur vers la source d'alimentation, non représentée sur la figure Cette connexion 13 peut être, par exemple, l'embase d'une prise électrique, par exemple du type BNC standard, fixée sur la surface de contact 9 C de l'embase. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'embase 9 est entièrement recouverte du film mince conducteur 22. Selon un autre mode de réalisation, seule(s) une ou plusieurs piste(s) conductrice(s), de quelques millimètres de largeur, assurent la continuité électrique entre la connexion 13 et le ressort 11. Dans ce second cas, le fond du renfoncement 10 de l'embase est également recouvert par une couche mince conductrice de façon à permettre un bon contact avec le ressort 11. De plus, le ressort étant simplement posé, il constitue une connexion douce très sensible aux courants parasites Pour limiter les effets de ces courants, on effectue dans le cas de l'utilisation d'un matériau 7 a et/ou 22 résistif un dépôt supplémentaire de matériau conducteur de faible résistance sur les surfaces de contact du matériau résistif. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, dans le cas du blindage électromagnétique, la tige de connexion 7 est réalisée dans une céramique du type Alumine, par exemple, recouverte d'une couche 7 a de silicium dopé ou de carbone d'épaisseur sensiblement égale à 1 micromètre et d'une résistivité d'environ 10 Ohms centimètres. Le connecteur a alors une résistance forte, d'environ méga Ohms pour une tige de 30 mm de long et 2 mm de diamètre qui permet de rendre négligeables les courants radiofréquence parasites. Selon l'invention, une enceinte 15, réalisée dans un matériau diélectrique, permet d'isoler le connecteur porté à haute-tension des autres éléments du réacteur et, notamment, ceux issus des électrodes radiofréquence 5. Une enceinte 15 entoure par ailleurs, dans sa partie longitudinale, la tige de connexion 7, c'est-à-dire qu'elle entoure les surfaces situées hors du renfoncement 10 et qui n'ont pas à établir de contact électrique avec le porte-substrat PS. Cette enceinte 15 recouvre également la partie supérieure 9 a de l'embase 9 afin d'assurer son isolation électrique par rapport à l'électrode. Dans le cas de l'utilisation du connecteur dans une enceinte de réacteur à pression différente de la pression atmosphérique et se refermant au niveau de l'électrode 5, l'enceinte 15 et l'embase 9 comportent chacune, sur leur surface supérieure respective 15 a et 9 a, un joint torique 17 permettant de rendre le connecteur étanche vis-à-vis de l'enceinte du réacteur. Dans le cas o le connecteur est entièrement plongé dans une enceinte, ces joints sont inutiles. Avantageusement, dans le cas de l'utilisation d'un matériau 7 a résistif, les surfaces de contact 7 b, 7 c de la tige de connexion 7 avec respectivement la face inférieure lb du porte-substrat et le ressort 11 sont métallisés et dans le cas de l'utilisation d'un matériau 22 résistif, les surfaces de contact 9 b, 9 c de l'embase 9 avec respectivement le ressort 11 et la connexion 13 sont métallisées Ces métallisations assurent un bon contact électrique, c'est-à-dire un contact électrique franc et reproductible En effet, il est difficile d'obtenir un contact électrique franc avec un matériau très résistif comme celui utilisé dans l'invention, et plus particulièrement lorsqu'il existe une liaison douce entre les deux surfaces à mettre en contact. Cette métallisation des surfaces de contact peut être réalisée par exemple par le procédé de CVD thermique ou par un enduit durcissable, type résine époxy chargée à l'argent appliqué localement sur les surfaces à métalliser par-dessus le matériau résistif. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le connecteur est par ailleurs fixé à l'électrode 5 par des moyens de maintien, tels que des vis 24 qui traversent de parten partl'embase 9 et l'enceinte 15. Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation de l'appui de la tige de connexion 7 sur le porte-substrat PS En effet, afin de limiter encore les risques de formation de courants parasites, en particulier lorsque l'électrode 5 est polarisée en radiofréquence, on peut prévoir, dans le porte-substrat PS, un épaulement 6 a de dimension supérieure à celle de l'épaulement 6 montré sur la figure 1 Ainsi, il est possible d'emboîter dans cet épaulement 6 a à la fois la tige de connexion 7 et son enceinte 15 De cette façon, les arcs électriques aptes à amorcer des courants parasites sont interrompus car ils ne contournent que très difficilement un obstacle, à savoir l'enceinte 15. il Cet emboîtage de l'enceinte 15 dans le porte-substrat s'effectue sur une distance typique de 2 à 3 millimètres. D'après la description précédente, on comprend aisément que, non seulement la connexion peut être insensible au rayonnement électromagnétique, mais en plus, elle est entièrement démontable, ce qui permet une maintenance simple Elle est de plus constituée de peu de pièces, ce qui permet un coût de fabrication intéressant. Le dispositif décrit précédemment dans la description est appliqué à un porte-substrat électrostatique Il est, bien sûr, entendu qu'il peut être appliqué à toutes sortes de portes-échantillons, voire à des pièces planes conductrices utilisées à des fins autres que le traitement d'échantillons. REVENDICATIONS 1 Connecteur de tension d'une pièce plane conductrice comprenant: une tige de connexion ( 7) conductrice d'électricité et apte à établir, par une surface de contact supérieure ( 7 b), un contact électrique avec une face inférieure (lb) de la pièce conductrice ( 1); une embase ( 9) connectée à une source de tension et de forme adaptée au contour de la tige de connexion de façon à y introduire une partie de ladite tige; et des moyens élastiques ( 11) et conducteurs, disposés entre la tige de connexion et l'embase, aptes à établir une liaison électrique entre cette tige et cette embase et à appliquer de façon souple la surface de contact supérieure de ladite tige avec la face inférieure de la pièce conductrice. 2 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conductrice est réalisée dans un matériau électriquement isolant ( 2) percé d'au moins un trou ( 4) en regard de la surface de contact et recouvert d'une couche ( 3) de matériau conducteur sur sa face supérieure (la), dans le trou et au moins au voisinage du trou sur sa face inférieure (lb). 3 Connecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'embase est réalisée dans un matériau électriquement isolant recouvert, au moins en partie, d'une couche de matériau conducteur d'électricité de façon à assurer une continuité électrique entre les moyens élastiques et la source de tension. 4 Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige de connexion est réalisée dans un matériau électriquement isolant recouvert d'une couche ( 7 a) de matériau conducteur d'électricité. Connecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la couche de matériau conducteur d'électricité a une résistivité assurant une isolation électromagnétique de la tige de connexion et/ou de l'embase. 6 Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce conductrice comprend un épaulement ( 6), sur sa face inférieure au voisinage du trou, pour l'appui de la tige de connexion. 7 Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ( 15) électriquement isolante, entourant en partie la tige de connexion et l'embase de façon à les isoler du milieu extérieur. 8 Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces de contact sont métallisées. 9 Connecteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'enceinte isolante et l'embase comportent des joints toriques ( 17) assurant une étanchéité. Connecteur de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pièce conductrice est une partie d'un porte-échantillon électrostatique.