Brevet FR2785737A1 — publié le 20000512

Dispositif de maintien électrostatique. La présente invention concerne un dispositif de maintien électrostatique particulièrement destine au maintien de plaquettes de matériaux conducteurs ou semi-conducteurs tels que le silicium pendant qu'elles subissent des microusinages ou tout autre type de traitement comme des traitements au plasma dans une enceinte sous vide par exemple. Les différentes opérations de traitement tout au long du procédé de fabrication nécessitent de maintenir solidement la plaquette de matériau sur un support. Les plaquettes sont généralement déplacées d'un poste à l'autre par des moyens automatisés. II est connu de maintenir la plaquette par des brides prenant appui sur la périphérie de la surface supérieur de la plaquette, mais ces systèmes présentent l'inconvénient de monopoliser une partie de la plaquette qui ne pourra pas tre traitée et sera donc perdue. Il est également connu des systèmes de maintien électrostatique dont le principe est de placer la plaquette de matériau semi-conducteur sur une surface isolante et de disposer deux électrodes sous cette surface. Les deux électrodes sont soumises à une différence de potentiel. Le champ électrique crée par ces deux électrodes engendre alors un phénomène appelé Les traitements ou micro-usinages réalisés sur la plaquette nécessitent une très grande précision, la plaquette doit donc parfaitement tre maintenue tout au long du cycle de traitement. Cependant, lorsque le matériau semi-conducteur constituant la plaquette ou le matériau constituant la semelle est soumis à un champ électrique de mme polarité pendant un certain temps, celui-ci a tendance à accumuler des charges qui maintiendront la plaquette collée à la surface mme lorsque le champ électrique extérieur ne sera plus appliqué. Le brevet US 5452177 décrit un dispositif de maintien électrostatique sur une surface circulaire isolante sous laquelle sont placées au moins six électrodes disposées régulièrement par paires, en vis à vis par rapport au centre de la surface circulaire. Les électrodes sont alimentées par un générateur de tension alternative, fournissant six tensions différentes, chaque paire d'électrode étant alimentée cycliquement sous des polarités différentes. Les trois paires d'électrodes sont alimentés par des signaux décalés en phase de 120 degrés de manière à ce que deux paires d'électrodes soit alimentées au moment ou la troisième change de polarité. Les fréquences de commutation sont de l'ordre de 30 Hz. Pour parvenir à ce résultat, le système met en oeuvre des moyens d'alimentation des électrodes très complexes et donc coûteux La présente invention a pour objet de proposer un nouveau dispositif de maintien électrostatique de constitution simplifié donc économiquement intéressant tout en assurant un parfait maintien des plaquettes et en évitant toute accumulation de charges pouvant gner le retrait de la plaquette. A cet effet le dispositif est composé d'une surface électriquement isolante sous laquelle sont disposées au moins deux électrodes, caractérisé en ce que les électrodes sont alimentées par un courant continu dont les polarités sont périodiquement inversées afin de libérer les charges électrostatiques accumulées. Une autre caractéristique de l'invention réside dans la forme annulaire des électrodes. Ainsi, la pression de maintien de la plaquette est constante sur toute sa périphérie. De ce fait, la plaquette étant maintenue à tout moment sur sa périphérie, il n'y a aucun risque de déformation de celle-ci lorsque quelle est soumise à une contrainte sur un point ponctuel de sa surface. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description ci-après de formes de réalisation de l'invention données à titre d'exemple non limitatifs et illustrés par les dessins joints dans lesquels : -la figure 1 représente en coupe et en vue de dessus le schéma du dispositif de maintien. la figure 2 représente une autre forme de réalisation du dispositif de maintien avec quatre électrodes. -les figures 3A et 3B représentent d'autres configurations possibles des électrodes. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de maintien est composé d'une semelle (1) en matériau électriquement isolant sur laquelle repose la plaquette à maintenir (2) en contact avec la surface (3). Les électrodes (4) et (5) sont disposées sous cette surface (3). Selon un mode particulier de réalisation, la semelle (1) est constituée à partir d'une plaque de base (22) sur laquelle sont disposées les électrodes (4) et (5), puis l'ensemble est recouvert d'une couche de diélectrique (23). Les électrodes (4) et (5) et la couche de diélectrique (23) peuvent tre réalisé par sérigraphie de couches épaisses selon des techniques connues de l'homme de métier. La plaque de base (22) peut tre réalisé en tout type de matériau diélectrique c'est à dire électriquement isolant. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la plaque de base (22) sera réalisée en alumine vierge. La plaque de base (22) peut également etre réalisée en titane ou en molybdène. La couche de diélectrique (23) recouvrant les électrodes peut également tre réalisée par tout type de matériau diélectrique à base de céramique par exemple. La plaquette (2) est disposée à plat sur la surface (3). Selon un mode de réalisation de l'invention, les électrodes (4) et (5) sont de forme annulaire et disposées sous la surface (3) parallèlement à la plaquette. Dans cette configuration, les électrodes sont des anneaux concentriques de diamètres différents dont le centre correspond au centre de la semelle (1). La forme annulaire des électrodes est préférée puisque la plaquette (3) est de forme généralement circulaire, ce qui permet de la maintenir sur toute sa périphérie. Cependant, pour le maintien de pièces rectangulaires par exemple on pourrait imaginer les électrodes de forme correspondante. La plaquette (2) doit tre disposée sur la surface (3) de manière à ce que son centre corresponde au centre des anneaux des électrodes. Afin d'obtenir une bonne répartition du champ électrique, les surfaces planes des anneaux formant les électrodes ont la mme aire. L'électrode centrale (5) peut tre réalisée sous la forme d'un anneau ou d'un disque. Les électrodes (4) et (5) sont soumises à une différence de potentiel par l'intermédiaire de l'alimentation (6) fournissant une tension continue de 1000 volts par exemple. Les lignes de champ créées entre la plaquette et les deux électrodes permettrons te cottage électrostatique de la plaquette (2) sur la surface (3). La pression de collage est proportionnelle au carré de la différence de potentiel entre les deux électrodes. Lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique intense, les matériaux constituants la semelle (1) et la plaquette (2) ont tendance à accumuler des charges électrostatiques qui risquent de gner le décollement de la plaquette mme lorsque les électrodes ne sont plus alimentées. Cette accumulation de charges électrostatiques est proportionnelle au temps d'alimentation du dispositif ainsi qu'à la valeur de la tension. La plaquette reposant sur la surface (3) est généralement soulevée par des tiges (20) reparties sur sa surface pour ensuite tre saisi par un bras manipulateur. Les tiges translatent verticalement dans des trous (21) traversant la semelle (1) sous l'action d'un vérin par exemple. On imagine ainsi très bien que les tiges endommageraient la plaquette si celle-ci restait collée à la surface (3). Dans le cas d'un dispositif comportant deux électrodes et pour des procédés nécessitant un maintien de relativement courte durée, pour lesquelles la plaquette (2) n'a pas le temps de se charger, la solution consiste à inverser les polarités des deux électrodes entre chaque changement de plaquette. Ainsi, les charges accumulées par la semelle (1) pourront s'évacuer. A cet effet, l'alimentation est pourvue d'un système de changement de polarité automatique du type connu par exemple synchronisé avec le cycle d'usinage ou de traitement, à chaque fin de cycle par exemple les polarités sont inversées. Pour des temps de traitement plus longs ou nécessitant une plus grande pression de collage, la présente invention propose d'utiliser plusieurs paires d'électrodes alimentées cycliquement sous des polarités différentes de manière à ce qu'à tout moment au moins une paire d'électrode maintienne la pièce. Selon un mode possible de réalisation de l'invention présenté sur la figure 2, les électrodes sont réalisées sous la forme de quatre anneaux concentriques (7), (8), (9) et (10) fonctionnant par paire. L'alimentation est pourvue à cet effet d'un système de polarisation et d'alimentation cyclique des électrodes. Le cycle d'alimentation et de polarisation des électrodes peut par exemple tre le suivant. De to à tl, l'électrode (7) est alimentée en positif et l'électrode (9) en négatif. De tl à t2, l'électrode (7) est alimentée en positif et l'électrode (9) en négatif, l'électrode (8) en positif et l'électrode (10) en négatif. A t2 les électrodes (7) et (9) n'ont plus besoin d'etre alimentées puisque les électrodes (8) et (10) ont pris le relais. De t2 à t3 l'électrode (8) est alimentée en positif et l'électrode (10) en négatif. De t3 à t4 l'électrode (8) est alimentée en positif et l'électrode (10) en négatif, les électrodes (7) et (9) sont de nouveau alimentées mais sous des polarités différentes qui permettront l'évacuation des charges. De t4 à t5 l'électrode (7) est alimentée en négatif et l'électrode (9) en positif. Le cycle continue ainsi durant toute la phase de traitement ou d'usinage de la plaquette. Les paires d'électrodes désignées ci-dessus ne sont qu'un exemple pour illustrer le fonctionnement du dispositif, on pourrait tout aussi bien imaginer les électrodes (7) et (10) fonctionnant ensembles ou toute autre combinaison possible. Selon ce principe d'inversion des polarités, la semelle peut rester maintenue indéfiniment sans accumulation de charges. De plus, comme une valeur importante de tension ne risque plus de charger la plaquette trop rapidement, les pressions de collage peuvent devenir beaucoup plus importante. Les temps de commutation des électrodes peuvent tres variables suivant la tension de l'alimentation et suivant la capacité de la plaquette à se charger. A titre d'exemple pour une plaquette en silicium maintenue sous une tension de 1000 volts, le temps de commutation optimum est d'une minute. II est bien évident que ce temps est variable et peut tre réduit à quelques secondes ou moins, cependant il est important d'éviter une commutation excessive qui endommagerait les composants de l'alimentation. Les composants et le mode de réalisation de l'alimentation (6) n'ont pas besoins d'tre décrit en détail puisqu'ils sont parfaitement connus de l'homme de métier. A titre d'exemple les commutations peuvent tre réalisées par des relais commandés par un automate programmable. Le nombre d'anneaux tonnant les électrodes n'est absolument pas limité à quatre et leur nombre peut tre bien supérieur sans que cela ne sorte du cadre de la présente invention. La configuration des électrodes peut tre également réalisée sous de nombreuses autres formes présentées sur les figures 3A et 3B. La symétrie et les aires égales sont les points communs à toutes les configurations possibles des électrodes. Sur la figure 3A, les électrodes (15) sont des portions de disque au nombre de quatre fonctionnant par paires en vis à vis. Le nombre de portions formant les électrodes est variable suivant les contraintes dans la semelle et la répartition de pressions de collage souhaitée. Ainsi, pour des traitements nécessitant une faible pression de collage, les électrodes peuvent tre au nombre de quatre comme représenté sur la figure 3A. Pour des pressions plus importantes on peut multiplier le nombre de paires d'électrodes comme représenté sur la figure 3B. Revendications 1/Dispositif de maintien électrostatique d'une plaquette de matériau conducteur ou semi-conducteur, composé d'une semelle électriquement isolante (1) sur laquelle est disposée ladite plaquette (2), d'au moins deux électrodes (4) et (5) soumises à une différence de potentiel générée par une alimentation (6) et créant ainsi un champ électrique intense, lesdites électrodes disposées sous la surface isolante, caractérisé en ce que les électrodes sont alimentés par une tension continue dont les polarités sont cycliquement inversées. 2/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes (4) et (5) sont des anneaux concentriques. 3/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comporte deuxélectrodes. 4/Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les polarités des électrodes sont inversées entre chaque changement de plaquette. 5/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comporte un nombre pair d'électrodes supérieur à deux. 6/Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la disposition des électrodes est symétrique ou concentrique par rapport au centre de la semelle (1). 7/Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les électrodes sont alimentées par paires cycliquement et en ce que la polarité d'alimentation des électrodes est changée à chaque cycle. 8/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces planes des deux électrodes formant une paire ont la mme aire. 9/Dispositif selon 1'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les électrodes (4) et (5) et la couche de diélectrique (23) sont réalisées par sérigraphie de couches épaisses sur une plaque de base (22).