Brevet FR2785886A1 — publié le 20000519

Procédé et dispositif d'orientation de disques en matériau semi-conducteur. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'orientation de disques de silicium, germanium, composant III-IV ou autre matériau semi-conducteur. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de microcircuits électroniques tels que des microprocesseurs. Les plaquettes de silicium (ou wafers ) sont des produits intermédiaires de l'industrie électronique ; ils se présentent sous forme d'un disque mince, d'épaisseur de l'ordre de 80 à 800 microns, et de diamètre de l'ordre de 50 a 300 millimètres environ ; ces disques sont durs mais fragiles : ils sont susceptibles de se casser ou de se fler lorsqu'une contrainte mécanique (un effort) leur est appliqué, ce qui rend difficile leur manipulation ; chaque disque comporte deux faces opposées une face dite active comporte les circuits microélectroniques dont est dénuée l'autre face, dite inactive ; dans certaines étapes du processus de traitement de ces disques pour la fabrication des circuits intégrés, telles que par exemple une étape de nettoyage du disque, plusieurs disques sont disposés parallèlement les uns aux autres sur un support commun parfois appelé cassette et ci-après désigné par a panier : chaque disque est engagé par deux parties périphériques dans deux rainures respectivement prévues dans deux parois opposées du panier support commun. Chaque disque est muni sur sa périphérie d'un dispositif mécanique de repérage (ou indexage) se présentant généralement sous la forme d'un méplat, comme décrit dans le brevet US 4,441,853 (KOSUGI), ou bien sous la forme d'une encoche comme décrit dans le brevet US 5,662,452 (ALLISON). La présente invention concerne selon un premier aspect, un dispositif apte a recevoir un panier supportant plusieurs disques disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres, qui est muni d'au moins un rouleau apte à entraîner les disques en rotation pour les aligner, par alignement de leurs index (méplat ou autre) respectifs. Un inconvénient des dispositifs connus d'alignement résulte du fait que le disque en silicium, du fait de sa dureté et de sa tranche effilée, est susceptible de rayer le rouleau et d'entailler les parois du panier contre lesquelles il est en appui ; du fait des rayures créées à la surface du rouleau (et des parois) par les disques, un disque peut s'engager dans une rayure par une petite portion de sa tranche ; étant donné que le déplacement d'un disque à l'intérieur de son panier support, selon une translation parallèle a l'axe du rouleau-qui est sensiblement horizontal et perpendiculaire au plan du disque-, est limité par les portions de paroi du panier support délimitant les rainures recevant un disque, un mouvement du rouleau rayé auquel le disque est momentanément lié par sa portion de tranche, peut résulter en un effort d'appui du disque, par sa périphérie, contre les portions de paroi du support délimitant la rainure ; il peut en résulter une contrainte mécanique dans le disque provoquant sa cassure ou sa flure ; ce problème est amplifié dans le cas où les disques sont très minces, c'est-à-dire d'épaisseur inférieure à 500 microns, en particulier pour les disques d'épaisseur inférieure à 350 microns, notamment pour les disques d'épaisseur située dans une plage allant de 80 a 200 microns environ ; en effet, la tranche du disque est d'autant plus coupante que l'épaisseur est faible, et les rayures et entailles peuvent apparaître à la surface de rouleaux et sur les parois du panier. Ce problème est également amplifié dans le cas des disques de grandes dimensions, en particulier de diamètre supérieur a 125 millimètres pour une épaisseur donnée, dont la fragilité est augmentée et dont la masse augmentée résulte généralement en un effort d'appui plus important sur le rouleau. Ce problème est également augmenté lorsqu'un effort supplémentaire d'appui du disque sur le rouleau d'entraînement est exercé par un rouleau presseur ou par un jet fluide comme décrit dans le brevet US 4, 441, 853. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif d'entraînement en rotation de disques en matériau semi-conducteur disposés dans un panier, par contact de la périphérie (ou tranche) du disque avec au moins un rouleau, dit moteur, s'étendant selon un axe parallèle (ou peu incliné) par rapport à l'axe d'empilement des disques sur leur support commun, qui soit amélioré et qui remédie en partie au moins aux inconvénients des dispositifs connus. Un objectif de l'invention est de proposer un tel dispositif qui soit simple à fabriquer. Un objectif de l'invention est d'éviter de casser ou fler les disques en les orientant. Selon un premier aspect, l'invention consiste a proposer un dispositif d'alignement de disques comportant un rouleau d'entraînement des disques en rotation par contact, de préférence intermittent, de la tranche des disques sur son enveloppe ; le dispositif comporte à cet effet des moyens aptes a faire varier (et en particulier diminuer de façon substantielle) 1'effort d'appui du disque sur le rouleau a chaque rotation du rouleau ou pendant chaque rotation de celui-ci ; de préférence, lesdits moyens aptes à faire diminuer l'effort d'appui (c'est-à-dire la pression de contact) sont aptes à annuler sensiblement 1'effort d'appui, une ou plusieurs fois lors de chaque tour de rotation du rouleau ; ainsi, lorsque 1'effort est sensiblement nul ou amoindri, le disque peut se désengager de la rayure (ou sillon) qu'il a éventuellement préalablement marqué à la périphérie du rouleau et des parois du panier, ce qui lui permet d'éliminer toute contrainte mécanique susceptible de le détériorer. Ces moyens peuvent tre très simplement intégrés à la structure du rouleau et/ou de ses paliers de guidage en rotation, en particulier selon l'un au moins des modes préférés de réalisation suivants : -selon un premier mode préféré, les paliers de rotation du rouleau présentant une surface de contact avec les disques qui est de préférence cylindrique et de section circulaire, sont excentrés ; -selon un deuxième mode préféré, les paliers de rotation peuvent tre centrés, et la surface (externe) de contact du rouleau avec les disques est en partie au moins cylindrique ou bien tronconique, et de section non circulaire ; en particulier, le contour de la section peut tre en partie circulaire et en partie non circulaire, en particulier rectiligne pour former un (ou plusieurs) méplat (s) ou bien curviligne (parabolique ou elliptique par exemple) ; selon une autre variante, le contour de la section peut tre de forme polygonale, régulière ou non ; selon une autre variante, le contour de la section est elliptique ou renflé de façon à former un genre de came ; selon une autre variante, le rouleau est de forme générale cylindrique ou bien tronconique et est doté d'une nervure longitudinale saillante qui peut s'étendre parallèlement a l'axe longitudinal du rouleau, ou bien peut s'étendre en hélice autour de cet axe de sorte que le rouleau forme un genre de vis. Selon une alternative, lesdits moyens permettant d'assurer un contact intermittent sont dissociés de la structure du rouleau, par exemple constitués par un vibreur déplaçant un ou plusieurs palier (s) du rouleau à chaque tour de celui-ci. Ainsi l'invention repose, selon un premier aspect, sur l'utilisation de moyens aptes a s'opposer aux efforts d'appui du disque sur le rouleau d'entraînement et sur les parois du panier ; selon un mode préféré de réalisation, ces moyens intégrés à la structure du rouleau provoquent, lors d'une rotation uniforme (à vitesse constante) du rouleau, une rotation non uniforme du disque, qui se traduit généralement par une accélération du disque par rapport au rouleau et par rapport au ; il en résulte généralement une séparation temporaire du disque et du rouleau (respectivement des parois du panier) par disparition temporaire de leur contact mutuel, autorisant une relaxation éventuelle du disque préalablement légèrement contraint, et permettant le désengagement du disque des sillons creusés dans les rainures du panier et/ou a la surface du rouleau. Il faut noter que cette mise en mouvement non uniforme du disque va à l'encontre du préjugé selon lequel il est souhaitable de maintenir un entrainement uniforme (à vitesse et direction constante) du disque, pour éviter sa détérioration. Bien entendu l'amplitude du mouvement non uniforme et/ou de l'accélération impartie au disque doit tre compatible avec sa résistance mécanique, ce qui est obtenu simplement par exemple en choisissant un rouleau dont le contour de la section non circulaire est dénué d'artes vives très proéminentes ; à cet effet, on peut prévoir de raccorder les parties de contour par des rayons (congés) suffisants. Le corps du rouleau peut comporter un noyau métallique entouré d'un gainage ou revtement en un matériau favorisant le frottement et résistant a l'usure par des disques. Selon un deuxième aspect, un objectif de l'invention est de limiter la formation de rayures dans les parois nervurées du panier support de disques ; en effet, ces rayures sont également susceptibles de coincer le disque en rotation (en cours d'alignement) et peuvent donc résulter en une détérioration du disque. Le panier étant généralement disposé légèrement incliné par rapport à un plan horizontal, sur le dispositif d'alignement, chaque disque qui est également incliné s'appuie par une partie périphérique de l'une de ses deux faces opposées, sur les parties du panier délimitant la rainure recevant le disque. Selon un deuxième aspect, l'invention consiste à mettre en oeuvre un procédé d'alignement dans lequel le panier et les disques contenus dans celui-ci sont inclinés, et dans lequel les disques s'appuient sur les parties du panier bordant les rainures dans lesquelles les disques sont engagés, par leur face-dite active-sur laquelle sont prévus les circuits microélectroniques. A cet effet, le dispositif d'alignement est de préférence muni d'un détrompeur mécanique qui oblige à disposer le panier de telle sorte que sa face latérale dite supérieure soit disposée du côté bas du dispositif d'alignement ; de façon connue, l'interface mécanique du dispositif d'alignement (telle que des rainures) avec le panier, sur laquelle repose celui-ci, est inclinée par rapport a l'horizontale, ainsi, en disposant les disques de sorte que leurs faces actives soient dirigées du coté de ladite face supérieure du panier, les disques s'inclinent (dans leurs rainures respectives prévues dans les parois du panier), sous 1'effet de leur propre poids, vers la face supérieure du panier ; il en résulte qu'ils s'appuient contre les nervures du panier par leur face active. L'invention va ainsi a 1'encontre d'un préjugé selon lequel il est préférable d'appuyer les disques par leur face dite inactive. Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté aux disques minces dont la face inactive a été usinée sur sa surface par exemple par un procédé dit de back-lapping , et où cette face présente par conséquent une arte périphérique vive susceptible d'entamer plus facilement la paroi du panier lors de la rotation du disque dans le panier. Les avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se référé aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mmes références d'une figure a 1'autre. La figure 1 illustre en vue en perspective schématique un panier support de disques au-dessus d'un dispositif d'alignement selon l'invention adapté pour le recevoir. La figure 2 illustre en vue en plan schématique partielle à échelle agrandie, une partie périphérique de disque engagée dans une rainure du panier support ; cette figure est une vue selon II d'une partie du panier de la figure 1. Les figures 3 à 6 et 9 illustrent en vue en perspective schématique cinq variantes de réalisation d'un rouleau d'entraînement d'un dispositif d'alignement selon l'invention. Les figures 7 et 8 illustrent schématiquement en vue en coupe transversale, après alignement (figure 7) et en cours d'alignement (figure 8), l'utilisation d'un rouleau d'entraînement selon une autre variante conforme à l'invention. Le panier 1 est muni sur la face interne de ses deux parois latérales opposées 3 et 4 sensiblement verticales et parallèles, d'une pluralité de rainures 5 identiques, régulièrement espacées, de profil trapézoïdal et d'axe sensiblement vertical, terminées en partie inférieure par une butée 6 ; ceci permet d'introduire les disques 2 par le dessus du panier, de les retenir en fond de panier (qui est ouvert) et de les disposer régulièrement espacés, sensiblement verticaux et parallèles entre eux, en appui contre les nervures 7 du panier qui séparent les rainures 5, par deux parties de leur périphérie. Chaque disque 2 de diamètre 8 est muni d'un méplat 9 d'indexage. Afin d'aligner (angulairement) les méplats de tous les disques disposés dans le panier 1, celui-ci est posé sur un dispositif 10 d'alignement qui : -un socle 11 délimitant une cavité centrale 12, -deux rainures 13 aptes a recevoir deux nervures 14 prévues en partie inférieure des parois 3 et 4, pour assurer un positionnement précis du panier sur le socle 11, lorsque le panier est déposé (selon les flèches 15) sur le socle, -deux paliers 16 alignés selon un axe 17, qui sont prévus dans le socle 11 pour recevoir, par exemple de façon amovible ou déplaçable par un mécanisme non représenté, le rouleau 18 d'entraînement des disques en rotation dans leur logement respectif prévu dans le panier. L'axe 17 qui est généralement parallèle au fond des rainures 13 et à la face supérieure 20 du socle, est, ainsi que les rainures 13, incliné par rapport à l'horizontale et/ou par rapport a la base 19 du socle 11, d'un angle 21 dont la valeur est par exemple de l'ordre de 1 a 10 degrés. Ainsi, 1'axe 17 de rotation du rouleau 18 est sensiblement perpendiculaire aux plans des disques 2 disposés dans le panier 1 qui est ainsi incliné de l'angle 21 par rapport a l'horizontale ; cette position inclinée permet de maintenir tous les disques 2 inclinés d'un mme coté et appuyés (par une partie périphérique proche de leur tranche 25) sur un bord respectif identique (gauche ou droit) de chacune des rainures 5 recevant respectivement un disque. Les disques sont généralement disposés dans le panier de telle sorte que la face active 22 comportant les microcircuits 24 d'un premier disque parmi deux disques adjacents, soit en regard de la face inactive 23 d'un deuxième disque desdits deux disques adjacents, de sorte que les faces actives de tous les disques contenus dans le panier soient orientées d'un mme côté du panier ; en outre, conformément au deuxième aspect de l'invention, les disques 2 sont disposés dans le panier de sorte qu'ils s'appuient par une partie périphérique de leur face active contre les parties 7 de paroi 3,4 du panier, de façon à ce que leur face inactive usinée ne soit pas au contact des parois 3,4. A cet effet, le dispositif 10 (figure 1) comporte une saillie 43 de détrompage apte à coopérer avec une cavité 42 de détrompage prévue en partie inférieure du panier 1 ; ainsi, le panier ne peut tre posé de façon stable sur le dispositif 1 que si l'on dispose sa face d'extrémité 40, dite face supérieure, et vers laquelle sont orientées les faces actives de tous les disques, en partie la plus basse (du fait de l'inclinaison 21) de l'interface (rainures 13) du socle 11 : ainsi dans le mode de réalisation illustre figure 1, la face supérieure 40 est obligatoirement disposée du côté de la manivelle 26. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention pour l'alignement angulaire des disques est similaire a celui des dispositifs d'alignement connus : la rotation 27 du rouleau 18 selon l'axe 17 des paliers est obtenue par action manuelle sur la manivelle 26, ou par un moyen équivalent tel qu'un moteur (non représenté) ; chaque disque 2 qui s'appuie (sous 1'effet de son poids par exemple) par un point (ou partie ponctuelle de petite dimension) sur un point 29 (ou partie ponctuelle de petite dimension) de la face externe 30 du rouleau 18, est ainsi mis en rotation en sens inverse (selon la flèche 31 figure 8) ; la rotation du disque se poursuit jusqu'à ce que le méplat 9 du disque vienne dans la position illustrée figure 7, en regard du rouleau 18 ; du fait de ce méplat 9, le disque 2 descend (sous 1'effet de son poids par exemple) jusqu'à reposer sur des butées, qui sont intégrées au panier 1 (telles que repérées 6) ou bien qui sont intégrées au dispositif 10 (telles que repérées 32 figure 8) ; du fait de ces butées et des dimensions et de la position de l'axe du rouleau, celui-ci n'est (dans cette position figure 7) alors plus en contact avec le disque 2 dont la rotation est ainsi stoppée. Conformément a un mode préféré du premier aspect de l'invention et comme représenté figures 1 a 8, le rouleau comporte des moyens intégrés pour provoquer une rotation non uniforme du disque 2 lorsque celui-ci est en contact par la partie circulaire de sa tranche 25 avec le rouleau ; en effet, lorsque le point de contact 28 du disque passe de la partie 30a circulaire (figures 7 et 8) du contour de la section transversale du rouleau, a la partie 30b rectiligne dudit contour, c'est-a- dire passe par le point de liaison 30c, il se produit une variation dans le mouvement du disque qui résulte de la discontinuité du contour au point 30c ; ce mouvement non uniforme du disque qui se répète généralement au moins deux fois lorsque le disque décrit un tour (du fait du rapport des diamètres du disque et du rouleau, et du fait de la présence de plusieurs points 30c anguleux et/ou de discontinuité sur le contour du rouleau), favorise la rotation sans mise en contrainte excessive du disque. Alors que le rouleau illustré figures 7 et 8 est cylindrique et de section circulaire munie d'un méplat correspondant a la partie rectiligne 30b du contour, d'autres modes de réalisation sont illustrés figures 1,9 et 3 à 6, qui permettent d'obtenir un résultat équivalent : -le rouleau 18 figure 1 est cylindrique de section ayant un profil carré ; -le rouleau 18 figure 3 est cylindrique de section ayant un profil octogonal régulier ; -le rouleau 18 figure 4 comporte une partie 35 en forme de : une nervure saillante 36 est enroulée en hélice autour du corps cylindrique d'axe 17 de la partie 35 -le rouleau 18 figure 5 est cylindrique de section ovoïde (sensiblement ellipsoïdal) ; -le rouleau 18 figure 6 est cylindrique de section circulaire centrée sur un axe 33 qui est parallèle a l'axe 17 des paliers de rotation et distinct de celui-ci. Dans le mode de réalisation illustré figure 9, le rouleau d'alignement 18 est de forme tronconique muni d'un méplat ; ce rouleau est solidaire d'une vis 46 coopérant avec un écrou 44 fixé au socle, de sorte que la rotation de l'arbre du rouleau par la manivelle selon l'axe 17 provoque un mouvement combiné du rouleau selon une translation (flèche 45) parallèle à l'axe 17 et selon une rotation d'axe 17. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) d'alignement de disques (2) en matériau semi-conducteur disposés dans un panier (1), comportant un rouleau (18) d'entraînement des disques en rotation par contact de la tranche (25) des disques sur son enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes a faire varier, en particulier aptes à faire diminuer 1'effort d'appui du disque sur le rouleau et/ou contre les parois du panier, à chaque rotation du rouleau. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens aptes a faire diminuer 1'effort d'appui, c'est-à-dire la pression de contact, sont aptes à annuler sensiblement 1'effort d'appui, une ou plusieurs fois lors de chaque tour de rotation du rouleau, ce qui permet d'assurer un contact intermittent, et dans lequel un détrompeur (43) mécanique oblige à disposer le panier (1) sur le dispositif (10) de sorte que les disques s'appuient par une partie périphérique de leur face active (22) contre les parties (7) de paroi (3,4) du panier. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens aptes à faire diminuer 1'effort d'appui sont intégrés à la structure du rouleau et/ou à la structure de ses paliers de guidage en rotation. 4. Dispositif d'alignement de disques (2) en matériau semiconducteur disposés dans un panier (1), comportant un rouleau (18) d'entraînement des disques en rotation par contact de la tranche (25) des disques sur son enveloppe, caractérisé en ce que les paliers de rotation du rouleau sont excentrés. 5. Dispositif d'alignement de disques (2) en matériau semiconducteur disposés dans un panier (1), comportant un rouleau (18) d'entraînement des disques en rotation par contact de la tranche (25) des disques sur son enveloppe, caractérisé en ce que la surface externe (30) de contact du rouleau avec les disques est en partie au moins constituée par une surface cylindrique ou tronconique et de section non circulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le contour de la section transversale du rouleau est en partie au moins polygonal. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, dans lequel le contour de la section transversale du rouleau comporte une partie rectiligne, parabolique ou elliptique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, dans lequel le rouleau est muni d'une nervure longitudinale saillante (36) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du rouleau ou bien s'étendant en hélice autour de cet axe. 9. Procède d'alignement de disques (2) en matériau semiconducteur disposés dans un panier (1) muni d'encoches (5) et incliné d'un angle (21) par rapport à l'horizontale, caractérisé en ce qu'on dispose les disques dans le panier de sorte qu'ils s'appuient par une partie périphérique de leur face active (22) contre les parties (7) de paroi (3,4) du panier, de façon a ce que leur face inactive (23) usinée ne soit pas au contact des parois (3,4). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on utilise un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 8.