Brevet FR2836595A1 — publié le 20030829

SYSTEME DE REPARTITION HOMOGENE DE LA TEMPERATURE A LA SURFACE DUNE SEMELLE SUR LAQUELLE EST DISPOSE UN ELEMENT. La présente invention concerne un système de répartition homogène de la température à la surface d'une semelle sur laquelle un élément est disposé. L'invention est notamment applicable au domaine des dispositifs de maintien électrostatiques. Les dispositifs de maintien électrostatiques servent en particulier à maintenir des plaquettes de matériau semi-conducteur lorsqu'elles subissent des traitements ou des usinages Le principe des systèmes de maintien électrostatique 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 collage électrostatique . Lors du traitement de la plaquette par plasma par exemple, celle-ci est soumise à une élévation conséquente de température. Il est alors très important que la température de la semelle ne dépasse pas un certain seuil En effet, certaines substances sont sensibles à la température comme les résines de masquage permettant de protéger une zone de la plaquette ne nécessitant pas de traitement. Si la température est excessive, la substance se dégrade et le traitement est imparfait Un autre exemple d'application de l'invention peut être de réaliser l'uniformité de la température d'éléments posés sur chaufferette Il est connu de disposer des conduites d'eau sous la surface de la semelle pour dissiper la chaleur, mais ces mesures sont insuffisantes car certaines zones ne sont pas uniformément refroidies, notamment lorsque la semelle est constituée d'un matériau thermiquement mauvais conducteur. Dans le cas des dispositifs de maintien électrostatique, la surface de la semelle est généralement réalisée en matériau à base de céramique afin d'assurer l'isolation électrique. Ces matériaux présentent une très mauvaise conductivité thermique ce qui rend plus difficile la répartition homogène de la température et le refroidissement de la plaquette. L'invention propose un système de répartition de la température à la surface d'une semelle sur laquelle un élément à traiter est disposé, permettant une répartition homogène sur toute la surface de la semelle et permettant une parfaite régulation de la température de la surface de l'élément en contact avec la semelle. Ce système de répartition homogène de la température est caractérisé en ce qu'il comporte des micro-canaux creusés dans la semelle depuis la surface de contact de ladite semelle et s'étendant parallèlement à cette dernière et qu'un fluide possédant des propriétés de conduction thermique circule dans lesdits micro-canaux, ledit fluide étant au contact de l'élément à traiter. Selon une forme préférée de réalisation, le fluide possédant des propriétés de conduction thermique est un gaz. Les micro-canaux peuvent s'étendre de manière continue d'un bord à l'autre de la semelle et déboucher sur les faces latérales de ladite semelle, mais, préférentiellement, lesdits micro-canaux, par leurs extrémités, sont à écartement de la circonférence de ladite surface de contact. Selon un autre aspect, la face de contact est pourvue d'une bordure périphérique continue formant une barrière périphérique, les micro-canaux étant formés à l'intérieur de la zone délimitée par cette bordure, l'élément à traiter prenant appui également sur ladite bordure. Selon un autre aspect, le système de répartition uniforme de la chaleur est constitué par une chambre creusée dans la semelle depuis la surface de contact et délimitée par une bordure continue périphérique, le fond de ladite chambre comportant au moins une saillie venant au contact de l'élément à traiter, le fluide gazeux circulant dans ladite chambre autour de la saillie et l'élément à traiter prenant appui tant sur la bordure que sur la saillie On peut ainsi avoir plusieurs saillies délimitant les micro-canaux. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le mode de réalisation de ces micro-canaux par la technique de sérigraphie de couches épaisses L'intérêt d'une telle technique réside essentiellement dans le fait qu'elle permet une très grande souplesse dans la réalisation, la répartition et la forme des micro-canaux et/ou des saillies délimitant ces derniers Le cas échéant on peut avoir des répartitions non uniformes des saillies et des microcanaux à la surface de la semelle ce qui permet d'obtenir dans les zones non occupées par les saillies, des vitesses d'écoulement du fluide caloporteur plus élevées que dans les zones occupées par ces saillies et micro-canaux. En d'autres termes, ces saillies et micro-canaux piègent le fluide caloporteur et ralentissent sa vitesse d'écoulement. Ainsi ce fluide reste plus longtemps au contact de la surface de l'élément à traiter Grâce à la possibilité de répartition des saillies et des micro-canaux, il est possible d'accentuer le refroidissement de certaines zones de la pièce à traiter tout en garantissant un refroidissement approprié des autres zones. Enfin une autre caractéristique de l'invention réside dans le principe de mesure de la pression de collage d'une plaquette sur un dispositif de maintien électrostatique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après, de formes de réalisation données à titre d'exemple, non limitatifs et illustrés par les dessins joints dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe de la surface d'une semelle sur laquelle est disposée l'élément. - la figure 2 représente la surface de la semelle en vue de dessus. - la figure 3 montre un exemple de répartition non homogène des saillies. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'élément 1 est posé sur une semelle 2. L'élément 1 peut par exemple être une plaquette de matériau semiconducteur maintenu sur la semelle par un dispositif de collage électrostatique. Cette application de l'invention est donnée à titre d'exemple illustratif dans la description qui suit mais n'est en aucun cas limitatif. La présente invention peut être adaptée par exemple à des dispositifs de chauffage d'un élément pour lequel une parfaite répartition de la température est requise. La plaquette de matériau semi-conducteur 1 est par exemple recouverte d'une résine de masquage 3 dont la tenue en température est limitée. Lorsqu'une zone 4 de la plaquette subit un traitement provoquant une élévation de la température, il est nécessaire que cette chaleur soit dissipée. À cet effet, la surface 4 de la semelle est pourvue de micro-canaux 5 dans lesquels un fluide caloporteur circule. On entend par fluide caloporteur tout fluide possédant une bonne conductivité thermique. Préférentiellement le fluide caloporteur est un gaz caloporteur. Pourront être employés l'hélium et l'argon qui possèdent cette caractéristique de très bonne conductivité thermique. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les micro-canaux 5 sont préférentiellement réalisés dans la semelle 2 par la technologie connue de sérigraphies de couches épaisses de diélectriques céramiques. Les micro-canaux (5) sont réalisés selon plusieurs axes dans le plan de la surface (4) afin de former au moins une trame (6) telle que représentée sur la figure 2. Comme on peut le voir cette trame est entourée de toute part d'une bordure lisse formant plan de jointoiement presque étanche avec l'élément à traiter. Entre l'élément à traiter et cette bordure demeure une fuite de gaz de l'ordre de 3 cm3/mn maximum. À titre d'exemple, la profondeur des micro-canaux peut être de l'ordre de 10 à 20 micromètres. Préférentiellement, la trame (6) peut être de même géométrie que l'élément disposé sur la semelle afin de couvrir toute la surface dudit élément. Cependant, l'élément (1) doit être de dimensions légèrement supérieures à cette trame afin de limiter la fuite du gaz. L'élément 1 doit posséder une surface inférieure lisse qui vienne en recouvrement parfait de la surface 4 sur laquelle est disposée la trame 6 de micro-canaux. La surface inférieure de l'élément 1 et la surface 4 de la semelle peuvent être planes mais il est également possible d'imaginer des formes courbes sans que cela ne modifie le principe de l'invention. Le gaz est introduit dans les micro-canaux 5 par des perçages 7 traversant la semelle 2 et débouchant dans les micro-canaux. Les embouchures des perçages traversants, sont judicieusement réparties de manière à ce que le gaz remplisse tous les micro-canaux 5 formant la trame 6. La semelle 2 peut également être pourvue d'un circuit d'évacuation de la chaleur réalisé par des conduites d'eau 8 traversant semelle 2 parallèlement à la surface de contact et à écartement de cette dernière. Ainsi, lors du traitement par plasma par exemple d'une zone précise de la plaquette 1, la chaleur sera immédiatement transférée à la semelle puis uniformément répartie par le gaz sur toute la surface 4 grâce aux micro-canaux, puis sera évacuée par les conduites d'eau 8. Il n'y aura ainsi aucune élévation de température ponctuelle pouvant endommager la plaquette. Les micro-canaux sont délimités par des saillies réparties uniformément sur la surface de la semelle ou bien de manière non uniforme, par zones comme on peut le voir sur la figure 3. Sur cette figure on aperçoit plusieurs zones de la semelle occupées par des saillies et donc des micro-canaux et d'autres zones en dépression par rapport à la bordure périphérique, exempte de ces saillies. Ces saillies, préférentiellement prismatiques pourront présenter des sections droites de différentes formes. Ainsi la section droite de ces saillies pourra être circulaire ou bien hexagonale octogonale ou autre. On voit donc tout l'intérêt d'utiliser la technique de sérigraphie des couches épaisses puisqu'elle permet à partir d'un dessin aisément réalisable de parvenir à des formes complexes réalisées par les techniques d'usinage connues. Les embouchures des perçages traversant dans la surface de la trame 6 peuvent être équiréparties. Les micro canaux 5 sont réalisés dans la semelle 2 par la sérigraphie de couche épaisse de tout type de matériau sérigraphiable. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention est de pouvoir mesurer la pression de collage électrostatique de la plaquette en fonction de la pression du gaz envoyé. En effet, lorsque l'on augmente la pression de gaz envoyé, si cette pression dépasse la pression de collage de la plaquette, le gaz tend à s'échapper et les pressions s'équilibrent. Quand les pressions s'équilibrent, la pression maximum de gaz envoyée correspond à la pression de collage. Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS. 1/Système de répartition homogène de la température à la surface de contact (4) d'une semelle (2) sur laquelle surface de contact un élément à traiter est disposé, cet élément pouvant être une plaquette de silicium caractérisé en ce que ladite semelle comporte des micro-canaux (5) creusés depuis la surface (4) et qu'un fluide possédant des propriétés de conduction thermique circule dans lesdits micro-canaux, ledit fluide étant au contact de l'élément à traiter et que les micro-canaux (5) sont réalisés par sérigraphie de couches épaisses. 2/Système de répartition homogène de la température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide possédant des propriétés de conduction thermique est un gaz. 3/Système de répartition homogène de la température selon la revendication 2 caractérisé en ce que le gaz est de l'hélium ou de l'argon. 4/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face de contact (4) est pourvue d'une bordure périphérique continue formant une barrière périphérique, les micro-canaux étant formés à l'intérieur de la zone délimitée par cette bordure, l'élément à traiter prenant appui également sur ladite bordure. 5/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les microcanaux (5), par leurs extrémités, sont à écartement des côtés de la surface de contact (4). 6/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les microcanaux (5) sont réalisés selon plusieurs axes afin de former une trame (6) recouverte entièrement par l'élément (1) disposé sur la semelle (2). 7/Système de répartition homogène de la température selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le gaz est amené dans les micro-canaux et extrait de ces derniers par des perçages (7) traversant la semelle (2), et débouchant dans les micro-canaux. 8/Système de répartition homogène de la température selon la revendication 7, caractérisé en ce que les embouchures des perçages traversants dans la surface de la trame (6) sont équiréparties. 9/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les microcanaux (5) sont réalisés par sérigraphie de couches épaisses de tout type de matériau sérigraphiable. 10/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les microcanaux (5) sont réalisés dans la semelle (2) par la technologie de sérigraphies de couches épaisses de diélectriques céramiques. 11/Système de répartition homogène de la température selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la semelle (2) est pourvue d'un circuit d'évacuation de la chaleur réalisé par des conduites d'eau (8) traversant ladite semelle (2) parallèlement à la surface de contact 12/Système de répartition homogène de la température selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression de collage d'une plaquette maintenue par un dispositif de collage électrostatique est mesurable et correspond à la pression maximum de gaz envoyé.