WO2026033113A1 - Dispositif et procédé de serrage électrostatique de plaquette - Google Patents

Dispositif et procédé de serrage électrostatique de plaquette

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WO2026033113A1
WO2026033113A1 PCT/EP2025/072870 EP2025072870W WO2026033113A1 WO 2026033113 A1 WO2026033113 A1 WO 2026033113A1 EP 2025072870 W EP2025072870 W EP 2025072870W WO 2026033113 A1 WO2026033113 A1 WO 2026033113A1
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state
polarity
electrical potential
electrode
electrodes
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Mathieu BOURGARIT
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/70—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping
    • H10P72/72—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P72/72—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H10P72/722—Details of electrostatic chucks

Definitions

  • the present invention relates to a device and method for electrostatic wafer clamping. It is applicable, in particular, to the field of semiconductor circuit manufacturing.
  • support wafers are used on which microelectronic circuits are manufactured. Given the very small size of these circuits, the stability of the support wafers during the manufacturing process is critical.
  • the wafers must be maintained at a temperature defined by the manufacturing process.
  • a heat transfer gas is used to thermally couple the wafer to hot or cold sources, thus regulating its temperature. Since this heat transfer gas must not break the vacuum, and the wafer is by definition removable, it is essential that the wafer does not leak gas.
  • Electrostatic chucks offer the following advantages:
  • the insert used is flatter than in the case of inserts for mechanical chucks which require the insert to be convex in order to function.
  • An electrostatic mandrel comprises an electrically insulating body (typically made of ceramic such as Al2O3, A2N, or BN) and at least one electrode made of an electrically conductive material (e.g., W, Mo, Pt, Pd, Ag, or graphite) covered by a dielectric material.
  • the upper surface of this dielectric material can be arranged to correspond to a particular topography (called “dimple,” “mesa,” “embossing,” etc.) in order to limit the contact areas between the mandrel and the insert on the one hand, and to improve the gas pressure distribution, as referenced by 303 in Figure 3, for thermal coupling on the other.
  • Such an electrostatic mandrel is shown in Figure 1.
  • Such a mandrel 100 comprises:
  • the corresponding electrical system can be understood as an electrical circuit made up of capacitors.
  • a voltage is applied to the electrodes, an electrostatic field appears between the electrodes and the insert, leading to a displacement of charges within the insert and the appearance of an electrostatic force according to Coulomb's law.
  • Figure 2 corresponds to a so-called “bipolar” chuck, that is, one with two electrodes.
  • chucks with a single electrode also called “monopolar” chucks
  • monopolar chucks
  • This device comprises:
  • the clamping pressure can generally be modeled by the following equation:
  • this dielectric layer also includes the thermal coupling gas layer, V to the clamping voltage (electrical potential difference between the wafer and the electrode) and d to the distance between the wafer and the electrode.
  • MTBF mean time before failure
  • clamping pressure is already optimized for the use case considered according to the type of electrostatic chuck (dimensions, material, manufacturing process used) with the exception of the electrode design.
  • one of the challenges is to maximize the clamping force for a given clamping pressure (and, therefore, for a given clamping tension).
  • the phenomenon of sticking is a major problem that can lead to a decrease in productivity, loss of inserts and the shutdown of production tools.
  • one of the challenges is to reduce the phenomenon of sticking without losing clamping force.
  • a constraint related to electrostatic clamping is the electrical charge of a plate resulting from the clamping.
  • the wafer potential floats at a value V ⁇ sub>pia ⁇ /sub> q U ⁇ sub>ette ⁇ /sub> with:
  • Vi is the voltage of electrode i and Ci is the capacitance formed by electrode i and the portion of the plate facing electrode i.
  • n is the number
  • the wafer If the wafer is truly floating, then it floats at this tension, which can impact the repeatability of the manufacturing process (an accumulation of charges in the wafer is undesirable).
  • one of the challenges is to reduce fluctuations in the "theoretical floating voltage" of the wafer resulting from electrostatic coupling.
  • Some methods involve electrically connecting the plate to neutral, either through mechanical contact with an electrically conductive object or via a plasma gun. Such approaches are illustrated, in particular, in US patent application US2011036990.
  • Some methods involve applying a specific loosening sequence in which the current, voltage amplitude, frequency, and/or the cycle of application of the tightening energy vary over time. Such approaches are illustrated, in particular, in US patent US6236555. All these approaches are based on the fact that there is a sufficient accumulation of charges in the wafer, the dielectric and/or the interface between the wafer and the mandrel to generate bonding.
  • Another approach rather than aiming for the removal of residual charges, consists of preventing this accumulation of charge.
  • the benefits of this approach are to stress the dielectric layer and the interface between the wafer and the dielectric for a short period by a voltage difference of a given polarity and then, for a similar period of time, by a voltage difference of the reversed polarity.
  • the plate is also considered to be either floating or connected to ground.
  • each electrode with the opposite portion of the plate is considered to be identical for all electrodes.
  • Each electrode is considered to be supplied with the same absolute voltage.
  • the clamping tension is assumed to be already optimized/maximized for the electrostatic chuck and process in question. For each case, the minimum clamping force is compared to the maximum clamping force F calculated when all electrodes are energized and the insert is referenced to OV, providing an optimal clamping pressure "Pserrage".
  • the pad floats at the same voltage as the electrode, leading to a lack of clamping and significant charge transfer
  • this reference voltage is higher than the Vac voltage (or lower than the minimum voltage)
  • the average voltage difference is not zero, leading to charge migration; - moreover, the wafer undergoes significant fluctuations in clamping force, which can generate significant defects on the underside of the wafer as well as the emission of particles; and finally, the maximum voltage difference between the wafer and the electrode sometimes exceeds the previously determined Vmax voltage, resulting in a major risk of irreparable damage to the device and/or the wafer.
  • the clamping force is at two-thirds of the maximum clamping force
  • the voltage difference between the electrode and the plate is 4/3 of Vserrage, that is, one-third more than the optimized voltage Vserrage, leading to the need to implement an adapted voltage Vserrage corresponding to 75% of the preferred voltage Vserrage and
  • the clamping force Fmin corresponds to one-third of the theoretical clamping force Fserrage if the insert is referenced. If the insert's potential is not referenced, the insert is lost.
  • the clamping force corresponds to 2/3 of the maximum clamping force
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the present invention relates to an electrostatic plate clamping device, which comprises:
  • said dynamic control device for the electrical potential of each electrode, configured to command, for each phase, and for each electrode connected to that phase, the restoration of a stable electrical state among:
  • control device being configured so that at least one phase among all the phases is at electrical potential of neutral polarity during at least one stable state while at least one other phase is at electrical potential of positive or negative polarity.
  • the present invention aims to, instead of implementing sinusoidal or square electrical potential reversal sequences between the energized electrodes, integrate a stable electrical potential state corresponding to a zero voltage (and therefore a neutral polarity) into a reversal sequence.
  • a single electrode can be fixed at a voltage of zero volts at a given instant, rather than a pair (in a hexagonal configuration for example).
  • Polarity change profiles can vary in form, aiming in some cases to reduce or eliminate the theoretical floating voltage excursion of the package or to reduce or eliminate the clamping force excursion.
  • control element is configured to command, for each electrode, the successive establishment of a stable electrical state among:
  • control element is configured to control the simultaneous change of state of a number of electrodes less than the total number of electrodes.
  • control element is configured to command the establishment, for at least one electrode, of a change of state corresponding to a direct succession of transient electrical potential states selected from the transient states between:
  • control element is configured to command a simultaneous change of electrical potential states between at least one pair of electrodes, corresponding to an exchange of the voltage values of these electrodes.
  • control element is configured to control the simultaneous change of electrical potential state of two electrodes.
  • the device of the present invention comprises an odd number of phases and electrodes greater than 1.
  • the device which is the subject of the present invention comprises three phases and three electrodes.
  • the device which is the subject of the present invention comprises five phases and five electrodes.
  • control element is configured to, during a transient state of change of electrical potential of polarity, control the voltage of each electrode in this transient state so that the sum of the products of the voltage difference between an electrode and the plate and the capacitance formed locally by this electrode-plate pair is equal to zero during the duration of the transient state.
  • control element is configured to, during a transient state of change of electrical potential of polarity, control the voltage of each electrode in this transient state so that the sum of the products of the capacitance formed locally by the electrode-plate pair and the square of the voltage difference between this electrode and the plate is equal to a constant during the duration of the transient state, said constant being equal to this same sum during the stable states upstream and downstream of the transient state.
  • the rate of voltage variation and/or the maximum value of the charging current of the phases and/or electrodes during a transient state is limited to a predetermined limit value.
  • control unit is configured to command, for at least two phases and/or electrodes, the execution of a polarization sequence according to a symmetrical sequencing pattern.
  • control element is configured to command, for at least one phase and/or electrode, the execution of a periodic polarization sequence.
  • the control element is configured to command, for at least one phase and/or electrode, the execution of a polarization sequence in which the duration of at least two stable states is identical.
  • control element is configured to command, for at least one phase and/or electrode, the execution of a polarization sequence in which the duration of each stable electrical state is identical.
  • control element is configured to command, successively to different phases and/or neighboring electrodes, the establishment of a stable electrical state of electrical potential of neutral polarity.
  • control element is configured to command, successively to different phases and/or non-neighboring electrodes, the establishment of a stable electrical state of electrical potential of neutral polarity.
  • the present invention relates to a control element for an electrostatic insert clamping device, comprising at least two electrodes configured to generate an electrostatic attractive force on the insert, which includes:
  • a means for dynamically controlling the electrical potential of each phase configured to command, for each phase and for each electrode connected to that phase, the restoration of a stable electrical state among:
  • control means being configured so that at least one phase among all the phases is of neutral polarity during at least one stable state while at least one other electrode is in a state of electrical potential of positive or negative polarity.
  • the present invention relates to a wafer processing equipment, characterized in that it comprises an electrostatic wafer clamping device which is the subject of the present invention.
  • the present invention relates to an electrostatic clamping method for inserts, which comprises:
  • a dynamic control step of the electrical potential of each electrode configured to control, for each phase, and for each electrode connected to that phase, the restoration of a stable electrical state among:
  • At least one electrode among the set of electrodes being established in a state of neutral polarity during at least one stable state while at least one other electrode is in a state of electric potential of positive or negative polarity during the dynamic electric potential control step.
  • Figure 1 schematically represents a particular embodiment of an electrostatic chuck as implemented by the present invention
  • Figure 2 schematically represents an electrical circuit equivalence of an assembly comprising an electrostatic chuck and a plate
  • Figure 3 schematically illustrates how a clamping force is generated from the electrostatic forces of each electrode in an electrostatic chuck.
  • Figure 4 schematically represents a particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • Figure 5 schematically represents a sequence of stable state variations for an electrode
  • Figure 6 schematically represents a first sequence of stable state variations for three electrodes
  • Figure 7 schematically represents a second sequence of stable state variations for three electrodes
  • Figure 8 schematically represents three sequences of stable state variation for five electrodes
  • Figure 9 schematically represents various patterns of transient polarity variation states
  • Figure 10 schematically represents three electrode patterns for electrostatic mandrels
  • Figure 11 schematically represents two clamping cycles by selective activation of electrostatic chuck electrodes.
  • a reference to "A and/or B", when used in conjunction with an open language such as “comprising”, may refer, in one embodiment, to A only (possibly including elements other than B); in another embodiment, to B only (possibly including elements other than A); and in yet another embodiment, to both A and B. (possibly including other elements); etc.
  • the expression "at least one”, in reference to a list of one or more elements, should be understood as meaning at least one element chosen from one or more elements in the list of elements, but not necessarily including at least one of each element specifically enumerated in the list of elements and not excluding any combination of elements in the list of elements.
  • This definition also permits the optional presence of elements other than the elements specifically identified in the list of elements to which the expression “at least one” refers, whether or not they are related to those specifically identified elements.
  • “at least one of A and B” may refer, in one embodiment, to at least one, possibly including more than one, A, without B present (and possibly including elements other than B); in another embodiment, at least one, possibly comprising more than one, B, without A present (and possibly comprising elements other than A); in yet another embodiment, at least one, possibly comprising more than one, A, and at least one, possibly comprising more than one, B (and possibly comprising other elements); etc.
  • the technical objective of the present invention is to control different electrodes at different electrical potentials. Polarity indicates the sign of this electrical potential. Formally, to describe all these states, a "reference potential" is required. This reference potential can be arbitrarily set to 0.
  • a “stable state of electrical potential of polarity” is defined as an electrical state corresponding to a predetermined target state and maintained for a comparatively long time compared to a "transient state of electrical potential of polarity,” which corresponds to the necessary change in electrical potential between two target states.
  • a transient state of electrical potential a voltage value is maintained for a short time compared to the voltage value implemented in a stable electrical state.
  • the duration of a stable electrical state can approach zero, with the electrode polarities then constantly in a reversing cycle.
  • the considered stable electrical state corresponds to a particular point on a polarity evolution curve, the "stable" state becoming a "target” and transient state.
  • the stable electrical state of positive polarity corresponds to the maximum point
  • the stable electrical state of neutral potential corresponds to an electrical potential equal to the reference potential (typically 0 V).
  • a voltage source is called a "phase". Note that a phase can be connected to a plurality of electrodes.
  • FIG. 4 which is not to scale, shows a schematic view of one embodiment of the device 400, the subject of the present invention.
  • This electrostatic clamping device 400 comprises:
  • control device being configured so that at least one phase among all the phases is of electrical potential of neutral polarity during at least one stable state while at least one other phase is in a state of electrical potential polarity of positive or negative.
  • the phases, 406, 411, 421, 426 and 431, can be two or more in number, and preferably in an odd number which may be three or five.
  • the electrodes are made from any conductive material commonly used for electrostatic chuck electrodes. Such materials are widely known in the field of electrical chucks and are not listed here. Similarly, variations in electrode structure and dimensions are well-known in the field of electrostatic chucks.
  • any electrode structure and size can be implemented.
  • the purpose of the electrodes is to create a clamping force on the plate, as illustrated opposite Figure 3.
  • Figure 4 shows a top view of an electrostatic chuck, with the relative positioning of the various electrodes clearly defined.
  • Figure 10 shows different surface arrangements of the clamping electrodes. Reference A corresponds to a tripolar arrangement, while references B and C correspond to hexapolar arrangements. These different arrangements illustrate different geometries for the electrodes, compared to Figure 4. The electrodes can thus exhibit radial symmetry. In the arrangements shown in Figure 10, there are always at least two electrodes, 1105 and 1110, between the thermal coupling gas injection holes 1115 and the periphery of the chuck.
  • the electrostatic mandrel shown has five electrodes: 405, 410, 420, 425, and 430. All the electrodes may be identical. In some variations, at least one electrode has a surface area with dimensions different from at least one other electrode. In other variations, at least one electrode is made of a different material than at least one other electrode.
  • a dielectric layer separating the wafer from the electrodes can be homogeneous with respect to each electrode or have distinct local characteristics.
  • each electrode can be supplied with an electrical voltage identical in absolute value, or at least one absolute value of electrical voltage implemented for at least one electrode can be different from at least one other absolute value of electrical voltage implemented for at least one other electrode.
  • the control unit 415 corresponds, for example, to an automaton equipped with a control means 416, such as a microcontroller or microprocessor configured to execute a set of computer instructions corresponding to a software, said software including control instructions for varying the polarity of the voltage of at least one electrode.
  • a control means 416 such as a microcontroller or microprocessor configured to execute a set of computer instructions corresponding to a software, said software including control instructions for varying the polarity of the voltage of at least one electrode.
  • control organ 415 is widely known in the field of control organ manufacturing and this nature is not limiting for the implementation of the present invention.
  • the control unit 415 is defined by its functional role, this role consisting at a minimum of organizing the variation of electrical potential of each electrode so as to respond to the different constraints mentioned in the discussion of the prior art.
  • control unit 415 is configured to control, for each phase, and consequently for each electrode connected to that phase, a voltage setting corresponding to +Vserrage, OV or -Vserrage.
  • control element 415 is configured to control a process according to a predetermined tightening sequence 600 corresponding to a succession of variations in the voltage of an electrode, as shown in Figure 5.
  • a repeatable sequence corresponds, for example, to:
  • Such a sequence can be performed periodically, at a frequency, for example of 50Hz, 1 Hz, 0.1 Hz or 0.016Hz (corresponding to a period of one minute).
  • transient states 620 and 625 between a stable electrical state of positive polarity electrical potential and a stable electrical state of neutral polarity electrical potential on the one hand, and between a stable electrical state of neutral polarity electrical potential and a stable electrical state of negative polarity electrical potential on the other hand.
  • Figure 6 shows the stacking of sequences 705, 710, and 715, such as that illustrated in Figure 5, applied out of phase to three electrodes.
  • sequences 705, 710, and 715 such as that illustrated in Figure 5, applied out of phase to three electrodes.
  • two electrodes are powered with reversed polarity while one electrode is not powered.
  • the specific phase shift implemented here corresponds to the duration of a stable electrical state, the set of stable states for all electrodes having identical durations.
  • Figure 7 shows the stacking of variant sequences 805, 810, and 815, such as that illustrated in Figure 5, applied out of phase to three electrodes.
  • the neutral polarity electrical potential state is shorter in duration for sequences 805 and 815 than for sequence 810.
  • control unit 415 is configured to command, for each electrode, the successive establishment of a stable electrical state among:
  • the device 400 comprises five electrodes sequentially brought to a neutral electrical potential state.
  • a bringing to a neutral electrical potential state can be arranged step by step, i.e. in the order of electrodes 405, 410, 420, 425 then 430, or in a star configuration, i.e. by skipping one electrode at a time, corresponding to the order of electrodes 405, 420, 430, 410 and 425.
  • a first organization A corresponds to a star-shaped tightening cycle, the white electrode being in a stable electrical potential state of neutral polarity
  • a second organization B corresponds to a tightening cycle from one point to another, or circular.
  • Figure 8 illustrates the implementation of different sequences, 905, 910, and 915, of variation for a device comprising five electrodes.
  • a central line illustrates the neutral polarity electrical potential state
  • a black rectangle positioned above this line illustrates a positive polarity electrical potential state
  • a black rectangle positioned below this line illustrates a negative polarity electrical potential state.
  • control element 415 is configured to control the simultaneous change of state of a number of electrodes less than the total number of electrodes.
  • the number of electrodes changing state can, for example, be an even number. This number of electrodes could correspond to all electrodes except one.
  • the control element 415 is configured to command the establishment, for at least one electrode, of a change of state corresponding to a direct succession of transient states selected from the transient states between:
  • control element 415 is configured to control a simultaneous change of states between at least one pair of electrodes, corresponding to an exchange of the voltage values of these electrodes.
  • control element 415 is configured to, during a transient state of polarity change, control the voltage of each electrode in this transient state so that the sum of the products of the voltage difference between electrode and plate and the capacitance formed locally by the electrode-plate couple is equal to zero during the duration of the transient state.
  • the following equation is verified only for two electrodes changing polarity simultaneously:
  • the other electrodes remain at the same voltage during the change of polarity of the two electrodes.
  • the voltage of the others is optimized to maximize the minimum clamping force during the change of polarity of the two electrodes.
  • control element 415 is configured to, during a transient state of polarity change, control the voltage of each electrode in this transient state so that the sum of the products of the capacitance formed locally by the electrode-plate couple and the square of the voltage difference between electrode and plate is equal to a constant during the duration of the transient state, a constant equal to this same value in the upstream and downstream stable states.
  • the following equation is verified only for two electrodes changing polarity simultaneously:
  • the other electrodes remain at a constant voltage during the change of polarity of the two electrodes.
  • the voltage of the others is optimized to reduce the theoretical floating voltage excursion of the plate during the change of polarity of the two electrodes.
  • the rate of voltage change and/or the maximum value of the electrode charging current during a transient state is limited to a predetermined limit value.
  • the voltage change profile of a transient state can be linear or non-linear and over a more or less long determined duration.
  • FIG. 9 shows different profiles, A, B and C, with corresponding variations:
  • the voltage of an electrode A drives the sequence of state changes
  • the voltage of electrode B is a variable determined as a function of the voltage of electrode A to satisfy equation XC.
  • V 2 constant, and
  • V A (t) J or linearly 1008 constrained if the rate of voltage variation is greater than a predetermined limit rate of variation, - for a subsequent second part 1006 of the profile, the voltage of electrode B is controlled and the voltage of electrode A becomes variable to respect the equation XC.
  • V 2 constant.
  • This electrostatic clamping method for inserts comprises: - a step 510 for dynamically controlling the electrical potential of each electrode, to control, for each electrode, the establishment of a stable electrical state among:
  • a transition profile from one stable electrical state to the other is controlled for each electrode.
  • the duration of the process is assumed to be identical. It is also assumed that the clamping voltages are identical in amplitude (therefore, the clamping force is slightly lower in the hexapolar version). Finally, it is assumed that the various stable states have the same duration for all electrodes.
  • case number 3 is undoubtedly the most relevant. However, the other cases are studied for all practical purposes.
  • the energy consumed by an electrode provides information on the electrical stress borne by each power line supplying the electrodes, including sealed passages and high-voltage contacts inside and outside the device, which those skilled in the art know to be particularly fragile. This therefore provides information on the aging rate of these power lines, and consequently, on the risk of failure.
  • the aging of the dielectric layer is 15% lower and - all for a higher minimum clamping force.
  • the present invention also relates to a control element (415), as shown in Figure 4, for an electrostatic insert clamping device comprising at least two electrodes, connected to at least two phases, configured to generate an electrostatic attractive force on the insert, which comprises: - a means 416 for dynamically controlling the electrical potential of each electrode, configured to control, for each electrode, the establishment of a stable electrical state among:
  • control means 416 being configured so that, outside transient phases, at least one electrode among all the electrodes is of electrical potential of neutral polarity during at least one stable state while at least one other electrode is in a state of electrical potential of positive or negative polarity.
  • control 416 is, for example, an electrical circuit controlled by an electronic circuit, implementing a microcontroller for example, configured to act as an automaton or to execute instructions representative of a computer program.
  • This control device can be associated with internal manufacturing recipes (operating autonomously) or receive manufacturing recipes from an external source and manage only the polarity switches.
  • Such a control means 416 can be operated autonomously or dynamically, by implementing a means of communication (such as an antenna or a communication cable) connected to an information network, such as the internet or a local network for example, so that instructions can be received by the control means 416.
  • a means of communication such as an antenna or a communication cable
  • an information network such as the internet or a local network for example
  • Such instructions can be issued by software, logically, via an application programming interface (API) or via a graphical user interface.
  • API application programming interface

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

Le dispositif (400) de serrage électrostatique de plaquette comporte : - au moins deux électrodes (405, 410), reliées à au moins deux phases (406, 411) d'un organe de contrôle, configurées pour générer une force d'attraction électrostatique sur la plaquette, - lesdites phases et - un organe (415) de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque phase, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, l'établissement d'un état électrique stable parmi : - un état de potentiel électrique de polarité positive, - un état de potentiel électrique de polarité négative et - un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit organe de contrôle étant configuré pour que, au cours d'au moins un état stable, au moins une phase parmi l'ensemble des phases soit de potentiel électrique de polarité neutre tandis qu'au moins une autre phase est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE SERRAGE ÉLECTROSTATIQUE DE PLAQUETTE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention vise un dispositif et un procédé de serrage électrostatique de plaquette. Elle s’applique, notamment, au domaine de la fabrication de circuits semi-conducteurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Les approches décrites dans cette section sont des approches qui pourraient être poursuivies, mais pas nécessairement des approches qui ont été conçues ou poursuivies précédemment. Par conséquent, sauf indication contraire, il convient de ne pas supposer que l'une ou l'autre des approches décrites dans cette section constitue un art antérieur du seul fait de son inclusion dans cette section.
Dans l’industrie des semi-conducteurs, on met en oeuvre des plaquettes de support (« wafers », en anglais) sur laquelle sont fabriqués des circuits de micro-électronique. Considérant la très faible taille de ces circuits, la stabilité des plaquettes de support durant le processus de fabrication est critique.
Au-delà de cette contrainte de stabilité, les plaquettes doivent être maintenues à une température définie par la recette mise en oeuvre. Considérant que le processus de fabrication est réalisé sous vide, évacuer la chaleur induite par, ou au contraire à apporter de la chaleur pour, la fabrication du circuit semi-conducteur, il est fait usage d’un gaz caloporteur pour coupler thermiquement la plaquette aux sources chaudes ou froides permettant la régulation en température de la plaquette. Ce gaz caloporteur ne devant pas briser le vide, et la plaquette étant par définition amovible, il est essentiel que la plaquette ne laisse pas fuiter le gaz.
Pour cette raison, plusieurs approches ont été mises en oeuvre pour réaliser un serrage (« clamping », en anglais) de ces plaquettes de support. Un tel serrage est réalisé par un mandrin (« chuck », en anglais).
Un tel mandrin a plusieurs bénéfices :
- permettre d’introduire un gaz de couplage thermique entre le mandrin et la plaquette,
- orienter la plaquette (par exemple pour incliner la plaquette dans le cas d’un processus d’implantation par faisceau d’ions),
- écraser la plaquette (lorsque la plaquette est bombée ou tordue) pour obtenir un meilleur couplage thermique, une meilleure déposition ou une meilleure précision pour des profils à haut ratio d’aspect et
- soutenir la force inertielle appliquée à la plaquette en raison de l’accélération et de la décélération lors du transfert de plaquette, lors du scan de plaquette ou tout autre mouvement réalisé sur la plaquette. Une certaine catégorie de mandrins est nommée mandrins électrostatiques, par opposition aux mandrins mécaniques (de type pinces, par exemple). De tels mandrins électrostatiques présentent les avantages suivants :
- aucun contact mécanique n’est réalisé sur la face traitée de la plaquette, évitant ainsi de générer des grattements, des particules ou de la contamination,
- aucun masquage ou effet de bord n’est induit par la présence de pinces mécaniques à proximité de la face traitée de la plaquette et
- la plaquette mise en oeuvre est plus plate que dans le cas de plaquettes pour mandrins mécaniques qui nécessitent de bomber la plaquette pour fonctionner.
Un mandrin électrostatique comporte un corps électriquement isolant (typiquement en céramique tel AI2O3, AIN, BN) et au moins une électrode réalisée en matériau électriquement conducteur (par exemple en W, Mo, Pt, Pd, Ag, ou graphite) couverte par un matériau diélectrique. La face supérieure de ce matériau diélectrique peut être organisée pour correspondre à une topographie particulière (dite « dimple », « mesa », « embossing » et autre) afin de limiter les zones de contact entre le mandrin et la plaquette d’une part, et pour améliorer la distribution de pression du gaz, telle que référencée par 303 dans la figure 3, de couplage thermique d’autre part. Un tel mandrin électrostatique est représenté en figure 1 . Un tel mandrin 100 comporte :
- une couche 105 électriquement isolante,
- au moins une électrode 110 et
- un matériau diélectrique 115.
Lorsqu’une plaquette est posée sur le mandrin, le système électrique correspondant peut être compris comme un circuit électrique constitué de capacités. Lorsqu’on applique une tension aux électrodes, un champ électrostatique apparaît entre les électrodes et la plaquette, conduisant à un déplacement de charges dans la plaquette et à l’apparition d’une force électrostatique selon la loi de Coulomb. Une telle correspondance est représentée en figure 2 correspondant à un mandrin dit « bipolaire », c’est-à-dire avec deux électrodes. Le cas des mandrins avec une seule électrode, aussi dits mandrins « monopolaires », est légèrement différent mais n’est pas détaillé davantage car les mandrins monopolaires ne sont pas concernés par la présente invention).
Cette force électrostatique serre la plaquette contre le mandrin. Un tel dispositif est représenté en figure 3. Un tel dispositif comporte ainsi :
- une chambre au vide 301 ,
- une plaquette 305,
- une couche de gaz de couplage thermique 310,
- au moins une électrode, 110 et 111 ,
- un matériau diélectrique 115,
- une couche 105 électriquement isolante et
- un piédestal 310. De tels mandrins électrostatiques présentent un certain nombre de points faibles auquel la présente invention remédie.
En premier lieu, la force de serrage « F », référencée 302, générée par le champ électrostatique est relativement faible.
La pression de serrage peut être généralement modélisée par l’équation suivante :
Dans laquelle E correspond à la permissivité relative du diélectrique, étant entendu que cette couche diélectrique comprend aussi la couche de gaz de couplage thermique, V à la tension de serrage (différence de potentiel électrique entre la plaquette et l’électrode) et d à la distance entre la plaquette et l’électrode.
Pour augmenter la pression de serrage, il est possible d’augmenter la tension de serrage ou de réduire l’épaisseur du matériau diélectrique. Toutefois, augmenter la tension de serrage augmente le risque de collage (« sticking », en anglais), d’effondrement diélectrique, d’endommagement de la face arrière de la plaquette et de réduction de la durée moyenne avant échec (« MTBF », pour « mean time before failure », en anglais), correspondant à une mesure de performance industrielle.
Dans le reste du présent document, on considère que la pression de serrage est déjà optimisée pour le cas d’usage considéré en fonction du type de mandrin électrostatique (dimensions, matériau, procédé de fabrication mis en oeuvre) à l’exception de la conception des électrodes.
On considère donc, dès lors, que E JeCr I ra I o LJe est une constante et que V = Vserr I ao LJe = Vm 11 ax.
Ainsi, en premier lieu, dans les systèmes actuels, l’un des défis est de maximiser la force de serrage pour une pression de serrage donnée (et, donc, pour une tension de serrage donnée).
En deuxième lieu, du fait que les matériaux diélectriques ne sont pas parfaits, des phénomènes de collage ou de « striction » apparaissent. De tels phénomènes indiquent que la pression de serrage résiduelle demeure alors que le système de serrage est de retour dans un état physique dans lequel la pression de serrage est théoriquement nulle.
Une conséquence de ce phénomène de collage peut être le décalage (« shifting », en anglais) de la plaquette pouvant conduire à la perte de la plaquette lors d’opérations de transfert. Ces phénomènes de collage peuvent également conduire à des brisures de plaquettes lorsque le collage est trop fort pour réaliser le soulèvement de la plaquette lors de l’opération de déchargement ou car le décalage de plaquette conduit à une chute de la plaquette.
Le phénomène de collage est un problème majeur pouvant conduire à une baisse de la productivité, à la perte de plaquette et à la mise à l’arrêt d’outils de production.
Ainsi, en deuxième lieu, dans les systèmes actuels, l’un des défis est de réduire le phénomène de collage sans perdre en force de serrage.
En troisième lieu, une contrainte liée au serrage électrostatique est le chargement électrique d’une plaquette résultant du serrage. Considérons une plaquette qui n’est pas liée à la masse ni connectée à un voltage de référence, quelle que soit la référence et quelle que soit la connexion (tige de connexion à la masse, couche conductive entourant la plaquette, plasma résultant du procédé de fabrication mis en oeuvre). Dans un pareil cas, le potentiel de la plaquette est dit flottant.
Comme la plaquette est couplée avec les électrodes du mandrin, le potentiel de la plaquette flotte à une valeur VpiaqUette avec :
= MJi v plaquette
Dans laquelle Vi est le voltage de l’électrode i et Ci est la capacitance formée par l’électrode i et la portion de la plaquette qui fait face à l’électrode i.
Pour des raisons de simplification, on considère le cas dans le lequel toutes les capacitances Ci sont identiques (par exemple, si toutes les électrodes présentent la même surface et si les couches diélectriques entre les électrodes et la plaquette sont identiques), mais le principe reste identique si les capacitances ne sont pas égales.
Dans pareil cas, si quel que soit i, Ci est une constante, alors :
Dans lequel n est le nombre
Si i V, n’est pas constant, alors le potentiel de la plaquette n’est pas constant.
Si la plaquette est réellement flottante, alors elle flotte à cette tension, ce qui peut avoir un impact sur la répétabilité du processus de fabrication (une accumulation de charges dans la plaquette n’est pas souhaitable).
Si la plaquette est reliée à une tension externe de référence, cela induit un transfert de charges depuis la plaquette et cette référence, or un tel transfert de charge est susceptible d’endommager les dispositifs déjà fabriqués sur la plaquette.
Ainsi, en troisième lieu, dans les systèmes actuels, l’un des défis est de réduire les fluctuations de la « tension flottante théorique » de la plaquette résultant du couplage électrostatique.
Dans les systèmes actuels, pour résoudre le problème de l’apparition du phénomène de collage, différentes approches ont été proposées pour favoriser le retrait de charges résiduelles après que la plaquette a été desserrée et avant le retrait de la plaquette.
Certaines consistent en la connexion électrique de la plaquette au neutre, au moyen d’un contact mécanique avec un objet électriquement conductif ou via un pistolet à plasma. De telles approches sont illustrées notamment dans la demande de brevet américain US2011036990.
Certaines consistent en l’application d’une séquence de desserrage spécifique dans laquelle le courant, l’amplitude de la tension, la fréquence et/ou le cycle de mise en oeuvre de l’énergie de serrage varie au cours du temps. De telles approches sont illustrées notamment dans le brevet américain US6236555. Toutes ces approches se basent sur le fait qu’il existe une accumulation suffisante de charges dans la plaquette, le diélectrique et/ou l’interface entre la plaquette et le mandrin pour générer du collage.
Pour prévenir, réduire ou retarder l’apparition du phénomène de collage, une solution majoritairement mise en oeuvre aujourd’hui consiste en l’inversion de polarité des électrodes.
Typiquement, dès que le mode de serrage est monopolaire ou multipolaire, la pratique majoritaire consiste à inverser la polarité de la tension de serrage à chaque nouvelle plaquette. Une telle approche est décrite, par exemple, dans la demande de brevet européen EP0294556.
Cette pratique n’est pas une solution idéale : s’il est bénéfique de limiter le lent glissement du statut électrique du mandrin-diélectrique à long terme, plaquette après plaquette, du point de vue d’une seule plaquette, le statut électrique durant le serrage est statique. Il n’y a donc pas de réduction de charges accumulées pour une plaquette prise individuellement. Ceci peut constituer un problème, particulièrement pour les processus longs ou pour les diélectriques de faible résistivité, tels que mis en oeuvre dans les applications à haute température par exemple.
Une autre approche, plutôt que de viser le retrait de charges résiduelles, consiste en la prévention de cette accumulation de charge.
Cette accumulation de charge étant liée au ratio V/d (tel que vu précédemment) et au temps, et dans la mesure où la valeur de V/d est imposée pour obtenir la plus grande force de serrage, le concept de ces solutions consiste à réduire le temps de serrage pour un statut électrique donné. Ceci est réalisé par le remplacement de la tension de serrage constante Vi par un signal alternatif. Cette approche est décrite, notamment, dans la demande de brevet américain US2005052817 et dans la demande internationale de brevet WO9411944.
Les bénéfices de cette approche sont de stresser la couche diélectrique ainsi que l’interface entre la plaquette et le diélectrique durant une courte période par une différence de tension d’une polarité donnée puis, pendant une période de temps similaire, par une différence de tension de la polarité inversée.
Malgré tout, le fait d’utiliser une séquence d’inversion de polarité « directe » présente une faiblesse majeure en ce qui concerne la force de serrage moyenne minimum durant l’ensemble de la séquence de serrage et/ou en ce qui concerne la circulation de charges vers la plaquette.
Les bénéfices de cette approche sont exemplifiés, ci-dessous, pour cinq cas différents, correspondant à des mandrins électrostatiques comportant une, deux, trois, quatre et six électrodes. Ces exemples sont considérés pour un profil alternatif de type carré (c’est-à-dire dont la polarité s’inverse brusquement, de manière la plus instantanée possible), tel que représenté en figure 3, tel que décrit dans la demande internationale de brevet WO9411944.
On considère également que la plaquette est flottante ou connectée à la masse.
Par souci de simplification, La capacitance formée par chaque électrode avec la partie de la plaquette qui lui fait face est considérée comme étant identique pour toutes les électrodes. Chaque électrode est considérée comme alimentée par la même tension en valeur absolue. Pour mesurer l’impact des différents cas sur la force de serrage minimum, la tension de serrage est considérée comme étant déjà optimisée / maximisée pour le mandrin électrostatique et le procédé concernés. Pour chaque cas, la force minimum de serrage est comparée à la force maximale de serrage F calculée quand toutes les électrodes sont alimentées et lorsque la plaquette est référencée à OV, fournissant une pression de serrage « Pserrage » optimale.
Dans le premier cas, correspondant à un mandrin monopolaire :
- si la plaquette n’est pas connectée à une tension de référence, la plaquette flotte au même voltage que l’électrode, conduisant à une absence de serrage et au transfert significatif de charges, et
- si la plaquette est connectée à une tension de référence :
- si cette tension de référence « Vref » est inférieure à la tension maximale du courant alternatif « Vac » utilisé pour le serrage, il existe un point dans lequel l’électrode a la même tension que la tension de référence lors de l’inversion de polarité, conduisant à une absence de serrage et à la perte de la plaquette,
- si cette tension de référence est supérieure à la tension Vac (ou plus basse que la tension minimale), la différence de tension moyenne n’est pas nulle, conduisant à une migration de charges - de plus, la plaquette subit une fluctuation importante sur la force de serrage pouvant générer des défauts significatifs sur la face inférieure de la plaquette ainsi que l’émission de particules, et enfin, la différence de tension maximale entre la plaquette et l’électrode dépasse par moment le tension Vmax préalablement déterminée, entraînant un risque majeur de dégradation irrémédiable du dispositif et /ou de la plaquette,
- de plus, la tension de serrage est très faible : du fait que Vserrage/d est déjà optimisé de telle sorte que Vserrage = Vref + Vac (pour Vref > Vac), alors la force minimum de serrage est Vmin = Vref-Vac, correspondant à une valeur présentant peu d’intérêt pour les personnes compétentes du métier.
Dans le deuxième cas, correspondant à un mandrin bipolaire :
- si la polarité des électrodes 1 et 2 est inversée simultanément, il existe un point dans lequel les deux électrodes sont simultanément à une tension nulle, conduisant à une absence de serrage,
- si la polarité des électrodes 1 et 2 n’est pas inversée simultanément, il existe un moment durant le cycle de serrage dans lequel les deux électrodes présentent la même tension Vserrage :
- si la plaquette n’est pas référencée, la plaquette est perdue,
- si la plaquette est référencée, elle n’est pas perdue mais la tension théorique flottante de la plaquette fluctuant de +Vserrage à -Vserrage, cela conduit à un transfert de charges significatif vers la plaquette,
- de plus lorsqu’une électrode est à OV, la force de serrage réelle correspond à la moitié de la force maximale de la force de serrage désirée : Fmin = Fserrage/2.
Dans le troisième cas, correspondant à un mandrin tripolaire : - dans le cas où les électrodes sont inversées à des moments différents :
- lorsqu’une électrode sur trois est à OV, la force de serrage est à deux tiers de la force de serrage maximale,
- la tension flottante théorique de la plaquette évolue de +1/3 de Vserrage à -1/3 de Vserrage, conduisant à un transfert de charge significatif vers la plaquette si cette plaquette est référencée,
- si la plaquette n’est pas référencée :
- la tension de la plaquette évolue de+1/3 de Vserrage à -1/3 de Vserrage, ce qui peut être un problème significatif (pour l’implémentation d’ions par exemple),
- de plus, la différence de tension entre l’électrode et la plaquette est de 4/3 de Vserrage, c’est-à-dire un tiers de plus que la tension optimisée Vserrage, conduisant au besoin de mettre en oeuvre une tension Vserrage adaptée correspondant à 75% de la tension Vserrage préférentielle et
- la force de serrage maximale correspond alors à Fmin = 2/3 x % Fserrage = 1/2 Fserrage lorsqu’une électrode est à OV.
- dans le cas où deux électrodes sont inversées simultanément, en plus des problèmes identifiés ci-dessus, la force de serrage Fmin correspond à un tiers de la force de serrage théorique Fserrage si la plaquette est référencée. Si le potentiel de la plaquette n’est pas référencé, la plaquette est perdue.
Dans le quatrième cas, correspondant à un mandrin quadripolaire :
- lorsque la polarité des électrodes est inversée par paire :
- la tension théorique de flottement de la plaquette est stable à OV, de telle manière qu’il n’y a pas de différence entre les tensions de plaquette référencées ou non référencées,
- lorsqu’une paire d’électrodes est à OV durant la phase d’inversion, la force de serrage réelle Fmin est à la moitié de la force de serrage théorique Fserrage,
- lorsque la polarité des électrodes n’est pas inversée par paire :
- il existe un moment dans lequel trois électrodes partagent la même polarité, conduisant à une évolution de la tension théorique de flottement de la plaquette entre +1/2 et -1/2 Vserrage,
- si la plaquette est référencée, la force de serrage minimum durant l’inversion de polarité correspond à Fmin = 0,75 x Fserrage, et la fluctuation du potentiel flottant théorique conduit à un transfert de charge significatif vers la plaquette,
- si la plaquette n’est pas référencée :
- la force de serrage minimum lorsque trois électrodes partagent la même polarité correspond à Fmin = 0,75 x Fserrage,
- de plus, la différence de tension entre l’électrode et la plaquette sera de 1 ,5 Vserrage, c’est-à-dire 50% de plus que la valeur Vserrage optimisée, pouvant conduire à un endommagement du système et donc à une adaptation de la tension de serrage à 2/3 de Vserrage, conduisant à l’obtention d’une force minimale de serrage de Fmin = 0,75 x 2/3 Fserrage = 0,5 Fserrage.
Dans le cinquième cas, correspondant à un mandrin hexapolaire :
- lorsque la polarité des électrodes est inversée par paires (cas décrit dans la demande internationale de brevet WO9411944) :
- la tension théorique de flottement de la plaquette reste stable à 0V et
- lorsqu’une paire d’électrodes est à 0V, la force de serrage correspond à 2/3 de la force de serrage maximale,
- lorsque la polarité des électrodes n’est pas inversée par paires :
- il existe un moment dans lequel quatre électrodes partagent la même polarité, conduisant à une évolution de la tension théorique de flottement de la plaquette entre +1/3 et -1/3 Vserrage,
- si la plaquette est référencée, la force de serrage minimum durant l’inversion de polarité correspond à Fmin = 0,83 x Fserrage, et la plaquette est traversée par un courant significatif,
- si la plaquette n’est pas référencée :
- la force de serrage minimum lorsque trois électrodes partagent la même polarité correspond à Fmin = 0,81 x Fserrage,
- de plus, la différence de tension entre l’électrode et la plaquette sera de 1 ,5 Vserrage, c’est-à-dire 50% de plus que la valeur Vserrage optimisée, pouvant conduire à un endommagement du système et donc à une adaptation de la tension de serrage à 2/3 de Vserrage, conduisant à l’obtention d’une force minimale de serrage de Fmin = 0,81 x 0,75 Fserrage = 0,61 Fserrage.
Ainsi, il n’existe aucune solution qui satisfasse aux contraintes préalablement exposées de manière satisfaisante.
PRÉSENTATION DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de serrage électrostatique de plaquette, qui comporte :
- au moins deux électrodes, reliées à au moins deux phases d’un organe de contrôle, configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette,
- lesdites phases et
- ledit organe de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit organe de contrôle étant configuré pour qu’au moins une phase parmi l’ensemble des phases soit de potentiel électrique de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre phase est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.
Ces dispositions confèrent plusieurs avantages au dispositif de serrage :
- la force de serrage est augmentée par rapport à des dispositifs comparables en nombre d’électrodes mises en oeuvre,
- le transfert de charges à la plaquette est minimisé,
- la tension théorique flottante de la plaquette est également limitée et
- le stress électrique du diélectrique est limité, réduisant le vieillissement de ce diélectrique. Conceptuellement, la présente invention vise à, au lieu de mettre en place des séquences d’inversion de potentiel électrique sinusoïdales ou carrées entre les électrodes alimentées, d’intégrer un état potentiel électrique stable correspondant à une tension nulle (et donc une polarité neutre) dans une séquence d’inversion.
Plusieurs cas d’usage peuvent ainsi être mis en oeuvre à partir de ce concept inventif général.
Ainsi, dans certaines variantes, une seule électrode peut être fixée à une tension de zéro volt à un instant donné, plutôt qu’une paire (dans une configuration hexagonale par exemple).
Les profils de changement de polarités peuvent être variés dans leur forme, visant selon les cas à réduire ou nullifier l’excursion de tension théorique flottante de la paquette ou à réduire ou nullifier l’excursion de force de serrage.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, pour chaque électrode, l’établissement successif d’un état électrique stable parmi :
- un premier état de potentiel électrique de polarité positive ou négative,
- un deuxième état de potentiel électrique de polarité neutre, puis
- un troisième état de potentiel électrique de polarité respectivement négative ou positive selon le premier état de potentiel électrique de polarité commandé.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander le changement simultané d’état d’un nombre d’électrodes inférieur au nombre total d’électrodes.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander l’établissement, pour au moins une électrode, d’un changement d’état correspondant à une succession directe d’états de potentiels électriques transitoires sélectionnés parmi les états transitoires entre :
- un état de potentiel électrique de polarité positive et un état de potentiel électrique de polarité neutre,
- un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité positive, - un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité négative et/ou
- un état de potentiel électrique de polarité négative et un état de potentiel électrique de polarité neutre.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander un changement simultané d’états de potentiel électrique entre au moins une paire d’électrodes, correspondant à un échange des valeurs de tension de ces électrodes.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander le changement simultané d’état de potentiel électrique de deux électrodes.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte un nombre impair de phases et d’électrodes supérieur à 1 .
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte trois phases et trois électrodes.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte cinq phases et cinq électrodes.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de potentiel électrique de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la différence de tension entre une électrode et la plaquette et de la capacité formée localement par ce couple électrode-plaquette soit égale à zéro durant la durée de l’état transitoire.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de potentiel électrique de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la capacité formée localement par le couple électrode-plaquette et du carré de la différence de tension entre cette électrode et la plaquette soit égale à une constante durant la durée de l’état transitoire, ladite constante étant égale à cette même somme durant les états stables amont et aval de l’état transitoire.
Dans des modes de réalisation particuliers, la vitesse de variation de tension et/ou la valeur maximale du courant de charge des phases et/ou électrodes durant un état transitoire est limitée à une valeur limite prédéterminée.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, pour au moins deux phases et/ou électrodes, la réalisation d’une séquence de polarisation selon un motif symétrique de séquençage.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation périodique. Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation dans laquelle la durée d’au moins deux états stables est identique.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation dans laquelle la durée de chaque état électrique stable est identique.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, successivement à différentes phase et/ou électrodes voisines, l’établissement d’un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe de contrôle est configuré pour commander, successivement à différentes phase et/ou électrodes non-voisines, l’établissement d’un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre.
Ces modes de réalisation peuvent être réalisés par changement du pilotage des différentes phases ou par changement de la connexion des différentes phases aux électrodes.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un organe de contrôle pour dispositif de serrage électrostatique de plaquette, comportant au moins deux électrodes configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette, qui comporte :
- au moins deux phases configurées pour être reliées aux électrodes,
- un moyen de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque phase, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit moyen de contrôle étant configuré pour qu’au moins une phase parmi l’ensemble des phases soit de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre électrode est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.
Selon un troisième aspect, la présente invention vise un équipement de traitement de plaquettes, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de serrage électrostatique de plaquette objet de la présente invention.
Selon un quatrième aspect, la présente invention vise un procédé de serrage électrostatique de plaquette, qui comporte :
- une étape de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, au moins une électrode parmi l’ensemble des électrodes étant établie en état de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre électrode est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative au cours de l’étape de contrôle dynamique du potentiel électrique.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier d’un mandrin électrostatique tel que mis en oeuvre par la présente invention,
La figure 2 représente, schématiquement, une équivalence de circuit électrique d’un ensemble comportant un mandrin électrostatique et une plaquette,
La figure 3 représente, schématiquement, la manière dont est générée une force de serrage à partir des forces électrostatiques de chaque électrode d’un mandrin électrostatique,
La figure 4 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
La figure 5 représente, schématiquement, une séquence de variation d’états stables pour une électrode,
La figure 6 représente, schématiquement, une première séquence de variation d’états stables pour trois électrodes,
La figure 7 représente, schématiquement, une deuxième séquence de variation d’états stables pour trois électrodes,
La figure 8 représente, schématiquement, trois séquences de variation d’états stables pour cinq électrodes,
La figure 9 représente, schématiquement, divers motifs d’état transitoire de variation de polarité,
La figure 10 représente, schématiquement, trois motifs d’électrodes de mandrins électrostatiques et
La figure 11 représente, schématiquement, deux cycles de serrage par activation sélective d’électrodes de mandrins électrostatiques.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle. Comme on le comprend à la lecture de la présente description, divers concepts inventifs peuvent être mis en oeuvre par une ou plusieurs méthodes ou dispositifs décrits ci-après, dont plusieurs exemples sont ici fournis. Les actions ou étapes réalisées dans le cadre de la réalisation du procédé ou du dispositif peuvent être ordonnées de toute manière appropriée. En conséquence, il est possible de construire des modes de réalisation dans lesquels les actions ou étapes sont exécutées dans un ordre différent de celui illustré, ce qui peut inclure l'exécution de certains actes simultanément, même s'ils sont présentés comme des actes séquentiels dans les modes de réalisation illustrés.
L'expression "et/ou", telle qu'elle est utilisée dans le présent document, doit être comprise comme signifiant Tun ou l'autre ou les deux" des éléments ainsi conjoints, c'est-à-dire des éléments qui sont présents de manière conjonctive dans certains cas et de manière disjonctive dans d'autres cas. Les éléments multiples énumérés avec "et/ou" doivent être interprétés de la même manière, c'est-à-dire "un ou plusieurs" des éléments ainsi conjoints. D'autres éléments peuvent éventuellement être présents, autres que les éléments spécifiquement identifiés par la clause "et/ou", qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, une référence à "A et/ou B", lorsqu'elle est utilisée conjointement avec un langage ouvert tel que "comprenant" peut se référer, dans un mode de réalisation, à A seulement (incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à B seulement (incluant éventuellement des éléments autres que A) ; dans un autre mode de réalisation encore, à A et B (incluant éventuellement d'autres éléments) ; etc.
Tel qu'utilisé ici dans la description, "ou" doit être compris de manière inclusive.
Telle qu'elle est utilisée dans la présente description, l'expression "au moins un", en référence à une liste d'un ou de plusieurs éléments, doit être comprise comme signifiant au moins un élément choisi parmi un ou plusieurs éléments de la liste d'éléments, mais n'incluant pas nécessairement au moins un de chaque élément spécifiquement énuméré dans la liste d'éléments et n'excluant pas toute combinaison d'éléments dans la liste d'éléments. Cette définition permet également la présence facultative d'éléments autres que les éléments spécifiquement identifiés dans la liste des éléments auxquels l'expression "au moins un" fait référence, qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, "au moins l'un de A et B" (ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A ou B", ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A et/ou B") peut se référer, dans un mode de réalisation, à au moins un, incluant éventuellement plus d'un, A, sans B présent (et incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B, sans A présent (et comprenant éventuellement des éléments autres que A) ; dans encore un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, A, et au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B (et comprenant éventuellement d'autres éléments) ; etc.
Dans la description ci-dessous, toutes les expressions transitoires telles que "comprenant", "incluant", "portant", "ayant", "contenant", "impliquant", "tenant", "composé de", et autres, doivent être comprises comme étant ouvertes, c'est-à-dire comme signifiant incluant mais non limité à. Seules les expressions transitoires "consistant en" et "consistant essentiellement en" doivent être comprises comme des expressions transitoires fermées ou semi-fermées, respectivement.
Dans la présente description, on note que l’objectif technique de la présente invention consiste en le pilotage de différentes électrodes à des potentiels électriques différents. Quant à la polarité, elle informe du signe de ce potentiel électrique. Formellement, pour pouvoir décrire tous ces états, il faut un « potentiel de référence ». Ce potentiel de référence peut être fixé arbitrairement à 0.
Ainsi, on a un 0, donc on peut avoir du positif et du négatif, et on a une amplitude par rapport à ce potentiel de référence. On appelle donc ici, indifféremment, « potentiel » ou « tension » la différence de potentiel entre un élément considéré et un potentiel électrique de référence, appelé communément le « neutre » par la communauté scientifique. Ce potentiel de référence peut être la terre, mais pas nécessairement. De même, les termes « polarité neutre » utilisés dans le présent document font référence à un potentiel électrique égal au potentiel de référence, et les termes « polarité positive » et « polarité négative » font référence à des différences de potentiel électrique de valeurs égales vis à vis du potentiel de référence, et de signes opposés.
Dans la présente description, on appelle « état stable de potentiel électrique de polarité » un état électrique correspondant à un état cible prédéterminé et maintenu comparativement longtemps par rapport à un « état transitoire de potentiel électrique de polarité » correspondant à la variation nécessaire de potentiel électrique entre deux états cibles. Dans un état transitoire de potentiel électrique, une valeur de tension est maintenue pendant une durée courte par rapport à une valeur de tension mise en oeuvre dans un état électrique stable. On note que, dans certaines variantes, la durée d’un état électrique stable peut tendre vers zéro, les polarités des électrodes étant alors en permanence dans un cycle d’inversion. Dans de telles variantes, l’état électrique stable considéré correspond à un point particulier sur une courbe d’évolution de polarité, l’état « stable » devenant un état « cible » et transitoire, l’état électrique stable de polarité positive correspondant au point maximum, l’état électrique stable de polarité négative correspondant au point minimum et l’état électrique stable de potentiel électrique neutre correspondant à un potentiel électrique égal au potentiel de référence (typiquement 0 V).
Dans le contexte de la présente invention, on appelle « phase » une source de tension. On note qu’une phase peut être reliée à une pluralité d’électrodes.
On observe, sur la figure 4, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 400 objet de la présente invention. Ce dispositif 400 de serrage électrostatique, comporte :
- au moins deux électrodes, 405 et 410, reliées à au moins deux phases, 406 et 411 , d’un organe 415 de contrôle, configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette,
- lesdites phases, 406 et 411 , et - ledit organe 415 de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque phase, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit organe de contrôle étant configuré pour qu’au moins une phase parmi l’ensemble des phases soit de potentiel électrique de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre phase est en état de polarité potentiel électrique de positive ou négative.
Les phases, 406, 411 , 421 , 426 et 431 , peuvent être au nombre de deux ou plus, et préférentiellement selon un nombre impair pouvant être notamment trois ou cinq.
Les électrodes sont réalisées à partir de tout matériau conducteur ordinairement mis en oeuvre pour réaliser des électrodes de mandrins électrostatiques. De tels matériaux sont largement connus du domaine des mandrins électriques et ils ne sont pas rappelés ici. De même, les variations de structure et de dimension des électrodes sont largement connues du domaine des mandrins électrostatiques.
Pour la présente invention, toute structure et toute dimension d’électrode peut être mise en oeuvre.
L’objectif des électrodes est de réaliser une force de serrage sur la plaquette, tel qu’illustré en regard de la figure 3.
Bien que les autres éléments ordinaires d’un mandrin électrostatiques ne soient pas représentés dans la figure 4, la présence de ces éléments peut être implicitement déduite du contenu des images 1 , 2 et 3. La figure 4 représente un mandrin électrostatique vu de dessus et pour lequel le positionnement relatif de différentes électrodes est explicité. On observe, en figure 10, différents arrangements de surfaces des électrodes de clampages. La référence A correspond à un arrangement tripolaire, tandis que les références B et C correspondent à des arrangements hexapolaires. Ces différents arrangements illustrent différentes géométries pour les électrodes, par comparaison à la figure 4. Les électrodes peuvent ainsi présenter une symétrie radiale. Dans les arrangements de la figure 10, on observe qu’il y a toujours au moins deux électrodes, 1105 et 1110, entre les trous 1115 d’injection du gaz de couplage thermique et la périphérie du mandrin.
En ce qui concerne la figure 4, le mandrin électrostatique représenté comporte cinq électrodes, 405, 410, 420, 425 et 430. Toutes les électrodes peuvent être identiques. Dans des variantes, au moins une électrode présente une surface de dimensions différentes d’au moins une autre électrode. Dans des variantes, au moins une électrode est réalisée en un matériau différent d’au moins une autre électrode.
De la même manière, une couche diélectrique séparant la plaquette des électrodes peut être homogène vis-à-vis de chaque électrode ou bien disposer de caractéristiques locales distinctes. De la même manière, chaque électrode peut être alimentée selon une tension électrique identique en valeur absolue, ou au moins une valeur absolue de tension électrique mise en oeuvre pour au moins une électrode peut être différente d’au moins une autre valeur absolue de tension électrique mise en oeuvre pour au moins une autre électrode.
L’organe 415 de commande correspond, par exemple, à un automate équipé d’un moyen 416 de contrôle, tel un microcontrôleur ou microprocesseur configuré pour exécuter un ensemble d’instructions informatiques correspondant à un logiciel, ledit logiciel comportant des instructions de commande de variation de la polarité de la tension d’au moins une électrode.
La nature exacte de l’organe 415 de commande est largement connue du domaine de la fabrication des organes de commande et cette nature n’est pas limitative pour la mise en oeuvre de la présente invention.
L’organe 415 de commande est défini par son rôle fonctionnel, ce rôle consistant a minima à organiser la variation de potentiel électrique de chaque électrode de sorte à répondre aux différentes contraintes mentionnées dans la discussion de l’état de la technique.
Ainsi, l’organe 415 de commande est configuré pour commander, pour chaque phase, et par conséquent pour chaque électrode connectée à cette phase, une mise en tension correspondant à +Vserrage, OV ou -Vserrage.
Les techniques pour générer et gérer les tensions de chaque phase sont bien connues de l’homme de l’art et ne sont pas détaillées ici.
Préférentiellement, l’organe 415 de commande est configuré pour commander une évolution selon une séquence 600 de serrage prédéterminée correspondant à une succession de variations de la tension d’une électrode, telle que représenté en figure 5. Une telle séquence répétable correspond, par exemple à :
- un état 605 de potentiel électrique de polarité positive,
- un état 610 de potentiel électrique de polarité neutre,
- un état 615 de potentiel électrique de polarité négative puis
- un état 610 de potentiel électrique de polarité neutre.
Une telle séquence peut être réalisée de manière périodique, selon une fréquence, par exemple de 50Hz, de 1 Hz, 0,1 Hz ou de 0,016Hz (correspondant à une période d’une minute).
On observe, enfin, deux types d’états transitoires, 620 et 625, entre un état électrique stable de potentiel électrique de polarité positive et un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre d’une part et entre un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre et un état électrique stable de potentiel électrique de polarité négative d’autre part.
On observe, en figure 6, l’empilement de séquences, 705, 710 et 715, telles que celle illustrée en figure 5 et appliquées de manière déphasée à trois électrodes. Dans cette configuration, à un instant donné, deux électrodes sont alimentées selon une polarité inversée tandis qu’une électrode n’est pas alimentée. Le déphasage particulier mis en oeuvre ici correspond à la durée d’un état électrique stable, l’ensemble des états stables pour l’ensemble des électrodes présentant des durées identiques.
On observe, en figure 7, l’empilement de variantes de séquences, 805, 810 et 815, telles que celle illustrée en figure 5 et appliquées de manière déphasée à trois électrodes. Dans cette configuration, l’état de potentiel électrique de polarité neutre est de plus courte durée pour les séquences 805 et 815 que pour la séquence 810.
Ainsi, dans des modes de réalisations particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour commander, pour chaque électrode, l’établissement successif d’un état électrique stable parmi :
- un premier état de potentiel électrique de polarité positive ou négative,
- un deuxième état de potentiel électrique de polarité neutre, puis
- un troisième état de potentiel électrique de polarité respectivement négative ou positive selon le premier état de potentiel électrique de polarité commandé.
Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure 4, le dispositif 400 comporte cinq électrodes séquentiellement mises en état de potentiel électrique de polarité neutre. Une telle mise en état de potentiel électrique de polarité neutre peut être organisée de proche en proche, c’est-à-dire dans l’ordre des électrodes 405, 410, 420, 425 puis 430 ou en étoile, c’est-à-dire en sautant à chaque fois une électrode, correspondant à l’ordre des électrodes 405, 420, 430, 410 et 425.
De telles organisations sont représentées en figure 11 , dans laquelle :
- une première organisation A correspond à un cycle de serrage en étoile, l’électrode blanche étant en état de potentiel électrique stable de polarité neutre, et
- une deuxième organisation B correspond à un cycle de serrage de proche en proche, ou circulaire.
La figure 8 représente la réalisation de différentes séquences, 905, 910 et 915, de variation pour un dispositif comportant cinq électrodes. Pour chaque telle séquence, une ligne centrale illustre l’état de potentiel électrique de polarité neutre, tandis qu’un rectangle noir positionné au- dessus de cette ligne illustre un état de potentiel électrique de polarité positif et un rectangle noir positionnée au-dessous de cette ligne illustre un état de potentiel électrique de polarité négatif. Ces différentes séquences illustrent la possibilité de maintenir une électrode dans un état de potentiel électrique de polarité déterminé au cours d’un cycle, comme représenté pour les séquences 910 et 915. L’objet de la présente invention n’est donc pas limité à une séquence particulière.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour commander le changement simultané d’état d’un nombre d’électrodes inférieur au nombre total d’électrodes.
Ce nombre d’électrodes changeant d’état est par exemple un nombre pair. Ce nombre d’électrodes peut correspondre à toutes les électrodes sauf une. Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour commander l’établissement, pour au moins une électrode, d’un changement d’état correspondant à une succession directe d’états transitoires sélectionnés parmi les états transitoires entre :
- un état de potentiel électrique de polarité positive et un état de potentiel électrique de polarité neutre,
- un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité négative et/ou.
- un état de potentiel électrique de polarité négative et un état de potentiel électrique de polarité neutre.
Dans des modes de réalisation particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour commander un changement simultané d’états entre au moins une paire d’électrodes, correspondant à un échange des valeurs de tension de ces électrodes.
Dans des modes de réalisations particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la différence de tension entre électrode et plaquette et de la capacité formée localement par le couple électrode-plaquette soit égale à zéro durant la durée de l’état transitoire.
Ce mode de réalisation particulier est représenté par l’équation suivante :
Dans des modes de réalisation particuliers, l’équation suivante est vérifiée uniquement pour deux électrodes changeant simultanément de polarité :
Dans des variantes de ces modes de réalisation particuliers, les autres électrodes restent à une tension identique durant le changement de polarité des deux électrodes.
Dans des variantes de ces modes de réalisation particuliers, la tension des autres est optimisée pour, durant le changement de polarité des deux électrodes, maximiser la force de serrage minimum.
Dans des modes de réalisations particuliers, l’organe 415 de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la capacité formée localement par le couple électrode-plaquette et du carré de la différence de tension entre électrode et plaquette soit égale à une constante durant la durée de l’état transitoire, constante égale à cette même valeur dans les états stables amont et aval.
Ce mode de réalisation particulier est représenté par l’équation suivante :
Dans des modes de réalisation particuliers, l’équation suivante est vérifiée uniquement pour deux électrodes changeant simultanément de polarité :
Dans des variantes de ces modes de réalisation particuliers, les autres électrodes restent à une tension constante durant le changement de polarité des deux électrodes.
Dans des variantes de ces modes de réalisation particuliers, la tension des autres est optimisée pour, durant le changement de polarité des deux électrodes, réduire l’excursion de tension flottante théorique de la plaquette.
Dans des modes de réalisations particuliers, la vitesse de variation de tension et/ou la valeur maximale du courant de charge des électrodes durant un état transitoire est limitée à une valeur limite prédéterminée.
Ainsi, comme on le comprend, dans des variantes, le profil de changement de tension d’un état transitoire peut être linéaire ou non et selon une durée déterminée plus ou moins longue.
On observe, en figure 9, différents profils, A, B et C, de variation correspondant :
- à une variation A linéaire, dans laquelle la tension, 1001 et 1003, de deux électrodes varie de manière linéaire tandis que la tension 1002 d’une électrode est maintenue constante en état potentiel électrique de de polarité négative,
- à une variation B linéaire pour laquelle la tension 1004 de l’électrode ne changeant pas d’état est adaptée de manière à maximiser la pression de serrage de la plaquette, et
- à une variation C limitée en vitesse maximum de variation de tension, pour éviter d’endommager le système, selon un profil de variation prédéterminée, correspondant par exemple à :
- pour une première partie 1005 du profil, la tension d’une électrode A pilote la séquence de changement d’état,
- pour cette première partie du profil, la tension de l’électrode B étant une variable déterminée en fonction de la tension de l’électrode A pour respecter l’équation XC. V2 = constante, et
- pour une première partie 1005 du profil, la tension d’une électrode A évolue selon l’équation 1007 suivante : VA(t) = J ou de manière linéaire 1008 contrainte si la vitesse de variation de tension est supérieure à une vitesse de variation limite prédéterminée, - pour une deuxième partie 1006 du profil ultérieure, la tension de l’électrode B est pilotée et la tension de l’électrode A devient variable pour respecter l’équation XC. V2 = constante.
On note que la présente invention vise également, une succession d’étapes particulières de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention. Ce procédé de serrage électrostatique de plaquette, comporte : - une étape 510 de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, pour commander, pour chaque électrode, l’établissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et - un état de potentiel électrique de polarité neutre, au moins une électrode parmi l’ensemble des électrodes étant établie en état de potentiel électrique de polarité neutre tandis qu’au moins une autre électrode est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative au cours de l’étape de contrôle dynamique du potentiel électrique. Préférentiellement, au cours de l’étape 510 de contrôle, est commandée, pour chaque électrode, un profil de transition d’un état électrique stable à l’autre.
Ci-dessous, on présente un premier comparatif, entre un mode pentapolaire (c’est-à-dire relatif à un dispositif objet de la présente invention comportant cinq électrodes) correspondant à un mode de réalisation particulier de la présente invention et un mode hexapolaire (c’est-à-dire relatif à un dispositif objet de l’art antérieur comportant six électrodes) correspondant à l’art antérieur, des puissances consommées et de la durée de stress d’une électrode pour serrer un wafer.
[Tableau 1] Dans ce premier tableau, on illustre la comparaison des performances entre une version hexapolaire de l’art antérieur tel que décrit dans le brevet US2005052817 et une version pentapolaire objet de la présente invention.
On suppose la durée du procédé identique. On suppose aussi que les tensions de clampage sont identiques en amplitude (on est donc un peu plus faible en force de clampage dans la version hexapolaire). On suppose aussi que les divers états stables ont la même durée pour toutes les électrodes.
Trois cas sont étudiés :
- Cas 1 : même durée de l’état électrique stable entre pentapolaire et hexapolaire,
- Cas 2 : même durée du cycle total de basculement de polarité (temps qu’il faut pour que les diverses électrodes retrouvent la polarité qu’elles avaient au tout début du cycle) et
- Cas 3 : même durée maximale d’un état électrique stable = durée pendant laquelle une électrode donnée reste à la même polarité.
L’objectif principal de la présente invention étant de réduire le risque de collage, qui est considéré par l’homme de l’art comme proportionnel au temps de serrage à une polarité donnée, c’est assurément le cas numéro 3 qui fait le plus sens. Mais les autres cas sont étudiés à toutes fins utiles
Pour chacun de ces cas, on compare :
- L’énergie consommée pour traiter une plaquette (pour appliquer le procédé) : cela donne une information directe sur l’énergie qui doit être fournie au système pour assurer le clampage de la plaquette, et donc sa thermalisation et la bonne réalisation de la recette.
- L’Énergie consommée par une électrode : donne une information sur le stress électrique supportée par chaque ligne électrique qui vient alimenter les électrodes, incluant les passages étanches et les contacts haute tension dans et à l’extérieur du dispositif, que l’homme de l’art connaît comme étant particulièrement fragiles. Cela donne donc une information sur le taux de vieillissement de ces lignes électriques, et par voie de conséquence, sur le risque de panne.
- Le temps durant lequel chaque électrode est soumise à un stress électrostatique : cela donne une information directe sur le niveau de risque de charge du diélectrique, et donc sur le niveau de risque de collage. Cela donne aussi une information directe sur le taux de vieillissement de la (les) couche(s) diélectrique(s), et donc sur le risque de défaillance du dispositif.
Ainsi, pour le cas numéro 3 :
- la puissance consommée pour serrer la plaquette pendant le procédé de fabrication est 29% plus faible avec un dispositif pentapolaire objet de la présente invention comparé à un dispositif hexapolaire de l’art antérieur,
- le vieillissement des lignes électriques haute tension est 15 % plus faible, et il n’y a que 5 lignes au lieu de 6, soit un risque global de défaillance au niveau de la connectique de clampage diminué de 29%,
- le vieillissement de la couche diélectrique est 15% plus faible et - le tout pour une force minimale de serrage supérieure.
Ci-dessous, on présente un deuxième comparatif, entre deux modes pentapolaire correspondant à des modes de réalisation particulier de la présente invention et un mode hexapolaire correspondant à l’art antérieur, des puissances consommées et la durée de stress d’une électrode pour serrer un wafer.
[Tableau 2]
Dans ce second tableau, on illustre la comparaison des performances de serrage entre un dispositif objet de la présente invention en version pentapolaire, et un dispositif hexapolaire suivant le brevet US2005052817.
Pour la version pentapolaire sont étudiés les cas où le profil de basculement de polarité respecte EC.V = constante (appelé « Vwafer constant ») et le cas où le profil de basculement respecte EC.V2 = constante (appelé “ F wafer constant »).
Dans les deux cas, on constate que la force de serrage minimale disponible est supérieure, de 6% pour le cas « Vwafer constant » et de 20% pour le cas « Fwafer constant », et que la variation de cette force de serrage est bien inférieure au cas décrit dans le brevet US2005052817.
Comme on le comprend, la présente invention vise également un organe (415 de contrôle, tel que représenté en figure 4, pour dispositif de serrage électrostatique de plaquette comportant au moins deux électrodes, reliées à au moins deux phases, configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette, qui comporte : - un moyen 416 de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, configuré pour commander, pour chaque électrode, l’établissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit moyen 416 de contrôle étant configuré pour que, hors phases transitoires, au moins une électrode parmi l’ensemble des électrodes soit de potentiel électrique de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre électrode est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.
Un tel moyen 416 de contrôle est, par exemple, un circuit électrique piloté par un circuit électronique, mettant en oeuvre un microcontrôleur par exemple, configuré pour agir comme un automate ou pour exécuter des instructions représentatives d’un programme informatique.
Ce dispositif de commande peut être associé à des recettes de fabrication en interne (piloté de manière autonome) ou recevoir des recettes de fabrication de l’extérieur et ne gérer que les basculements de polarité. Par exemple, le moyen 416 de contrôle génère de façon autonome les fréquences et l’ordre de basculement, mais reçoit de l’extérieur la consigne relative à l’amplitude (= valeur du potentiel électrique) des états de potentiel de polarité.
Un tel moyen 416 de contrôle peut être piloté de manière autonome ou de manière dynamique, par la mise en oeuvre d’un moyen de communication (tel une antenne ou un câble de communication) relié à un réseau d’information, tel l’internet ou un réseau local par exemple, de sorte que des instructions puissent être reçues par le moyen 416 de commande.
De telles instructions peuvent être émises par un logiciel, de manière logique, via une interface de programmation applicative (traduit de l’anglais « Application Programing Interface » ou « API ») ou via une interface graphique utilisateur.

Claims

25 REVENDICATIONS
1 . Dispositif (400) de serrage électrostatique de plaquette, caractérisé en ce qu’il comporte :
- au moins deux électrodes (405, 410), reliées à au moins deux phases d’un organe de contrôle, configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette,
- lesdites phases (406, 411 ) et
- ledit organe (415) de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque phase, configuré pour commander, pour chaque phase et pour chaque électrode reliée à une des phases, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- -un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit organe de contrôle étant configuré pour qu’au moins une phase parmi l’ensemble des phases soit de potentiel électrique de polarité neutre au cours d’au moins un état stable tandis qu’au moins une autre phase est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.
2. Dispositif (400) selon la revendication 1 , dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour, pour chaque électrode, commander l’établissement successif d’un état électrique stable parmi :
- un premier état de potentiel électrique de polarité positive ou négative,
- un deuxième état de potentiel électrique de polarité neutre, puis
- un troisième état de potentiel électrique de polarité respectivement négative ou positive selon le premier état de potentiel électrique de polarité commandé.
3. Dispositif (400) selon l’une des revendication 1 ou 2, dans lequel l’organe de contrôle est configuré pour commander le changement simultané d’état d’un nombre d’électrodes inférieur au nombre total d’électrodes.
4. Dispositif (400) selon la revendication 3, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander l’établissement, pour au moins une électrode, d’un changement d’état correspondant à une succession directe d’états transitoires sélectionnés parmi les états transitoires entre :
- un état de potentiel électrique de polarité positive et un état de potentiel électrique de polarité neutre,
- un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité neutre et un état de potentiel électrique de polarité négative, et/ou
- un état de potentiel électrique de polarité négative et un état de potentiel électrique de polarité neutre.
5. Dispositif (400) selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander un changement simultané d’états entre au moins une paire d’électrodes, correspondant à un échange des valeurs de tension de ces électrodes.
6. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte un nombre impair de phases supérieur à 1 .
7. Dispositif selon la revendication 6, qui comporte trois phases.
8. Dispositif (400) selon la revendication 6, qui comporte cinq phases (406, 411 , 421 , 426, 431 )
9. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la différence de tension entre une électrode et la plaquette et de la capacité formée localement par ce couple électrode- plaquette soit égale à zéro durant la durée de l’état transitoire.
10. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour, lors d’un état transitoire de changement de polarité, contrôler la tension de chaque électrode dans cet état transitoire de sorte que la somme des produits de la capacité formée localement par le couple électrode-plaquette et du carré de la différence de tension entre cette électrode et la plaquette soit égale à une constante durant la durée de l’état transitoire, ladite constante étant égale à cette même somme durant les états stables amont et aval de l’état transitoire.
11 . Dispositif (400) selon la revendication 10, dans lequel la vitesse de variation de tension et/ou la valeur maximale du courant de charge des phases et/ou électrodes durant un état transitoire est limitée à une valeur limite prédéterminée.
12. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 11 , dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, pour au moins deux phases et/ou électrodes, la réalisation d’une séquence de polarisation selon un motif symétrique de séquençage.
13. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation périodique.
14. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation dans laquelle la durée de chaque état électrique stable est identique.
15. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, pour au moins une phase et/ou électrode, la réalisation d’une séquence de polarisation dans laquelle la durée d’au moins deux états stables est identique.
16. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, successivement à différentes phases et/ou électrodes voisines, rétablissement d’un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre. Tl
17. Dispositif (400) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel l’organe (415) de contrôle est configuré pour commander, successivement à différentes phases et/ou électrodes non- voisines, rétablissement d’un état électrique stable de potentiel électrique de polarité neutre.
18. Organe (415) de contrôle pour dispositif (400) de serrage électrostatique de plaquette comportant au moins deux électrodes (405, 410) configurées pour générer une force d’attraction électrostatique sur la plaquette, caractérisé en ce qu’il comporte :
- au moins deux phases (406, 411 ) configurées pour être reliées aux électrodes,
- un moyen (416) de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, ledit moyen de contrôle étant configuré pour que, aux états stables, au moins une phase parmi l’ensemble des phases soit de potentiel électrique de polarité neutre tandis qu’au moins une autre phase est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative.
19. Équipement de traitement de plaquettes, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de serrage électrostatique de plaquette selon l’une des revendications 1 à 17.
20. Procédé de serrage électrostatique de plaquette, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape de contrôle dynamique du potentiel électrique de chaque électrode, configuré pour commander, pour chaque phase, et pour chaque électrode connectée à cette phase, rétablissement d’un état électrique stable parmi :
- un état de potentiel électrique de polarité positive,
- un état de potentiel électrique de polarité négative et
- un état de potentiel électrique de polarité neutre, au moins une phase parmi l’ensemble des phases étant établie à un potentiel électrique de polarité neutre au cours d’au moins un état stable, tandis qu’au moins une autre phase est en état de potentiel électrique de polarité positive ou négative au cours de l’étape de contrôle dynamique du potentiel électrique.
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