FR2774807A1 - ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER AND METHOD OF USE - Google Patents
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Abstract
Description
PORTE-SUBSTRAT ELECTROSTATIQUE ET SON PROCEDE
D'UTILISATION
Domaine technique
La présente invention concerne un porte-substrat électrostatique et son procédé d'utilisation. Un tel porte-substrat est destiné à permettre la manipulation, le transport et le traitement de substrats (de matériau semiconducteur notamment) dont les caractéristiques (épaisseur, taille, fragilité,...) sont telles que les moyens classiques pour effectuer ces opérations ne peuvent pas être utilisés directement sur ces substrats.ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER AND METHOD
OF USE
Technical area
The present invention relates to an electrostatic substrate holder and its method of use. Such a substrate holder is intended to allow the handling, transport and processing of substrates (of semiconductor material in particular) whose characteristics (thickness, size, brittleness, etc.) are such that the conventional means for carrying out these operations do cannot be used directly on these substrates.
Etat de la technique
On peut être amené à traiter, sur un même parc d'équipements, des substrats de diamètres différents, par exemple des substrats de 100 mm et des substrats de 200 mm. Pour passer d'un diamètre de substrat à un autre, il est, dans la plupart des cas, indispensable d'adapter ou de modifier l'équipement.State of the art
It may be necessary to process, on the same fleet of equipment, substrates of different diameters, for example substrates of 100 mm and substrates of 200 mm. To change from one substrate diameter to another, it is, in most cases, essential to adapt or modify the equipment.
Ceci est long et coûteux.This is time consuming and expensive.
Dans certains cas, quand l'équipement est configuré de telle sorte que les substrats sont manipulés et positionnés horizontalement, il peut être possible de poser le substrat sur une plaquette (en matériau de même nature que le substrat ou en matériau différent) qui sert de support au substrat pendant toute la durée du procédé. Cependant, ceci n'est possible que dans une proportion faible des équipements. En outre, les substrats peuvent échapper de leur support sous l'effet de vibrations, d'accélérations, de mouvements d'air, de flux gazeux. In some cases, when the equipment is configured so that the substrates are manipulated and positioned horizontally, it may be possible to place the substrate on a plate (of material of the same kind as the substrate or of different material) which serves as support to the substrate during the entire process. However, this is only possible in a small proportion of the equipment. In addition, the substrates can escape from their support under the effect of vibrations, accelerations, air movements, gas flow.
Un autre inconvénient de ce type de support est qu'il ne fournit pas un bon contact thermique avec le substrat, en raison principalement de l'absence de pression appliquant le substrat sur son support ou porte-substrat. Or, dans certains procédés de traitement du substrat, le contrôle de la température du substrat est indispensable, par exemple dans le cas d'une opération de gravure ionique réactive. Dans ce cas, l'équipement comporte un système de fixation du substrat à traiter sur uh porte-substrat permettant le contrôle de sa température. On contrôle donc la température du substrat par l'intermédiaire de son support. I1 est donc indispensable que le substrat et son support soient en contact thermique intime. Pour cela, il peut être nécessaire que le substrat soit appliqué sur son support avec une certaine pression.Another drawback of this type of support is that it does not provide good thermal contact with the substrate, mainly due to the absence of pressure applying the substrate to its support or substrate holder. However, in certain substrate treatment methods, it is essential to control the temperature of the substrate, for example in the case of a reactive ion etching operation. In this case, the equipment comprises a system for fixing the substrate to be treated on a substrate holder allowing the control of its temperature. The temperature of the substrate is therefore controlled by means of its support. It is therefore essential that the substrate and its support are in intimate thermal contact. For this, it may be necessary for the substrate to be applied to its support with a certain pressure.
Un autre problème à considérer est celui de la fragilité de certains substrats. En particulier, certains procédés de fabrication de circuits électroniques de puissance sur silicium doivent faire face à ce problème. En effet, les performances électriques de certains de ces dispositifs sont dépendantes de l'épaisseur du substrat sur lequel ils sont fabriqués, ce qui conduit à utiliser des substrats de faible épaisseur, par exemple 240 micromètres ou moins (au lieu de 500 micromètres pour un substrat standard). Les substrats minces n'ont pas les propriétés mécaniques suffisantes pour supporter directement les manipulations, transferts et fixations, nécessaires à l'application des procédés concernés. Another problem to consider is that of the fragility of certain substrates. In particular, certain methods of manufacturing electronic power circuits on silicon have to face this problem. Indeed, the electrical performance of some of these devices is dependent on the thickness of the substrate on which they are manufactured, which leads to the use of thin substrates, for example 240 micrometers or less (instead of 500 micrometers for a standard substrate). Thin substrates do not have sufficient mechanical properties to directly support the manipulations, transfers and fixings necessary for the application of the processes concerned.
Un autre exemple où les opérations de manipulation, de transport et de traitement peuvent être délicates est celui des éléments relevant des microtechnologies que constituent des substrats se présentant sous la forme de films minces et/ou souples, par exemple les films de matériau polymère destinés à réaliser des diodes électroluminescentes. Another example where the handling, transport and treatment operations can be delicate is that of the elements pertaining to microtechnologies that constitute substrates in the form of thin and / or flexible films, for example films of polymer material intended for make light-emitting diodes.
On connaît des porte-substrat électrostatiques. Ces dispositifs se présentent sous la forme de structures fixes polarisées extérieurement par des connexions appropriées. Ces structures restent donc à demeure sur les équipements. Electrostatic substrate holders are known. These devices are in the form of fixed structures polarized externally by suitable connections. These structures therefore remain permanently on the equipment.
Exposé de l'invention
I1 est proposé selon la présente invention un porte-substrat permettant de manipuler, de transporter un substrat et permettant de le soumettre à un procédé de fabrication tout en remédiant aux problèmes de l'art antérieur. I1 est également proposé un procédé d'utilisation d'un tel porte-substrat.Statement of the invention
I1 is proposed according to the present invention a substrate holder for handling, transporting a substrate and for subjecting it to a manufacturing process while remedying the problems of the prior art. I1 is also proposed a method of using such a substrate holder.
L'ensemble formé par le substrat et le porte-substrat selon l'invention peut être manipulé, transporté et peut subir différentes étapes d'un procédé comme un substrat de caractéristiques suffisantes pour être manipulé, transporté et traité sans risque particulier. Pour cela, l'ensemble est libre de toute liaison physique avec le milieu environnant, sauf éventuellement pendant les phases de fixation du substrat sur le porte-substrat. The assembly formed by the substrate and the substrate holder according to the invention can be handled, transported and can undergo different stages of a process like a substrate with sufficient characteristics to be handled, transported and treated without particular risk. For this, the assembly is free of any physical connection with the surrounding medium, except possibly during the phases of attachment of the substrate to the substrate holder.
L'invention permet d'obtenir une bonne conduction thermique entre le substrat et le porte-substrat. The invention makes it possible to obtain good thermal conduction between the substrate and the substrate holder.
L'invention permet aussi à l'ensemble constitué par le substrat et son support de pouvoir supporter les divers traitements apportés au substrat lors d'un procédé, sans que ce substrat ne se désolidarise de son support, sans perturbation du procédé, sans création de dommages irréversibles au substrat et à son support. The invention also allows the assembly constituted by the substrate and its support to be able to withstand the various treatments brought to the substrate during a process, without this substrate being detached from its support, without disturbing the process, without creating irreversible damage to the substrate and its support.
L'invention permet de réaliser une liaison de préférence réversible entre le porte-substrat et le substrat, c'est-à-dire que le substrat doit pouvoir être séparé aisément de son support après avoir été soumis à un procédé. The invention makes it possible to produce a preferably reversible connection between the substrate holder and the substrate, that is to say that the substrate must be able to be easily separated from its support after having been subjected to a process.
L'invention permet aussi de rendre le porte-substrat réutilisable. The invention also makes it possible to make the substrate holder reusable.
L'invention offre la possibilité d'avoir une phase de fixation du substrat sur son support simple, rapide et sans dommage pour les deux pièces. The invention offers the possibility of having a phase for fixing the substrate to its simple support, quickly and without damage to the two parts.
L'invention a donc pour objet un porte-substrat destiné à maintenir un substrat pendant qu'un traitement lui est appliqué, comportant, de manière interne et sans contact électrique direct avec l'extérieur, des moyens de conservation de charges électriques pour assurer, au moyen des forces électrostatiques créées par la présence desdites charges électriques, le maintien du substrat sur le porte-substrat. The subject of the invention is therefore a substrate holder intended to hold a substrate while a treatment is applied to it, comprising, internally and without direct electrical contact with the outside, means for preserving electrical charges to ensure, by means of the electrostatic forces created by the presence of said electric charges, the maintenance of the substrate on the substrate holder.
Les moyens de conservation des charges électriques peuvent être des moyens permettant la conservation de charges implantées. Dans ce cas, le porte-substrat peut être constitué d'une plaquette de silicium recouverte d'une couche de silice, lesdites charges électriques étant implantées dans la plaquette de silicium. I1 peut aussi être constitué d'une plaquette de matériau isolant. Avantageusement, les charges électriques implantées sont des ions H+. The means for preserving electrical charges can be means allowing the conservation of implanted charges. In this case, the substrate holder may consist of a silicon wafer covered with a layer of silica, said electrical charges being implanted in the silicon wafer. I1 can also consist of a plate of insulating material. Advantageously, the implanted electrical charges are H + ions.
Les moyens de conservation des charges électriques peuvent être des moyens permettant la conservation de charges générées par un circuit de charge. Ce porte-substrat peut comporter des moyens d'accès électrique permettant d'apporter lesdites charges électriques générées par le circuit de charge aux moyens de conservation desdites charges électriques. Ces moyens d'accès électrique permettent notamment d'établir un contact électrique avec les moyens de conservation des charges électriques seulement pendant la phase de fixation de ces charges. The means for preserving electric charges can be means allowing the conservation of charges generated by a charging circuit. This substrate holder may include electrical access means making it possible to supply said electrical charges generated by the charging circuit to the means for preserving said electrical charges. These electrical access means make it possible in particular to establish electrical contact with the means for preserving electrical charges only during the phase of fixing these charges.
Le porte-substrat selon l'invention peut comporter en outre au moins une électrode externe susceptible d'exercer une action sur le substrat par effet capacitif ou par effet de conduction électrique, cette électrode externe étant apte à être reliée électriquement à un potentiel de référence extérieur. The substrate holder according to the invention may further comprise at least one external electrode capable of exerting an action on the substrate by capacitive effect or by electrical conduction effect, this external electrode being able to be electrically connected to a reference potential. outside.
Selon une autre variante, les moyens de conservation des charges électriques comprennent au moins une électrode interne. Le porte-substrat peut comporter au moins deux électrodes internes chargées à des potentiels différents. I1 peut alors comporter un circuit de charge des deux électrodes internes. Ce circuit de charge peut être un circuit redresseur dont la sortie est reliée auxdites deux électrodes internes pour leur fournir, sous l'effet d'un champ électromagnétique alternatif appliqué au circuit de charge, une différence de potentiel continu. Des moyens de coupure peuvent être prévus pour isoler le circuit de charge des électrodes internes. According to another variant, the means for preserving the electric charges comprise at least one internal electrode. The substrate holder can include at least two internal electrodes charged at different potentials. I1 can then include a charging circuit for the two internal electrodes. This charging circuit can be a rectifier circuit, the output of which is connected to said two internal electrodes to provide them, under the effect of an alternating electromagnetic field applied to the charging circuit, with a difference in direct potential. Cut-off means can be provided to isolate the charging circuit from the internal electrodes.
Les moyens de conservation des charges électriques permettant la conservation de charges générées par un circuit de charges, le porte-substrat peut être conçu pour être chargé au moyen d'au moins deux électrodes disposées de part et d'autre du porte-substrat, l'une de ces électrodes étant transparente, reliée à une première borne d'un générateur de charges et en contact électrique avec une couche photoconductrice du porte-substrat, l'autre électrode étant reliée à l'autre borne du générateur de charges et étant isolée desdits moyens de conservation de charges électriques du porte-substrat. Le circuit de charge peut comporter des moyens photovoltaïques intégrés dans le porte-substrat. The means for preserving the electric charges allowing the conservation of charges generated by a charging circuit, the substrate holder can be designed to be charged by means of at least two electrodes arranged on either side of the substrate holder, l one of these electrodes being transparent, connected to a first terminal of a charge generator and in electrical contact with a photoconductive layer of the substrate holder, the other electrode being connected to the other terminal of the charge generator and being isolated said means for preserving electrical charges of the substrate holder. The charging circuit may include photovoltaic means integrated in the substrate holder.
L'invention a aussi pour objet un procédé d'utilisation d'un porte-substrat tel que défini ci-dessus, comportant les étapes suivantes
- une étape de fourniture desdites charges électriques au porte-substrat,
- une étape d'installation du substrat sur le porte-substrat, en vue de les rendre solidaires gracie à des forces électrostatiques, avant de lui appliquer le traitement,
- une étape de séparation éventuelle entre le substrat et le porte-substrat après l'application dudit traitement.The invention also relates to a method of using a substrate holder as defined above, comprising the following steps
a step of supplying said electrical charges to the substrate holder,
a step of installing the substrate on the substrate holder, in order to make them integral thanks to electrostatic forces, before applying the treatment to it,
- A possible separation step between the substrate and the substrate holder after the application of said treatment.
L'étape d'installation du substrat sur le porte-substrat peut être effectuée avant l'étape de fourniture desdites charges électriques au porte-substrat. The step of installing the substrate on the substrate holder can be carried out before the step of supplying said electrical charges to the substrate holder.
L'étape de fourniture des charges électriques peut être réalisée par un circuit de charge. Si le circuit de charge comporte des moyens photovoltaïques, les charges peuvent être produites suite à une illumination du porte-substrat. The step of supplying electrical charges can be carried out by a charging circuit. If the charging circuit includes photovoltaic means, the charges can be produced following an illumination of the substrate holder.
Si les moyens de conservation des charges électriques permettent la conservation de charges implantées, celles-ci sont fournies par implantation de particules chargées électriquement. If the means for conserving electric charges allow the conservation of implanted charges, these are provided by implantation of electrically charged particles.
Si le circuit de charge comporte au moins deux électrodes disposées de part et d'autre du porte-substrat, l'une de ces électrodes étant transparente, reliée à une première borne d'un générateur de charges et en contact électrique avec une couche photoconductrice du porte-substrat, l'autre électrode étant reliée à l'autre borne du générateur de charge et étant isolée desdits moyens de conservation des charges électriques du porte-substrat, l'étape de fourniture des charges électriques comprend l'application d'un champ électrique continu au porte-substrat par le générateur de charges et l'illumination du porte-substrat. If the charging circuit has at least two electrodes placed on either side of the substrate holder, one of these electrodes being transparent, connected to a first terminal of a charge generator and in electrical contact with a photoconductive layer of the substrate holder, the other electrode being connected to the other terminal of the charge generator and being isolated from said means for preserving the electric charges of the substrate holder, the step of supplying the electric charges comprises the application of a continuous electric field to the substrate holder by the charge generator and the illumination of the substrate holder.
L'étape de séparation peut comprendre au moins l'une des opérations suivantes : application de forces mécaniques entre le substrat et le porte-substrat, diminution du nombre des charges électriques fournies au porte-substrat, fourniture de charges électriques de signe opposé à celui des charges électriques fournies au porte-substrat. The separation step can comprise at least one of the following operations: application of mechanical forces between the substrate and the substrate holder, reduction in the number of electrical charges supplied to the substrate holder, supply of electrical charges of opposite sign to that electric charges supplied to the substrate holder.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des figures annexées parmi lesquelles
- la figure 1 représente, en coupe transversale, une première variante d'un porte-substrat selon la présente invention
- la figure 2 représente, en coupe transversale, une deuxième variante d'un porte-substrat selon la présente invention,
- la figure 3 représente, en coupe transversale, une troisième variante d'un porte-substrat selon la présente invention, équipé d'un circuit de charge représenté de manière symbolique,
- la figure 4 représente, en coupe transversale, une quatrième variante d'un porte-substrat selon la présente invention, équipé d'un circuit de charge fonctionnant par génération photovoltaïque,
- la figure 5 représente, en coupe transversale, une cinquième variante d'un porte-substrat selon la présente invention, au cours de l'étape de fourniture des charges électriques.Brief description of the drawings
The invention will be better understood and other advantages and features will appear on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, accompanied by the appended figures among which
- Figure 1 shows, in cross section, a first variant of a substrate holder according to the present invention
FIG. 2 represents, in cross section, a second variant of a substrate holder according to the present invention,
FIG. 3 represents, in cross section, a third variant of a substrate holder according to the present invention, equipped with a charging circuit represented symbolically,
FIG. 4 represents, in cross section, a fourth variant of a substrate holder according to the present invention, equipped with a charging circuit operating by photovoltaic generation,
- Figure 5 shows, in cross section, a fifth variant of a substrate holder according to the present invention, during the step of supplying electrical charges.
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention
Pour une utilisation dans le domaine de la micro-électronique, le porte-substrat est avantageusement réalisé à partir de matériaux compatibles avec les exigences des procédés mis en oeuvre et des traitements en température. Ces matériaux peuvent être, de façon non limitative, le silicium monocristallin, le silicium polycristallin, l'oxyde de silicium SiO2, le nitrure de silicium Si3N4, le carbure de silicium SiC.Detailed description of embodiments of the invention
For use in the field of microelectronics, the substrate holder is advantageously made from materials compatible with the requirements of the processes used and of the temperature treatments. These materials can be, without limitation, monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, silicon oxide SiO2, silicon nitride Si3N4, silicon carbide SiC.
Le procédé d'utilisation du porte-substrat comporte une étape de charge du porte-substrat afin de fixer des charges électriques internes et une étape d'installation du substrat à traiter sur le porte-substrat, ces deux étapes pouvant éventuellement être combinées. L'installation du substrat sur le porte-substrat consiste à mettre directement en contact des surfaces de ces éléments. The method of using the substrate holder comprises a step of charging the substrate holder in order to fix internal electrical charges and a step of installing the substrate to be treated on the substrate holder, these two steps possibly being able to be combined. The installation of the substrate on the substrate holder consists in bringing the surfaces of these elements directly into contact.
Les forces nécessaires au maintien du substrat sur le porte-substrat sont constituées par les forces électrostatiques existant entre le porte-substrat (comportant les charges électriques) et le substrat où sont induites des charges par influence électrostatique due aux charges électriques du porte-substrat. Eventuellement, le substrat peut aussi porter des charges électriques fixes. The forces necessary to maintain the substrate on the substrate holder are constituted by the electrostatic forces existing between the substrate holder (comprising the electrical charges) and the substrate where charges are induced by electrostatic influence due to the electrical charges of the substrate holder. Optionally, the substrate can also carry fixed electrical charges.
Si le substrat est entièrement constitué de matériau diélectrique, les charges induites sont des charges dipolaires liées à la polarisation du diélectrique sous l'effet du champ électrique créé par la charge du porte-substrat. Si le substrat n'est pas entièrement constitué de matériau diélectrique et comporte donc une partie conductrice (au sens électrostatique du terme), deux situations se présentent suivant que la partie conductrice du substrat présente ou non une possibilité de liaison électrique vers l'extérieur (vers la masse ou vers un générateur de tension). Cette liaison, si elle existe, n'est pas nécessairement permanente. I1 suffit qu'elle existe pendant la phase de fixation du substrat sur le porte-substrat. Dans le cas où la liaison électrique n'est pas possible, la charge électrique globale induite par influence dans le substrat reste égale à zéro (autant de charges plus créées par influence que de charges moins). Dans lthypothèse où les moyens de conservation des charges électriques du porte-substrat présentent au substrat un même potentiel, le potentiel du substrat s'ajuste à une valeur égale ou très voisine de celle des moyens de conservation des charges du porte-substrat. En conséquence, la force d'attraction entre le substrat et son support est nulle ou très faible. Si le porte-substrat offre au substrat des potentiels différents, le potentiel du substrat s'ajuste à une valeur intermédiaire, fonction des différents potentiels offerts par le porte-substrat et des divers éléments capacitifs intervenants. La force d'attraction entre le substrat et son support est alors significative. If the substrate is entirely made of dielectric material, the induced charges are dipole charges linked to the polarization of the dielectric under the effect of the electric field created by the charge of the substrate holder. If the substrate is not entirely made of dielectric material and therefore comprises a conductive part (in the electrostatic sense of the term), two situations arise depending on whether or not the conductive part of the substrate has the possibility of an electrical connection to the outside ( to ground or to a voltage generator). This link, if it exists, is not necessarily permanent. It suffices that it exists during the phase of fixing the substrate to the substrate holder. In the case where the electrical connection is not possible, the overall electrical charge induced by influence in the substrate remains equal to zero (as many charges more created by influence as charges less). In the hypothesis where the means for preserving the electrical charges of the substrate holder present the same potential to the substrate, the potential of the substrate adjusts to a value equal to or very close to that of the means for conserving the charges of the substrate holder. Consequently, the force of attraction between the substrate and its support is zero or very low. If the substrate holder offers different potentials to the substrate, the substrate potential adjusts to an intermediate value, depending on the different potentials offered by the substrate holder and the various intervening capacitive elements. The attraction force between the substrate and its support is then significant.
Donc, dans le cas où la liaison électrique de la partie conductrice du substrat avec l'extérieur (vers la masse ou vers un générateur) n'est pas possible, un porte-substrat offrant au moins deux potentiels différents (de préférence de signes différents, ou l'un des potentiels étant égal à zéro) est une solution envisageable. Therefore, in the case where the electrical connection of the conductive part of the substrate with the outside (to ground or to a generator) is not possible, a substrate holder offering at least two different potentials (preferably with different signs , or one of the potentials being equal to zero) is a possible solution.
Une autre solution envisageable est de combiner des moyens de conservation de charges électriques internes au substrat avec une ou plusieurs électrodes externes, c'est-à-dire non recouvertes de matériau diélectrique et dont le potentiel peut être fixé en établissant une liaison électrique avec un générateur ou avec la masse. A titre d'exemple, le potentiel interne du porte-substrat peut être positif et une électrode externe peut être prévue et être mise au potentiel de la masse. L'électrode ou les électrodes externes participent à la fixation du potentiel du substrat, par effet capacitif si elles ne sont pas en contact avec la partie conductrice du substrat (soit qu'il y ait un espace entre elles et le substrat, soit que le substrat est recouvert d'un diélectrique) ou par conduction si la partie conductrice du substrat et les électrodes externes sont en contact. Ce dernier cas correspond au cas où la partie conductrice du substrat peut être reliée électriquement à l'extérieur. Another possible solution is to combine means for preserving electrical charges internal to the substrate with one or more external electrodes, that is to say not covered with dielectric material and the potential of which can be fixed by establishing an electrical connection with a generator or with ground. By way of example, the internal potential of the substrate holder can be positive and an external electrode can be provided and be brought to ground potential. The electrode or external electrodes participate in fixing the potential of the substrate, by capacitive effect if they are not in contact with the conductive part of the substrate (either that there is a space between them and the substrate, or that the substrate is covered with a dielectric) or by conduction if the conductive part of the substrate and the external electrodes are in contact. The latter case corresponds to the case where the conductive part of the substrate can be electrically connected to the outside.
Dans le cas où une liaison électrique vers l'extérieur est possible, le potentiel du substrat peut être imposé, en particulier à un potentiel différent de celui fourni par le porte-substrat. La force d'attraction entre le substrat et son support peut alors être significative. Dans ce cas, un porte-substrat à charges électriques internes uniquement (sans électrode externe) est satisfaisant. In the case where an electrical connection to the outside is possible, the potential of the substrate can be imposed, in particular at a potential different from that provided by the substrate holder. The force of attraction between the substrate and its support can then be significant. In this case, a substrate holder with internal electrical charges only (without external electrode) is satisfactory.
Dans une variante du procédé d'utilisation, l'installation du substrat sur son support ou porte-substrat peut être réalisée avant l'étape de charge du porte-substrat. Ainsi pendant la phase de charge du porte-substrat, le substrat se trouve disposé sur son support et y est maintenu pendant la durée de cette phase. Ce mode de mise en oeuvre présente l'avantage de solidariser le substrat et son support de façon optimum. En effet, dans ce cas, toute charge électrique déposée dans le porte-substrat induit une charge équivalente dans le substrat alors que si la mise en contact est réalisée après la charge du porte-substrat, dans l'intervalle de temps entre les deux opérations, l'effet d'une partie des charges peut être compensé par le piégeage en surface du support de charges de signe opposé dues, par exemple, à l'attraction d'électrons ou d'ions libres dans l'atmosphère. In a variant of the method of use, the installation of the substrate on its support or substrate holder can be carried out before the step of charging the substrate holder. Thus during the charging phase of the substrate holder, the substrate is placed on its support and is kept there for the duration of this phase. This mode of implementation has the advantage of securing the substrate and its support optimally. Indeed, in this case, any electrical charge deposited in the substrate holder induces an equivalent charge in the substrate whereas if the contacting is carried out after the charging of the substrate holder, in the time interval between the two operations , the effect of part of the charges can be offset by trapping on the surface of charges of opposite sign due, for example, to the attraction of electrons or free ions in the atmosphere.
La figure 1 représente un porte-substrat 1, vu en coupe transversale, destiné à supporter un substrat de silicium de 100 mm de diamètre et de 150 um d'épaisseur. Le porte-substrat 1 est constitué d'une plaquette 2 de silicium de 100 mm de diamètre et de 500 um d'épaisseur, recouverte sur toute sa surface d'une couche 3 de SiO2 de 1,5 um d'épaisseur. Dans ce mode particulier de réalisation, la charge du porte-substrat 1 est obtenue par implantation d'ions H+ dans la plaquette 2 au travers de la couche d'oxyde 3 comme cela est figuré sur la figure 1. Les charges implantées se répartissent dans la zone 4 jouant le rôle d'électrode. L'énergie d'implantation peut être de l'ordre de 200 keV pour une dose de l'ordre de 6.1012 cm2. Cette dose correspond à une charge électrique déposée de l'ordre de 10-6 C/cm2 soit 7.10-5 C pour une surface implantée d'environ 70 cm2. Cette charge électrique génère dans la couche d'oxyde un champ électrique inférieur à son champ de claquage. En effet, la dose apportant la charge électrique correspondant au champ de claquage de l'oxyde est 2,5.1013 cm2. Cette valeur est calculée sur la base d'un champ de claquage de 109 V/cm et d'une constante diélectrique de 4. FIG. 1 represents a substrate holder 1, seen in cross section, intended to support a silicon substrate 100 mm in diameter and 150 μm thick. The substrate holder 1 consists of a wafer 2 of silicon 100 mm in diameter and 500 μm thick, covered over its entire surface with a layer 3 of SiO 2 1.5 μm thick. In this particular embodiment, the charge of the substrate holder 1 is obtained by implantation of H + ions in the wafer 2 through the oxide layer 3 as shown in FIG. 1. The implanted charges are distributed in zone 4 playing the role of electrode. The implantation energy can be of the order of 200 keV for a dose of the order of 6.1012 cm2. This dose corresponds to an electrical charge deposited of the order of 10-6 C / cm2, ie 7.10-5 C for an implanted surface of approximately 70 cm2. This electric charge generates in the oxide layer an electric field lower than its breakdown field. Indeed, the dose providing the electric charge corresponding to the breakdown field of the oxide is 2.5 × 1013 cm2. This value is calculated on the basis of a breakdown field of 109 V / cm and a dielectric constant of 4.
A titre de variante, le porte-substrat peut être constitué d'une plaquette de silicium de 100 mm de diamètre pour 500 um d'épaisseur, recouverte de deux couches diélectriques, une couche de SiO2 et une couche de Si3N4, totalisant une épaisseur de 20 um La charge du porte-substrat est obtenue par implantation d'ions
H+ dans la plaquette au travers des couches diélectriques. L'énergie d'implantation peut être de l'ordre de 2000 keV pour une dose de l'ordre de 6.10'2 cm2. Cette dose correspond à une charge électrique déposée de l'ordre de 7. 10-5 C pour une surface implantée d'environ 70 cm2.Alternatively, the substrate holder may consist of a silicon wafer 100 mm in diameter and 500 μm thick, covered with two dielectric layers, a layer of SiO2 and a layer of Si3N4, totaling a thickness of 20 um The charge of the substrate holder is obtained by implantation of ions
H + in the wafer through the dielectric layers. The implantation energy can be of the order of 2000 keV for a dose of the order of 6.10'2 cm2. This dose corresponds to an electrical charge deposited of the order of 7.10-5 C. for an implanted surface of approximately 70 cm 2.
La figure 2 représente un porte-substrat 5, vu en coupe transversale, destiné à supporter un substrat de silicium de 100 mm de diamètre et de 150 um d'épaisseur. Cette fois, le porte-substrat 5 est constitué d'une plaquette de matériau isolant, par exemple de la silice. Comme précédemment la plaquette fait 100 mm de diamètre pour 500 um d'épaisseur. La charge du porte-substrat est réalisée par implantation d'ions H+ qui se répartissent dans la zone 6 constituant ainsi une électrode. L'énergie d'implantation peut être de l'ordre de 200 keV pour une dose de l'ordre de 6.1012 cl~2. La zone 6 où les ions restent implantés est à une profondeur, par rapport à la surface d'implantation, voisine de la fin de parcours des ions, c'est-à-dire entre 1,5 et 2 um. FIG. 2 represents a substrate holder 5, seen in cross section, intended to support a silicon substrate 100 mm in diameter and 150 μm thick. This time, the substrate holder 5 consists of a plate of insulating material, for example silica. As before, the plate is 100 mm in diameter and 500 μm thick. The charge of the substrate holder is carried out by implantation of H + ions which are distributed in the zone 6 thus constituting an electrode. The implantation energy can be of the order of 200 keV for a dose of the order of 6.1012 cl ~ 2. Zone 6 where the ions remain implanted is at a depth, relative to the implantation surface, close to the end of the ion path, that is to say between 1.5 and 2 μm.
Le choix d'ions positifs permet de générer une charge d'électrode positive qui peut, dans certaines conditions, être plus stable dans le temps qu'une charge négative. En effet, dans l'hypothèse d'une charge négative, une compensation partielle de cette charge au cours du temps pourrait avoir lieu du fait de la migration sous le champ électrique d'ions alcalins positifs (apportés ou présents à la surface) à travers l'oxyde SiO2 en direction de l'électrode chargée, ceci en particulier si la plaquette support est portée en température. The choice of positive ions makes it possible to generate a positive electrode charge which can, under certain conditions, be more stable over time than a negative charge. Indeed, in the hypothesis of a negative charge, a partial compensation of this charge over time could take place due to the migration under the electric field of positive alkaline ions (brought or present on the surface) through the oxide SiO2 in the direction of the charged electrode, this in particular if the support plate is brought to temperature.
Lorsqu'une charge négative est choisie, on utilise l'irradiation de la plaquette support avec des électrons. Par exemple, des électrons d'une énergie de l'ordre de 100 keV pour une épaisseur d'oxyde de 1,5 um
La figure 3 illustre une variante de porte-substrat selon l'invention qui comprend deux électrodes (ou deux jeux d'électrodes) dont les charges apportées sont de signes opposés. Le porte-substrat 10 est réalisé à partir d'une plaquette de silice 11 incorporant deux électrodes 12 et 13 (ou deux jeux d'électrodes), par exemple en silicium polycristallin dopé, sous la surface supérieure de la plaquette. La polarisation des électrodes 12 et 13 est obtenue au moyen d'un circuit de charge 14 incorporé à la plaquette 11. Ce circuit de charge comprend une bobine 15 et un redresseur 16. La bobine 15 est réalisée en couche mince par les techniques connues de la microtechnologie. Le redresseur 16 peut être une diode à très faible courant de fuite. L'application d'un champ électromagnétique à l'ensemble de la plaquette 11 génère une différence de potentiel continu entre les deux électrodes 12 et 13 grâce au système redresseur et intégrateur constitué par la bobine, le redresseur et les capacités des électrodes.When a negative charge is chosen, the irradiation of the support plate with electrons is used. For example, electrons with an energy of the order of 100 keV for an oxide thickness of 1.5 μm
FIG. 3 illustrates a variant of a substrate holder according to the invention which comprises two electrodes (or two sets of electrodes) whose charges are of opposite signs. The substrate holder 10 is produced from a silica wafer 11 incorporating two electrodes 12 and 13 (or two sets of electrodes), for example made of doped polycrystalline silicon, under the upper surface of the wafer. The polarization of the electrodes 12 and 13 is obtained by means of a charging circuit 14 incorporated in the wafer 11. This charging circuit comprises a coil 15 and a rectifier 16. The coil 15 is produced in a thin layer by the known techniques of microtechnology. The rectifier 16 can be a diode with very low leakage current. The application of an electromagnetic field to the whole of the wafer 11 generates a difference in continuous potential between the two electrodes 12 and 13 thanks to the rectifier and integrator system constituted by the coil, the rectifier and the capacities of the electrodes.
L'ensemble bobine-redresseur peut être réalisé sous forme plus élaborée qu'une simple bobine en série avec une diode. Des ponts redresseurs, multiplieurs de tension, systèmes polyphasés peuvent être employés. The coil-rectifier assembly can be produced in a more elaborate form than a simple coil in series with a diode. Rectifier bridges, voltage multipliers, polyphase systems can be used.
De façon préférentielle, le système redresseur sera constitué d'un dispositif électronique commandable. Par exemple, un transistor MOS dont la grille sera elle-même commandée par l'intermédiaire d'un circuit comportant une bobine de détection du signal de commande. Preferably, the rectifier system will consist of a controllable electronic device. For example, an MOS transistor whose gate will itself be controlled by means of a circuit comprising a coil for detecting the control signal.
Dans un mode particulier de réalisation, le porte-substrat comporte, dans la partie supérieure de sa face avant (c'est-à-dire la face destinée à supporter le substrat), un réseau d'électrodes internes destiné à être polarisé positivement, intercalé avec un réseau d'électrodes internes destiné à être polarisé négativement. Un tel dispositif est représenté à la figure 4. Le porte-substrat 20 est réalisé à partir d'une plaquette de silicium 21 isolée sur toutes ses faces par un ensemble de couches iolantes référencé, par souci de simplification, par la référence unique 22. Ces couches sont par exemple des couches d'oxyde. In a particular embodiment, the substrate holder comprises, in the upper part of its front face (that is to say the face intended to support the substrate), an array of internal electrodes intended to be positively polarized, intercalated with a network of internal electrodes intended to be negatively polarized. Such a device is shown in FIG. 4. The substrate holder 20 is produced from a silicon wafer 21 insulated on all of its faces by a set of insulating layers referenced, for the sake of simplification, by the single reference 22. These layers are for example oxide layers.
Côté face avant, la couche d'oxyde 22 inclut des électrodes 23 et 24 destinées à être polarisées sous des signes opposés. La face arrière du porte-substrat 20 est pourvue d'un ensemble de cellules photovoltaïques 25 réalisées à partir de jonctions pn dans la plaquette 21. Les cellules photovoltaïques sont isolées les unes des autres et du reste de la plaquette grâce à une couche d'oxyde 22A (structure de type SOI) et des tranchées isolantes 22B. Elles sont éventuellement mises en série par des métallisations 26. Dans ce cas, l'électrode 23 est reliée électriquement à une extrémité du circuit de charge constitué par l'ensemble des cellules photovoltaïques grâce à un puits conducteur 27 et l'électrode 24 est reliée électriquement à l'autre extrémité du circuit de charge grâce à un puits conducteur 28. Ces puits conducteurs sont isolés de part et d'autre par le diélectrique 22. La polarisation des électrodes 23 et 24 est effectuée en éclairant la face arrière du porte-substrat par un faisceau lumineux de longueur d'onde et de flux appropriés.On the front face side, the oxide layer 22 includes electrodes 23 and 24 intended to be polarized under opposite signs. The rear face of the substrate holder 20 is provided with a set of photovoltaic cells 25 produced from pn junctions in the wafer 21. The photovoltaic cells are isolated from each other and from the rest of the wafer by means of a layer of oxide 22A (SOI type structure) and insulating trenches 22B. They are optionally placed in series by metallizations 26. In this case, the electrode 23 is electrically connected to one end of the charging circuit formed by all of the photovoltaic cells by means of a conductive well 27 and the electrode 24 is connected electrically at the other end of the charging circuit thanks to a conductive well 28. These conductive wells are isolated on both sides by the dielectric 22. The polarization of the electrodes 23 and 24 is carried out by lighting the rear face of the holder. substrate by a light beam of suitable wavelength and flux.
La mise en place et la fixation d'un substrat sur un tel porte-substrat sont réalisées de la façon suivante. On place le substrat en contact intime avec la face avant du porte-substrat (de préférence le porte-substrat est maintenu horizontalement, la face avant tournée vers le ' haut) . La face arrière du porte-substrat est éclairée de façon à générer la tension qui maintient le substrat sur le porte-substrat par le jeu des forces électrostatiques. The establishment and fixing of a substrate on such a substrate holder are carried out as follows. The substrate is placed in intimate contact with the front face of the substrate holder (preferably the substrate holder is held horizontally, the front face facing upwards). The rear face of the substrate holder is illuminated so as to generate the voltage which maintains the substrate on the substrate holder by the play of electrostatic forces.
De façon générale, quel que soit le système de génération de la tension de polarisation, un interrupteur électrique à contact mécanique peut être introduit dans le circuit. Cet interrupteur doit être commandable de l'extérieur et permet d'isoler galvaniquement les électrodes après la période de charge. En particulier, cela permet d'éviter les pertes, relativement faibles, dues au courant inverse des diodes de redressement, ou photovoltaïques, qui conduisent à une décharge lente des électrodes. In general, whatever the system for generating the bias voltage, an electrical switch with mechanical contact can be introduced into the circuit. This switch must be controllable from the outside and makes it possible to galvanically isolate the electrodes after the charging period. In particular, this makes it possible to avoid the relatively small losses due to the reverse current of the rectifier or photovoltaic diodes, which lead to a slow discharge of the electrodes.
La figure 5 illustre une autre manière de polariser un porte-substrat selon l'invention. Le porte-substrat 30 est par exemple constitué d'une plaquette 31 de silicium entourée d'une couche d'oxyde de silicium 32. La fourniture des charges électriques est réalisée de la manière suivante. Le porte-substrat 30 est inséré entre deux électrodes conductrices 33 et 34. L'électrode 34 est choisie transparente à un flux de rayonnement (visible, ultraviolet, X). Pour cela, on peut utiliser un matériau conducteur transparent. On peut également utiliser une électrode ajourée (par exemple percée d'un réseau d'ouvertures) si le matériau n'est pas transparent. FIG. 5 illustrates another way of polarizing a substrate holder according to the invention. The substrate holder 30 is for example made up of a silicon wafer 31 surrounded by a layer of silicon oxide 32. The supply of electrical charges is carried out in the following manner. The substrate holder 30 is inserted between two conductive electrodes 33 and 34. The electrode 34 is chosen to be transparent to a flux of radiation (visible, ultraviolet, X). For this, one can use a transparent conductive material. One can also use an openwork electrode (for example pierced with a network of openings) if the material is not transparent.
Les deux électrodes sont polarisées par une tension V. On peut par exemple appliquer + 1000 volts sur l'électrode 33 et 0 volt sur l'électrode 34. Les deux électrodes étant polarisées, la couche d'oxyde 32 du porte-substrat est éclairée au travers de l'électrode transparente 34 par le flux de rayonnement qui permet de rendre la couche d'oxyde éclairée suffisamment conductrice pour que l'électrode transparente 34 et la zone du porte-substrat qui doit conserver les charges électriques soient équipotentielles. Alors, l'éclairement est interrompu et la polarisation est supprimée. Les électrodes 33 et 34 peuvent être retirées. Le porte-substrat 30 est alors chargé, négativement dans cet exemple. The two electrodes are polarized by a voltage V. It is for example possible to apply + 1000 volts to the electrode 33 and 0 volts to the electrode 34. The two electrodes being polarized, the oxide layer 32 of the substrate holder is illuminated through the transparent electrode 34 by the radiation flux which makes the illuminated oxide layer sufficiently conductive so that the transparent electrode 34 and the area of the substrate holder which must retain the electrical charges are equipotential. Then, the lighting is interrupted and the polarization is removed. The electrodes 33 and 34 can be removed. The substrate holder 30 is then charged, negatively in this example.
Selon une variante de ce procédé, on peut utiliser une couche apte à devenir conductrice uniquement entre l'électrode 34 et la plaquette 31, le reste de la plaquette étant alors isolé par un diélectrique non nécessairement photoconducteur. According to a variant of this method, one can use a layer capable of becoming conductive only between the electrode 34 and the wafer 31, the rest of the wafer then being isolated by a dielectric which is not necessarily photoconductive.
Le même principe peut s'appliquer à un porte-substrat devant comporter deux moyens de conservation de charges de signes différents. Pour cela, les électrodes de polarisation doivent avoir une géométrie adaptée. I1 en va de même pour les tensions de polarisation. La charge des moyens de conservation peut être effectuée séquentiellement. The same principle can be applied to a substrate holder which must include two means of preserving charges of different signs. For this, the polarization electrodes must have a suitable geometry. I1 is the same for the bias voltages. The charging of the preservation means can be carried out sequentially.
Les porte-substrat selon l'invention peuvent être chargés de manière définitive ou etre régulièrement rechargés selon les fuites de charge qui peuvent se produire lors de l'utilisation des porte-substrat. The substrate holders according to the invention can be permanently charged or be regularly recharged depending on the charge leaks which may occur during the use of the substrate holders.
Claims (23)
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|---|---|---|---|
| FR9801412A FR2774807A1 (en) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER AND METHOD OF USE |
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|---|---|---|---|
| FR9801412A FR2774807A1 (en) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER AND METHOD OF USE |
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| FR2774807A1 true FR2774807A1 (en) | 1999-08-13 |
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|---|---|---|---|
| FR9801412A Pending FR2774807A1 (en) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER AND METHOD OF USE |
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| FR (1) | FR2774807A1 (en) |
| WO (1) | WO1999040622A1 (en) |
Cited By (3)
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- 1998-02-06 FR FR9801412A patent/FR2774807A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1999040622A1 (en) | 1999-08-12 |
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