FR3003999A1 - Mandrin electrostatique a dispositif de serrage a effort controle. - Google Patents

Abstract

Le mandrin électrostatique comporte : - une pièce en céramique destinée à recevoir et maintenir une plaquette à traiter, constituée d'une ou plusieurs plaques en céramique et équipée d'au moins un élément chauffant et d'un circuit de distribution de gaz depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - une pièce métallique équipée d'un passage depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - un dispositif de serrage à effort contrôlé de la pièce céramique sur la pièce métallique, constitué d'une entretoise en céramique (588) épaulée solidaire de la pièce céramique et d'un ressort venant en appui d'une part sur cette entretoise céramique, d'autre part sur la pièce métallique, et contenu dans le volume correspondant aux pièces céramique et métallique, exception faite de la limite inférieure de la pièce métallique et - au moins un dispositif étanche reliant le passage aménagé dans la pièce métallique et un passage aménagé dans la pièce céramique.

Description

03 999 1 ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de support de plaquette, ou mandrin, à température contrôlée, équipé d'un système de distribution de gaz de couplage thermique. Elle s'applique, en particulier, aux mandrins pour supporter des plaquettes de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium, des isolants, par exemple le saphir, ou des composés à base de silice. Arrière-plan technologique Les opérations de fabrication des semi-conducteurs, des cellules photovoltaïques, des MEMS (acronyme de Micro ElectroMechanical System, pour micro système électromécanique), etc., se font, en règle générale, sur des plaquettes, ou « substrats », de matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium, ou isolants, tels que le saphir ou des composés à base de Si02 ou autres. Ces plaquettes ont la forme générale d'un disque, d'un carré ou d'un rectangle, d'épaisseur faible.

Ces opérations de fabrication doivent souvent être conduites dans des réacteurs spécifiques constitués de chambres dans lesquelles les conditions physico-chimiques de température, de pression, de positionnement, etc. doivent être contrôlées très précisément. Ces opérations sont effectuées généralement sur une face de la plaquette dite « face active ». Très fréquemment, on rencontre des opérations (gravure, dépôt, implantation ionique,...) qui doivent être effectuées dans des chambres sous vide plus ou moins poussé, et ce, à une température contrôlée à quelques degrés prés, voire plus précisément, tant en valeur absolue d'une plaquette à l'autre, qu'en uniformité sur toute la surface de la plaquette. Les valeurs absolues de ces températures peuvent s'étendre selon les procédés depuis des valeurs cryogéniques jusqu'à des valeurs très élevées de plusieurs centaines de degrés Celsius. La présente invention vise notamment à contrôler la température, sur une plage s'étendant de - 100 °C à + 550 °C selon un pemier mode de réalisation, ou sur une plage s'étendant de 200 °C à + 550 °C selonun second mode de réalisation, d'un substrat sous vide, positionné sur une céramique « chaude », elle-même installée sur une table « froide », c'est-à-dire inférieure à 80 °C. Contrôler la température d'un objet à traiter sous vide, avec une grande précision, nécessite que cet objet soit en contact thermique intime avec une partie de la chambre que l'on peut contrôler, c'est-à-dire nommément le mandrin support de l'objet. Ce mandrin qui maintient la face « non-active » du substrat doit être, lui-même, à température parfaitement contrôlée. Pour que le mandrin électrostatique puisse assurer sa fonction première de régulation en température de la plaquette, il est régulé en température. Le mandrin étant équipé d'une source chaude, à savoir le ou les éléments chauffants, il doit aussi être équipé d'une source froide. La principale fonction de la table refroidie est de servir de source froide nécessaire à la régulation en température du mandrin, notamment pour les 10 températures de procédé les plus faibles et pour les procédés fortement exothermiques. Pour les applications à faible température, le couplage thermique entre le porte substrat et la source froide doit être suffisamment efficace. A contrario, pour les plages de fonctionnement supérieures à 200 °C, le 15 couplage thermique doit être moins efficace afin de réduire les pertes thermiques vers la source froide, c'est-à-dire diminuer la puissance consommée, tant par l'élément chauffant que par le système de refroidissement, et donc diminuer le coût de fonctionnement de l'équipement. Cela permet aussi de limiter le gradient de température à travers le porte substrat et les contraintes qui en résultent. 20 Suivant ce mode de fonctionnement, il est important de limiter les ponts thermiques entre le porte substrat et la source froide, ponts qui sont autant de points froids générant des non uniformités de température locales, et aussi qui sont zones de concentration de contraintes. Outre sa fonction de source froide, la table froide offre une flexibilité 25 appréciable dans la réalisation de l'interface entre le mandrin et la chambre de procédé, et présente un intérêt économique de premier plan, sachant que cette interface doit remplir les fonctions suivantes : - mouvement relatif du porte-substrat par rapport au référentiel de la chambre, pour le positionnement du substrat en regard des autres 30 fonctionnalités dont l'équipement est équipé. Nous citerons par exemple le positionnement du substrat en regard d'un faisceau d'ions et le balayage du substrat par le faisceau d'ion réalisé par le déplacement en translation et en rotation du substrat, ou le positionnement du substrat en regard d'une cible et d'une source plasma dans l'intention de réaliser un dépôt physique en phase vapeur du matériau constitutif de la cible sur le substrat (PVD : « Physical Vapor Deposition » en anglais), et cloisonnement du volume recevant ce plasma pour limiter la consommation de puissance et les effets parasites, tels que les perturbations électromagnétiques ou la génération de particules due à l'écaillage de dépôts accumulés sur les diverses surfaces de l'intérieur de la chambre et - étanchéité poussée entre le vide de la chambre et l'atmosphère ambiante, notamment au niveau des contacts électriques (haute tension pour le clampage du substrat, apport de puissance pour la chauffe et éventuellement la RF, lecture de la température), des passages de fluides (liquide de refroidissement, gaz de couplage thermique entre le substrat et le porte substrat, gaz de couplage thermique entre le porte substrat et la table froide), et des pièces en mouvement (joint tournant à ferrofluide, joints élastomères pour étanchéité dynamique...).

Cette table froide apporte aussi une certaine convivialité pour les opérations de maintenance, réduisant de façon significative les durées de refroidissement, c'est à dire les durées d'attente, lorsqu'il est nécessaire d'ouvrir la chambre de procédé, pour remplacer les consommables tels que les sources de matériau (« cibles »), que ce soit en PVD ou en implant ionique. Les équipements étant toujours plus performants, les consommables sont consommés plus rapidement et les opérations de maintenance sont de plus en plus fréquentes. Enfin, l'utilisation d'une table froide permet l'emploi de liquide de refroidissement, généralement de l'eau pour les plages de températures les plus communes (typiquement de 15 °C à 80 °C), et non degaz de refroidissement comme lorsque l'on opère à des températures plus élevées. Non seulement les liquides sont plus efficaces thermiquement, mais aussi les dispositifs de refroidissement associés sont trois à quatre fois moins onéreux que pour les systèmes de gaz. Ainsi, l'utilisation d'une table froide offre un intérêt économique indirect significatif. Il résulte de ces constatations que l'utilisation d'une table refroidie présente un intérêt de premier ordre. De nombreux modes de couplage thermique entre une table froide et un porte substrat chauffant sont exposés, par exemple la demande de brevet US2003/0186545, où le couplage est réalisé au moyen d'un pad thermique. Cette technologie présente le double inconvénient d'être limité en température par la plage 3003 999 4 de fonctionnement de ce pad thermique, et de ne pas offrir de souplesse sur l'efficacité du couplage thermique en fonction de la température de fonctionnement sélectionnée. Un autre mode de couplage thermique est réalisé au moyen de gaz de 5 couplage thermique, à l'instar du gaz de couplage thermique introduit entre le porte substrat et la plaquette. Ce procédé offre l'avantage majeur de pouvoir piloter la valeur de la conduction thermique entre le porte substrat chauffant et la table refroidie en fonction des plages de fonctionnement sélectionnées. Comme dans le cas du gaz de couplage thermique introduit entre le porte substrat et la plaquette, il 10 est nécessaire de limiter les fuites vers le vide de la chambre de procédé. La demande de brevet US2003/0168439, et plus particulièrement sa figure 10, décrivent en détail l'intérêt de l'utilisation d'un gaz de couplage thermique. En outre, il décrit un moyen de confinement du gaz de couplage dans la cavité aménagée entre la table et le porte substrat, au moyen de joints métalliques (nous écartons ici la 15 variante avec joint élastomère évoqué paragraphe [0061] qui limite de facto la température du porte substrat à la température maximum d'utilisation de cet élastomère, de 300 °C maximum). L'inconvénient majeur du système décrit dans la demande de brevet US2003/0168439 réside dans l'effort de serrage nécessaire pour réaliser l'étanchéité 20 de la cavité, effort de serrage induisant une résistance mécanique par frottement qui s'oppose au nécessaire mouvement radial relatif entre la table et le porte substrat, du fait de leur dilatation respective, liée à leur différence de température d'une part, et à leur coefficient de dilatation différent d'autre part. Ainsi, un flux de chaleur de 1 W/cm2 induit une déformation de l'ordre de 50 pm pour une alumine de diamètre 290 25 mm fonctionnant à 400 °C. Pour que l'étanchéité sot conservée, il faut qu'à température ambiante, sans flux de chaleur, tout joint métal présent près du centre du dispositif (joints pour le ou les systèmes de gaz, les contacts électriques, les systèmes de soulèvement de la plaquette, les dispositifs de mise à la terre de la plaquette, les dispositifs de mesure de température...) soit comprimé d'au moins 50 30 um. Or, un joint métallique avec ressort intégré assurant une plus grande reprise d'élasticité, dont le diamètre de tore est de l'ordre de 2 mm et le diamètre moyen est de l'ordre de 15 mm, réclame un effort de l'ordre de 1500 N, soit 150 kg force pour être comprimé de 50 pm. Il est rappelé, à titre de comparaison, que la contrainte maximum admissible en traction pour les céramiques d'usage courant dans le semiconducteur, et de l'ordre de 100 N/mm2. En parallèle, l'expérience a montré que de tels efforts de serrage ne sont pas compatibles avec des céramiques utilisées à haute température, supérieure à 200 °C, et conduisent inévitablement à la casse de ces céramiques. Un second inconvénient de l'invention présentée dans la demande de brevet US2003/0168439 est que le transfert thermique entre le mandrin et la table froide est minoré (voir figure 10) du fait d'une pression minimale de gaz introduit entre le mandrin et la table. En effet, si le vide était introduit dans cette cavité, du fait de l'effort de serrage au niveau des joints métalliques, et de l'excellent pont thermique local correspondant, il en résulterait de fortes non uniformités thermiques, néfastes à la nécessaire uniformité en température de la plaquette, et de fortes contraintes mécaniques, dans une zone déjà fortement sollicitée par l'effort de serrage du mandrin sur la table. Dans ce document, le problème du pont thermique au niveau des vis de fixation est largement abordé et une solution est proposée, alors que le problème de pont thermique relatif aux joints métalliques est totalement éludé. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

La présente invention vise notamment à décrire le mode de réalisation d'un mandrin électrostatique de type capacitif, de planéité inférieure à 10 pm, réparable, avec éléments chauffants intégrés, et équipé de réseau de distribution de gaz de couplage, capable de fonctionner dans une plage de températures de -100 °C à + 550 °C A cet effet, la présente invention vise un mandrin électrostatique qui comporte : - une pièce en céramique destinée à recevoir et maintenir une plaquette à traiter, constituée d'une ou plusieurs plaques en céramique et équipée d'au moins un élément chauffant et d'au moins un circuit de distribution de gaz depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - une pièce métallique équipée d'au moins un passage depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - un dispositif de serrage à effort contrôlé de la pièce céramique sur la pièce métallique, constitué d'une entretoise en céramique (588) épaulée solidaire de la pièce céramique et d'un ressort venant en appui d'une part sur cette entretoise céramique, d'autre part sur la pièce métallique, et contenu dans le volume correspondant aux pièces céramique et métallique, exception faite de la limite inférieure de la pièce métallique et - au moins un dispositif étanche reliant le passage aménagé dans la pièce métallique et un passage aménagé dans la pièce en céramique. En conséquence, un avantage de la présente invention, est de proposer des moyens de serrage à effort contrôlé, destiné à adapter l'effort de serrage de la pièce en céramique sur la pièce métallique aux contraintes évoquées ci-dessus.

Dans des modes de réalisation, la pièce métallique est équipée d'un système d'évacuation des calories. La pièce métallique permet ainsi d'évacuer la chaleur produite par des éléments chauffants présents dans la pièce en céramique, pour contrôler la température du substrat et, en fin de réaction, le refroidir.

Dans des modes de réalisation, l'entretoise en céramique est liée à la pièce en céramique au moyen d'une vis vissée dans un insert taraudé installé dans la pièce en céramique, l'insert taraudé comportant un épaulement venant en appui sur une face aménagée dans la pièce en céramique, l'insert taraudé présentant une périphérie de forme ovale dont la plus grande dimension est supérieure à la plus petite dimension du logement aménagé dans la pièce en céramique, de sorte que l'insert taraudé ne peut effectuer un tour complet dans son logement. Dans des modes de réalisation, l'entretoise est réalisée dans un matériau isolant thermiquement. L'isolation thermique entre la pièce métallique et la pièce en céramique est ainsi particulièrement efficace, tout en laissant un jeu mécanique pour absorber les différences de dilatation de ces pièces, portées à différentes températures. Dans des modes de réalisation, les pièces métallique et céramique comportent au moins un passage traversant destiné à recevoir des dispositifs tels que des tiges de levage ou des tiges de mise à la terre de la plaquette à traiter.

Dans des modes de réalisation, le passage de gaz aménagé dans la pièce métallique est relié par un dispositif étanche au passage de gaz aménagé dans la pièce céramique. Dans des modes de réalisation, ces liaisons étanches sont réalisées au moyen d'un manchon : - monté à une de ses extrémités de façon étanche sur la face inférieure de la pièce en céramique, autour du passage aménagé dans la pièce en céramique, et - inséré à l'autre de ses extrémités dans un logement aménagé autour du passage aménagé dans la pièce métallique et recevant un joint torique.

Le dispositif étanche reliant le passage aménagé dans la pièce métallique et un passage aménagé dans la pièce en céramique est ainsi particulièrement étanche. Dans d'autres modes de réalisation, au moins une liaison étanche entre le passage aménagé dans la pièce métallique et le passage aménagé dans la pièce en céramique est rendue étanche au moyen d'un soufflet métallique.

Un soufflet métallique présente l'avantage de pouvoir aussi être utilisés dans le cas de pièces métalliques chauffantes. Dans des modes de réalisation, au moins un soufflet métallique est brasé dans la pièce en céramique. Dans des modes de réalisation, au moins un soufflet comprend à une extrémité une surface plane maintenue en contact avec une surface plane aménagée en face inférieure de la pièce en céramique. Selon la dimension et le niveau de planéité des surfaces planes aménagées sur le soufflet et sur la face inférieure de la céramique, et le taux de compression du soufflet métallique et l'effort résultant, le niveau d'étanchéité sera plus ou moins important.

A titre d'exemple, un soufflet disposant d'une face de diamètre intérieur de 9 mm et de diamètre extérieur de 12 mm, dotée d'une planéité de 5 um, en appui sur une face inférieur de la céramique de plus grande dimension et de planéité inférieure à 5 um, avec un effort de compression du soufflet de 2 N, induit une fuite inférieure à 0,35 cm3/min.mm d'azote (N2) pour un différentiel de pression de 10 mbar entre l'intérieur et l'extérieur du passage de gaz, soit une fuite inférieure à 0.1 sccm à température ambiante pour une pression interne de 10 mbara (mbar absolu) et externe de 1.10-3 mbara. Dans des modes de réalisation, au moins un soufflet métallique est inséré dans un joint torique lui-même installé dans un logement aménagé dans la pièce métallique autour du passage aménagé dans la pièce métallique. Dans des modes de réalisation, au moins un soufflet métallique comprend à une extrémité une surface plane maintenue en contact avec une surface plane aménagée en face supérieure de la pièce métallique.

Dans un premier mode de réalisation, une cavité étanche destinée à recevoir un gaz de couplage thermique est aménagée entre la pièce en céramique et la pièce métallique. Dans ce mode de réalisation, les passages traversants de la pièce métallique 5 débouchant dans cette cavité étanche en regard de passages traversants de la pièce céramique sont reliés de façon étanche à ces passages traversant la pièce céramique Dans ce mode de réalisation, un élément bilame configuré pour se déformer en fonction de la température est monté serré sur la pièce en céramique et un 10 logement de hauteur prédéterminée destiné à recevoir cet élément bilame est aménagé dans la pièce céramique ou dans la pièce métallique. On dote ainsi le mandrin d'un système de levage à haute température qui, couplé au système de serrage à effort contrôlé, permet d'éliminer pratiquement le contact mécanique et donc thermique entre la pièce en céramique et la pièce 15 métallique sur la périphérie et aussi d'éliminer la cavité constituée par le mandrin et la table refroidie, pour en faire un volume en liaison directe avec le vide de la chambre. Dans un second mode de réalisation, les pièces céramique et métallique sont séparées par au moins un écran thermique, lui-même séparé des pièces en 20 céramique et métallique. Dans des modes de réalisation, l'écran thermique présente une topographie sur au moins une de ses faces de sorte à limiter la surface de contact dudit écran thermique avec au moins une des pièces en céramique et métallique 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente, schématiquement et en coupe, un mandrin objet de la 30 présente invention, surmonté d'une plaquette, la figure 2 représente, schématiquement, des étapes de fabrication d'un mandrin objet de la présente invention, la figure 3 représente, en vue de dessus, la face supérieure de la première plaque du mandrin électrostatique schématisé en figure 1, 3003 999 9 - la figure 4 représente, en vue en coupe, de dessus, des électrodes de la face supérieure d'un mandrin électrostatique hexapolaire portées sur une première plaque du mandrin schématisé en figure 1, - la figure 5 représente, en vue de dessous, la face inférieure de la première plaque du mandrin électrostatique schématisé en figure 1, - la figure 6 représente, en vue de dessus, des pistes chauffantes d'une deuxième plaque du mandrin schématisé en figure 1, - la figure 7 représente, en coupe, la face supérieure d'une troisième plaque, refroidie, du mandrin schématisé en figure 1, dans un mode de réalisation comportant un système dit de « differential vacuum » dans lequel une gorge reliée directement à une pompe à vide limite la fuite de gaz GLC directement dans la chambre où se trouve le mandrin, - la figure 8 représente, en coupe et de dessus, des canaux de refroidissement de la troisième plaque du mandrin schématisé en figure 1, - la figure 9 représente, en vue de dessous, la face inférieure de la troisième plaque du mandrin schématisé en figure 1, - la figure 10 représente, selon une première coupe axiale, le mandrin schématisé en figure 1, - la figure 11 représente, selon une deuxième coupe axiale, le mandrin schématisé en figure 1, - la figure 12 représente une partie agrandie de la première coupe axiale du mandrin, donnée en figure 10, selon un premier mode de réalisation, - la figure 13 représente une partie agrandie de la première coupe axiale du mandrin, donnée en figure 10, selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 14 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et d'étanchéité de la cavité contenant le gaz GLC pour des tiges de soulèvement d'une plaquette portée par le mandrin schématisé en figure 1, selon le premier mode de réalisation, - la figure 15 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique pour des tiges de soulèvement d'une plaquette portée par le mandrin schématisé en figure 1, selon le deuxième mode de réalisation, - la figure 16 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique, d'étanchéité de la cavité contenant le gaz GLC et de guidage pour des tiges 3003 999 10 de mise à la terre d'une plaquette portée par le mandrin schématisé en figure 1, selon le premier mode de réalisation, - la figure 17 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et de guidage pour des tiges de mise à la terre d'une plaquette portée par le 5 mandrin schématisé en figure 1, selon le deuxième mode de réalisation, - la figure 18 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et d'étanchéité entre le conduit alimentant la cavité contenant le gaz BSG et la cavité recevant le GLC, selon le premier mode de réalisation, - la figure 19 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et 10 d'étanchéité entre la cavité contenant le gaz BSG et la chambre dans laquelle se trouve le mandrin pour une alimentation en gaz BSG, selon le deuxième mode de réalisation, - la figure 20 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et de limitation de l'effort de serrage pour des vis de maintien des première et 15 deuxième plaques sur la troisième plaque, selon le premier mode de réalisation, ainsi qu'un système de soulèvement des première et deuxième plaques par rapport à la troisième plaque, - la figure 21 représente, en coupe axiale, un système d'isolation thermique et de limitation de l'effort de serrage pour des vis de maintien des première et 20 deuxième plaques sur la troisième plaque, selon le deuxième mode de réalisation, - la figure 22 représente, en coupe axiale, une variante de système d'isolation thermique pour des tiges de soulèvement et d'étanchéité de la cavité contenant le gaz GLC d'une plaquette portée par le mandrin schématisé en 25 figure 1, selon le premier mode de réalisation, - la figure 23 représente, en coupe axiale, une variante du système d'isolation thermique et d'étanchéité au gaz décrit figure 14 (tige de soulèvement) ou figure 16 (tige de mise à la terre) ou figures 18 et 19 (introduction du gaz BSG), 30 - la figure 24 représente, en coupe axiale, une autre variante du système d'isolation thermique et d'étanchéité au gaz décrit figure 14 (tige de soulèvement) ou figure 16 (tige de mise à la terre) ou figures 18 et 19 (introduction du gaz BSG), - les figures 25 et 26 représentent des bilames mis en oeuvre pour séparer, à haute température, un plaque refroidie et un mandrin, et - la figure 27 représente des forces de déflexions et des mouvements de bilames, en fonction de la température.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION On note que les figures ne sont pas à l'échelle, des épaisseurs de quelques dizaines de microns pouvant être représentées de la même manière que des épaisseurs de plusieurs millimètres.

Dans toute la description, on appelle coupe axiale, une coupe qui comporte l'axe d'au moins un composant et qui est parallèle à l'axe principal du mandrin. On observe schématiquement, en figure 1, un premier mode de réalisation du mandrin électrostatique 105 objet de la présente invention. Ce premier mode de réalisation, préférentiel, se distingue du deuxième mode de réalisation par la mise en oeuvre d'un gaz servant au refroidissement, ou « GLC » (gas lower cavity), dans une cavité basse située entre une plaque refroidie et la deuxième plaque. Dans le deuxième mode de réalisation, ce gaz est remplacé par un écran thermique et le vide de la chambre entourant le mandrin, comme exposé en fin de description de la figure 9.

Comme illustré en figure 1, le mandrin électrostatique 105 (ou « chuck ») supporte une plaquette 110, aussi appelée substrat ou wafer, par l'intermédiaire d'un anneau périphérique 115, aussi appelé « seal ring ». L'objet du « seal ring » est d'aménager une cavité la plus étanche possible entre le substrat 110 et le mandrin électrostatique 105, cavité destinée à recevoir le gaz de couplage thermique BSG pour le couplage thermique du substrat avec le mandrin électrostatique. Dans la configuration illustrée en figure 1, des tiges de mise à la terre 170 traversent le mandrin 105 et s'appuient sur la plaquette 110. Des tiges de levage 175 (« lift pins »), ou soulèvement, qui traversent le mandrin 105, permettent de soulever la plaquette 110 en dehors des étapes de traitement de la plaquette 110, en vue de sa pose sur l'anneau périphérique 115, avant traitement, ou de son éloignement du mandrin 105, après traitement. Les tiges de levage 175 sont mises en mouvement par des moyens moteurs non représentés. Le mandrin 105 comporte successivement, de haut en bas, une première plaque, aussi appelée céramique, 120, un collage en verre 130, une deuxième plaque, aussi appelée céramique, 145 et une plaque de refroidissement 160, ou « table ». La première plaque 120, supérieure, dite « ESC » (« electrostatic chuck »), comporte : - en face supérieure, une ou plusieurs électrodes, ici six électrodes 114 qui assurent le maintien (ou « clampage ») électrostatique de la plaquette 110, - en face inférieure, un réseau de canaux 124, qui distribuent le gaz 112 de couplage thermique avant, ou « BSG », depuis une entrée de gaz 165 jusqu'à des vias 190 qui traversent la première plaque 120, ainsi que les contacts électriques des six électrodes (non représentés en figure 1). La deuxième plaque 145, inférieure, dite « heater », comporte : - sur sa face supérieure, solidaire de la face inférieure de la première plaque grâce au collage de verre 130, deux pistes chauffantes 140, l'une en bordure extérieure et l'autre centrale, - sur sa face inférieure, quatre capteurs de température résistifs 118, dits « RTD » ou « PT100 », ainsi que (non représentés en figure 1) trois connecteurs et - entre ses deux faces, une entrée de gaz BSG 165, qui communique avec une entrée de gaz 166 aménagée dans la plaque de refroidissement, et qui ne communique pas avec la cavité 126. La plaque de refroidissement 160 comporte l'entrée de gaz BSG 180 (non représentée en figure 1), une entrée 195 de gaz de couplage thermique de refroidissement GLC et un circuit d'eau de refroidissement 116. Entre la deuxième plaque 145 et la plaque de refroidissement 160 se trouve un espace 126 rempli de gaz GLC, délimité par un anneau périphérique 155, ou « seal ring ». Des couches de matériau diélectrique 122, et 135 recouvrent les électrodes de clampage 114 et les pistes de chauffage 140. On observe que, dans des variantes, une couche de matériau diélectrique 125 est installée sur la face inférieure de la plaque 120 servant à conserver la planéité, et à assurer un bon accrochage du verre. Dans une autre variante une couche de matériau diélectrique 150 est installée sur la face inférieure de la plaque 145 servant à conserver la planéité de la plaque 145 avant scellement sur la plaque 120, et permettant d'isoler électriquement des pistes électriquement conductrices permettant de relier les contacts électriques des résistances chauffantes, aménagés dans la plaque refroidie, aux extrémités des contacts électriques aménagés dans la plaque 145 et qui conduisent aux résistances chauffantes situées à l'interface entre les plaques 120 et 145. Des contacts électriques (non représentés en figure 1) relient la base de la plaque de refroidissement 160 aux électrodes 114, d'une part, aux électrodes chauffantes 140, d'autre part, et aux sondes de température 118, encore d'autre part. La base de la plaque de refroidissement 160 comporte ainsi trois connecteurs : - un connecteur pour l'alimentation des électrodes chauffantes 140, présentant deux contacts de phase et deux contacts de neutre, - un connecteur pour les capteurs de température, soit dix contacts comme exposé ci-dessous, et - un connecteur pour la mise sous haute tension des six électrodes 114 de maintien électrostatique, soit six contacts. En ce qui concerne les capteurs de température, il y a deux capteurs primaires pour deux zones de chauffe, interne et externe, et deux capteurs secondaires, qui doublent les capteurs primaires et servent à détecter une défaillance des capteurs primaires. Les capteurs de température sont des capteurs RTD (« Resistive Thermal Device ») dont la résistance évolue avec la température. C'est donc en mesurant leur résistance que l'on mesure la température. Chaque capteur est un capteur à trois points dans lequel une première boucle sert à la mesure de la résistance et une deuxième boucle sert à mesurer la résistance des câbles de connexion. Cette deuxième boucle permet de corriger la mesure de température en ôtant la résistance des câbles de connexion. Les capteurs de température secondaires n'ont pas de deuxième boucle. Ce sont donc des capteurs à deux points. Il y a ainsi dix contacts sur le connecteur des capteurs de température.

La figure 2 représente schématiquement, les étapes de fabrication d'un mandrin 205 similaire au mandrin 105 illustré en figure 1. La première plaque, initialement brute 210, est ensuite imprimée en 215, à 850 °C environ, pour former les électrodes de maintien électrostatique de la plaquette à traiter, la couche diélectrique recouvrant ces électrodes, la topographie adaptée à recevoir et confiner le gaz de couplage thermique BSG, et éventuellement la couche diélectrique en face arrière. A ce stade, la fonctionnalité de cette première céramique peut être testée avant de poursuivre le processus de fabrication.

La deuxième plaque, initialement brute 220 est ensuite imprimée en 225 à 850 °C environ, pour former les électrodes chauffartes, les pistes d'alimentation des électrodes chauffantes, les pistes de contact des capteurs de température, les couches diélectriques recouvrant les électrodes chauffantes et les diverses pistes d'alimentation, puis brasée à 780 °C environ en 230 pour former les contacts d'alimentation des électrodes chauffantes 140. A ce stade, la fonctionnalité de cette seconde céramique peut être contrôlée avant de poursuivre le processus de fabrication. Les première et deuxième plaques sont alors assemblées par collage avec du 10 verre à 600 °C-650 °C et donnent l'assemblage 235. On note que chacune des céramiques 120 et 145 peuvent être réalisées, testées et réparées indépendamment, ce qui réduit les coûts de fabrication, de retouche et de réparation. De son côté, la plaque refroidissante brute 240 est munie, en 260, des 15 contacts d'électrodes chauffantes 245, des contacts des électrodes de maintien 250 et des contacts de capteurs de température 255. Enfin, l'assemblage 235 et la plaque refroidissante 260 sont assemblées, en 205, en mettant en contact les différents contacts d'alimentation des électrodes chauffantes. On observe, en figure 3, la face supérieure de la première plaque 120, au 20 dessus de la couche diélectrique 122. Sur la périphérie de cette plaque 120, des ouvertures 335 forment les entrées des vias 190, par lesquels une partie du gaz BSG est injectée entre la première plaque 120 et la plaquette 110. Des ouvertures 340 servent au passage des tiges de levage 175. Des ouvertures 306 servent au passage des tiges de mise à la terre 170. Une ouverture centrale 302 et des 25 ouvertures 303, 304 et 308, situées à proximité des ouvertures 340 et 306, servent aussi à l'injection de gaz BSG. Des anneaux de scellement « seal ring » 312 sont formés à la surface de la première plaque autour de chaque zone où existe un risque de fuite de gaz, c'est-à-dire autour des ouvertures 340 et 306. Leur hauteur est égale à celle de l'anneau périphérique 115. Combinés aux ouvertures 303, 304 et 308, 30 positionnées à l'extérieur de ces anneaux 312, ils réduisent les risques de dépression locale et, par conséquent, de réduction de la quantité de chaleur transmise à la plaquette 110.

On observe, en figure 4, en face supérieure de la première plaque 120, sous la couche diélectrique 122 représentée en figure 3, les électrodes 114, référencées 305, 310, 315, 320, 325 et 330, de maintien électrostatique de la plaquette 110. Comme illustré en figure 4, hormis dans la partie centrale, les six électrodes 305 à 330 sont identiques et superposables par rotation de 60 degrés autour du centre de la face supérieure du mandrin 105. Leur géométrie est adaptée à minimiser la distance de séparation 300 entre deux électrodes successives ainsi que l'uniformité de répartition de ces lignes de séparation. Ainsi, aucun point de la face supérieur de la céramique supérieure n'est à plus d'une distance limite prédéterminée d'une électrode. La force électrostatique exercée sur la plaquette 110 est ainsi maximisée et très uniforme. On note aussi que ces électrodes se prolongent au plus près de la périphérie de la plaque 120, et plus particulièrement au-delà de la circonférence sur laquelle sont situés les vias 190 d'injection du gaz BSG, afin de générer une pression de clampage électrostatique à l'extérieur de cette circonférence, et limiter ainsi les fuite de gaz BSG vers la chambre de procédé. On observe, en figure 5, une entrée de gaz BSG excentrée 660 menant, par une gorge 655 au centre d'une étoile à trois gorges radiales 665. Chaque gorge 665 finit en une fourche, dont chaque branche 670 atteint une première gorge circulaire 675. Trois autres gorges radiales 680 relient la première gorge circulaire 675 à une 20 deuxième gorge circulaire 685. L'entrée de gaz BSG excentrée permet de libérer un espace central pour des fonctions qui nécessitent une symétrie de révolution, par exemple un mécanisme d'actionnement des tiges de levage 175 (« lift pins »). La gorge 655, qui amène le gaz BSG au centre de la surface inférieure de la première plaque permet une symétrie de révolution des autres gorges, afin que l'uniformité de 25 pression du gaz soit optimisée. Les branches 670 des fourches terminant les gorges radiales 665 permettent de contourner les passages de tiges de soulèvement 175. Les vias 190, 302, 303, 304 et 308, qui traversent la première plaque 120 partent des gorges représentées en figure 5. On note que deux vias 303 et 304 encadrent chaque passage de tige de 30 soulèvement 340 et qu'un via 308 se trouve à proximité de chaque passage 306 de tige de mise à la terre 170. Les autres vias de passage de gaz, 190, se trouvent en périphérie du mandrin 105 et débouchent dans la deuxième gorge circulaire 685. Ainsi, le gaz est distribué à proximité de chaque zone de fuite potentielle de gaz.

On observe, en figure 6, les électrodes chauffantes positionnées, en dessous d'une couche de matériau diélectrique, en face supérieure de la deuxième plaque 145. Deux des contacts 405 alimentent, en parallèles, deux électrodes 410 et 415, dites « intérieures » parce qu'elles sont proches du centre. Deux des contacts 405 alimentent, en parallèles, deux électrodes 420 et 425, dites « extérieures » parce qu'elles sont proches de la périphérie. Comme on le comprend, la géométrie des électrodes vise à générer une chaleur aussi uniforme que possible sur le substrat 110 à traiter tout en contournant les passages de tiges et de vias. Ainsi, dans le cas présent présentant deux zones de chauffe indépendantes, l'une à l'extérieur et l'autre à l'intérieure, la quantité de chaleur par unité de surface est supérieure sur la zone extérieure. Ainsi, du point de vue de l'opérateur, l'indicateur de la puissance consommée sur chaque zone, qui apparaît sous forme de pourcentage de la puissance de chaque zone, sera sensiblement identique pour chaque zone. Dans le cas d'un design avec un seul élément chauffant, les zones extérieures ont une densité de puissance plus importante. Une ouverture 430 laisse passer les contacts des électrodes de maintien électrostatique de la plaquette 110. Des ouvertures 435 reçoivent des inserts taraudés montés libres, emprisonnés entre la plaque supérieure 120 et la plaque inférieure 145.Les logements sont de forme non axi-symétrique (oblong), ainsi que les inserts eux même (non représentés), de sorte que ces inserts sont bloqués en rotation lors du serrage des vis destinées au passage de tiges filetés solidarisant la plaque refroidie 160 sous la deuxième plaque 145. Dans des variantes, on met en oeuvre des inserts brasés ou des taraudages réalisés dans la céramique. Cependant la version illustrée dans les figures avec un écrou oblong bloqué en rotation limite l'introduction de contraintes mécaniques superflues. Les formes et sections des électrodes 410 à 425 sont adaptées à assurer un dégagement de chaleur aussi uniforme que possible sur la surface de la face supérieure de la deuxième plaque 145 tout en laissant libres des zones de passage des tiges de soulèvement, des contacts de mise à la terre, de l'alimentation en gaz BSG et des contacts pour l'alimentation électrique des électrodes de maintien électrostatique 114. On observe, en figure 7, un système optionnel, dit de « differential vacuum » comportant une gorge 440 reliée directement à une pompe à vide (non représentée) limite la fuite du gaz GLC directement dans la chambre où se trouve le mandrin 105 (demande internationale W02012/094139).

On observe, en figure 8, une représentation du circuit de refroidissement 116, par rapport aux éléments portés par la face inférieure de la troisième plaque 160. Comme on l'observe, le circuit de refroidissement 116 suit des cercles concentriques régulièrement écartés entre une entrée d'eau 132 et une sortie d'eau 134, positionnées à proximité du centre de la troisième plaque 160. La forme du circuit de refroidissement 116 est optimisée pour que tout point de la troisième plaque 160 ne soit pas à une distance supérieure à une distance limite prédéterminée, afin que la température de la troisième plaque soit aussi uniforme que possible. De plus, dans le cas présent, le circuit de refroidissement 116 est à flux croisé, ce qui limite l'impact du gradient de température du liquide refroidissement entre l'entrée et la sortie sur l'uniformité de température de l'ensemble. On observe, en figure 8, la face supérieure de la plaque refroidie 160, les trous de passage pour les contacts des connecteurs 605, 610 et 615 détaillés en regard de la figure 9. La dimension de ces trous de passage est réduite au minimum, afin de protéger au maximum des rayonnements de la partie chaude, située en partie supérieure, les éléments situés en dessous (en face arrière de la plaque refroidie 160) du dispositif. Dans le mode de réalisation, on, protège la tête rotative quatre axes de la chambre où se trouve le mandrin, contenant elle aussi des connexions électriques, des circuits d'eau et de gaz, et des dispositifs d'étanchéité atmosphère et vide poussé. On observe, en figure 9, la face inférieure de la plaque refroidie 160 comportant : - le connecteur 605 pour l'alimentation des électrodes chauffantes 140, présentant deux contacts de phase et deux contacts de neutre, - le connecteur 610 pour les capteurs de température, soit dix contacts comme exposé ci-dessous, - le connecteur 615 pour la mise sous haute tension des six électrodes 114 de maintien électrostatique, soit six contacts, - les trois tiges de mise à la terre 170, - les trois tiges de soulèvement 175, - les six vis de fixation 580 du mandrin électrostatique sur la plaque refroidie 120 , - trois vis 505 tenant en position trois ressorts plans 510 (voir figure 17).

On observe, en figure 10, une coupe transversale du mandrin 105 passant par une tige de soulèvement 175 et par le connecteur 615. On observe le circuit d'eau de refroidissement 116 formé par un évidement dans la plaque refroidie 160 et fermée par des couvercles 465. On retrouve, en figure 10, la première plaque 120, la deuxième plaque 145 et la troisième plaque 160 ainsi que le connecteur 605. On observe, en figure 11, une coupe transversale du mandrin 105 passant par deux vis de fixation 580. On retrouve, en figure 11, la première plaque 120, la deuxième plaque 145 et la troisième plaque 160 ainsi que le connecteur 615. Des logements 616 sont destinés à recevoir, chacun, un pion de positionnement (non représenté). On observe, en figure 12, une coupe partielle transversale du mandrin 105 selon le premier mode de réalisation. En figure 12, on observe, sur la face inférieure de la deuxième plaque 145, un canal 127 servant à l'uniformisation de la distribution de pression du gaz de couplage thermique GLC entre la plaque 145 et la plaque 160.

On observe aussi, sur la face supérieure de la plaque 160, un canal 128 de passage pour le système de « differential vacuum » illustré en figure 7. On observe qu'un couvercle 362 de fermeture du circuit de refroidissement 116 se trouve en face inférieure de la troisième plaque 160. On observe, en figure 13, une coupe partielle transversale du mandrin 105 selon le deuxième mode de réalisation. En figure 13, on observe, entre la deuxième plaque 145 et la troisième plaque 160, l'écran thermique 352, muni de bossages 351 et 354 destinés à limiter la surface de contact entre l'écran thermique et la céramique inférieur 145 d'une part, et la plaque refroidissante 160 d'autre part. On observe qu'un couvercle 364 de fermeture du circuit de refroidissement 116 se trouve en face supérieure de la troisième plaque 160. On observe, en figures 14 et 15, les éléments d'isolation et d'étanchéité des passages de tiges de levage 175. Ces passages sont soumis à plusieurs contraintes, d'une part, thermiques (faible conductivité thermique limitant les pertes par conduction) pour garantir l'uniformité de chauffage de la plaquette en évitant des pertes de gaz et une grande durée de vie des joints (faible conductivité thermique pour limiter leur température au niveau du contact avec le joint) et, d'autre part, mécaniques, pour autoriser des dilatations différentes entre les différentes plaques lorsqu'elles sont portées à des températures différentes tout en préservant l'étanchéité de la cavité inférieure qui reçoit le gaz GLC. Ainsi, selon le second mode de réalisation, ces éléments 470 et le joint 460 ne sont pas indispensables. On retrouve, en figures 14 et 15, la première plaque 120, traversée par les vias 190, 303, 304 et 308, la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160 parcourue par le circuit de refroidissement 116. Le collage 130 en verre solidarise la première plaque 120 sur la deuxième plaque 145. Dans le premier mode de réalisation, illustré en figure 14, un joint torique élastomère 460 est inséré dans la plaque refroidie 160. Dans le deuxième mode de réalisation, illustré en figure 15, l'écran thermique 352 sépare la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160.

Un fourreau en céramique isolante 470 est ajusté et collé par enverrage dans la deuxième plaque 145. On note que le fourreau 470 peut être brasé. L'étanchéité de la liaison entre le fourreau 470 et la céramique 145 peut aussi être améliorée en ajoutant un ciment en céramique autour de la liaison. Le fourreau 470 présente un jeu 475 dans la plaque refroidie 160. Le joint torique 460 assure l'étanchéité de ce jeu, dans le premier mode de réalisation. On note, dans la plaque refroidie 160, le circuit de refroidissement 116 prenant la forme d'un évidement fermé par un couvercle 465, ici soudé, dans lequel circule de l'eau froide. On observe, en figures 16 et 17, les éléments d'isolation et d'étanchéité des passages de tiges de mise à la terre 530 (« grounding ») de la plaquette 110.

Comme les passages de tiges de levage 175, les passages de tiges de mise à la terre 530 sont soumis à plusieurs contraintes, d'une part, thermiques pour garantir l'uniformité de chauffage de la plaquette en évitant des pertes de gaz et une grande durée de vie des joints et, d'autre part, mécaniques, pour autoriser des dilatations différentes entre les différentes plaques lorsqu'elles sont portées à des températures différentes. On retrouve, en figures 16 et 17, la première plaque 120, la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160. Dans le premier mode de réalisation, illustré en figure 16, un joint torique élastomère 525 est inséré dans la plaque refroidie 160. Dans le deuxième mode de réalisation, illustré en figure 17, l'écran thermique 352 sépare la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160. Un fourreau en céramique isolante 520, ajusté et collé par enverrage dans la deuxième plaque 145, présente un jeu 535 dans la plaque refroidie 160. On note que le fourreau 520 peut être brasé. L'étanchéité de la liaison peut aussi être améliorée en ajoutant un ciment en céramique autour de la liaison. Le joint torique 525 assure l'étanchéité de ce jeu, dans le premier mode de réalisation illustré en figure 16. La tige de mise à la terre 530 prend la forme d'une pointe présentant un épaulement qui s'appuie sur la face inférieure de la première plaque 120 en l'absence de plaquette 110 et s'écarte de la face inférieure de la première plaque 120 en présence de la plaquette 110. La tige 530 appuie, dans sa partie inférieure, sur un ressort plan 510 fixé sur la face inférieure de la plaque refroidie 160 par une vis 505. On observe, en figures 18 et 19, des éléments d'isolation thermique d'entrée de gaz BSG 190 jusqu'à l'entrée de gaz 660 représentée en figure 5. On retrouve, en figures 18 et 19, la première plaque 120, la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160. Dans chacun des modes de réalisation, un joint torique élastomère 555 est inséré dans la plaque refroidie 160. Dans le deuxième mode de réalisation, illustré en figure 19, l'écran thermique 352 sépare la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160. Un fourreau en céramique isolante 560, ajusté et collé par enverrage dans la deuxième plaque 145, présente un jeu 565 dans la plaque refroidie 160. On note que le fourreau 560 peut être brasé. L'étanchéité de la liaison peut aussi être améliorée en ajoutant un ciment en céramique autour de la liaison. Le joint torique 555 assure l'étanchéité de l'entrée de gaz dans toutes les positions du fourreau 560 à l'intérieur de ce jeu.

On observe, en figures 20 et 21, un système de limitation d'effort de maintien de la deuxième plaque 145 sur la plaque refroidie 160. On retrouve aussi, en figures 20 et 21, la première plaque 120. Dans le premier mode de réalisation, illustré en figure 20, la couche 126 de gaz de couplage thermique de refroidissement GLC sépare les deuxième et troisième plaques 145 et 160. Dans le deuxième mode de réalisation, illustré en figure 21, l'écran thermique 352 et le vide de la chambre, séparent la deuxième plaque 145 et la plaque refroidie 160. L'écran thermique 352 est, de préférence, constitué d'un matériau possédant une bonne réflectivité, tel que l'aluminium, voire de l'aluminium poli. Dans un mode de réalisation, l'écran thermique 352 est muni de bossages judicieusement repartis sur sa surface, et orientés soit vers la plaque céramique 145, soit vers la plaque métallique 160, de façon à limiter le contact éventuel entre l'écran thermique 352 et les plaques métallique 160 et céramique 145, du fait de la déformation, par exemple du voile, de l'écran thermique 352 résultant de sa mise en chauffe.

Le vide est présent entre l'écran thermique 352 et la plaque 160 d'une part, et entre l'écran thermique 352 et la plaque 145 d'autre part, car l'écran thermique 352 est séparé de ces plaques 145 et 160 par des entretoises. Ces entretoises sont préférentiellement construites dans un matériau thermiquement isolant, tel que la Zircone, et situées au niveau des points de fixation des plaques céramique 120 et 145 sur la plaque métallique 160. L'effort de maintien de la plaque 145 sur la plaque 160 est introduit par le ressort 584 emprisonné entre la plaque 160 sur sa partie supérieure, et l'entretoise 588 sur sa partie inférieure. L'entretoise 588 est solidarisée à la plaque 145 au moyen de la vis 580. L'ensemble ressort hélicoïdal 584 et entretoise 588 constitue un système de limitation de l'effort de serrage de la plaque 145 sur la table 160, quel que soit le couple de serrage appliqué à la vis de serrage 580. Typiquement, l'effort introduit par chaque ressort est de 60 N, à comparer à l'effort de 1000 N introduit par une vis M6 serrée à 1 N.m. De même, la raideur du ressort est de 15 N/mm à comparer à une vis M6 de longueur libre 10 mm, pour laquelle la raideur est de l'ordre de 400 000 N/mm. Dans des modes de réalisation, l'entretoise 588 est réalisée dans un matériau faiblement conducteur thermiquement, tel que le Quartz ou la Zircone. La vis 580 est préférentiellement une vis creuse, pour limiter la conduction thermique et permettre l'évacuation du gaz emprisonné en bout de filetage lors de l'assemblage, réalisé à l'atmosphère, qui est vissée dans un écrou partiellement libre 582, dont la section transversale de la tête est de forme oblong. Cette tête de l'écrou 582 est insérée, dans la deuxième plaque 145, dans une ouverture oblongue dont la plus petite dimension est plus faible que la plus grande dimension de cette section transversale afin d'interdire la rotation complète de l'écrou 582 dans l'ouverture oblongue. On note qu'un jeu latéral 590 est prévu entre les fourreaux 586 et 588 pour absorber les différences de dilatation thermiques des deuxième et troisièmes plaques du mandrin 105. On note, en figure 20, la présence d'un bouchon 587, collé à la plaque refroidie 160 de façon étanche, de sorte à empêcher toute fuite du gaz GLC vers la chambre de procédé. Selon le second mode de réalisation, aucun gaz GLC n'est présent, le bouchon 587 n'est plus nécessaire et n'est pas installé, comme illustré en figure 21.

On note, en figure 20, la présence d'un élément bilame 805 monté serré sur la plaque 145 grâce à la vis 580 et à l'entretoise 588. Le fonctionnement de ce bilame est décrit plus avant en regard des figures 25, 26 et 27. Le serrage du bilame 805 sur la plaque 145 assure une bonne conduction thermique entre le bilame 805 et la plaque 145. On note aussi en figure 20 la présence d'un limiteur de course 586 comportant un épaulement en appui sur un fourreau en céramique isolante thermiquement 588 entourant la partie filetée de la vis 580. La pièce 586 est libre à son extrémité supérieure et sert à limiter la course verticale de la vis 580 lorsque le bilame entre en action sous l'effet de la chaleur et tend à éloigner la plaque 145 de la plaque 160. Selon le second mode de réalisation, le bilame n'est plus nécessaire et n'est pas installé. De même, le limiteur de course n'est plus nécessaire. Il reste présent sur la figure 21 car dans ce mode de réalisation, il n'a pas été ôté pour des raisons de standardisation du procédé de fabrication de l'ensemble. On observe, en figure 23, une coupe partielle d'un troisième mode de réalisation du mandrin 105 comportant, sur le trajet de l'injection de gaz BSG depuis l'entrée de gaz 180 jusqu'au via central 302 illustré en figure 3, un soufflet 136 représenté en détail en figure 22. Dans des modes de réalisation, une isolation du gaz entre une cavité de gaz GLC et une partie externe da la plaque 160, refroidie, est assuré par un soufflet 850 (voir figure 22) disposant de surfaces planes à ses extrémités, ces surfaces planes venant elle-même en appui sur des surfaces planes tant sur la plaque métallique 160 que sur la plaque céramique 145. Dans un autre mode de réalisation, le soufflet 850 est brasé dans la plaque céramique 145.

Dans un autre mode de réalisation, dans le cas de plaques métalliques refroidies 160, l'étanchéité entre le soufflet 850 et la plaque métallique 160 est réalisée par un joint torique. Les figures 22 à 24 représentent d'autres modes de réalisation de l'étanchéité de l'arrivée de gaz supérieur BSG, ou de passage des tiges de support. En effet, les soufflets 850 assurent : - une « étanchéité thermique » du fait de la longueur de conduction vis-à-vis de la section de passage, - une étanchéité au gaz et - une liberté de mouvement vertical et horizontal des pièces chaudes 120 et 145 vis-à-vis de la plaque ou table froide 160. Concernant l'étanchéité au gaz, avec les éléments illustrés en figure 23, on obtient une forte perte de charge donc une faible fuite en regard des pressions de gaz introduites - 20 Torr environ. Avec les éléments illustrés en figure 24, on obtient une étanchéité par brasure dans la partie chaude et une étanchéité par joint torique 855 dans la partie froide. Ce mode de réalisation est ainsi plus efficace que ceux présentés précédemment, mais il présente un encombrement plus important et ne peut pas être implantés dans des espaces réduits. Comme illustré en figure 25, dans des modes de réalisation, des éléments bilames 805 sont insérés entre la plaque métallique 160 et la céramique 145. Chaque élément 805 présente un effort de déformation. A partir d'une certaine température, typiquement de l'ordre de 200 °C, cet effort de déformation est supérieur à l'effort de serrage introduit par les ressorts 584 du dispositif de fixation des céramiques 120 et 145 sur la plaque métallique 160. A partir de cette température, l'effort de déformation des bilames 805 désolidarise la face inférieure de la céramique 145 de la face supérieure de la plaque métallique 160, de sorte à limiter la surface de contact entre la céramique 145 et la plaque métallique 160, comme illustré en figure 26. On limite ainsi les échanges thermiques par conduction, et une bonne pénétration du vide de la chambre de procédé entre la plaque métallique 160 et la céramique 145 est assurée. Dans des modes de réalisation, ces éléments bilames 805 sont insérés au niveau des points de fixation des céramiques 120 et 145 sur la plaque métallique 160, de sorte à limiter les moments de flexion introduits dans les céramiques 120 et 145 du fait de la distribution des points de fixation des céramiques 120 et 145 sur la plaque métallique 160 et des bilames 805. Dans des modes de réalisation, ces éléments bilames 805 sont serrés sur la plaque céramique 145 afin de réaliser une liaison encastrement, et donc optimiser le contact thermique entre la céramique 145 et le bilame 805 en regard du contact thermique de ce bilame 805 avec la plaque métallique 160, contact ponctuel, avec un effort de contact inférieur. Dans des modes de réalisation, les éléments bilames 805 sont constitués d'un élément dit « passif » en FeNi36 (Invar) et d'un élément dit « actif » en Ni (Nickel).

D'autres couples de matériaux sont disponibles sur le marché, tel que le Fe Ni20 Mn6 avec le Fe Ni42. Dans le cas de bilames 805 rectangulaires encastrées à une extrémité, la déflexion D à l'état libre est donnée, en millimètres, par la formule suivante : D =a.L2 .AT e Formule dans laquelle a est la déflexion spécifique en °K1, L est la longueur libre du bilame en mm, e est l'épaisseur du bilame en mm et AT est la différence de température en °K entre la température considérée et la température au repos, à température ambiante.

Dans le mode de réalisation présenté, le bilame 805 est de forme rectangulaire de demi longueur L = 6,5 mm, de largeur 10 mm et d'épaisseur 6 mm. Ce bilame 805 est installé avec un jeu de 0,5 mm par rapport à la plaque métallique 160. Lorsque le bilame 805 s'échauffe de 150 °C, la déformation du bilame 805 atteint la valeur du jeu, par exemple de 0,5 mm, et le bilame 805 entre en contact avec la plaque métallique 160. A un échauffement de 200 °C, l'effort développé par le bilame 805 est de 290 N. L'effort de serrage introduit par le ressort 584 étant de 60 N, les plaques en céramique 120 et 145 se soulèvent par rapport à la plaque métallique 160. Dans un mode de réalisation préférentiel, la compression du ressort 584 de fixation sous l'effet de l'effort introduit par le bilame 805, est limitée grâce à une butée mécanique franche, par exemple la butée 586 de la figure 20. La compression autorisée étant de 0,5 mm, et la raideur du ressort étant de 15 N/mm, la butée mécanique entre en action lorsque la température du bilame a augmenté de 160 °C. La figure 27 illustre ces mouvements. En figure 27, sont représentées une courbe de déflexion libre 905 et une courbe d'effort développé 910, en fonction de la température.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Mandrin électrostatique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une pièce en céramique (235) destinée à recevoir et maintenir une plaquette à traiter, constituée d'une ou plusieurs plaques en céramique et équipée d'au moins un élément chauffant (140) et d'un circuit de distribution de gaz depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - une pièce métallique (160) équipée d'au moins un passage (165) depuis sa face inférieure vers sa face supérieure, - un dispositif de serrage à effort contrôlé de la pièce céramique sur la pièce métallique, constitué d'une entretoise en céramique (588) épaulée solidaire de la pièce céramique et d'un ressort (584) venant en appui d'une part sur cette entretoise céramique, d'autre part sur la pièce métallique, et contenu dans le volume correspondant aux pièces céramique et métallique, exception faite de la limite inférieure de la pièce métallique et - au moins un dispositif étanche reliant un passage aménagé dans la pièce 15 métallique et un passage aménagé dans la pièce en céramique.
2. 2. Mandrin selon la revendication 1, dans lequel la pièce métallique est équipée d'un système d'évacuation des calories. 20
3. 3. Mandrin selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'entretoise en céramique est liée à la pièce en céramique au moyen d'une vis (580) vissée dans un insert taraudé (582) installé dans la pièce en céramique (235), l'insert taraudé comportant un épaulement venant en appui sur une face aménagée dans la pièce en céramique, l'insert taraudé présentant une périphérie de forme ovale dont la plus 25 grande dimension est supérieure à la plus petite dimension du logement aménagé dans la pièce en céramique, de sorte que l'insert taraudé ne peut effectuer un tour complet dans son logement.
4. 4. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'entretoise (588) est 30 réalisée dans un matériau isolant thermiquement.
5. 5. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une liaison étanche entre un passage aménagé dans la pièce métallique et un passage aménagé dans la pièce en céramique est réalisée au moyen d'un manchon: - monté à une de ses extrémités de façon étanche sur la face inférieure de la pièce en céramique, autour du passage aménagé dans la pièce en céramique, et - inséré à l'autre de ses extrémités dans un logement aménagé autour du passage aménagé dans la pièce métallique et recevant un joint torique.
6. 6. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une liaison étanche entre un passage aménagé dans la pièce métallique et un passage aménagé dans la pièce en céramique est réalisée au moyen d'un soufflet métallique.
7. 7. Mandrin selon la revendication 6, dans lequel au moins un soufflet métallique est brasé dans la pièce en céramique.
8. 8. Mandrin selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel au moins un soufflet comprend à une extrémité une surface plane maintenue en contact avec une surface plane aménagée en face inférieure de la pièce en céramique.
9. 9. Mandrin selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel au moins un soufflet métallique est inséré dans un joint torique lui-même installé dans un logement aménagé dans la pièce métallique autour du passage aménagé dans la pièce métallique.
10. 10. Mandrin selon la revendication 6 à 9, dans lequel au moins un soufflet métallique comprend à une extrémité une surface plane maintenue en contact avec une surface plane aménagée en face supérieure de la pièce métallique. 30
11. 11. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel une cavité étanche (126) destinée à recevoir un gaz de couplage thermique est aménagée entre la pièce en céramique et la pièce métallique et dans lequel chaque passage traversant de la pièce métallique débouchant dans la cavité étanche 126 en regard d'un passage 25traversant de la pièce céramique est relié de façon étanche à ce passage traversant la céramique.
12. 12. Mandrin selon la revendication 11, dans lequel un élément bilame configuré pour se déformer en fonction de la température est monté serré sur la pièce en céramique et un logement de hauteur prédéterminée destiné à recevoir cet élément bilame est aménagé dans la pièce céramique ou la pièce métallique.
13. 13. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les pièces céramique 10 et métallique sont séparées par au moins un écran thermique, lui-même séparé des pièces en céramique et métallique.
14. 14. Mandrin selon la revendication 13, dans lequel l'écran thermique présente une topographie (351, 354) sur au moins une de ses faces de sorte à limiter la surface de 15 contact dudit écran thermique avec au moins une des pièces en céramique et métallique.