FR3039564A1 - Dispositif de support pour substrat a traiter notamment par voie chimique ou electrochimique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de support (1) de substrat (2) à traiter chimiquement ou électro-chimiquement, comprenant un support (3) doté d'une ouverture traversante (37), un joint d'applique (40) destiné à s'appliquer contre le chant du substrat et logé dans une gorge du logement (6) du support et donnant sur l'ouverture, et des moyens déformables gonflables, caractérisé en ce que les moyens déformables gonflables sont distincts du joint d'applique et sont constitués d'au moins un élément déformable gonflable (41) disposé autour dudit joint d'applique (40), à l'opposé de l'ouverture. Le serrage du substrat peut être provoqué par une mise en surpression pneumatique de l'élément gonflable ou un retour à la pression atmosphérique de l'élément gonflable. La coopération des moyens d'étanchéité garantit l'herméticité entre le support et le chant du substrat en maximisant ainsi la surface du substrat à traiter.

Description

DISPOSITIF DE SUPPORT POUR SUBSTRAT A TRAITER NOTAMMENT PAR VOIE CHIMIQUE OU ELECTROCHIMIQUE L’invention concerne notamment le domaine du traitement électrolytique de substrats en vue de gravures ou de dépôts de matière. L’invention est plus particulièrement relative à un dispositif de support pour un substrat doté d’un matériau conducteur ou semi-conducteur et destiné à subir un traitement électrochimique, le dispositif de support comprenant des moyens périphériques d’étanchéité.

Le traitement électrochimique est couramment utilisé dans la structuration de surfaces conductrices ou semi-conductrices en vue de nombreuses applications, notamment dans le domaine de la micro-électronique, ou relatives à des capteurs, électrodes, membranes filtrantes, microdiffuseurs, réflecteurs optiques ou thermiques, supports d’isolation thermique ou électrique etc...

Dans le cadre des semi-conducteurs, on peut citer la texturation électrochimique de plaquettes de silicium. L'invention sera plus particulièrement décrite en regard de cette application, sans toutefois y être limitée.

Une technique connue pour réaliser un traitement électrochimique est de placer le substrat à traiter dans un bain d’électrolyte comprenant une électrode placée à distance du substrat, le substrat étant destiné à constituer une seconde électrode. L’électrode et le substrat sont connectés à deux polarités respectives opposées, le substrat formant anode ou cathode selon qu’il s’agit respectivement d’un enlèvement ou dépôt de matière.

Une autre technique connue consiste à placer le substrat entre deux bains d’électrolyte distincts comprenant chacun une électrode placée à distance du substrat, la circulation du courant d’électrolyse entre les deux électrodes étant forcée au travers du substrat. Une étanchéité entre les deux bains et entre les deux faces opposées du substrat est alors impérative.

Aujourd’hui, le dispositif de mise en oeuvre d’un procédé de traitement par bain(s) électrolytique(s) comprend un bâti présentant une cavité remplie d’une solution électrolytique, un porte-plaquette qui accueille le substrat à traiter, nommé encore plaquette, et qui est disposé dans la solution d’électrolyte. Une fois le porte-plaquette accueillant le substrat mis en place, celui-ci délimite deux bains dans la solution électrolytique (les deux bains pouvant contenir la même solution ou deux solutions différentes), qu’il convient par ailleurs de rendre étanche l’un par rapport à l’autre. A cet égard, des moyens d’étanchéité sont prévus entre le porte-plaquette et le bâti.

En outre, des moyens d’étanchéité sont prévus au sein même du porte-plaquette et agencés de manière à circonscrire la surface de l’une des faces de la plaquette, en particulier la face de la plaquette destinée à être traitée chimiquement ou électro-chimiquement.

Le porte-plaquette et les diverses étanchéités porte-plaquette/bâti et porte-plaquette/substrat ont donc pour rôle de séparer les deux solutions électrolytiques et de pouvoir polariser différemment les deux faces opposées du substrat.

Plus particulièrement, la plupart des porte-plaquettes sont généralement composés de deux parties amovibles qui prennent en sandwich la plaquette. Chaque partie forme intérieurement une surface plane et comprend une ouverture centrale. Les ouvertures des deux parties du porte-plaquette sont destinées à être mises en regard et délimitent la surface de la zone de la plaquette qui sera à traiter, le pourtour de la plaquette étant prise intégralement en sandwich entre les deux surfaces planes du porte-plaquette sur une distance la plus faible possible (de quelques millimètres, voire moins si possible) de manière à réduire le plus possible la surface non traitée de la plaquette. La plaquette avec ses moyens d’étanchéité périphériques sont logés dans une gorge du porte-plaquette. Lorsque les deux parties du porte-plaquette sont refermées sur la plaquette, les moyens d’étanchéité sont ainsi comprimés contre les deux faces opposées du substrat et autour de la zone à traiter du substrat, assurant ainsi une étanchéité entre les deux faces opposées de la plaquette.

Un tel dispositif connu présente certains inconvénients, notamment : - La mise en place et le retrait d’une plaquette prise en sandwich à l’intérieur du porte-plaquette prennent du temps du fait de devoir séparer/remonter les deux parties du porte-plaquette, qui sont généralement associées par vissage, ce qui ne favorise pas une mise en oeuvre industrielle. - La zone à traiter est limitée à l’ouverture traversante du porte-plaquette ; or le porte-plaquette recouvre une portion de plaquette non négligeable, réduisant de fait la possibilité de traitement dans cette région. - Lors du démontage, après la séparation des deux parties, la plaquette repose encore sur l’une des deux parties du porte-plaquette et peut parfois rester collée par capillarité d’où la nécessité de la décoller du moyen d’étanchéité avant de pouvoir la manipuler puis la déplacer.

Au regard des moyens d’étanchéité entre le substrat et le porte-plaquette, la demande de brevet européen EP0597428 propose des moyens d’étanchéité aptes à se déformer sous l’effet d’un gaz introduit dans lesdits moyens de sorte à ajuster la surface d’appui des moyens d’étanchéité contre la tranche du substrat en limitant avantageusement a minima le recouvrement de la surface à traiter. L’invention a donc pour but de proposer un dispositif de support de substrat à traiter notamment électro-chimiquement, doté de moyens d’étanchéité, qui s’avère simple et rapide de mise en oeuvre, en particulier permettant un montage rapide et aisé du substrat, qui garantisse un maintien ferme du substrat à porter et une étanchéité efficace tout en maximisant la surface à traiter du substrat et qui garantisse un démontage rapide et sans effort du substrat.

Selon l’invention, le dispositif de support d’au moins un substrat à traiter électro-chimiquement, comprend : - un support doté d’au moins une ouverture traversante, l’ouverture étant destinée à accueillir un substrat à traiter, et s’étendant dans un plan général qui est destiné à être parallèle au plan de la ou des surfaces à traiter, - au moins un joint d’applique logé dans un logement du support, s’étendant selon un périmètre encerclant l’ouverture, et destiné à s’appliquer contre le substrat lorsque ce dernier est logé dans l’ouverture, - des moyens déformables gonflables pour assurer au joint d’applique d’exercer des forces de compression de direction transversale au chant du cadre du support et dirigées vers l’ouverture, de sorte à appuyer le joint d’applique contre le chant du substrat, et est caractérisé en ce que les moyens déformables gonflables sont distincts du joint d’applique et sont constitués d’au moins un élément déformable gonflable disposé autour dudit joint d’applique, à l’opposé de l’ouverture.

Le joint d’applique est non gonflable.

Le joint d’applique est aisément amovible sans démonter le support. L’élément gonflable comporte une chambre creuse apte à être remplie de fluide sous pression pour l’expansion dudit élément.

Le logement présente une entrée tournée dans un plan transversal au plan général de l’ouverture. L’élément gonflable est apte à exercer et/ou transmettre des forces de compression dans la direction transversale au chant du cadre du support et dirigées vers l’ouverture. L’élément gonflable et le joint d’applique sont destinés à assurer une étanchéité entre ledit support et le chant du substrat.

Par conséquent, l’élément déformable gonflable coopère avec le joint d’applique en étant apte à lui transmettre des forces de compression pour son serrage contre le substrat. Le joint d’applique est passif en subissant les forces de compression de l’élément déformable gonflable. Ces forces de compression sont transmises en direction du joint d’applique qui les transmet à son tour transversalement au chant du cadre du support en direction de l’ouverture logeant le substrat, c’est-à-dire que pour un cadre à paroi par exemple annulaire, les forces de compression sont radiales et dirigées vers le centre de l’ouverture. Ainsi, lorsqu’un substrat est positionné à l’intérieur d’une ouverture, le joint d’applique comprimé par l’élément déformable est apte à transmettre des forces de compression contre la tranche du substrat, dans des plans parallèles aux faces planes du substrat.

La présente invention se distingue de l’art antérieur par la présence d’un élément déformable gonflable venant comprimer le joint d’applique en contact avec le substrat. Cette coopération offre des avantages supplémentaires, au contraire de la compression pneumatique directe par un joint d’applique unique se déformant.

Cette réalisation de l’invention, sans que le joint d’applique soit gonflable, permet de maîtriser plus facilement l’homogénéité du serrage sur tout le pourtour du substrat sans risque de l’abîmer, notamment au regard de la grandeur des forces de compression et de la répartition de ces forces.

Dans l’art antérieur, le serrage est assuré par la mise sous pression pneumatique du joint d’applique de type « tubeless >> (expression anglaise couramment employée en français pour désigner un joint à chambre creuse sans chambre à air), ce qui ne permet pas son remplacement aisé pour s’adapter à différentes formes de substrats, contrairement à l’utilisation du joint d’applique indépendant de l’élément gonflable de la présente invention. D’autre part l’utilisation d’un élément gonflable indépendant, ledit élément gonflable comprenant une chambre fermée, évite tout risque d’infiltration d’électrolyte ou de vapeur d’électrolyte dans le circuit pneumatique quelle que soit la position de serrage ou de repos du joint d’applique, à la différence d’un serrage par compression d’un joint d’applique directement poussé par un gaz.

Le dispositif peut comporter, de préférence dans le même support, plusieurs ouvertures destinées chacune à accueillir un substrat à traiter, chaque ouverture étant dotée en périphérie d’un logement comprenant un joint d’applique pour coopérer avec un substrat, le dispositif comprenant au moins un élément déformable gonflable apte à coopérer par compression/decompression tout autour de chaque joint d’applique, de préférence l’élément gonflable étant logé également dans ledit support.

Les ouvertures dans le support délimitent des cadres qui accueillent chacun un substrat. Le substrat sera maintenu par son joint d’applique lorsque l’élément déformable gonflable exercera sa compression.

En outre, la forme en cadre du support, et cette coopération du joint d’applique avec le substrat selon le chant de ce dernier, limitent la zone de recouvrement du joint sur les faces planes principales du substrat, maximisant ainsi la zone apte à être traitée.

La géométrie du cadre est adaptée à la forme du substrat à porter.

On entend dans la suite de la description par « position de repos » relative au joint d’applique, la position pour laquelle aucune force de compression n’est exercée par l’élément gonflable, et par « position de serrage », la position dans laquelle le joint d’applique transmet une force de compression de sorte à maintenir fermement le substrat dans son support et d’assurer l’étanchéité entre les deux faces opposées du substrat.

Dans un mode préféré, la position de serrage sera obtenue par la mise en surpression de l’élément déformable gonflable.

Dans une variante de réalisation, le joint d’applique est agencé en position de serrage par remise en pression atmosphérique de l’élément déformable gonflable préalablement contracté par dépressurisation. L’intérêt d’un tel mode de serrage est de pouvoir maintenir le serrage d’un substrat même en cas de défaut de pression dans le réseau faisant le vide dans l’élément gonflable. Ainsi, une fois le substrat serré, même en cas de dysfonctionnement du système de dépressurisation, le serrage du substrat reste assuré.

Ainsi, deux variantes définissent l’état de l’élément gonflable en l’absence de substrat. L’élément déformable gonflable, en l’absence de substrat, est : - soit à l’état dégonflé ou peu gonflé, c’est-à-dire suffisamment rétracté pour ne pas exercer une compression sur le joint d’applique, le substrat peut alors être mis en place dans l’ouverture puis il est nécessaire de gonfler l’élément (pressuriser l’élément en injectant un fluide sous pression dans le corps creux de l’élément), pour que l’élément gonflable se dilate et engendre des forces de compression contre le joint d’applique qui à son tour coopère avec le chant du substrat par contact intime pour ainsi assurer l’étanchéité ; - soit à l’état gonflé en appui contre le joint d’applique ; il est alors nécessaire de dépressuriser l’élément gonflable pour qu’il se rétracte et cesse d’exercer une compression sur le joint d’applique de façon à pouvoir insérer le substrat, puis de relâcher la dépressurisation dans l’élément gonflable afin qu’il se détende et comprime à nouveau le joint d’applique de sorte à s’appuyer contre le chant du substrat réalisant l’étanchéité.

Le dispositif de l’invention permet un positionnement à plat et sans effort du substrat dans le plan d’ouverture dudit joint au repos, c’est-à-dire lorsqu’aucune force compressive n’est appliquée sur ledit joint.

Le serrage pneumatique via l’élément gonflable associé au joint d’applique permet de gagner en rapidité d’association du substrat. Le substrat est directement positionné à plat dans le plan du cadre en affleurant le joint d’applique de manière coplanaire. Il n’y a pas nécessité par exemple d’introduire le bord du substrat dans une gorge spécifique qui loge deux joints d’applique diamétralement opposés et ouverts avec des profils en V. L’amenée du substrat et son agencement se font donc très simplement sans qu’il soit besoin d’ouvrir en deux le support ou de dissocier le joint d’applique en deux parties, comme dans l’art antérieur pour introduire le substrat par la tranche coplanairement au joint à la manière d’une insertion par guillotine.

Dans la présente invention, l’action sur l’élément gonflable agit sur le joint d’applique qui est de périmètre fermé et vient à son tour encapsuler ou libérer immédiatement le bord du substrat.

Les moyens d’étanchéité formés par l’association de l’élément déformable gonflable et du joint d’applique sont destinés à coopérer avec un système de mise en surpression ou dépressurisation, de préférence un système pneumatique, qui procure un serrage/desserrage (pneumatique) garantissant un montage/démontage rapide du substrat de son support et un maintien en position ferme et fiable du substrat, tout en garantissant l’étanchéité recherchée.

Les moyens d’étanchéité sont aptes à exercer des forces de compression de direction transversale ou sensiblement transversale au chant du cadre du support et dirigées vers l’ouverture, c’est-à-dire que pour un cadre à paroi par exemple annulaire, les forces de compression sont radiales ou sensiblement radiales et dirigées vers l’ouverture. Ainsi, lorsque le substrat est positionné à l’intérieur de l’ouverture, le joint d’applique est apte à appliquer des forces de compression contre la tranche du substrat, dans des plans quasi parallèles aux faces planes du substrat.

Le joint d’applique est donc destiné à coopérer par cerclage autour du substrat et à assurer ainsi des forces de serrage contre son chant.

Le joint d’applique est apte à se déformer pour assurer une coopération avec le substrat par compression transmise par l’élément déformable gonflable.

Dans le cas de la première variante, le volume du logement accueillant l’élément gonflable est adapté, en particulier est tel que l’élément gonflable présente un volume plus faible que le volume du logement lorsque l’élément gonflable n’est pas à l’état gonflé et expansé, afin que lorsque l’élément gonflable est à l’état gonflé et expansé, son expansion de volume engendre une mise en compression du joint d’applique. Ainsi, l’élément gonflable présente un volume plus faible que le volume du logement lorsque qu’aucune pression pneumatique n’est appliquée dans la chambre dudit élément gonflable, de façon que la mise en surpression pneumatique de la chambre dudit élément gonflable entraîne une expansion de volume dudit élément et une mise en compression du joint d’applique. En deuxième variante, l’élément gonflable présente un volume plus faible que le volume de la cavité lorsqu’une dépressurisation est effectuée dans la chambre dudit élément gonflable, de façon qu’une remise en pression atmosphérique à l’intérieur de ladite chambre entraîne une expansion de volume dudit élément et une mise en compression du joint d’applique.

Le joint d’applique présente un profil et une dureté tels qu’il est destiné à épouser selon son chant intérieur, parfaitement le chant du substrat tout en minimisant le recouvrement des faces planes du substrat. Le recouvrement pourra par exemple ne pas dépasser quelques dixièmes de millimètres. Avantageusement, cela permet de minimiser la surface de recouvrement tout en garantissant l’étanchéité entre les faces opposées du substrat.

Pour rappel, une plaquette de silicium possède une épaisseur comprise généralement entre 200 pm et 1 mm, voire plus, avec des diamètres compris entre 50 mm (2 pouces) et 300 mm (12 pouces).

Le joint d’applique est adapté à la longueur et à la forme géométrique du périmètre du substrat, de sorte que le profil du chant interne dudit joint est destiné à épouser hermétiquement la surface du chant du substrat par compression dudit joint.

En particulier, au-delà de sa forme pour épouser la tranche du substrat, le joint peut présenter, sur le pourtour de son chant intérieur destiné à être en applique contre le substrat, des aspérités ou des concavités pour combler un relief particulier dans l’épaisseur du chant du substrat. Cela sera par exemple le cas pour le traitement des plaquettes de silicium comprenant une encoche servant de repérage pour positionner idéalement lesdites plaquettes dans leurs utilisations ultérieures. Cette encoche, encore appelée « notch >>, sera comblée pendant le serrage de la plaquette par un ergot en saillie sur le chant intérieur du joint d’applique.

Le joint d’applique de la présente invention, destiné à s’appliquer directement contre le substrat, possède des propriétés élastiques et présente un corps unitaire au périmètre fermé avec un profil pouvant être localement adapté à la forme particulière d’un substrat. Ainsi l’étanchéité de la face à traiter par rapport au liquide en contact avec l’autre face est garantie de manière sûre tout autour du substrat. L’élément déformable gonflable est en un matériau étanche et élastique, et est de type joint gonflable à chambre fermée, de façon que ledit élément gonflable soit destiné à coopérer hermétiquement avec le joint d’applique par compression.

Lorsque l’élément gonflable est destiné à travailler en surpression, la pression fournie par le système pneumatique est adaptée de façon à ce que le joint d’applique, combiné à son profil, exerce sur la tranche du substrat une compression appropriée pour garantir l’étanchéité sans trop comprimer le substrat au risque sinon de l’abîmer.

Lorsque le serrage du substrat intervient pendant le relâchement de la dépressurisation de l’élément gonflable, ce dernier se regonfle en prenant du volume contraignant à son tour le joint d’applique avec une force de compression d’autant plus importante que la dureté de l’élément gonflable sera grande. La dépressurisation peut être partielle.

La surpression ou la dépressurisation exercée par le système pneumatique peut être contrôlée et réajustée en cas de dérive des conditions de traitement électrolytique, dues par exemple, à une déformation du substrat ou bien encore à une augmentation du courant de fuite résiduel au niveau de l’interface joint/substrat. Ainsi, en cas de détection de déformation du substrat au cours du traitement, on veillera à relâcher la contrainte exercée par l’élément gonflable et donc la pression exercée par le joint d’applique. En cas de courant de fuite détecté, on pourra tenter en premier lieu d’agir sur la compression du joint d’applique pour augmenter encore le contact intime de serrage dudit joint sur le substrat.

Par conséquent, de manière avantageuse, le dispositif donne l’opportunité de contrôler la qualité de l’étanchéité et de limiter la déformation éventuelle des plaquettes en agissant sur le niveau de pression pneumatique appliqué dans la chambre de l’élément gonflable au cours du traitement. L’invention, en utilisant un élément gonflable distinct du joint d’applique présente notamment les avantages suivants : - le joint d’applique, qui s’use plus vite en contact avec la solution d’électrolyte et le substrat, peut être aisément remplacé ; - l’élément gonflable n’a pas à présenter les particularités de forme et de dureté du joint d’applique qui est en contact avec le substrat ; - un joint d’applique plein sera plus facile et moins cher à fabriquer qu’un élément gonflable de type joint gonflable à chambre fermée fabriqué par extrusion puis soudage ; - il est aisé de s’adapter à tous types de profil périphérique et de diamètre du substrat indépendamment d’une part de l’élément déformable gonflable et du support. Seul est à prévoir un profil et un périmètre intérieur adaptés pour le joint d’applique en contact avec le substrat, ce joint étant facilement interchangeable en fonction du profil du substrat ; - le circuit pneumatique est constamment isolé de l’environnement électrolytique, ce qui le préserve totalement des risques de corrosion par remontée de liquides ou de vapeurs, à la différence de l’art antérieur où seul le joint d’applique sépare le circuit pneumatique de l’environnement électrolytique ; - l’élément gonflable permet de travailler selon deux modes de serrage: par mise en surpression de la chambre de l’élément gonflable initialement dégonflé ou bien par remontée à la pression atmosphérique dans la chambre de l’élément gonflable préalablement dépressurisé.

Les moyens d’étanchéité (couple élément gonflable et joint d’applique) sont amovibles par rapport au cadre de manière à pouvoir les changer, par exemple lorsqu’ils sont usés, et à pouvoir adapter le joint d’applique à un nouveau profil de substrat.

Le joint d’applique est amovible par rapport au cadre et sa mise en place ou son retrait dans le logement se fait sans avoir à désassembler mécaniquement le cadre, notamment lorsque le cadre est fait de deux demi-cadres assemblés.

Le logement du cadre de support comporte une cavité dans laquelle est logé l’élément gonflable, et une gorge débouchant d’un côté sur ladite cavité et du côté opposé sur l’ouverture du cadre support, la gorge logeant le joint d’applique.

La cavité du logement comporte des parois constituant des butées vis-à-vis de la dilatation de l’élément gonflable, lesdites parois étant destinées à limiter la compression exercée sur le joint d’applique positionné dans la gorge dudit logement.

Lorsque le mode de serrage intervient pendant la mise en surpression pneumatique de l’élément gonflable, le joint d’applique est à l’état de repos avant ladite mise en surpression et n’occupe alors qu’une partie de la cavité, ménageant ainsi un espace permettant au joint d’applique de présenter une portion faisant saillie dans ledit espace de la cavité. L’espace permet en outre à l’élément gonflable lorsqu’il est gonflé de répartir les forces de compression contre le chant externe du joint d’applique à comprimer, et les parois de la cavité servent en quelque sorte de butées de dilatation de l’élément gonflable limitant et répartissant les efforts de compression transmis par l’élément gonflable en direction du joint d’applique. A l’inverse, lorsque le serrage intervient après une dépressurisation préalable de l’élément gonflable, le retour de l’élément gonflable à l’état de repos par relâchement de la dépressurisation tendra à remplir la totalité de la cavité et à exercer des forces compressives sur le joint d’applique.

Le volume de la cavité dans lequel l’élément gonflable se dilate pourra différer localement sur le contour du cadre afin d’adapter le volume d’expansion dudit élément et engendrer une course de déplacement du joint d’applique vers le substrat qui différera localement. Le volume de la cavité entourant l’ouverture du support peut donc être localement accru/réduit de manière à augmenter/diminuer localement le volume disponible pour la dilatation de l’élément gonflable et à accroître/réduire la course de déplacement du joint d’applique. Ce contrôle local conjugué au contrôle local du profil du joint d’applique permet très avantageusement de s’adapter aux spécificités de la périphérie des substrats, telles que la présence de méplats, d’encoches, etc...Le joint d’applique en contact avec le substrat épouse ainsi parfaitement le profil du substrat. Par exemple, en présence d’une encoche (notch) sur le bord du substrat, l’ergot que présentera le joint d’applique pourra s’introduire plus profondément et de manière plus intime dans l’encoche et s’en retirer tout aussi rapidement et facilement.

Ainsi, de façon générale, le logement accueillant les moyens d’étanchéité comporte des butées constituant des butées vis-à-vis de la dilatation desdits moyens d’étanchéité.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte des moyens de calage qui sont destinés à assurer le maintien en position du substrat dans le plan d’ouverture du joint d’applique au repos par application d’une face du substrat contre lesdits moyens, de préférence lesdits moyens de calage étant solidaires du support ou du joint d’applique.

De manière préférée, les moyens de calage peuvent être solidaires du corps du support. En variante, les moyens de calage peuvent être solidaires, voire même constitués, du joint d’applique, lui-même destiné à épouser le chant du substrat, via un profil adapté. Par exemple le profil du joint d’applique peut comporter un décrochement ou une lèvre en saillie permettant une insertion directe à plat et un calage du substrat dans le plan de l’ouverture du support. L’invention a également trait à un ensemble comprenant le dispositif de support de l’invention précité et un système de mise en surpression ou dépressurisation pneumatique qui est associé à la chambre de l’élément gonflable, en particulier l’ensemble comprenant des moyens de contrôle de la mise en pression ou de dépressurisation pneumatique, des défaillances d’étanchéité et/ou de déformations de substrats détectées pendant le traitement.

Les moyens d’étanchéité comportent au moins un élément déformable gonflable qui comprend au moins une chambre qui est apte à recevoir un gaz sous pression issu du système de mise en surpression, ou bien encore apte à se vider par dépressurisation, engendrant ainsi la déformation de la chambre.

Le système pneumatique relié à l’élément gonflable est agencé pour être toujours préservé de l’environnement électrolytique corrosif, liquide ou gazeux dans lequel le support est destiné à être immergé.

Lors de son utilisation, le dispositif de l’invention peut être indifféremment disposé verticalement ou horizontalement et s’adapter ainsi au type de bâti.

Selon l’invention, le dispositif de support est en particulier utilisé pour supporter un substrat, du type plaquette de silicium, à traiter, en particulier à structurer par voie électrochimique sur au moins l’une de ses faces planes. A titre d’exemples nullement limitatifs, on peut citer des plaquettes monocristallines ou multi-cristallines, ou encore mixtes du type isolant/semi-conducteur, et aux formes et dimensions variées, telles que circulaires de 2 à 12 pouces de diamètre et plus, de formes carrées ou rectangulaires, avec ou sans coins arrondis, pour applications photovoltaïques par exemple.

Par conséquent, le serrage du substrat peut être provoqué par une mise en surpression pneumatique de l’élément gonflable ou un retour à la pression atmosphérique de l’élément gonflable. La coopération des moyens d’étanchéité garantit l’herméticité entre le support et le chant du substrat en maximisant ainsi la surface du substrat à traiter. La coopération des moyens d’étanchéité permet également de changer facilement de joint d’applique selon la forme du substrat à traiter sans avoir à modifier l’élément gonflable qui continue quant à lui à préserver le circuit pneumatique de mise en surpression/dépressurisation de tout risque de corrosion par infiltration de liquides ou de vapeurs.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles :

La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif de support de l’invention selon l’une de ses faces, dépourvu des moyens d’étanchéité;

La figure 2 est une vue de la figure 1, le dispositif portant un substrat en vue d’être traité;

La figure 3 illustre une vue en perspective avec coupe médiane d’une moitié du dispositif de la figure 2 sans le substrat ;

La figure 4 est une vue schématique en perspective et en coupe du dispositif de l’invention portant un substrat et agencé en association avec un bâti de sorte à séparer deux milieux électrolytiques ;

La figure 5 est une vue en coupe et schématique d’un mode de réalisation du logement du support accueillant les moyens d’étanchéité avant la mise en compression du joint d’applique;

La figure 6 correspond à la figure 5 après une mise en compression du joint d’applique;

La figure 7 est une vue schématique partielle en coupe d’une variante de joint d’applique du dispositif de l’invention.

Le dispositif de support 1 illustré sur les figures 1 à 6 est destiné à supporter un substrat 2, telle qu’une plaquette de silicium, à traiter électro-chimiquement, en particulier par voie électrolytique.

Le substrat 2 est plan.

En regard de la figure 5, il présente deux faces principales 20 et 21 parallèles et opposées et un chant périphérique 22 reliant les deux faces. Le chant peut être courbe, de convexité tournée vers l’extérieur.

Le dispositif de support 1 comporte un support 3 qui est destiné, lorsque le substrat 2 lui est associé et doté de ses moyens d’étanchéité, à constituer une barrière étanche entre deux bains électrolytiques 10 et 11 de façon à isoler hermétiquement les faces opposées 20 et 21 du substrat, le bain en contact avec l’une des faces du substrat ne devant pas être en contact avec la face opposée du substrat en contact avec l’autre bain. A cet effet, le dispositif de support comporte des moyens d’étanchéité 4 qui sont associés au support 3 et sont destinés à coopérer avec le substrat 2.

Le support 3 comprend des moyens d’étanchéité supplémentaires 5 agencés sur au moins un côté externe dudit support qui est destiné à s’appuyer contre le bâti 12. Un logement périphérique est de préférence prévu dans la face externe 34 du cadre 30 pour y insérer les moyens d’étanchéité supplémentaires 5. Le support 3 est plaqué contre le bâti 12 avec les moyens d’étanchéité supplémentaires 5 en interface, et cela par tous moyens de pression appropriés s’exerçant sur ledit support 3 selon une force perpendiculaire au plan du substrat 2.

En regard des figures, en particulier 1 et 2, le support 3 présente selon l’invention un corps principal en forme de cadre 30, ici de forme circulaire mais qui pourrait être de géométrie différente telle que rectangulaire, carrée, ou autre.

Le support 3 comporte les moyens d’étanchéité 4 comprenant un joint d’applique 40, et un élément déformable gonflable 41 associé au joint d’applique et destiné à transmettre des forces de compression au joint d’applique pour son serrage contre le substrat 2 lorsque celui-ci est logé dans le cadre 30. Le joint d’applique 40 est l’élément d’étanchéité coopérant directement avec le substrat, tandis que l’élément gonflable 41 est du côté opposé au substrat. Le joint d’applique 40 est ainsi disposé entre l’élément gonflable 41 et le substrat 2.

Le cadre 30 peut être monobloc, ou tel qu’illustré, de préférence formé de deux demi-cadre 31 et 32 fixés l’un à l’autre de manière amovible, ce qui permet d’agencer plus aisément les moyens d’étanchéité 4 dans ce cadre et de les changer ultérieurement si besoin. Lorsque deux demi-cadres sont associés, ceux-ci sont assemblés par exemple par clipsage ou serrage par vis. Les moyens de fermeture/d’assemblage sont adaptés pour résister aux forces de compression exercées par l’élément gonflable 41 sur les parois internes des demi-cadres lors du serrage de la plaquette. Ces deux demi-cadres ont juste pour but de pouvoir accéder, changer le l’élément gonflable 41 plus facilement mais n’apportent rien au regard de l’association du substrat.

Le cadre 30 comprend deux faces externes opposées et parallèles 33 et 34, un chant externe 35, et un chant ou paroi interne 36. Le cadre 30, en particulier sa paroi interne 36, délimite une ouverture 37 qui est destinée à accueillir le substrat 2. L’ouverture 37 s’étend dans un plan général parallèle aux deux faces 33 et 34 du cadre, en particulier dans le plan médian réunissant les deux demi-cadres.

Le substrat 2 est logé dans cette ouverture 37 de sorte que ses deux faces opposées 20 et 21 sont parallèles au plan général de l’ouverture.

Selon l’invention (en référence aux figures 3 à 6), l’étanchéité entre les deux faces opposées 20 et 21 du substrat 2 est réalisée par le joint d’applique 40 qui coopère avec la tranche ou chant 22 dudit substrat.

Le joint d’applique 40 est associé à la paroi interne 36 du cadre 30. Il est plus particulièrement accueilli dans un logement 6 ménagé dans ladite paroi 36.

Le logement 6 est adapté à la taille et à la forme du joint d’applique 40 et de l’élément gonflable 41 apte à coopérer avec le joint d’applique 40. Il présente une forme générale de rainure qui s’étend sur l’entière périphérie de la paroi.

Dans le mode de réalisation illustré, le logement 6 comporte, en regard des figures 4 à 6, une cavité 60 ménagée dans l’épaisseur du cadre et une gorge radiale 61. La gorge 61 prolonge la cavité 60 de façon plus étroite et selon le plan général de l’ouverture, pour déboucher sur ladite ouverture 37.

Le joint d’applique 40 encercle l’ouverture 37. Il forme, au moins pour sa partie destiné à être en contact avec la tranche 22 du substrat, une ligne continue fermée.

Les moyens d’étanchéité 4 présentés dans l’exemple de réalisation des figures 3 à 6, comprennent donc les deux éléments d’étanchéité 40 et 41 agencés radialement côte à côte et alignés selon le plan général de l’ouverture, celui destiné à être en contact avec le substrat étant dénommé joint d’applique.

Le joint d’applique 40 est préférentiellement plein et est destiné à s’appliquer contre le substrat, tandis que l’élément gonflable 41, est apte à se dilater et se déformer pour comprimer le joint d’applique 40. L’élément gonflable 41 est apte à se dilater, se déformer pour comprimer le joint d’applique 40. Il comporte une chambre interne 43 destinée à être remplie de fluide sous pression.

On distingue deux variantes de mise en oeuvre afin que l’élément déformable gonflable 41 puisse exercer des forces de compression sur le joint d’applique 40, à savoir un mode dit de pressurisation et un mode de dépressurisation. L’exemple des figures 5 et 6 illustre le mode pressurisation. Lorsqu’aucune pression pneumatique n’est appliquée dans la chambre 43 de l’élément gonflable 41, le joint d’applique 40 au plus proche du substrat présente un périmètre intérieur plus grand que le périmètre du substrat, permettant de positionner sans effort le substrat dans l’ouverture 37 du cadre 3. Lorsque l’élément déformable 41 est gonflé (fluide sous pression dans la chambre 43), celui-ci comprime le joint d’applique 40 sur son côté adjacent pour transmettre une compression à son côté opposé de façon à se plaquer par compression contre le chant 22 du substrat et l’épouser. Le joint d’applique enserre alors parfaitement le substrat.

Dans le mode dépressurisation non représenté, l’élément gonflable 41 est initialement gonflé et expansé, et s’appuie sur le joint d’applique alors même qu’il n’y a pas de substrat. Pour insérer le substrat 22 dans l’ouverture 37, cela n’est possible qu’en dépressurisant la chambre 43 de l’élément gonflable 41. Tant que la dépressurisation est maintenue le joint d’applique 40 reste dans sa position de repos permettant ainsi une mise en place aisée du substrat. En relâchant la dépressurisation dans la chambre 43 de l’élément gonflable 41 jusqu’à la pression atmosphérique, ledit élément se dilate à nouveau en comprimant dans le même temps le joint d’applique 40.

Cette réalisation de l’invention via l’élément gonflable distinct du joint d’applique permet de maîtriser plus facilement l’homogénéité du serrage sur tout le pourtour du substrat sans risque de l’abîmer, notamment au regard de la grandeur des forces de compression et de la répartition de ces forces.

Lorsque le cadre est formée de deux demi-cadres, il n’est pas nécessaire d’ouvrir le cadre, c’est-à-dire de dissocier les demi-cadres, pour associer le joint d’applique 40 au cadre, le joint peut être directement introduit dans la gorge 61.

La largeur et la dureté (dimension transversale aux faces 31 et 32 du support 3) du joint d’applique 40 destiné à être en compression contre le chant 22 du substrat, ainsi que la force de compression pneumatique et la dureté du matériau constituant l’élément déformable gonflable, sont adaptées pour recouvrir intégralement la largeur du chant 22 du substrat (lorsque le plan du substrat est parallèle au plan du joint d’applique) et limiter le débordement du joint d’applique 40 sur les faces 20 et 21 dudit substrat, tel que visible sur la figure 6.

Le positionnement du substrat dans le plan général de l’ouverture en vis-à-vis du joint d’applique 40 est facilité grâce aux butées 38 solidaires du demi-cadre 31 du support 3.

En variante, les butées pour positionner le substrat correctement dans le plan de l’ouverture pourraient correspondre à des portions spécifiques du joint d’applique 40. Tel que visible sur la figure 7, le joint d’applique 40 est profilé en comprenant un décrochement 44 formant d’une part un volume coplanaire à l’ouverture d’accueil du substrat et d’autre part une butée contre laquelle s’appuie le substrat 2 pour son positionnement à plat afin de retenir le substrat dans le plan de l’ouverture avant l’opération de serrage.

En regard des figures 5 et 6, l’élément gonflable 41 comporte une chambre intérieure 43 annulaire s’étendant sur tout le périmètre dudit élément. Du gaz sous pression peut être injecté dans cette chambre 43 ou bien être retiré par dépressurisation de sorte à déformer les parois de l’élément gonflable 41. Les pressions appliquées dépendent de la dureté des matériaux utilisés pour la fabrication du joint gonflable. La pression sera par exemple de quelques bars dans un mode préféré de serrage par mise en surpression de l’élément gonflable 41.

Le dispositif de l’invention comporte (figures 2 à 6) au moins une entrée/sortie 7 d’alimentation en gaz sous pression (ou de dépressurisation) coopérant avec l’élément gonflable 41, et traversant le cadre 30 via l’orifice 8. L’entrée/sortie 7 est connectée, depuis une terminaison, à la chambre 43 du joint, et au niveau de sa terminaison opposée, est destinée à être reliée à un système pneumatique 70.

Le logement 6 du cadre accueillant l’élément gonflable 41, en particulier la cavité 60 logeant ledit élément, présente un espace délimité par des parois, qui est adapté à l’augmentation de volume dudit élément et à la direction principale de déformation à imposer au joint d’applique 40, c’est-à-dire radialement en direction de l’ouverture 37 pour exercer des forces de poussée principalement contre ledit joint d’applique 40 en direction du substrat.

De plus, la cavité 60 (figures 5 et 6) du cadre 30 communique avantageusement avec la gorge radiale annulaire 61 au niveau d’un rétrécissement 62 ménagé par les parois 63 et 64 transversales aux faces 33 et 34 du cadre 30 du support 3 et coplanaires ou sensiblement coplanaires avec le chant externe 40A du joint d’applique 40 contre laquelle s’appuie l’élément gonflable 41. Ces parois transversales 63 et 64 constituent des butées pour la dilatation de l’élément gonflable permettant ainsi de fixer efficacement une limite de contrainte maximale applicable sur le joint d’applique. Ainsi, si la compression induite par l’élément gonflable 41 devient trop importante, ces butées 63 et 64 assurent que le joint d’applique 40, et donc le substrat, subissent une contrainte constante.

Dans le mode de serrage par mise en surpression de l’élément gonflable 41, tant que le système pneumatique n’a pas été mis en marche, le joint d’applique 40 ne vient pas enserrer le substrat 2. Le substrat 2 est alors provisoirement maintenu au niveau de l’ouverture 37 grâce à des moyens de calage 38 (figures 1 à 6) prévus sur la périphérie intérieure du cadre ou bien encore directement associés au joint d’applique 40 par un profil adapté (figure 7).

Dans le mode de serrage par dépressurisation de la chambre 43 de l’élément gonflable 41 par le système pneumatique 70, le substrat 2 ne sera enserré par le joint d’applique 40 qu’après la remise en pression atmosphérique de la chambre 43.

Par conséquent, le dispositif de support de l’invention pour substrat à traiter par exemple par voie électrochimique permet, par la forme générale en cadre du corps du support, par la présence de deux moyens d’étanchéité dont un élément déformable gonflable et un joint d’applique non gonflable disposés sur le pourtour intérieur du cadre, par la capacité de l’élément gonflable à se dilater, en particulier sous pression pneumatique ou dépressurisation, par la possibilité de positionner un substrat directement à plat dans l’ouverture du cadre sans avoir à ouvrir le support en plusieurs parties, de, monter/démonter le substrat à ce support de manière rapide et répétée pour une application industrielle, fournir une étanchéité efficace entre les deux faces opposées du substrat tout en maximisant la surface à traiter du substrat, éviter tout risque de remontée d’électrolyte ou de vapeur d’électrolyte dans le circuit pneumatique de serrage.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de support (1) d’au moins un substrat à traiter électro-chimiquement, comprenant : - un support doté d’au moins une ouverture traversante (37), l’ouverture étant destinée à accueillir un substrat (2) à traiter, et s’étendant dans un plan général qui est destiné à être parallèle au plan de la ou des surfaces à traiter, - au moins un joint d’applique (40) accueilli dans un logement (6) du support, s’étendant selon un périmètre encerclant l’ouverture, et destiné à s’appliquer contre le substrat lorsque ce dernier est logé dans l’ouverture, - des moyens déformables gonflables pour assurer au joint d’applique d’exercer des forces de compression de direction transversale au chant du cadre du support et dirigées vers l’ouverture, de sorte à appuyer le joint d’applique contre le chant du substrat, caractérisé en ce que les moyens déformables gonflables sont distincts du joint d’applique et sont constitués d’au moins un élément déformable gonflable (41) disposé autour dudit joint d’applique (40), à l’opposé de l’ouverture.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d’applique (40) possède des propriétés élastiques et présente un corps unitaire au périmètre fermé et en ce que le joint d’applique (40) est adapté à la longueur et à la forme géométrique du périmètre du substrat (2).
3. 3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément déformable gonflable (41) est en un matériau étanche et élastique, et est de type joint gonflable à chambre fermée, de façon que ledit élément gonflable (41) est destiné à coopérer hermétiquement avec le joint d’applique (40) par compression.
4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume du logement (6) accueillant l’élément gonflable (41) est adapté, en particulier est tel que l’élément gonflable présente un volume plus faible que le volume du logement lorsque l’élément gonflable n’est pas à l’état gonflé et expansé.
5. 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement (6) du cadre de support comporte une cavité (60) dans laquelle est logé l’élément gonflable (41), ladite cavité comportant des parois (63, 64) constituant des butées vis-à-vis de la dilatation de l’élément gonflable (41).
6. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le volume de la cavité dans lequel l’élément gonflable se dilate diffère localement sur le contour du cadre afin d’adapter le volume d’expansion dudit élément gonflable et engendrer une course de déplacement du joint d’applique vers le substrat qui diffère localement.
7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de calage (38, 44) destinés à assurer le maintien en position du substrat dans le plan d’ouverture du joint d’applique (40) au repos par application d’une face du substrat contre lesdits moyens, de préférence lesdits moyens de calage étant solidaires du support (3) ou du joint d’applique (40).
8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d’applique (40) est amovible par rapport au cadre (30) et en ce que sa mise en place ou son retrait dans le logement (6) se fait sans avoir à désassembler mécaniquement le cadre, notamment lorsque le cadre est fait de deux demi-cadres assemblés.
9. 9. Ensemble comprenant le dispositif de support selon l’une quelconque des revendications précédentes et un système de mise sous pression/dépressurisation pneumatique (70) qui est associé à l’élément déformable gonflable (41), en particulier l’ensemble comprenant des moyens de contrôle de la mise en pression ou de dépressurisation pneumatique, des défaillances d’étanchéité et/ou de déformations de substrats détectées pendant le traitement.
10. 10. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système pneumatique (70) relié à l’élément gonflable à chambre fermée (41) est agencé pour être toujours préservé de l’environnement électrolytique corrosif, liquide ou gazeux dans lequel le support (3) est destiné à être immergé.