Brevet FR2065495A1 — publié le 19710730

La présente invention concerne un dispositif de multitraitement continu sous vide concernant les traitements sous vide (c'est-à-dire, dégazage, nettoyage par pulvérisation, et les similaires), tel que, évaporation et dépôt par pulvérisation, application par faisceau d'électron, sur un substrat con-5 venable Cc'est-à-dire, pastille de silicium) pour la fabrication de dispositifs semiconducteurs. Principalement, l'invention est dirigée vers un dispositif de multitraitement où des substrats ou pastilles peuvent être traités de façon continue. Dans un tel dispositif, le substrat est transporté, en séquence, dans des 10 chambre de traitement sous vide ou régions dans certaines desquelles, les étapes de pulvérisation ou d'évaporation peuvent être effectuées pour réaliser les divers dépfits sur l'élément transporté. Ces procédés utilisent habituellement une disposition appropriée des substrats sur un dispositif de transport assurant leur déplacement successif à travers les diverses étapes. Pour réa-15 liser cela les substrats ou pastilles se déplacent en séquences à travers une série de chambres sous vide, de telle sorte qu'avec un déplacement de l'une à l'autre de ces chambres ou régions, on puisse réaliser la pulvérisation de ces régions et/ou évaporation ou autre traitement sous vide alors que les substrats se trouvent toujours dans un environnement de vide. 20 Jusqu'à présent la coutume a été de préparer des substrats en se ramenant à un procédé en ligne dans lequel les substrats sont disposés sur des supports convenables pour Être déplacés, à l'aide d'un dispositif approprié, d'une chambre d'entrée à une chambre de sortie, d'où ils sont retirés après le traitement. Dans ce type de fonctionnement, les substrats ou pastilles sont 25 envoyés à travers une série d'environnement contrôlés ou chambres de traitement telles que l'on puisse y réaliser un dépfit sous vide, une pulvérisation ou autre traitement sous vide. De tels dispositifs ne nécessitent pas seulement un espace important mais aussi des dispositifs de vide séparés pour chaque étape ou compartiment'. 30 De même, ils nécessitent des chargeurs ou déchargeurs séparés pour disposer les substrats ou pastilles sur les supports et pour les en retirer, ce qui nécessite fréquemment des commandes automatisées complexes. L'entretien d'un dispositif en ligne est habituellement augmentées de façon importante selon le nombre des dispositifs d'aspiration individuels 35 qui sont nécessaires. Le système global, par son encombrement, et ses difficultés d'entretien, présente donc un certain nombre d'inconvénients. La présente invention a pour but d'éliminer la plupart des limites opérationnelles et les mouvements inhérents aux systèmes de traitement et de dépût continus sous vide en ligne classiques. Pour atteindre ce résultat dans une 40 forme plus simplifiée, l'invention utilise une série de chambres à vide de 70 34533 2 2065495 base. A titre de simplification, les chambres sont essentiellement formées de deux éléments cylindriques concentriques qui sont scellés à leurs extrémités extérieures pour les fermer et pour former une enceinte annulaire de forme générale torrique. Les diverses chambres séparées ou régions nécessai-5 res pour traiter les substrats ou pastilles correctement entre le poitot d'entrée et le point de sortie, sont formés par diverses cloisons radiales situées entre les cylindres concentriques. Une boucle de transport circulaire, localisée dans la chambre annulaire, transporte mécaniquement (par rotation) le substrat à travers les diverses chambres qu-sont interconnectées par les 10 diverses ensembles de cloisons radiales qui à leur tour définissent des compartiments d'isolement entre les chambres de traitement adjacentes. Dans cette forme de structure le volume enfermé .à l'intérieur du cylindre intérieur agit aisément comme distributeur de vide commun, communiquant directement avec les chambres de traitement individuelles et les-compartiments d'isolement 15 (définis par les cloisons radiales) par des ouvertures commandées convenablement. De telles ouvertures commandées peuvent être des valves à clapets de conduction variables du type bien connu montés sur la paroi cylindrique intérieure. Un dispositif de ce type permet le maintien d'un degré vide déterminé à l'intérieur des chambres de traitement individuelles par un dispositif 20 d'aspiration unique. Dans ce type de fonctionnement, le distributeur central sera maintenu à la pression la plus basse du dispositif par une communication directe avec un dispositif d'aspiration rapide. Chaque chambre à aspiration individuelle peut être maintenue sélectivement à une pression légèrement supérieure par 25 rapport au distributeur central. En outre, chaque compartiment d'isolement, défini par un assemblage de cloison radiale, est maintenu à une pression sélective inférieure à celle des chambres de traitement adjacentes et supérieure à celles du distributeur d'aspiration central. Les cloisons radiales en combinaison avec l'anneau porteur de substrat forment en outre (par l'inter-30 médiaire de fentes à pompage différentiel à impédance élevée) une barrière efficace à toute communication de valeurs entre les chambres de traitement. Cela assure la commande de l'environnement de traitement dans les chambres de traitement individuelles et un isolement efficace d'un environnement de traitement à l'autre. 35 De ce qui précède, il ressort que l'un des objets principal de cette invention est de réaliser un dispositif continu sous vide pour le traitement de substrats ou pastilles de façon très efficace en utilisant si on le désire, la charge, le traitement et la décharge automatiques. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un dispositif 40 à vide pour le traitement de substrat ou pastille dans lequel on puisse 70 34533 3 2065495 commander avec précision la qualité dB dide dans les différentes régions de traitement et présentant en outre un encombrement réduit. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés 5 à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une vue de dessus générale, représentant les.parties intérieures significatives de l'appareil dessiné en pointillés. La figure 2 est une vue latérale représentant, en particulier, un mécanisme de commande pour les diverses valves à clapBt qui servent à maintenir 10 le degré désiré de vide dans les différentes régions ou chambres de traitement. La figure 3 représente une vue en coupe latérale prise selon l'axe 3-3 de la figure 1 pour illustrer à la fois le système de commande général et la nature de la commande des valves à clapet d'une chambre à l'autre; La figure 4 est une vue intérieure partielle, partiellement en coupe, 15 représentant la commande du mouvement des différents substrats ou pastilles à travers l'unité à l'aide de l'élément annulaire mobilej La figure 5 représente une vue en coupe, prise selon l'axe 5*5 de la figure 3, et montre, en particulier, l'anneau support rotatif qui maintient les supports des différents substrats lorsqu'ils sont déplacés par l'élément 20 annulaire rotatif d'une chambre d'aspiration à une autre, entre une position de charge et de déchargej La figure 6 est une vue en coupe partielle représentant une forme de commande de valve à clapet. . . Si on se réfère maintenant aux dessins précédents, on constate que l'unité 25 est formée essentiellement de deux éléments cylindriques 11 et 12 aux extrémités desquels sont fixés des éléments plats de fermetures supérieure et inférieure 15 et 16, respectivement. Le cyclindre intérieur 12 qui forme le distributeur d'aspiration 13 est utilisé pour la connexion avec une pompe d'aspiration centrale 13A. 30 Entre les cyclindres extérieur et intérieur 11 et 12, comme on le voit plus particulièrement dans la figure 4, divers assemblages de.cloisons radiales convenables, telles que 20 et 21, divisent le dispositif en plusieurs régions de traitement séparées ou chambres, telles que 22 à 28, inclusivement, qui sont représentées particulièrement sous forme schématique dans la figure 35 1. Les chambres séparées sont construites de telle sorte qu'un élément semblable à un anneau 29 (voir particulièrement les figures 3, 4 et 5) puisse tourner convenablement à l'intérieur et a travers elles pour porter les plateaux 30 de transport portant des substrats ou pastilles 31 qui sont maintenus de façon approrpiée pour le traitement. 40 Un sas étanche à l'air, classique, 35 conduit à l'une des chambres. 22 70 34533 4 2065495 et est utilisé pour la charge et la décharge des pastilles ou substrats 31 sur les plateaux portés sur l'élément annulaire rotatif 29. On utilise là un dispositif d'étanchéïté au vide qui isole la chambre de charge et de décharge des autres parties de l'unité. L'isolement des chambres de traitement 5 sous vide (22 à 26 de l'assemblage) est.obtenu et effectué en utilisant des tolérances extrêmement serrées entre l'anneau 29 porteur de substrat et les cloisons 20/21 du compartiment 22A d'isolement à pompage différentiel (voir figure 4). Comme on peut le voir particulièrement dans la_figure 5, l'anneau porteur 10 29, avec l'élément porteur de pastilles 30 évidé est disposé pour passer d'une chambre, telle que 23, dans la chambre adjacente 24, par les ouvertures réalisées dans les parois des cloisons radiales 20 et 21. Ces ouvertures sont habituellement de formes rectangulaires par utilisation d'une série d'éléments semblables à des conduits à angles droits, tels que 39, 40 et 15 les autres, de caractères semblables qui sont joints sur leurs bords en contact, Tels que 41 et 42, pour fournir un trajet de fuite commandé 45 à la fois sur le sommet et sur les cfités du déplacement de l'anneau 29. Un cflté de l'élément est fixé à la cloison, comme représenté, alors que l'autre cSté est libre, à l'exception de la connexion des bords en contacts qui sont habi-20 tuellement soudés pour donner un ajustement étanche. Ce trajet de fuite commandé 45 permet d'obtenir un isolement efficace d'un environnement de traitement à l'autre. Comme on l'indique particulièrement à l'aide des figures 3 et 4, l'élément annulaire 29 peut être entraîné à l'aide de tout dispositif désiré d'entraine-25 ment, tel que le moteur représenté schématiquement en 48 avec son arbre 49 se prolongeant à travers l'élément inférieur plat 16 et se terminant en un pignon d'entraînement 50. Le bord extérieur 51 du support annulaire 29 est denté, et ses dents sont adaptées pour engrener avec les dents du pignon d'entraînement 50 de telle sorte que la rotation, du pignon 50 entraîne la 30 rotation du support 29. Naturellement, d'autres formes d'entraînement, tels que les éléments à friction, peuvent être utilisées. La représentation que l'on fait ici a seulement un but pratique et doit être considérée comme de caractère schématique. L'anneau d'entraînement 29 est supporté en diverses régions de sa péri-35 phérie par des rouleaux de guidage 54 qui sont portés par des broches, telles que 55 àépassant sur l'élément support inférieur 16. Ainsi, lorsque l'anneau 29 tourne, la forme des rouleaux de guidage 54 est telle qu'elle permet au bord denté d'Stre entraîné, correctement. Comme on peut l'apprécier à partir de la représentation de la figure 40 1, le distributeur d'aspiration central 13 est commun à toutes les chambres 70 34533 5 2065495 formées. Une valve 61 du type général papillon relie chaque chambre de traitement avec le distributeur central et par rotation convenable de la valve la chambre de traitement peut être ouverte au distributeur ou peut en être séparée. 5 De cette façon, un dispositif unique de pompage à vide à vitesse élevée 13A, tel qu'une pompe à diffusion ou une pompe du type turbo, connecté au distributeur d'opération 13, fonnnit l'aspiration nécessaire aux différentes chambres de traitement et aux zones comprises entre les cloisons radiceies. Comme on l'indique dans la figure 2, le système de pompage peut être en outre conne-10 cté à diverses pompes mécaniques pour l'établissement du niveau d'aspiration désiré. Chacune des valves à clapet séparée forme un élément de condution variable qui est fixé dans la paroi cylindrique intérieure. Il est ainsi possible d'obtenir plusieurs chambres de traitement à pompage différentiel du fait des 15 assemblages de cloisons radiales qui les sépare du distributeur d'aspiration central. Chaque valve à clapet séparée peut être commandée à partir de l'élément de commande classique 68, dont la position peut être pré-réglée et/ou commandée au moyen d'un élément de manipulation convenable 70 (voir particulièrement la figure 3, par exemple). 20 La communication du distributeur d'aspiration avec les assemblages de cloison radiale entre les chambres séparées, telles que 24 et 25, est réalisée à l'aide d'un orifice d'entrée 75, dont le débit est fixe ou variable et débouchant dans le compartiment d'isolement compris entre les parois telles que 20 et 21, de telle sorte que la pression s'y trouvant soit presque aussi 2.5 basse que celle à l'intérieur du distributeur 13 conduisant à la pompe d'aspiration. Du fait des pertes et des effets similaires, ces régions d'isolement ou compartiments sont habituellement à une pression légèrement supérieure à celle du distributeur d'aspiration. La pression du dispositif la plus élevée est, naturellement, trouvée à l'intérieur des chambres telles que 22, 23, 30 24, 25, etc.. Ce sont ces dernières rrégions ou compartiments qui forment les divers volumes de traitement. Les éléments porteurs de pastilles 38 de l'anneau porteur 29 se déplacent successivement à l'intérieur des différentes chambres de traitement, et lorsque cela se produit, les substrats ou pastilles s'y trouvant peuvent être intro-35 duits à l'intérieur d'une atmosphère appropriée amenée par tout moyen désiré et peuvent être traitée par pulvérisation par l'excitation HF des éléments cathode de pulvérisation 75A disposés à l'intérieur des diverses chambres ou être soumis à d'autres traitements sous vide. Si on le désire, et afin que les pressions relatives des différentes chambres puissent être commandées 40 de façon séparée, chacun des mécanismes classiques de commande pour tourner 70 34533 6 2065495 les valves à clapet peut être actionné automatiquement. Les fentes de fuite contrôlée à pompage direct 45 des assemblages de cloison radiale 20/21 éliminent la contamination des chambres de traitement d'un compartiment au compartiment adjacent. 5 En fonctionnement, l'anneau 29 porteur de substrats est mis en place dans l'ensemble vidé. Cela réduit le dégazage. Les assemblages de cloisons radiales à pompage direct, comme on l'a déjà noté, sont utilisés pour éliminer la contamination des compartiments. On a trouvé, que, de façon générale, une chambre de traitement circulaire 10 de diamètre de 121cm équivaut approximativement à une section en lignes de longueur 335cm. En plus de cela, comme on peut le voir à partir des représentations des figures 1 et 2, en particulier» le système de traitement circulaire permet la charge et décharge du substrat dans des z8nes adjacentes, contrairement aux systèmes en lignes qui nécessitent, la charge et la décharge 15 aux extrémités opposées du dispositif. Line unité de ce type peut être disposée sur un support selon tout mode désiré, tel que par des pieds supports 77 en nombre désiré. De plus, l'arrangement circulaire que l'on décrit ici avec le dispositif de pompage localisé au centre derrière la chambre de traitement ne nécessite 20 l'utilisation que d'une unité de pompage unique, ce qui habituellement, dans les systèmes de traitement continus classiques qui nécessitent plus d'espace au sol, n'est pas ou difficilement réalisable. Le système que l'on décrit ici présente l'avantage de ne nécessiter qu'un dispositif de pompage à vitesse élevée unique qui ne coûte normalement que 25 la moitié du prix de cinq dispositifs de pompage plus petits qui seraient normalement nécessaires pour le système continu classique équivalent. Le dispositif de pompage unique et la chambre d'aspiration unique à partition permet de réduire le- service, l'entretien et le coût de fabrication par rapport à ceux associés avec le système continu classique. 30 Avec cette disposition, la charge des pastilles ou substrats, aussi bien que leur décharge, peut Stre obtenue à l'aide de toute forme désirée de procédés automatiques simples et permet un fonctionnement continu sans variation de l'environnement. On peut aussi le commander facilement à l'aide de toute forme désirée de commandes par ordinateurs pour différents types 35 de traitement et opérations purement automatiques. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans 40 pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 34533 7 2065495 REVENDICATIONS 1.« Appareil modulaire pour le traitement en continu de substrats dans un environnement sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs régions de traitement d'un premier type disposées séquentielle-5 ment, chacune étant adaptée à la réalisation d'au moins une étape de traitement» un système d'aspiration commun à toutes les régions de traitement dudit premier type» des régions d'un second type, chacune d'entre elles étant situées entre 10 deux régions adjacentes dudit premier type pour assurer l'isolement effectif des régions dudit premier type d'entre elles, chacune des régions dudit second type étant reliée directement au système d'aspiration, des premiers moyens pour commander individuellement la liaison de chaque région dudit premier type avec le système d'aspiration pendant l'opération 15 de traitement qui est réalisée dans cette mSme région, des seconds moyens pour déplacer le susbtrat d'une région dudit premier type à une autre par l'intermédiaire des régions dudit second type selon un ordre et une synchronisation pré-établis, et des troisièmes moyens pour charger et décharger les substrats au début 20 et à la fin du procédé, 2." Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de transports pour déplacer en séquences, les substrats d'une région dudit premier type à une autre via les régions dudit second type, tout en laissant lesdits substrats sous l'influence continue du système d'as-25 piration. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de liéison commandés par lesdits premiers moyens et connectés indépendamment entre chaque région dudit premier type et ledit système d'aspiration grSce auxquèls la pression établie dans chaque région dudit 30 premier type est indépendante de celle établie dans les autres régions dudit premier-type. 4.» Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les régions dudit premier type définissent des chambres à vide correspondantes disposées en anneaux autour d'un axe commun, et comprenant en plus: 35 une colonne support centrale commune à toutes les chambres à vide dispo sées en anneau et 70 34533 8 2065495 des moyens pour connecter un distribueur central de vide pour vider simultanément toutes lesdites chambres et les régions dudit second type. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de transport comprennent: 5 un support de substrat, un anneau support rotatif se prolongeant à travers lesdites chambres et lesdites régions dudit second type pour supporter lesdits supports de substrats» et _des moyens pour supporter le support de substrat dans chaque chambre 10 d'aspiration et pour déplacer le support de' substrat séquentiellement entre une position d'entrée et une position de sortie, à l'aide de l'anneau porteur. B.«" Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les régions dudit second type comprennent: un compartiment d'isolement relié directement au système d'aspiration 15 et situé entre deux chambres à vide adjacentes, et une ouverture de pompage pouvant être commandée, localisée entre ledit compartiment et le distributeur de vide central pour créer l'isolement entre les chambres de traitement adjacentes. 7.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte: 20 des valves à clapet de conduction variable, chacune étant connectée entre chaque chambre à vide et le distributeur central de vide et permettant d'établir ]e degré de vide voulu dans chacune des chambres. S.- Structure de chambre à vide pour le traitement de substrats, caractérisée en ce qu'elle comprend: 25 une paire d'éléments cylindriques concentriques montés sur support des moyens pour recouvrir les extrémités desdits cylindres supportés; l'intérieur du plus petit des éléments cylindriques étant adapté pour être relié à un système d'aspiration pour former un dispositif de pompage commun, en communication avec l'espace annulaire formé entre lesdits élémentsj 30 plusieurs régions espacées et reliées directement audit système d'aspi ration et divisant ledit espace en plusieurs chambres de traitement sous vide isolées et espacées les unes des autres, à l'intérieur dudit espace; un anneau rotatif de transport de substrats, localisé et supporté à l'intérieur de l'environnement de vide, ledit anneau se prolongeant à travers 35 les régions dudit second type et à travers lesdites chambresj des moyens pour faire tourner l'anneau à travers et à l'intérieur desdites 70 34533 9 2065495 chambres et des régions dudit second type pour transporter les substrats et leur support d'une des chambres de traitement à une autrej des moyens de verrouillage de l'aspiration pour isoler ledit espace adjacent audit dispositif de verrouillage à vide, pour permettre l'entrée 5 du substrat et sa sortie aux positions désirées à la pression atmosphérique» et des moyens pour charger et décharger les éléments substrats sur l'anneau transport, 9.- Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte 10 des fentes au niveau des passages de l'anneau de transport d'une chambre à l'autre afin de créer un trajet de fuite commandé pour assurer l'isolement des diverses chambres entre elles.