Brevet FR2546619A1 — publié le 19841130

25466-19 La présente invention concerne la cuisson des tranches semi-conductrices et plus précisément un appareil destiné à assurer une telle cuisson dans une atmosphère protectrice de vapeur, assurant à la fois le traitement de la tranche et l'extraction de chaleur du milieu ambiant. Bien que la plupart des traitements de cuisson des tranches semi-conductrices soient exécutés dans des fours discontinus ou dans de grandes étuves dans lesquels les tranches sont transportées sur des courroies, on a aussi proposé la cuisson des tranches semi-conductrices à l'aide de petits dispositifs de chauffage disposés loca- lement et qui peuvent être incorporés à des chaînes continues de fabrication de semi-conducteurs Par exemple, les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 263 928 et 373 978 décrivent deux formes différentes de construction de plaques chauffantes destinées à des applications différentes Dans chacune des constructions cependant, les opérations sont mises en oeuvre d'une manière libre par rapport au milieu ambiant, dans une certaine mesure, si bien qu'il existe certaines pertes de chaleur inévitables Comme le savent les hommes du métier, la fabrication des semi-conducteurs est une opération de précision et il est très souhaitable que tous les paramètres affectant chacune des étapes des diverses opérations soient réglés avec précision Il est donc tout à fait indésirable qu'une source de chaleur crée des perturbations dans la zone de traitement On a aussi constaté qu'il était avantageux que certains trai- tements de réaction des tranches soient effectués simulta- nément à la cuisson, et les installations connues de type continu ne facilitent pas un tel traitement. L'invention concerne un appareil destiné à assurer la cuisson de tranches semi-conductrices d'une manière continue, ne dégageant pas des quantités inacceptables de chaleur dans le milieu ambiant, assurant la protection. de la tranche semi-conductrice en cours de cuisson dans un courant réglé de vapeur, assurant un traitement de réaction avec les tranches pendant la cuisson à l'aide de la vapeur transmise à la surface des tranches, empêchant le dégagement de vapeur réactive dans le milieu ambiant, traitant les tranches dans des conditions réglables avec précision et qui peuvent être reproduites, ne gaspillant pas les constituants réactifs, très fiable et de construc- tion relativement simple et peu coûteuse - Plus précisément, l'invention concerne un appareil destiné à assurer la cuisson de tranches semi-conductrices en présence d'une atmosphère protectrice de vapeur Les tranches sont cuites sur une plaque chauffante circulaire formée d'un matériau conducteur, donnant une température sensiblement uniforme sur toute la surface de la tranche. Une chambre d'évacuation est disposée autour de la plaque et sous celleci et délimite un espace annulaire uniforme entre son bord ou rebord et la périphérie de la plaque Un capuchon recouvre pratiquement la plaque chauffante tout en permettant la mise des tranches sur la plaque chauffante et leur enlèvement de cette plaque Ce capuchon comporte un dispositif destiné à former un courant de vapeur s'écou- lant radialement vers l'extérieur sur la surface d'une tranche en appui sur la plaque, le courant de gaz étant alors évacué dans la chambre d'évacuation par l'intermé- diaire de l'espace annulaire. Le capuchon est de préférence monté sur une structure à charnière placée d'un côté de la plaque chauf- fante, la charnière comprenant un dispositif à vaporiser un fluide réactif dans un courant de gaz inerte. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'une chaîne de fabrication de semi-conducteurs, comprenant un dispo- sitif de transport de tranches à voie pneumatique et compre- nant un appareil incorporé de traitement thermique continu selon l'invention la figure 2 est une coupe transversale de l'appa- reil de traitement thermique de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan représentant l'ouverture de passage de vapeur formée dans un capuchon de l'appareil de traitement thermique; la figure 4 est une coupe représentant un bloc d'articulation utilisé dans l'appareil de traitement ther- mique de la figure 2, le bloc comprenant uni cyclone, et la figure 5 est une vue en plan avec des parties arrachées de la construction du bloc formant charnière et cyclone. Sur les diverses figures, les références identiques désignent des éléments analogues. La figure 1 représente une partie d'une chaîne de fabrication continue de semi-conducteurs du type qui met en oeuvre un transport sur coussinsd'air des tranches semi-conductrices d'un poste de travail à un autre Ces installations de fabrication continue sont par exemple vendues sous la marque de fabrique "Wafertrack" par GCA Corporation of Bedford, Massachusetts Les postes succes- sifs de travail portent par exemple les références 11 et 13, des tronçons de voie pneumatique 15-17 étant disposés afin qu'ils assurent le transport des tranches d'un poste de travail au suivant. Comme représenté, le poste Il de travail a un appareil de chauffage selon l'invention et, en particulier, il comporte une plaque chauffante destinée au traitement des tranches et recouverte d'un capuchon articulé, comme indiqué par la référence générale 21 Le poste de cuisson est incorporé dans un tronçon de voie pneumatique 22 qui, par ailleurs, est analogue aux autres tronçons 15-17. Comme le savent les hommes du métier, de tels tronçons de voie pneumatique peuvent être commandés individuellement si bien que les tranches semi-conductrices peuvent être transmises à chaque poste de travail et retiréesde celui-ci suivant une séquence réglée dans le temps, en fonction des paramètres voulus pour le processus de fabrication mis en oeuvre. La figure 2 indique que la plaque chauffante elle- 2546619 ' même comporte un disque circulaire 25 d'un métal qui résiste très bien à la corrosion On sait que la résistance à la corrosion est très importante afin qu'elle évite la formation de produits d'oxydation qui pourraient contaminer les tranches semi-conductrices elles-mêmes Un matériau qui convient est l'alliage "Hastelloy-X" fabriqué par Cabot Company, Kokomo, Indiana Un bloc 27 de chauffage est collé à la face inférieure du disque 25 Ce bloc 27 a de préférence des capteurs de température ainsi qu'un élément de chauffage par résistance si bien que le disque peut subir un chauffage réglé et peut être maintenu a toute température choisie. On note que le disque 25 est placé dans une ouverture circulaire correspondante formée dans le tronçon 22 de voie pneumatique, sa surface se trouvant pratiquement au niveau de la voie si bien que les tranches peuvent être facilement mises au poste de traitement thermique par commande convenable des coussins d'air Un espace annulaire 29 est délimité autour de la plaque chauffante pour l'évacua- tion des gaz comme décrit plus en détail dans la suite Une chambre 33 d'évacuation est placée autour de la plaque chauffante et sous celle-ci et elle est reliée, par l'inter- médiaire d'un canal 35, à un ventilateur convenable d'éva- cuation, schématiquement représenté et repéré par la référence 37. Le capuchon 21 est articulé sur la plaque chauf- fante 25 par une structure formant charnière portant la référence générale 41 Comme l'indique la figure 2, le capuchon 21 a un rebord métallique annulaire 42 qui porte deux plaques circulaires 43 et 44 de verre, l'espace séparant celles-ci étant déterminé par des entretoises 47 La struc- ture en plusieurs couches est maintenue par une bague 51. Lorsque le capuchon 21 recouvre la plaque chauffante, dans l'alignement de celle-ci, sa face inférieure est légèrement au-dessus de la plaque chauffante et au niveau de la voie pneumatique 22 si bien que des tranches peuvent être introduites au poste de travail et extraites de celui- ci par l'ensemble de transport pneumatique Le cas échéant, le disque 25 peut lui-même comporter des orifices convenables formant des coussins d'air facilitant le transport des tranches, comme dans les dispositifs connus. Comme décrit plus en détail dans la suite de présent mémoire, un courant de vapeur est introduit dans le capuchon par la structure 41 de la charnière Ce courant pénétrant dans le capuchon par un canal 55 débouche dans l'espace séparant les plaques 43 et 44 Un déflecteur 45 (figure 3) fait tourner la vapeur dans la chambre délimitée entre les plaques La plaque 44, comme représentée sur les figures 2 et 3, comporte une ouverture centrale 57 de 6,4 mm et plusieurs plus petites ouvertures 59, de 3,2 mm par exemple, réparties autour de l'ouverture centrale à une distance correspondant à la moitié de la distance séparant l'ouverture 57 du bord Il faut noter que ces ouvertures ou lumières permettent la circulation de la vapeur au-dessus de la surface de la tranche semiconductrice placée sur la plaque chauffante 25 si bien que la réparti- tion et la circulation de la vapeur au-dessus de la surface de la tranche sont uniformes. Le courant de vapeur, lorsqu'il a circulé à la surface de la tranche, est aspiré dans l'espace annulaire 29 entourant la plaque chauffante et pénètre dans la chambre 33 d'évacuation Dans ce trajet, la perte de chaleur de la plaque chauffante dans le milieu entourant le poste de travail 11 est très limitée puisque la tranche et la plaque chauffante, avec le dispositif de chauffage, sont totalement protégées par un courant de vapeur qui entraîne le chaleur dégagée par le dispositif de chauffage. Comme l'indiquent les figures 4 et 5, la charnière 41 a une partie centrale 61 qui se déplace ou pivote avec le capuchon 21 et avec deux branches ou blocsfixes 63 et La charnière 41 a une structure à cyclone destinée à atomiser un constituant réactif liquide dans un véhicule gazeux inerte afin que le traitement par réaction d'une tranche pendant sa cuisson soit facilité. Un matériau réactif avantageux est l'hexaméthyl- disilazane (HMDS) qui, étant donné sa volatilité et son inflammabilité, est en général transmis sous forme d'un mélange 50/50 avec un matériau de dilution tel qu'un "Freon". De tels mélanges convenables sont disponibles auprès dè Baker Chemical Company, Hayward, Californie Bien que l'hexamétyldisilazane ait été utilisé jusqu'à présent pour le traitement des tranches de silicium, ce traitement a été réalisé de manière discontinues une petite quantité de l'hexaméthyldisilazane étant introduite dans un réacteur, parfois appelé "bombe" avec un grand nombre de tranches, l'ensemble étant alors chauffé ou cuit. Bien qu'on puisse utiliser dans certains cas un barbotage pour le mélange du liquide vaporisable dans un gaz, ceci ne donne pas satisfaction dans le cas de mélanges d'hexaméthyldisilazane et de "Freon" puisque les différences de comportement de ces constituants provoquent une distillation fractionnée, donnant une concentration variable de l'hexaméthyldisilazane dans le courant de vapeur L'atomisation du mélange d'hexaméthyldisilazane et de "Freon" dans le gaz inerte a été considérée comme très préférable puisqu'une quantité dosée d'hexaméthyl- disilazane peut &tre introduite dans le courant de gaz afin que les proportions ou concentrations de matériaux réactifs soient bien fixes. Comme l'indique la figure 4, chaque ingrédient du mélange peut être introduit dans la charnière par l'un des blocsfix Es 63, 65 La partie centrale 61 de la charnière comporte une chambre 66 de cyclone et, de part et d'autre de la chambre 66, une partie creuse 67 et 69 d'articulation qui pénètre dans un bloc fixe correspondant 63, 65 Des toriques sont montés afin qu'ils forment des joints rotatifs. L'ingrédient liquide (hexaméthyldisilazane et "Freon")est introduit par le bloc 63 et le canal formé dans le pivot 67, comme indiqué par la référence 71, est percé de manière qu'il pénètre dans la chambre 66 suivant l'axe comme l'indi- que la figure 5 Le gaz inerte de purge, par exemple l'azote, est introduit par le bloc 65, et le canal formé dans la partie 69 de pivot correspondante, est percé, comme indiqué en 73, de manière qu'il pénètre tangentiellement dans la chambre 66 Comme le volume de gaz de purge utilisé est important par rapport à celui de la composition du liquide réactif, il faut noter qu'un tourbillon ou-cyclone se forme dans la chambre 66, et ce cyclone a tendance à provo- quer l'atomisation et la vaporisation du liquide introduit par le canal 71 Le mélange en phase vapeur est extrait de la partie centrale de la chambre 66 par une buse 75. Etant donné l'effet centrifuge de l'atomisation par le cyclone, les gouttelettes non vaporisées restent à la périphérie de la chambre 66 et ne sont pas entraînées avec la vapeur qui sort Les risques de projection de gouttelettes entraînées sur la tranche dont le traitement de surface serait alors dégradé, sont donc réduits. En résumé, on note que l'appareil selon l'inven- tion facilite la cuisson des tranches semi-conductrices dans une atmosphère protectrice de vapeur Cette atmosphère protectrice entraîne la chaleur de la tranche et du dispo- sitif de chauffage si bien que la contamination thermique de la chaîne de fabrication des semi-conducteurs à laquelle appartient l'appareil selon l'invention, est minimale. L' atmosphère protectrice de vapeur peut comprendre un mélange d'un liquide réactif dans un gaz inerte de purge afin que le traitement de la surface de la tranche puisse être réalisé avec réaction pendant la cuisson. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS 2 546 620 Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication ou o le IL REVENDICATIONS 1 Appareil de traitement thermique destiné à assurer la cuisson de tranches semi-conductrices dans une atmosphère protectrice de vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque chauffante circulaire-( 25) formée d'un matériau conducteur, donnant une température sensiblement uniforme sur toute la surface de la plaque, un dispositif ( 27) de chauffage destiné à mettre la plaque à une température réglée qui peut être choisie, une chambre d'évacuation placée autour de la plaque et du dispositif de chauffage et au-dessous de ceux-ci, un espace annulaire uniforme ( 29) étant délimité entre la périphérie de la plaque et la chambre, et un capuchon ( 21) disposé au-dessus de la plaque chauffante et recouvrant pratiquement celle-ci tout en permettant la mise des tranches sur la plaque chauffante et leur extraction, le capuchon comprenant un dispositif ( 41) destiné à former un courant de vapeur s'écoulant vers l'extérieur au-dessus de la surface d'une tranche en appui sur la plaque, le courant de gaz étant aspiré alors dans la chambre d'évacuation par l'intermédiaire de l'espace annulaire. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon ( 21) est articulé au-dessus de la plaque chauffante ( 25) sur une charnière ( 41) placée d'un côté de la plaque chauffante ( 25), et le courant de vapeur est introduit dans le capuchon en direction axiale par l'intermédiaire de l'articulation de la charnière. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la charnière ( 41) a une partie centrale ( 61) mobile avec le capuchon et, de chaque côté de la partie centrale, un bloc fixe ( 63, 65) ayant chacun une entrée * de fluide et un dispositif destiné à transmettre un fluide dans la partie centrale de la charnière. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie centrale ( 61) de la charnière ( 41) com- porte un dispositif destiné à mélanger les fluides intro- duits par les entrées respectives. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un des fluides est un liquide et l'autre un gaz, et le dispositif de mélange comprend un cyclone destiné à mélanger le liquide dans le gaz sans que des goutellettes soient transmises au courant de fluide introduit dans le capuchon. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz est l'azote et le liquide contient de l'hexaméthyldisilazane. 7 Appareil de traitement thermique destiné à assurer la cuisson de tranches semiconductrices en atmosphère protectrice de vapeur, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque chauffante circulaire ( 25) formée d'un matériau conducteur donnant une température sensiblement uniforme sur toute la surface de la plaque, un dispositif ( 27) de chauffage de la plaque, une chambre d'évacuation disposée autour de la plaque et du dispositif de chauffage et au-dessous de ceux-ci, un espace annulaire ( 29) étant délimité entre la périphérie de la plaque et la chambre, un dispositif à cyclone destiné à vaporiser un liquide contenant de l'hexaméthyldisilazane dans un véhicule gazeux, et un capuchon ( 21) placé au-dessus de la plaque chauffante, recouvrant pratiquement celle-ci tout en permet- tant aux tranches d'être placées sur la plaque chauffante et d'en être extraites, et comprenant un dispositif ( 41) destiné à former un courant de vapeur s'écoulant radialement vers l'extérieur au-dessus de la surface d'une tranche en appui sur la plaque, le courant de gaz étant aspiré dans la chambre d'évacuation par l'intermédiaire de l'espace annulaire. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz est l'azote.