Brevet FR2571746A1 — publié le 19860418

Dispositif de maintien d'un porte-substrat en transfert pour la fabrication de semi-conducteurs par épitaxie sous vide L'invention concerne un dispositif de maintien d'un portesubstrat en transfert pour la fabrication de semi-conducteurs par épitaxie sous vide. Elle s'applique plus particulièrement à la fabrication de semiconducteurs du type III-V par jets moléculaires. Cette technique utilise, pour la fabrication d'une plaquette semi-conductrice à partir d'un substrat, plusieurs enceintes qui sont mises sous ultravide 10-18 et dans lesquelles le substrat doit être placé successivement. Le transfert du substrat d'une enceinte à l'autre doit se faire sous ultravide, et les dispositifs mobiles contribuant à ce transfert doivent satisfaire à diverses conditions. - Ne pas introduire d'impuretés dans les enceintes et pour cela, notamment, supporter des températures élevées lors des dégazages du substrat à 600 C. - Supporter des températures élevées permanentes en service à 2000C. - Permettre de prendre le porte- substrat à un emplacement de maintien prédéterminé dans une enceinte d'épitaxie, de le déposer à un emplacement semblable dans une autre enceinte, et de l'y laisser, avec retrait du dispositif, car celui-ci ne doit pas être soumis à des températures trop élevées, tout ceci devant se faire facilement et surement malgré une commande à distance. - Eviter toute accélération importante telle qu'un à coup ou une vibration, car il est fréquent que le substrat soit fixé sur le portesubstrat seulement par collage à l'indium liquide. Il est connu de réaliser un tel transfert à l'aide de cannes déplaçables. Le mécanisme de déplacement de ces cannes ne sera pas décrit ici. Ces dernières transportent le porte-substrat grâce à un dispositif de maintien qui est fixé à leur extrémité et maintient le porte-substrat pendant le transfert. Ce dispositif de maintien provisoire doit saisir le porte-substrat sous la seule action des déplacements de la canne, qui doivent aussi assurer la préhension et la dépose du porte-substrat. Ceci n'est possible que si le porte-substrat et le dispositif de maintien sont adaptés l'un à l'autre. Un porte-substrat connu, auquel la présente invention est applicable, est représenté sur la figure 1. Il est constitué d'un corps de molybdène fritté PS présentant la forme générale d'un disque épais de révolution autour d'un axe A. Mais les deux arêtes circulaires sont abattues pour former deux chanfreins coniques coaxiaux au disque. De plus six doigts de maintien identiques s'étendent radialement à partir de la surface latérale cylindrique du disque et sont designé par la référence générale D. Plus particulièrement un groupe de trois doigts D1, D3, D5 est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe du disque près d'une face de celui-ci, et un groupe de trois autres D2, D4, D6 dans un autre plan parallèle au précédent mais près de l'autre face.Dans chaque plan les trois doigts sont répartis angulairement à 1200 autour de l'axe du disque et les doigts d'un plan sont décalés de 600 par rapport à ceux de l'autre. Ces doigts servent à fixer provisoirement le porte-substrat, ceux d'un groupe à un support fixe dans une enceinte pour la réalisation d'un dépôt épitaxial, ceux de l'autre groupe D1, D3, D5 au dispositif de maintien précédemment mentionné. Le substrat non représenté est collé sur la face du bloc proche du groupe D1, D3, D5. La préhension et le maintien provisoire d'un tel porte-substrat se font à l'aide de languettes à encoches portées par un dispositif de maintien et coopérant chacune avec un doigt de maintien. De telles languettes s'étendent axialement dans une surface cylindrique qui est coaxiale au porte-substrat et qui a un rayon égal à la distance entre l'axe et environ le milieu de la longueur d'un doigt de maintien. La préhension se fait de la manière suivante dans le cas d'un dispositif connu, en supposant pour faciliter l'exposé que le porte-substrat est mobile et les languettes fixes (voir fig.2). A partir de l'extrémité libre de la languette L chaque doigt D du groupe utilisé pénètre axialement dans la languette contre l'action d'un ressort R, par un passage 30 qui fait partie de l'encoche. Puis il effectue un déplacement circonférentiel par un passage 31. Enfin sous l'action du même ressort, il est repoussé axialement dans un logement 32 constituant le fond de l'encoche et dans lequel il se trouve maintenu grâce à ce ressort Il apparaît qu'un tel mécanisme permet la préhension et la dépose du porte-substrat grâce à des déplacements de la canne qui sont seulement axiaux et de rotation autour de l'axe A, pourvu que le porte-substrat soit maintenu en rotation pendant la manoeuvre de préhension ou de dépose. Le dispositif de maintien connu qui porte la languette de la figure 2 est commercialisé par la Société Française I.S.A. RIBER 133, Bld National - 92503 #UEIL-MALNAISON. Dans ce dispositif, le ressort R précédemment mentionné est un fil d'acier inoxydable dont un tronçon extrême est fixé à la languette à encoche, et dont un autre tronçon extrême se déplace devant l'encoche en frottant contre le doigt de maintien pendant les manoeuvres de préhension et de dépose. Le ressort est représenté en trait fort sur la figure 2 dans sa position de repos. Des flèches F représentent le déplacement normal de divers tronçons du ressort pendant une manoeuvre. Des difficultés sont apparues à la longue avec un tel dispositif. Les présents inventeurs ont trouvé que ces difficultés résultaient du fait qu'un ressort tel que R travaillant à température relativement élevée subit un effet de revenu thermique qui augmente sa raideur. Les frottements deviennent de plus en plus importants, et les manoeuvres de préhension et de dépose deviennent difficiles ou impossibles. On a représenté en trait tireté une position anormale du ressort, résultant de déformations permanentes après usage prolongé L'inconvénient décrit ci-dessus est important car toute intervention dans les enceintes introduit des impuretés qu'il est ensuite long et coûteux d'éliminer. De plus la perte d'une plaquette semiconductrice par contamination est en elle-même coûteuse. La présente invention a pour but d'augmenter la fiabilité et la facilité d'utilisation d'un dispositif de maintien du genre indiqué ci-dessus. Elle a pour objet un dispositif de maintien d'un porte-substrat en transfert pour la fabrication de semi-conducteurs par épitaxie sous vide, ce dispositif étant destiné à la préhension, au maintien en cours de transfert, et à la dépose d'un porte-substrat (PS) comportant un corps présentant un axe (A) et de doigts de maintien (D) s'étendant radialement à partir de ce corps et se succédant angulairement, ce porte-substrat étant maintenu par ailleurs pendant les manoeuvres de préhension et de dépose qui résultent de déplacements axiaux et de rotation du dispositif de maintien, - ce dispositif de maintien comportant - un corps (1), - des languettes à encoches (L) se succèdant angulairement et coopérant chacune avec un dit doigt de maintien (D), chacune de ces languettes étant disposée selon une surface cylindrique coaxiale audit porte-substrat (PS) et s'étendant axialement à partir du corps (1) du dispositif de maintien jusqu'à une extrémité libre et présentant une encoche qui s'ouvre dans cette extrémité en formant un passage axial (30) vers ce corps, puis un passage circonférentiel (31) et enfin un logement (32) plus éloigné de ce corps en fond d'encoche pour permettre le déplacement d'un doigt de maintien relativement à la languette entre une position extérieure à encoche et une position de maintien en fond d'encoche, - et au moins un ressort (5) pour que chaque doigt de maintien (D) engagé dans l'encoche d'une languette (L) reçoive une poussée élastique axiale vers l'extrémité libre de la languette pendant son dit déplacement dans cette encoche et soit maintenu dans ledit logement en fond d'encoche pendant le transfert du porte-substrat, - ce dispositif de maintien étant caractérisé par le fait qu'il comporte encore - une coupelle de poussée (2) pour recevoir le corps du portesubstrat (PS) entre lesdites languettes à encoches (L), - et des moyens de guidage (4) pour permettre à cette coupelle un déplacement axial limite entre les languettes et lui interdire un déplacement en rotation par rapport au corps (1) du dispositif de maintien, - le ou lesdits ressorts (5) poussant axialement cette coupelle vers l'extrémité libre de ces languettes, de manière que lesdits doigts de maintien (D) reçoive ladite poussée axiale de ces ressorts par l'intermédiaire du corps (PS) du porte-substrat et de cette coupelle de poussée (2) sans frottement de ces ressorts pendant lesdites manoeuvres de préhension et de dépose. Les signes de référence entre parenthèses se référent à un exemple de mise en oeuvre qui sera plus particulièrement décrit plus loin. Selon la présente invention il est de plus apparu avantageux d'adopter, au moins dans certains cas, les dispositions plus particulières suivantes Dans le cas où ledit corps (PS) du porte-substrat présente, comme représenté, une portée périphérique coaxiale conique convexe, ladite coupelle de poussée (2) présente une portée périphérique coaxiale conique concave coopérant avec ladite portée conique convexe du corps du porte-substrat de manière que la poussée axiale de cette coupelle sur ce corps assure un centrage de ce dernier. Ces portées maintiennent un intervalle d'isolement thermique entre le porte-substrat (PS) et le fond de la coupelle, pour éviter d'échauffer lesdits ressorts (5) disposés de l'autre côté du fond de cette coupelle. Lesdits moyens de guidage de la coupelle de poussée (2) sont constitués par des colonnettes axiales (4) fixées à une extrémité de cette coupelle, coulissant axialement dans des trous cylindriques du corps (1) du dispositif, et munies à leur autre extrémité de moyens de butée pour limiter leur déplacement axial et celui de cette coupelle vers l'extrémité libre des languettes à encoches (L). Les ressorts (5) sont des ressorts comprimés hélicoldaux s'étendant axialement entre ce corps (1) et cette coupelle (2) et entourant chacun l'une de ces colonnettes (4) de manière à être guidé par celle-ci. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en perspective d'un portesubstrat. La figure 2 représente une vue en élévation d'une languette à encoche d'un dispositif de maintien connu. La figure 3 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention sans porte-substrat. La figure 4 représente une vue du dispositif de la figure 3 en élévation en partie gauche avec demi coupe en partie droite, le portesubstrat étant représenté en pointillé dans sa position de transfert sur cette demi coupe. La figure 5 représente un détail V à échelle agrandie de la figure 4 pour montrer une colonnette de guidage, le porte-substrat étant représenté partiellement en pointillé. Les figures 1 et 2 ont été décrites ci-dessus. Le dispositif de maintien selon l'invention décrit à titre d'exemple permet le transfert du porte-substrat de la figure 1, et il comporte trois languettes décalées angulairement de 1200 autour de l'axe A et conformes à la languette L de la figure 2, mais sans ressort tel que R. Les caractéristiques essentielles de ce dispositif sont conformes à la description ci-dessus. Sur les figures 3 et 4, il apparat de plus que le corps 1 du dispositif présente la forme de trois bras la s'écartant radialement d'un embout lb et portant chacun une languette à encoche L. Cet embout permet la fixation coaxiale du corps à l'extrémité d'une canne de transfert 10 de type connu, à l'aide de trois vis de blocage dont seuls les taraudages sont représentés en 1C. La coupelle de poussée et centrage 2 permet, grâce à sa dite portée conique un parfait positionnement des doigts D du portesubstrat PS par rapport à des encoches formées dans des dispositifs de positionnement non représentés associés aux fours dans lesquels s'effectuent des dépôts épitaxiaux par jets moléculaires. Le substrat atteint dans ces fours une température de 5500C. Celle-ci est largement incompatible avec une bonne conservation de l'élasticité de ressorts constitués d'un matériaux susceptible d'être introduit dans une enceinte de dépôt épitaxial. La coupelle protège ces ressorts du rayonnement thermique qui les échaufferait à une température diminuant leur durée de service. La coupelle 2 est percée d'une ouverture centrale pour éviter le contact entre le substrat et la coupelle pendant sa translation, lors du transfert. Conformément à la figure 5 les colonnettes 4 portent à leurs extrémités éloignés des languettes L un filetage qui reçoit une rondelle 6, un écrou et un contre écrou 7, 8 pour empêcher ces colonnettes de se dégager du corps 1 et limiter ce déplacement axial de la coupelle 2. Elles sont fixées à leur autre extrémité à cette coupelle par des vis 3. L'ensemble est réalisé en acier inoxydable du type N 5225, y compris les trois ressorts 5. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de maintien d'un porte-substrat en transfert pour la fabrication de semi-conducteurs par épitaxie sous vide, ce dispositif étant destiné à la préhension, au maintien en cours de transfert, et à la dépose d'un porte-substrat (PS) comportant un corps présentant un axe (A) et de doigts de maintien (D) s'étendant radialement à partir de ce corps et se succédant angulairement, ce porte-substrat étant maintenu par ailleurs pendant les manoeuvres de préhension et de dépose qui résultent de déplacements axiaux et de rotation du dispositif de maintien, - ce dispositif de maintien comportant - un corps (1), - des languettes à encoches (L) se succèdant angulairement et coopérant chacune avec un dit doigt -de maintien (D), chacune de ces languettes étant disposée selon une surface cylindrique coaxiale audit porte-substrat (PS) et s'étendant axialement à partir du corps (1) du dispositif de maintien jusqu'à une extrémité libre et présentant une encoche qui s'ouvre dans cette extrémité en formant un passage axial (30) vers ce corps puis un passage circonférentiel (31) et enfin un logement (32) plus éloigné de ce corps en fond d'encoche pour permettre le déplacement d'un doigt de maintien relativement à la languette entre une position extérieure à l'encoche et une position de maintien en fond d'encoche, - et au moins un ressort (5) pour que chaque doigt de maintien (D) engagé dans l'encoche d'une languette (L) reçoive une poussée élastique axiale vers l'extrémité libre de la languette pendant son dit déplacement dans cette encoche et soit maintenu dans ledit logement en fond d'encoche pendant le transfert du porte-substrat, - ce dispositif de maintien étant caractérisé par le fait qu'il comporte encore - une coupelle de poussée (2) pour recevoir le corps du portesubstrat (PS) entre lesdites languettes à encoches (L), - et des moyens de guidage (4) pour permettre à cette coupelle un déplacement axial limité entre les languettes et lui interdire un déplacement en rotation par rapport au corps (1) du dispositif de maintien, - le ou lesdits ressorts (5) poussant axialement cette coupelle vers l'extrémité libre de ces languettes, de manière que lesdits doigts de maintien (D) reçoive ladite poussée axiale de ces ressorts par l'intermédiaire du corps (PS) du porte-substrat et de cette coupelle de poussée (2) sans frottement de ces ressorts pendant lesdites manoeuvres de préhension et de dépose. 2/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit corps (PS) du porte-substrat présente une portée périphérique coaxiale conique convexe, ce dispositif étant caractérisé par le fait que ladite coupelle de poussée (2) présente une portée périphérique coaxiale conique concave coopérant avec ladite portée conique convexe du corps du porte-substrat de manière que la poussée axiale de cette coupelle sur ce corps assure un centrage de ce dernier. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portée conique concave de la coupelle de poussée et de centrage (2) maintient un intervalle d'isolement thermique entre le porte-substrat (PS) et le fond de la coupelle, pour éviter d'échauffer lesdits ressorts disposés de l'autre côté du fond de cette coupelle. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de guidage de la coupelle de poussée (2) sont constitués par des colonnettes axiales (4) fixées à une extrémité de cette coupelle, coulissant axialement dans des trous cylindriques du corps (1) du dispositif, et munies à leur autre extrémité de moyens de butée pour limiter leur déplacement axial et celui de cette coupelle vers l'extrémité libre des languettes à encoches (L), - lesdits ressorts (5) étant des ressorts comprimés hélicoidaux s'étendant axialement entre ce corps (1) et cette coupelle (2) et entourant chacun l'une de ces colonnettes (4) de manière à être guidé par celle-ci.