Brevet FR2574319A1 — publié le 19860613

-1-2 5 7 4-3 19 La présente invention a trait au traitement de puces à semi-con- ducteurs et, plus particulièrement, à un berceau utilisé pour maintenir des puces à semi-conducteurs ou similaires à l'intérieur de systèmes à réaction chimique, dans lesquels le réactif circule sur les puces ou au- tres pièces à traiter qui sont maintenues de façon que leur grandes sur- faces se présentent perpendiculairement par rapport au courant de réactif. On connalt déjà, dans ce domaine, des réacteurs à vapeur chimique enrichie par la présence de plasma; dans ces réacteurs, le ou les gaz formant le réactif circulent à travers des pièces à traiter disposées en série perpendiculairement aux grandes surfaces des pièces. Par exemple, le brevet US n 4 401 507, auquel il convient de se référer aux fins de la présente invention, est exemplaire pour ce qui concerne le type de ré- acteur à vapeur chimique enrichie par le plasma, auquel la présente in- vention peut s'appliquer. Les systèmes de réacteurs chimiques du type dé- crit dans ce brevet US n 4 401 507 utilisent une gaine tubulaire évacua- ble qui est maintenue dans un four. Un berceau, destiné à être introduit de façon amovible dans la gaine tubulaire, est utilisé pour maintenir les pièces à traiter perpendiculairement par rapport à l'écoulement des réac- tifs gazeux que l'on fait passer à travers la gaine tubulaire pendant le processus de déposition appliqué aux pièces. Un facteur particulièrement important dans ces systèmes de réacteurs à vapeur chimique est le degré d'uniformités de traitement que l'on peut atteindre. Il est souhaitable de maintenir l'épaisseur du dépôt ou film formé sur les pièces traitées dans les réacteurs chimiques à un maximum de - 15% d'une extrémité à l'autre de l'ensemble du berceau chargé. De plus, il est préférable de pouvoir traiter le plus grand nombre possible de pièces pendant chaque opération de traitement chimique par dépôt en phase vapeur. Il existe par conséquent une demande pour un appareil perfectionné pouvant être utilisé dans des réacteurs modernes de dépôt chimique en phase vapeur enrichie par du plasma, afin de maintenir les uniformités du traitement à moins de - 5% tout en permettant de traiter simultané- ment un nombre de pièces beaucoup plus élevé que celui actuellement réa- lisable avec les dispositifs à berceau connus jusqu'à présent. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un appareil perfectionné du type à berceau, destiné à être utili- sé pour le traitement de pièces. Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un appa- reil capable d'assurer une uniformité améliorée dans un traitement par réaction chimique excitée de l'extérieur. 2- Toutefois, un autre but de la présente invention consiste à pré- voir un appareil capable d'assurer une uniformité accrue pour chaque taux d'attaque chimique, chaque profil d'attaque chimique et aussi pour la sé- lectivité souhaitable, dans un traitement par réaction chimique à excita- tion extérieure. Cependant, un autre but de la présente invention consiste à pré- voir un appareil perfectionné qui permet d'obtenir des taux de dépôt su- périeurs en utilisant un courant de pointe inférieur dans un traitement par réaction chimique à excitation extérieure. Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un ensem- ble de berceau destiné à être utilisé dans un traitement par réaction chimique, cet ensemble permettant de traiter un nombre plus élevé de piè- ces dans un procédé de réaction chimique, tout en améliorant les degrés d'uniformité du traitement. Par ailleurs, un autre but de la présente invention consiste à prévoir un ensemble de berceau à disques destiné à contenir un grand nombre de puces à semi-conducteurs dont les grandes surfaces sont orien- tées perpendiculairement au courant du réactif pendant le traitement par réaction chimique, de façon à obtenir de meilleurs composants de traite- ment, des taux plus élevés de dépôt et la possibilité d'utiliser moins de courant de pointe. Conformément aux buts énoncés ci-dessus, ainsi qu'à d'autres enco- re, il est prévu suivant la présente invention un ensemble formant ber- ceau de support qui comporte des extrémités dites de maintien supportant de façon rigide deux rails conducteurs entre eux et à chacun desquels sont fixés plusieurs ensembles de plateaux à disque qui s'intercalent entre eux, ces rails étant isolés électriquement entre eux, tandis que les ensembles de disques comportent des dispositifs de maintien de type réglable pour supporter les pièces à traiter. Une caractéristique essentielle de la présente invention réside dans le fait que l'on peut maintenir des pièces ayant des circonféren- ces différentes contre les faces opposées-des ensembles de disques, de façon que chaque pièce présente sa surface majeure perpendiculairement au courant de réactif gazeux lorsque l'ensemble du berceau est introduit de façon amovible dans un appareil de traitement par réaction chimique à excitation extérieure, chacun des rails étant excité par une source de courant à fréquence d'impulsions. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressor- tiront clairement au cours de la description ci-après faite avec réfé- 25743 19 -3- rence au dessin annexé,sur lequel: La FIGURE 1 est une vue partielle simplifiée, avec schéma synop- tique, d'un système de réaction enrichi par le plasma, dans lequel on a incorporé l'ensemble suivant la présente invention; La FIGURE 2 est une vue à plus grande échelle et en coupe trans- versale, faite suivant la ligne 2-2 de la Figure 1; La FIGURE 3 est une vue partielle et en plan de l'ensemble repré- sente Figure 1; La FIGURE 4 est une vue en élévation latérale de l'ensemble repré- sente Figure 3; La FIGURE 5 est une vue en bout d'une extrémité de l'ensemble du berceau représenté Figure 3, et La FIGURE 6 est une coupe transversale montrant une partie de l'extrémité de l'ensemble du berceau de la Figure 4, en regardant dans le sens des flèches 6-6. Si l'on se réfère tout d'abord à la Figure 1, on y voit un appareil de traitement par vapeur chimique enrichi par le plasma, et dont le genre, ainsi que le mode de fonctionnement, sont ceux de l'appareil décrit dans le brevet US n 4 401 507 déjà cité plus haut et délivré à George Engle le 30 Août 1983. L'appareil 10 n'a pas été représenté dans tous ses détails attendu que sa structure et son mode de fonctionnement sont bien connus des spécialistes dans l'art; par exemple, le brevet US n 4 401 507 que l'on vient de citer décrit et représente cet appareil 10 en détail. Le même appareil 10 peut être l'un quelconque parmi les nom- breux appareils ou systèmes à enrichissement continu ou pulsé par plasma (par exemple à fréquence d'impulsions), ou autres systèmes de traitement chimique, auxquels s'applique l'ensemble de berceau 12 à disques multiples suivant la présente invention. On décrira tout d'abord d'une façon générale le mode de fcontion- nement du système de traitement que la Figure 1 représente schématiquement. Un ou plusieurs réactifs, désignés schématiquement par des flèches et dont la régulation s'opère par un contrôleur de débit, parvient grace à une tuyauterie (non représentée) dans des passages 16 et 18 ména- gés à cet effet dans l'obturateur d'extrémité 20 de l'ensemble du four 22 de l'appareil de traitement 10. L'ensemble du four 22 comporte des joints toriques 24 et 26 destinés à assurer un contact étanche respectivement entre les obturateurs d'extrémité 20 et 28, d'une part, et un élément chauffant à trois éléments ou segments 30, 32 et 34 qui entourent un élé- ment tubulaire ou gaine cylindrique 36. Dans l'exemple que montre la -4 Figure 1, un courant d'excitation pénètre dans la chambre du tube 36 à travers des isolateurs 38 et 40 prévus dans l'obturateur d'extrémité 28. Des pièces ' traiter ou puces à semi-conducteurs (non représen- tées) sont disposées dans l'ensemble de berceau à disques 12. Cet ensem- ble 12 reçoit un courant alternatif à fréquence d'impulsions à partir d'une source 42 qui est modulée par un modulateur 44 en passant par les électrodes 46 et 48. Ainsi qu'il sera expliqué plus loin, les électrodes 46 et 48 sont fixées à une extrémité de l'ensemble du berceau à disques et plus précisément à des premier et second rails électriquement isolés 50 et 52 (Figures 2 à 5) entre lesquels sont disposées les pièces 54 à traiter (Figures 2 à 4). On notera que l'extrémité du dispositif de maintien 56 qui constitue l'extrémité 58 de l'ensemble de berceau à dis- ques 12 se trouve à l'extérieur du champ du plasma de l'appareil de trai- tement 10. Dans la disposition décrite ci-dessus, comme dans toute autre disposition correspondante, l'écoulement gazeux est tel que le gaz cir- cule au-dessus ou autour des pièces à traiter- 54 selon-un ordre séquen- tiel prédéterminé, pour sortir comme l'indique la flèche 60 à travers l'orifice de sortie 62. Le système décrit fonctionne à une pression in- férieure à la valeur atmosphérique, la dépression nécessaire étant pro- duite à travers la gaine de mise sous vide 36. L'on se référera maintenant aux Figurés 2 à 4 du dessin pour dé- crire en détail la présente invention. Comme on le voit, l'ensemble de berceau à disques 12 comprend les deux éléments d'extrémités 56 et 64 entre lesquels des rails électriquement conducteurs 50 et 52 sont rigide- ment fixés. Sur chaque élément d'extrémité 56, 64 des roulettes 66 sont montées en rotation grâce à-des paliers 68 et à des axes 70. Ces rou- lettes 66, éventuellement fabriquées par exemple en céramique, peuvent rouler sur la paroi interne de la gaine cylindrique ou tubulaire 36, ce qui permet d'introduire aisément le berceau 12 dans l'appareil 10 pour le traitement des pièces 54, et ensuite de retirer ce berceau de l'appa- reil. Chaque élément d'extrémité 56 et 64 peut également être fabriqué en céramique afin d'isoler électriquement les rails conducteurs 50, 52 en- tre eux. Chaque rail 50, 52 est fixé à un élément d'extrémité négatif, comme le montre la Figure 5, grâce à des vis de fixation 72. Chaque rail 50, 52 comporte plusieurs bossages conducteurs 74 qui présentent chacun une gorge 76 dans laquelle se fixe un disque 78 relativement épais, les différents disques fixes à un rail alternant avec ceux fixés à l'autre rail. Comme on le voit sur le dessin, chaque ensemble à disque 78 est fixé au bossage correspondant 74 de telle sorte qu'un disque sur deux se - 5trouve sur le même rail 50 ou 52, tandis que les disques adjacents 78 sont électriquement isolés entre eux. Chaque ensemble à disques 76 peut 9tre fabriqué en matériau conducteur approprié, par exemple en graphite, et d'autre part chacun de ces ensembles est relié électriquement à son rail respectif 50 ou 52. La connexion électrique entre les électrodes 46 et 48 et les rails respectifs 50 et 52 s'effectue directement. Chaque ensemble à disque 78 est réalisé sous forme d'un plateau sensiblement circulaire dont la circonférence extérieure correspond à celle, intérieure, de la gaine cylindrique 36, en laissant cependant un intervalle entre ces deux organes afin de permettre au réactif gazeux de circuler uniformément à travers la gaine 36 et tout autour de chacune des pièces fixées contre les surfaces majeures des disques 78. La circonfé- rence de chaque ensemble à disque 78 présente des appendices 87 qui s'a- justent chacun dans la gorge d'un bossage 74 sur deux. Comme on le voit, chaque ensemble à disque 74 présente des paires d'ouvertures ou trous 88 alignés radialement dans la grande surface du disque, de façon à pouvoir recevoir des goujons de maintien 90. Pendant le traitement, les puces ou pièces 54 sont appliquées contre les faces des disques tout en étant sup- portées par les paires de goujons 90 correspondantes afin que leurs sur- faces soient perpendiculaires à l'écoulement du réactif gazeux. Les pie- ces 54 peuvent par conséquent 9tre montées contre les surfaces principa- les opposées de chaque ensemble de berceau à disque 78. Un avantage par- ticulier offert par l'ensemble de disques 74 est qu'en enlevant les gou- jons 88 et en les introduisant dans des paires différentes de trous, on peut traiter des puces de différents diamètres en utilisant un seul type de berceau à disques 2. Par exemple, on peut utiliser l'ensemble de ber- ceau à disques 12 pour traiter des pièces de 75 mm, 100 mm, 125 mm et mm dans une gaine classique 36 de 200 mm de diamètre. De plus, on peut conserver un intervalle très uniforme entre les ensembles successifs de disques 78 et, par conséquent, entre les grandes surfaces des pièces réunies dans l'ensemble du berceau à disques 12. Cela permet d'obtenir une meilleure uniformité de traitement par rapport aux ensembles de ber- ceaux connus par l'art antérieur. Par exemple, l'ensemble de berceau à disques 12 a permis de réaliser des uniformités de traitement atteignant de 3 à 5%, alors que les ensembles similaires conçus selon l'art anté- rieur peuvent assurer des uniformités de traitement dont le minimum est de 5%. L'ensemble de berceau à disques 12 permet également d'obtenir des taux de dépôt supérieurs en utilisant des niveaux d'énergie de point ou de crête sensiblement inférieurs que ceux exigés par les dispositifs de l'art antérieur. En outre, on peut comparer les taux supérieurs de dépôt, soit 600 R/min., que l'on peut obtenir avec le berceau à disques 12 suivant la présente invention, aux 250 R/min. des ensembles réalisés selon l'art antérieur, ce qui augmente non seulement le rendement d'en- semble du système mais aussi le rendement en puces par poinçon. Si l'on se réfère maintenant aux Figures 5 et 6 du dessin, on voit que chaque élément d'extrémité, par exemple l'élément 56, comprend des parties latérales 92 et 94 qui se terminent chacune par une saillie 98, ; ces saillies 98,-100 ont une orientation angulaire telle que les rails 50 et 52 sont espacés radialement par rapport l'un à l'autre et retiennent à l'intérieur des gorges prévues à cet effet un sur deux des ensembles à disque 78. On a ainsi décrit un ensemble perfectionné de berceau à disques que l'on peut-utiliser dans un appareil de traitement par réaction chi- mique de façon à améliorer les uniformités de traitement obtenues avec des pièces maintenues dans ce berceau, de telle sorte qu'un avantage essentiel caractérisant cet ensemble à disques réside dans le fait que l'on peut réunir davantage de pièces à l'intérieur de l'appareil de trai- tement par réaction chimique par rapport à la plupart, sinon la totalité, des ensembles de berceaux actuellement connus et utilisés. On peut éventuellement effectuer soit des dépôts par conduction électrique, par exemple d'un métal du genre aluminium, et aussi de mé- taux réfractaires et de leurs siliciures, tels que le siliciure de tung- stène ou le siliciure de titane, en utilisant l'appareil suivant l'in- vention, lequel peut aussi être utilisé pour déposer, s'il y a lieu, des films isolants. -7- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Berceau (12) destiné à être utilisé dans un appareil pour le traitement de pièces, caractérisé par le fait qu'il comprend: a) deux rails électriquement conducteurs (50, 52); b) des moyens de maintien (58, 64) destinés à maintenir rigi- dement et isoler électriquement les deux rails précités (50, 52); c) plusieurs disques alternés (78) dont un sur deux est relié électriquement à l'un des rails (50, 52), les disques adjacents étant électriquement isolés entre eux et conçus pour supporter des pièces in- dividuelles (54) à traiter, et d) des dispositifs de connexion (82, 84) pour assurer le con- tact électrique à travers les moyens de maintien (58, 64) avec les rails respectifs (50, 52). 2. Berceau de support (12) selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que chaque rail (50, 52) comporte plusieurs bossages (74) espacés de façon linéaire entre eux et en contact électrique avec le rail correspondant. 3. Berceau de support selon la Revendication 2, caractérisé par le fait que les disques précités (78) sont reliés électriquement et in- dividuellement aux bossages respectifs précités (74). 4. Berceau de support selon la Revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de maintien comprennent: a) deux éléments d'extrémité (56, 64) dont font partie inté- grante deux éléments latéraux (92, 94) qui se terminent chacun par des parties terminales saillantes (98, 100); b) dans chaque partie terminale (98, 100), une gorge dans la- quelle se fixe l'un des rails précités (50, 52). 5. Berceau de support selon la Revendication 4, caractérisé par le fait que chacun' des bossages (74) présente une gorge centrale (76). 6. Berceau de support selon la Revendication 5, caractérisé par le fait que les multiples disques précités (78) ont une circonférence déterminée qui se termine par un bossage en forme de talon (87) destiné à s'ajuster dans la gorge précitée (76) du bossage (74) dont chacun des disques précités (78) est solidaire. 7. Berceau de support selon la Revendication 6, caractérisé par le fait que: a) chaque élément terminal du moyen de maintien (58, 64) est réalisé en matériau céramique, et b) chacun des disques de support (78) est réalisé en matériau --8-- électriquement conducteur. 8. Berceau de support selon la Revendication 7, caractérisé par le fait que le disque (78> comporte plusieurs jeux de deux trous (88) percés radialement autour de ses faces principales. 9. Berceau de support selon la Revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une paire de goujons (90) dont la dimension est telle qu'elle en permet l'insertion dans la paire de trous (88) corres- pondante. 10. Berceau de support selon la Revendication 9, caractérisé par le fait que des pièces à traiter (54) sont disposées entre les goujons de ladite paire (88) sur des faces opposées de certains des disques pré- cités (78). 11. Berceau de support selon la Revendication 1, destiné à 9tre utilisé dans un appareil conçu pour effectuer un traitement de réaction chimique non-thermique avec excitation extérieure, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen comportant une zone active destinée à con- tenir ladite réaction chimique, un moyen pour produire une excitation extérieure non-thermique dans ladite réaction chimique à l'intérieur de ladite zone active, et dans lequel ledit berceau de support se loge dans ladite zone active, tandis que les moyens de maintien sont placés a l'extérieur de ladite zone active. 12. Berceau de support selon la Revendication 1, destiné à être - utilisé dans un appareil pour le traitement par vapeur chimique de pièces à l'intérieur d'une gaine évacuable (36) destinee à contenir la vapeur chimique et les pièces à traiter, ce berceau étant caractérisé par le fait que: a) il peut être introduit de manière amovible dans ladite gaine (36); b) lesdits moyens de maintien (56, 64) isolent électriquement les disques adjacents (78); c) des moyens conducteurs (46, 48) appliquent un courant al- ternatif aux disques (78) lorsqu'ils sont alimentés, et d) des dispositifs de support à position variable (88, 90) sont prévus pour appliquer des pièces à traiter (54) de différentes di- mensions contre chacun des disques (78). 13. Berceau de support selon la Revendication 12, caractérisé par le fait que les deux rails précités (50, 52) comportent chacun plusieurs bossages (74) espacés et alignés de façon linéaire entre eux, chacun de ces bossages (74) supportant l'un des disques multiples (78) tout en -9- étant en contact électrique avec le disque considéré, chaque rail (50, 52) étant alimenté en courant électrique alternatif à travers lesdits moyens conducteurs (46, 48). 14. Berceau de support selon la Revendication 13, caractérisé par le fait que les moyens de maintien comprennent: a) deux éléments d'extrémités (56, 64) qui présentent chacun des saillies (87) dans lesquelles est formée une gorge radialement espa- cée par rapport à la gaine (36), ces moyens de maintien (56, 64) étant réalisés en matériau diélectrique et s'étendant vers l'extérieur de la zone de réaction de la vapeur chimique de l'appareil de traitement; b) l'un des rails précités (50, 52) est disposé à l'intérieur d'une des gorges précitées formées dans les moyens de maintien (56,64),et c) les moyens conducteurs comprennent deux électrodes (46, 48) reliées à un rail respectif (50, 52) à travers les moyens de maintien (56). 15. Berceau de support selon la Revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens réglables de maintien comprennent: a) plusieurs paires de trous (88) percés dans les faces.oppo- sées de chaque disque (78) et orientés radialement vers l'extérieur à partir du centre de chaque disque, et b) une paire de goujons (90) pouvant être insérés de façon amovible dans une paire correspondante de trous (88) de telle sorte qu'ils servent à maintenir les pièces individuelles (54) à traiter entre la paire de goujons correspondante (90).