Brevet FR2586658A1 — publié le 19870306

L'invention concerne un prorréjê de transfert an ligne de plaquettes de silicium notamment, de paniers dans au moins une nacelle et la machine de mise en oeuvre. L'objet de l'invention se rattache notamment aux sec- teurs technique des semi-conducteurs, des micro-composants, les procédés, moyens de fabrication et leur application On connalt des machines conformées pour effectuer le transfert des plaquettes de silicium ou autres matériaux semiconducteurs, des paniers dans des nacelles en matériau réfrac- taire en vue de faire subir auxdites plaquettes différents traitements.On peut par exemple citer, afin notamment de bien cerner le domaine technique de l'invention, la Demande de Brevet n0 84.11127 dont le demandeur de la présente est également titulai e Avec certains types de machine, le transfert s2effec- tue par lot de ving-cinq plaquettes qui sont manipulées par cycles au moyen de deux pignons latéraux ou d'un pignon inférieur. Deux transferts de 25 plaquettes sont nécessaires compte tenu de la capacité de chargement d'une nacelle quartz qui est de 50 positions au pas de 2,38, les paniers plastiques ayant un pas double de 4,76. Avec cette technique de chargement, il n'est pas possible de mettre des plaquettes écrans ou tests en automatique dans la nacelle quartz. Avec d'autres types de machines, le transfert des plaquettes s'effectue de manière unitaire du panier plastique a la nacelle quartz. La productivité est donc faible de l'ordre de 400 plaquettes par heure, ce qui est très inférieur à la Demande de l'ordre de 800 à 1.000 plaquettes par heure pour les besoins futurs. Le problème étant ainsi posé, l'invention s'est fixée pour but de réaliser une machine pour réaliser le transfert des plaquettes de silicium, des paniers plastiques ou métalliques, dans une nacelle en quartz, en polysilicium et inversement avec la possibilIté de charger des plaquettes écrans et tests en tout endroit de la nacelle, la productivité prévue étant -de 2.000 plaquettes/heure. De part sa cinématique, la machine remoud le problème de la contamination des plaquettes par microparticules, ce qui s'avère très important. L'application de cette machine est aux étapes de diffusion, la machine intervenant entre le nettoyage des plaquettes o elles sont dans le panier, et le four à diffusion où elles sont dans la nacelle. D'une manière générale, la machine trouve une application avantageuse à toutes les étapes nécessitant un transfert dans une nacelle par un traitement thermique. De même, il est observé que la présence humaine constitue la principale source de contamination des plaquettes, ce qui est particulièrement nuisible avant diffusion à haute temp- rature étant donné que les particules contaminantes diffusent dans le silicium en modifiant les caractéristiques électriques recherchées. Il apparait donc important d'automatiser la séquen- ce de nettoyage, de chargement de nacelle, de diffusion et de déchargement. Compte tenu de ses caractéristiques spécifiques, la machine trouve une place importante dans une telle automatisation. Le procédé de transfert peut entre exposé comme suit - On dispose en ligne au moins deux paniers et au moins ne nacelle, les paniers - On aligne les méplats que présentent les plaquettes et on contr8le le bon positionnement desdits méplats - On abaisse les paniers et nacelles, les plaquettes demeurant positionnées dans des moyens support disposés sous et en alignement vertical de chacun desdits paniers ;; - On abaisse la nacelle après avoir déplacé en trans lation un moyen conformé pour assurer la préhension et le transfert par la tranche et sous leur demi-diamètre des plaquettes dans un plan suivant l'axe défini par l'alignement des paniers et nacelle ; - On compte et on repère le nombre et la position des plaquettes que l'on mémorise - On amène le moyen de transfert ou transport en regard des plaquettes a saisir - On déplace en hauteur le moyen de transfert pour saisir un nombre déterminé de plaquettes cran que l'on transporte dans le moyen support relatif au module nacelle ; - On ramène éventuellement le moyen de transfert sous un lot de plaquettes de production situé en amont des plaquettes écrans et tests ;; - On saisit le lot de plaquettes de production que l'on transporte dans le moyen support de guidage que présente la nacelle ; - On revient chercher un nombre donné de plaquettes de production à l'emplacement du panier situé en aval des plaquettes écrans et tests, on transporte et on dispose lesdites plaquettes de production entre les autres plaquettes précédemment saisies ;; - On va chercher une plaquette test pour la transporter et la disposer dans un moyen support relatif au panier disposé immédiatement avant le panier recevant les plaquettes tests et écrans, ladite plaquette test étant saisie par l'une des ex trématés du moyen de transport - On déplace le moyen de transport pour saisir, par l'autre extrémité dudit moyen, la plaquette test et la transporter et la déposer dans le moyen support de la-nacelle a la suite des autres plaquettes de production ; - On saisit, par le moyen de transport, les autres plaquettes de production pour les disposer dans Le moyen support de la nacelle - On dégage le moyen de transport ; - On remonte la nacelle pour récupérer les plaquettes qui ont été transférées dans son moyen support. Pour la mise en oeuvre du procédé, la machine comprend, en combinaison, au moins deux modules relatifs aux panieras au moins un module relatif a la nacelle, et un moyen conformé pour assurer la préhension, le transfert par la tranche, sous leur demi-diamètre, des plaquettes dans un plan suivant l'axe défini par l'alignement des paniers et nacelle, lesdits modules étant disposés selon le même alignement axial et présen- tant des organes situés sous le plan défini par le point bas desdites plaquettes. L'invention est exposée ci-après plus en détail å l'aide des dessins qui représentent seulement un mode d'exécution. La figure 1 est une vue en pe!spective de la machine. La figure 2 est une vue en perspective semblable a la figure 1, la machine étant représentée avec des coupes partielles. La figure 3 est une vue en coupe, a caractère schéma- tique, d'un module relatif au panier. La figure 4 est une vue en coupe, a caractère sché- mati que, d'un module relatif a la nacelle. La figure 5 est une vue de face du module de trans fert. La figure 6 est une vue en coupe considérée selon la ligne 6-6 de la figure 5. Les figures 7, 8, 9, 10 et il illustrent les différen- tes phases de fonctionnement de la machine selon le procédé de l'invention. Les figures 12 et 13 montrent plus particulièrement, par une vue de face et la vue de c kt correspondante, l'aligne- ment de moyens supports statiques relatifs aux modules des paniers et de la nacelle. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux figures des dessins. La machine est placée sous la surveillance d'un opéra teur assurant le chargement des paniers et nacelles et donnant le départ de cycle. La gestion des mouvements est assurée par une électronique pilotée par un logiciel. Les paniers et nacelles ne sont pas décrits et illustrés dans leur détail car ils sont de tout type connu et approprié et ne font pas partie de l'objet spécifique du Brevet. Selon l'invention, la machine comprend en combinaison, convenablement montés a l'intérieur d'un bati (B), au moins deux modules relatifs aux paniers (P) et au moins un module relatif a la nacelle (N). D'une manière partIculièrement importante, les différents modules sont disposés selon le même alignement axial de sorte que le transfert des plaquettes (P) s'effectue en li- gne, lesdites plaquettes étant déplacées dans le plan défini par ?"alignement des paniers (P) et nacelle (N). En combinaison avec les modules paniers et nacelle, la machine est équipée intérieu- rement d'un module assurant le transfert des plaquettes. Dans ce but, et afin d'éviter toute contamination, mSme infinitésimale, les différents moyens de commande des modules nécessaires à leur fonctionnement, sont situés sous le plan défini par le point bas des plaquettes. Le module relatif aux paniers, est plus particulièrement illustré à la firme Chaque module présente une platine (1) faisant office de support aux paniers (P), en étant agencée pour autoriser le positionnement en alignement de plusieurs paniers. Cette platine commune aux différents paniers, est montee avec capacité de déplacement en hauteur guidé, en étant assujettie par exemple à un système à parallélogramme (2) asservi à un vérin (2a). Il est bien évident que d'autres moyens de commande en hauteur peuvent être prévus. Sous chaque emplacement de paniers et au-dessus du plan de la platine (1), sont montés d'une manière fixe des moyens support (Z) sous forme de peignes de guidage présentant une série d'encoches (3a) espacées selon le mgme pas que les encoches du panier correspondant tout en butant disposées en regard. Entre le bras de chaque peigne de guidage (3), est monté un rouleau (4) entraîné positivement en rotation sur un support sol i- daire de la platine commune ( avec capacité de déplacement en hauteur indépendant au moyen par exemple d'un vérin. Ce rouleau (4) a pour but d'aligner les méplats que présentent chacune des plaquettes de silicium, lesdits méplats étant détectés par tout moyen capteur approprié (5). La partie supérieure de la platine support (1) est équipée de capteur (6) pour détecter la présence des paniers (P). Le module nacelle quartz (figure 4) comprend un support (7) mobile verticalement en étant assujetti à un moyen de commande en hauteur. Un peigne de guidage (8) est monte d'une manière fixe, sous l'emplacement de la nacelle (N) dont la présence est détectée par un capteur (9). D'une manière importante, la platine support (7) est équipée d'un moyen de détection de mise en référence de la nacelle (N) par rapport au peigne (8) et d'un moyen de contr & e des qualités et caractéristIques dimensionnelles et géométriques de la nacelle. Par exemple, ce moyen de détection et de contrôle résulte de la combinaison de capteurs optiques et d'une table a micro déplacement afin de positionner les rainures ou encoches de la nacelle en regard des rainures du peigne fixe (8) pour un alignement rigoureux desdites encoches.On souligne que les peignes statiques (3) et (8) usinés avec une grande précision et leur montage dans une position fixe, éventuellement mobile avec un contrôle de déplacement précis de l'ordre du centième de mil limètre, permettent une très grande fiabilité dans la position des plaquettes de silicium. Les figures 5 et 6 montrent le module relatif au transfert des plaquettes. Ce transfert s'effectue au moyen de deux bras (9) et (10) équipés de moyens préhenseurs sous forme de peignes laté- raux (11) et (12). Ces peignes sont conformés pour prendre les plaquettes de silicium par la tranche et sous leur demi-diamètre afin de réduire tout risque éventuel de contamination et de contrainte mécanique sur le silicium. Ces deux bras sont conformés et agencés pour Etre déplacés d'une part, verticalement en hauteur, pour saisir et dé- poser les plaquettes et, d'autre part, horizontalement en translation pour le transfert desdites plaquettes. Par exemple, ces bras (9) et La machine étant ainsi définie dans sa conception génerale, il convient maintenant d'analyser le procédé de transfert en se référant plus particulièrement aux figures 7 a 11 des dessins. On rappelle que la gestion des mouvements de la machine est assurée par une électronique pilotée par un logiciel On dispose en ligne sur la platine support (1) au moins deux paniers (P) et de préférence#trois paniers (P1), (P2), (P3) tracé traits mixtes figure 7) préalablement garnis de plaquettes Eventuellement, pour des applications spécifiques et en fonction du pas entre les paniers et la nacelle, il n'est pas nécessaire de disposer un panier en amont du panier de plaquettes tests et écrans. Le capteur (6) détecte la présence des paniers (P1), (P2), (P3), la présence de la nacelle étant détectée par le capteur (9). On agit en hauteur sur chacun des rouleaux (4) relatif au module panier en vue d'aligner les méplats des plaquettes, cet alignement étant contrSlb par le capteur (5). La commande de déplacement en hauteur de la platine support (1) est alors actionnée pour abaisser concomitamment les différents paniers (P1), (P2), (P3). Cet abaissement a pour effet de venir positionner les plaquettes dans chacun des peignes support correspondant (z) qui demeurent fixes en hauteur (figure 8 > . De la même façon, la nacelle (N) est abaissée, ce qui a pour effet de dégager le peigne support correspondant (8) dont l'accès se trouve libéré. A noter, qu'immédiatement avant l'abaissement de la nacelle, le couple de peignes latéraux de transport (11) (12) est déplacé en translation pour ne pas genet l'abaissement de la nacelle, puis ramené en position aussitot ladite nacelle abaissée, ces différentes opérations s'effectuant en temps masqué. On voit donc que les paniers et nacelles sont abaissés sous le plan de travail On effectue alors un comptage et un repérage du nombre et de la position des plaquettes (PL) par balayage des peignes latéraux de transport (il) - (12) qui sont a cet effet équipés de tout système de détection et de comptage approprié. Le nombre et la position des plaquettes sont mémorisés Les peignes de transport (11) - (12) sont amenés en regard des plaquettes à saisir notamment de part et d'autre du peigne statique t3) correspondant au panier (P2) recevant les plaquettes tests et écrans. Le couple de peignes (11) - (12) est déplacé en hauteur le long des colonnes de guidage (15) afin de saisir un nombre déterminé de plaquettes écrans (figure 9). Les peignes (11 - 12), en position haute, sont déplacés en direction de la nacelle (figure l(M) puis rabaissés en vue de positionner les plaquettes écrans saisies, dans le peigne statique (8) relatif au module nacelle (figure 11). Les peignes de transport sont ramenés sous un lot de plaquettes de production relatives au panier (P1) situé en amont du panier 'P2) recevant les plaquettes tests et écrans. Comme précédemment, les peignes (ll) - (12) saisissent un lot de plaquettes de production et les transportent dans le peigne de guidage (8 > que pré- sente le module nacelle. Les peignes de transport (11 - 12) sont de nouveau déplacés en translation pour venir chercher un lot de plaquettes de production à l'emplacement du panier (P3) situe en bout, après les plaquettes tests et écrans. Ce nouveau lot de plaquettes de production est transporté et dispos par les peignes latéraux (11 - 12) entre les autres plaquettes précédemment saisies. Les peignes (11 - 12) sont déplacés, pour saisir par l'une de leurs extrémités, une plaquette test pour la transporter et la déposer dans le peigne statique relatif au module du panier (Pl) positionné immédiatement avant le panier (P2) recevant les plaquettes écrans et tests. Les peignes , en vue de la transporter et la disposer dans le peigne de la nacelle à la suite des autres plaquettes de production. Les autres plaquettes de production sont saisies par les peignes de transport pour entre disposées dans le peigne de la nacelle qui est ensuite remontée pour récupérer la totalité des plaquettes transférées dans le peigne (8). On souligne qu'avant, de préférence, la remontée de la nacelle, on effectue par balayage une vérification pour savoir si le nombre des plaquettes positionnées dans le peigne corres- pondant a la nacelle, est égal au nombre de plaquettes transportees. De même, avant d'effectuer les opérations de transfert, on procède, comme indiqué, c' est-#-dire par fibre optique pilotant une table à micro déplacement, au contrôla du positionnerent -de la nacelle par rapport au peigne statique correspondant et au contrôle des dimensions géométriques de ladite nacelle On voit donc que toute la mécanique nécessaire au fonctionnement de la machine se situe sous le plan défini par le point bas des plaquettes de silicium, seuls les peignes de transfert, peuvent se situer au-dessus de ce plan. Les risques de contamination sont donc réduits. Toujours dans l'optique de réduire toute contamina- tion, notamment celles engendrées par l'opérateur lui-m#me, le plan de travail A titre indicatif, les paniers ont une contenance de 25 plaquettes au pas de 4,76 mm, les nacelles ayant une conte- nance de 25 plaquettes au pas de 4,76 ou de 50, 52, 54 plaquettes au pas de 2,38 mm. Les différents peignes support statiques correspondant, ont un pas correspondant. Les peignes latéraux de transfert peuvent être à pas fixe de 4,76 mm, à pas variable entre deux positions extrêmes de 2 à 6 mm ou bien a pas variable selon deux positions définies 2,38 mm et 4,76 mm. Lorsqu'ils sont à pas fixes, les peignes sont usinés dans un bloc de matière, tandis qu'ils sont établis sous forme d'un ensemble à doigts mobiles et indépendants, et d'un nombre allant de 3 à 00, dans le cas de pas variables. Les plaquettes écrans et tests peuvent Etre chargées à tout emplacement de la nacelle quartz en fonction des nécessités de la phase de procédé. Elles peuvent être intégrées aux lots a traiter avant nettoyage et sont considérées, dans ce cas, comme des plaquettes de production par la machine de transfert, à l'étape de chargement. Lors du déchargement, la machine peut être programmée pour récupérer dans un panier indépendant les plaquettes écrans et test. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne - le transfert de 9.su0 plaquettes à l'heure - le chargement des plaquettes crans et tests en toutes encoches de la nacelle quartz - la contamination des plaquettes est minimum, du fait, d'une part, de la cinématique qui est disposés sous le plan défini par le point bas des plaquettes de silicium et, d'autre part, des ridaux d'air parallèle å l'axe de transfert - les risques de casses des plaquettes sont réduits du fait de leur prise par les peignes de transfert sous le demidiamètre. Enfin on souligne que la machine est intégrable a un ensemble de chargement totalement automatique de four a diffusion. REVENDICATIONS -1- Procédé de transfert en ligne de plaquettes de silicium notamment, de paniers dans au moins une nacelle, caractérisé en ce que - on dispose en ligne au moins deux paniers et au moins une nacelle, les paniers (ou la nacelle) étant préalablement garnis de plaquettes, le panier situé immédIatement avant la nacelle recevant les plaquettes de production tandis que l'autre panier re çoit des plaquettes écrans et tests ; - on abaisse les paniers et nacelles, les plaquettes demeurant positionnées dans des moyens supports disposés sous et en alignement vertical de chacun desdits paniers ; - on saisit un nombre déterminé de plaquettes écrans que l'on positionne dans un moyen support disposé sous et en alignement vertical de la nacelle ;; - on saisit un lot variable de plaquettes de production que l'on positionne dans le moyen support de la nacelle - On saisit une plaquette test que l'on positionne dans le moyen support de la nacelle ; - on saisit, si nécessaire, un lot variable de plaquettes de production que l'on positionne dans le moyen support de la nacelle - on remonte la nacelle. -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on aligne les méplats que présentent les plaquettes et on contrôle le bon positonnement desdits méplats on abaisse les paniers - on abaisse la nacelle après avoir déplacé en translation un moyen conformé pour assurer la préhension et le transfert par la tranche sous leur demi-diamètre des plaquettes dans un plan suivant l'axe défini par l'alignement des paniers et nacelle - on compte et on repère le nombre et la position des plaquettes que l'on mémorise - on amène le moyen de transfert ou transport en regard des plaquettes à saisir - on déplace en hauteur le moyen de transport pour saisir un nombre déterminé de plaquettes écrans que l'on transporte en direction du moyen support relatif au module nacelle - on abaisse ledit moyen de transport pour disposer les plaquettes saisies dans le moyen support relatif au module nacelle ; on ramène éventuellement le moyen de transport sous un lot de plaquettes de production situé en amont des plaquettes écrans et tests - on saisit le lot de plaquettes de production que l'on transporte dans le moyen support de guidage que pré-sente la nacelle On revient chercher un nombre donné de plaquettes de production à l'emplacement du panier situé en aval des plaquettes écrans et. tests, on transporte et on dispose l.esdit# plaquettes de production entre les autres plaquettes précédemment saisies - on va chercher une plaquette test pour la transporter et la disposer dans un moyen support relatif au panier disposé immédiatement avant le panier recevant les plaquettes tests et écrans, ladite plaquette test étant saisie par l'une des extré- mités du moyen de transport - on déplace le moyen de transport pour saisir, par l'autre e trématé dudit peigne, la plaquette test et la transporter et la déposer dans le moyen support de la nacelle a la suite des autres plaquettes de production ;; - on saisit par le peigne de transport, les autres plaquettes de production pour les déposer dans le moyen support de la nacelle - on dégage le moyen de transport ; - on remonte la nacelle pour récupérer les plaquettes qui sont transférées dans le moyen support de ladite nacelle ; -3- Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison, au moins deux modules relatifs aux paniers, au moins un module relatif a la nacelle, et un module conformé pour assurer la préhension et le transfert par la tranche et sous leur demi-diamètre, des plaquettes dans un plan suivant l'axe défini par l'alignement des paniers et nacelle, lesdits modules étant disposés selon le même alignement axial et présentant des organes situés sous le plan défini par le point bas desdites plaquettes. -4- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les modules relatifs aux paniers présentent une platine (1) confor mée et agencée pour autoriser le positionnement et le support en alignement de plusieurs paniers, sous chaque emplacement de paniers et au-dessus du plan de base de la platine sont montés, d'une manière fixe, des moyens support ('), la partie supêr#eure de ladite platine étant équipée de capteurs (6) pour détecter la présence des paniers. -5- Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la platine support est monté avec capacité de déplacement vertical guidé en hauteur en étant asservie à une machine de commande pour être déplacée verticalement en hauteur, ladite platine étant équipée en correspondance avec chacun des emplacements des paniers de rouleaux (4) montés avec capacité de déplacement en hauteur indépendamment du déplacement de la platine, lesdits rouleaux ayant pour but d'aligner les méplats des plaquettes qui sont détectés par des moyens capteurs (5). -6- Machine selon la revendication tv, caractérisée en ce que le module de la nacelle comprend un support 57} mobile verticale- ment en étant assujetti à un moyen de commande en hauteur, sous l'emplacement de ladite nacelle et au-dessus du support (f) étant monté d'une manière fixe un moyen support (8) conformé et agencé pour recevoir les différentes plaquettes précédemment saisies dans les moyens support relatifs aux modules des paniers. -7- Machine selon les revendications 4 et ti, caractérisée en ce que les moyens support (3) et (s) respectivement des modules paniers et nacelle sont des peignes statiques usinés avec grande précision. -8- Machine selon les revendications 6 et 7 ensemble, caractéri- sée en ce que la platine support (7) est équipée d'un moyen de détection de mise en référence de la nacelle par rapport au pei- gne (8), et d'un moyen de contrôle des qualités et caractéristi- ques dimensionnelles et géométriques de ladite nacelle, conformé pour positionner les rainures ou encoches de la nacelle en regard des rainures du peigne fixe (8) en vue d'un alignement rigoureux desdites encoches -9- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen de transfert des plaquettes est compos de deux bras (9) et (10) équipés de peignes latéraux (li) et -10- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le plan de travail de la machine est perforée pour assurer une circulation d'air par aspiration en combinaison avec une hotte soufflante positionnée au-dessus de la machine et qui génère un flux laminaire repris sur le plan de travail parallèlement à l'axe de transfert créant ainsi un rideau d'air Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que les différents peignes supérieurs statiques CZ et 8) relatifs aux modules des paniers et nacelle ont un pas correspondant auxdits paniers et à ladite nacelle, les peignes latéraux de transfert -12- Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que les différents peignes supérieurs statiques (3 et 8) relatifs aux modules des paniers et nacelle ont un pas correspondant aux dits paniers et à ladite nacelle, les peignes latéraux de transfert (11 - 12) étant a pas variables entre deux positions extrè- mes ou bien a pas variable selon deux positions définies, lesdits peignes de transfert étant établis sous forme d'un ensemble a doigts mobiles et indépendants.