Brevet FR2611312A1 — publié le 19880826

La présente invention concerne en général un appareil pour le traitement de puces ou galettes à semi-conducteurs, et plus particulièrement un ensemble de nacelles à semi-conducteurs qui servent à maintenir ou supporter des puces ou galettes de semi-conducteurs, ou articles similaires, à l'intérieur de systèmes à réaction chimique excités de l'extérieur, dans lesquels la substance réactive circule autour des puces ou galettes ou autres pièces à traiter qui sont maintenues de façon que leurs grandes surfaces se présentent perpendiculairement par rapport à l'écoulement de la substance réactive. On contact déjà, dans l'art considéré ici, des réacteurs fonctionnant par l'action de la vapeur chimique améliorée ou enrichie par du plasma. Dans ce type de réacteur, le ou les gaz réactifs de plasma ou gaz inertes circulent perpendiculairement par rapport aux surfaces majeures de pièces à traiter disposées en série. Par exemple, le brevet US-A-4 401 507 délivré à George M. Engle et al le 30 Août 1983, auquel il convient de se référer, est un exemple caractéristique du genre de réacteur à vapeur chimique de gaz inerte ou à plasma auquel s'applique la présente invention. Les systèmes de réacteurs chimiques du genre décrit dans le brevet US-A4 401 507 utilisent une enveloppe dans laquelle on peut faire le vide et qui est maintenue dans un four. Un ensemble de nacelles, introduit de fa çon amovible dans l'enveloppe tubulaire, sert à maintenir les pièces à traiter dans une position perpendiculaire par rapport au courant de gaz réactifs qui traversent l'enveloppe tubulaire pendant le processus de dépôt sur les pièces. L'uniformité du traitement est un soucis majeur et le but ultime dans les systèmes de réacteurs fonctionnant par vapeur chimique. Il est souhaitable de pouvoir parvenir à un dépôt constitué par un film d'épaisseur sensiblement uniforme sur les pièces soumises au traitement. L'idéal serait de pouvoir déposer, sur les pièces traitées, un film dont l'épaisseur ne varierait pas de plus ou moins 3% d'une puce à une autre, entre une extrémité de l'ensemble de la nacelle chargée et l'extrémité opposée. En outre, il serait souhaitable de pouvoir traiter autant de pièces que l'on désire pendant chaque opération de dépôt par vapeur chimique, afin d'obtenir des cadences maximales de production. Le brevet US-A-4 610 748 délivré à George M. Engle et al le 8 Septembre 1986 et intitulé "Apparatus for Processing Semiconductor Wafers or the Like" (Appareil pour traiter des puces de semi-conducteurs ou similaires), auquel il convient également de se référer pour la compréhension de la présente invention, donne une description détaillée d'un ensemble de nacelles qui servent à supporter des pièces en forme de disques, telles que des puces à semi-conducteurs, afin de les traiter dans des réacteurs à vapeur chimique améliorée par du plasma ou des gaz inertes.Bien que l'ensemble de nacelles décrit dans ce brevet US-A-4 610 748 constitue un progrès important par rapport à l'art antérieur, une telle disposition se prête à des perfectionnements en ce qui concerne la facilité de démontage pour le remplacement de composants, la déformation de l'ensemble pendant des excursions de température et l'interchangeabilité des composants entre des ensembles de dimensions différentes utilisés dans diverses applications. Il est également souhaitable de réaliser un contact électrique positif et fiable avec les plaquettes-électrodes qui supportent les pièces. Il est en outre souhaitable de pouvoir disposer d'ensembles de nacelles capables de réduire au minimum la contamination particulaire pendant le traitement. Il existe par conséquent une demande pour un appareil perfectionné pouvant être utilisé dans des réacteurs existants pour déposer à l'aide de vapeur chimique,,améliorée par du plasma, et qui maintient les écarts dans l'uniformité du traitement dans des limites inférieures à plus ou moins 3%, tout en autorisant de meilleures capacités de traitement des puces par rapport à ce que permettent les ensembles classiques de nacelles. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un appareil perfectionné à nacelles, destiné à être utilisé dans le traitement de pièces. Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un appareil propre à assurer une meilleure uniformité du traitement dans un processus de réaction chimique soumise à une excitation extérieure. Cependant, un autre but de l'invention consiste à prévoir un appareil pour améliorer l'uniformité du taux de gravure, du profil de gravure et de la sélectivité dans un processus de réaction chimique à excitation extérieure. Un but complémentaire de l'invention consiste à prévoir un ensemble de nacelles destiné à être utilisé dans un processus de réaction chimique, lequel permet de traiter un grand nombre de pièces par un tel processus de réaction chimique tout en améliorant l'uniformité du traitement. En outre, la présente invention a pour but de prévoir un ensemble de nacelles porte-électrodes, destiné à contenir un grand nombre de puces ou galettes à semi-conducteurs, dont les surfaces majeures sont maintenues perpendiculairement au courant d'un réactif pendant le traitement dans un processus de réaction chimique, de façon à obtenir des composants traités de meilleure qualité, avec des taux de dépôt particulièrement élevés et en utilisant une puissance de pointe sensiblement inférieure. Enfin, la présente invention a pour but de prévoir un ensemble de nacelles porte-électrodes qui permet d'établir un contact électrique positif et fiable avec des électrodes en forme de disques plats, tout en permettant un montage et un démontage aisés, cet ensemble étant caractérisé par une résistance accrue aux dégradations pendant des excursions thermiques, telles qu'on en rencontre dans une séquence de traitement. Conformément aux buts énoncés ci-dessus, ainsi qu'à d'autres buts décrits ci-après, il est prévu un ensemble de nacelles porte-électrodes qui comprend deux organes-supports conducteurs à chacun desquels sont fixées plusieurs plaquettes-électrodes imbriquées, chacun des ces organessupports étant en outre revouvert par un élément isolant, sauf aux endroits où ils sont reliés électriquement à une plaquette-électrode. Chaque organe-support conducteur (lequel de préférence est entouré coaxialement par l'élément isolant) a un coefficient de dilatation thermique qui est choisi de façon à correspondre sensiblement à celui de l'élément isolant. Des moyens agissant par compression garantissent un contact électrique positif entre la plaquette-électrode et l'organe-support conducteur. Ces différentes caractéristiques et d'autres encore, ainsi que les avantages propres à la présente invention, ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes préférés de réalisation de l'invention représentés schématiquement sur le dessin annexé, dont La FIGURE 1 est une vue en élévation latérale et section axiale partielle d'une partie de l'ensemble de nacelles porte-électrodes suivant la présente invention; La FIGURE 2 est une vue en coupe axiale partielle de la partie ensemble de nacelles porte-électrodes, la coupe étant faite suivant la ligne 2-2 de la Figure 1; ; La FIGURE 3 est une vue en élévation latérale et coupe axiale partielle, à plus grande échelle, d'une partie de l'ensemble de nacelles porte-électrodes, conformément à un autre mode préféré de réalisation de l'invention, et La FIGURE 4 est une vue en élévation latérale et coupe partielle d'une variante de réalisation concernant un ensemble unique et compact de tige conductrice que l'on peut utiliser au lieu des éléments d'assemblage par vis ou boulon et écrou de la Figure 1. Si l'on se reporte tout d'abord à la Figure 1, on y voit une partie d'un ensemble de nacelles porte-électrodes qui convient pour être utilisé dans appareil de traitement par vapeur chimique décrit dans le brevet US-A-4 223 048. Cet appareil peut être l'un quelconque choisi dans la ga- me de systèmes connus de traitement par plasma à haute fréquence, à fonctionnement continu ou par impulsions, ou tout autre système de traitement chimique auquel peut s'appliquer l'ensemble de nacelles porte-électrodes suivant la présente invention. La partie nacelle porte-électrodes que montre la Figure 1 comprend plusieurs électrodes imbriquées 22 et 24. Les électrodes 22 et 24 sont de préférence réalisées en graphite ou autre matériau conducteur capable de résister à l'action d'environnements chimiques à haute température. Les électrodes 22 sont électriquement communes entre elles, comme le sont les électrodes 24, de façon que l'on puisse former un plasma à haute fréquence dans l'intervalle qui sépare chaque paire alternative d'électrodes 22 et 24. Des pièces à traiter, par exemple des puces ou galettes à semi-conducteurs 44, peuvent être fixées sur les deux faces de chaque électrode 22 et 24. Les pièces à traiter peuvent être bloquées, maintenues ou supportées par exemple par des pointes 16 éventuellement en forme de coins et réalisées de préférence dans la même matière que les électrodes 22 et 24.L'ensemble porte-électrodes est supporté par plusieurs supports longitudinaux qui comprennent des tiges 8a et 12 ainsi que des entretoises coaxiales 10a et 14. Les extrémités (non représentées) des supports longitudinaux se prolongent jusqu'à des bornes d'extrémité (non représentées) qui assurent le support mécanique et/ou le contact électrique, ainsi qu'il est décrit plus en détail dans le brevet US-A-4 610 748 déjà cité. La tige 12 de la Figure 1 est un organe-support isolant qui traverse un orifice prévu à cet effet dans chacune des électrodes 22 et 24. La tige 12, de préférence en alumine, est entourée coaxialement par plusieurs manchons isolants 14 également en alumine, de préférence, ces manchons ayant en outre le rôle d'entretoises afin d'assurer l'écartement désiré entre les multiples électrodes 22 et 24. La tige 8a est en matériau conducteur afin d'assurer le contact électrique entre les plaquettes-électrodes 22. La tige 8a traverse un alesage prévu à cet effet dans une vis 32 en matière conductrice qui traversa à sont tour l'électrode 22. On réalise un contact électrique efficace avec l'électrode 22 en utilisant par exemple un écrou 34 lequel, conjointement à la vis 32, produit un contact par compression avec la plaquette-électrode 22. Les vis 32 peuvent être fixées à la tige conductrice 8a à l'aide de vis d'arrêt ou de blocage 36. Des manchons isolants 10a assurent l'é- cartement nécessaire entre les électrodes tout en empechant une accumulation parasite ou intempestive de plasma dans des endroits éloignés de l'espace formé entre les pièces à traiter 44.Une telle formation parasite ou intempestive de plasma risque de nuire considérablement à l'uniformité des films déposés sur les pièces à traiter 44. Une caractéristique particulière de la présente invention réside dans le fait que la tige conductrice 8a a sensiblement le même coefficient de dilatation thermique que les manchons 10a et que, de préférence, la tige isolante 12 et les manchons 14. En adoptant des coefficients de dilatation thermique pratiquement identiques pour ces différents composants, on évite en substance le décalage et la déformation des plaquettes-électrodes 22 et 24 pendant les amples excursions de température qui se produisent dans l'appareil de traitement par vapeur chimique.Il est également important de constater que, grâce à la présente invention, on obtient une diminution extraordinaire de la contamination par des particules qui pourraient s'intégrer dans les films à déposer sur les pièces à traiter 44 Dans le mode de réalisation de la Figure 1, la matière préférée pour la fabrication de la tige porte-électrode 8a est un graphite à grain fin et haute résistance, ayant un coefficient de dilatation thermique d'environ 7,8 millionièmes par degré centigrade. On peut obtenir cette matière par exemple chez Unocal Corporation, département Poco; elle constitue un excellent allié pour l'alumine qui est la matière constitutive préférée pour la tige 12 et les entretoises 10 et 14. Comme le montre la Figure 4, on peut réaliser l'écrou 34 et la vis ou le boulon 32, ainsi que la tige conductrice 8 (cf. Figure 1) d'une seule pièce, c'est-à-dire sous forme de l'ensemble que constitue la tige conductrice 18, et remplacer efficacement le rôle de la tige 8 tout en conservant toutes les contraintes physiques ou les paramètres de la tige 8. L'ensemble que forme la tige conductrice 18 est réalisé en un matériau conducteur afin d'assurer le contact électrique entre les plaquettes-électrodes 22, et comprend une partie boulon 32a, une partie écrou 34a et une partie entretoise 26. On peut accoupler un ensemble à tige conductrice 18 avec au moins un autre ensemble similaire afin de former une ligne conductrice de toute longueur désirée (que l'on détermine d'après la quantité ou le nombre sélectionné d'ensembles que l'on choisit pour les réunir ou les relier entre eux, comme le montre la Figure 4) sur toute la longueur approximative de l'ensemble de nacelles. Si l'on se réfère maintenant à la Figure 2, on y voit une vue en coupe transversale de la partie nacelle porte-électrodes de la Figure 1. Une encoche formée dans la partie gauche de la plaquette-électrode 22 sert à permettre la traversée à travers cette plaquette 22 d'une seconde tige conductrice 8b et d'une entretoise formée par un manchon isolant 10b, sans produire de contact électrique. Les spécialistes dans l'art apprécieront qu'une encoche similaire sera prévue dans chacune des plaquettes-électrodes, les encoches des plaquettes 24 étant cependant formes dans la partie inférieure droite afin de permettre à chacune des tiges porte-électrodes 8a et 8b d'entrer en contact avec une plaquette sur deux, en alternance. L'adoption des tiges porte-électrodes 8a et 8b et de deux tiges isolantes 12 munies des manchons-entretoises correspondants permet d'obtenir trois points de support pour chaque plaquette-électrode. Des tiges isolantes et des manchons isolants supplémentaires peuvent être encore ajoutés lorsqu'il s'agit de plaquettes porte-électrodes de très grandes dimensions. La Figure 3 montre une partie d'une nacelle porte-électrodes suivant un autre mode préféré de réalisation de l'invention. Cette version est sensiblement semblable à celle de la Figure 1, sauf que la tige porteélectrodes 42, qui remplace la tige porte-électrodes 8a de la Figure 1, est en alumine métallisée par nickelage afin d'en améliorer la conductivité. Un manchon-entretoise 40, également en alumine, sépare des paires alternées de plaquettes-électrodes 22, et un écrou 34 en nickel est prévu pour assurer un contact positif entre la tige porte-électrode 40 et les plaquettes-électrodes 22. Ici aussi, on obtient une équivalence appréciable du coefficient de dilatation thermique entre la tige porte-électrodes 42 et le manchon-entretoise 40. Dans ces deux modes de réalisation, l'emploi de tiges-supports, d'entretoises en forme de manchons isolants et d'ensembles de contact filetés permet un assemblage rapide de la nacelle et un démontage également rapide aux fins de nettoyage ou de remplacement d'éléments défectueux. De mimez ce type d'ensemble s'adapte à des plaquettes-électrodes de toutes dimensions, de telle sorte que la plupart des composants sont interchangeables. En adoptant les ensembles de nacelles porte-électrodes suivant la présente invention, des uniformités de dépôt supérieures à 2% (à travers une pièce, d'une pièce à une autre, et d'une série de traitements à un autre) ont été obtenues. En outre, on constate une absence importante de contamination particulaire. Bien que la présente invention ait été décrite et représentée en se référant essentiellement à des modes préférés de réalisation, il est évident pour tout spécialiste dans l'art que de nombreux changements peuvent etre apportés quant aux formes et matériaux mis en oeuvre, sans s'écarter toutefois des principes de base de l'invention. Ainsi, par exemple, les tiges conductrices passant à l'intérieur des manchons-entretoises en alu mine pourraient être réalisés en alliages tels que Kovar ou Rodar, aussi qu'en matériaux préférés tels que le graphite ou l'alumina métallisée. REVENDICATIONS 1. Dans un appareil de traitement par vapeur chimique pour le traitement de pièces par une réaction dans un plasma à l'intérieur d'une enveloppe que l'on peut évacuer et destinée à contenir la vapeur chimique et les pièces à traiter, un ensemble de nacelles porte-électrodes que l'on peut introduire et extraire de ladite enveloppe, cet ensemble comprenant plusieurs plaquettes-électrodes (22, 24) en matériau électriquement conducteur, imbriquées par rapport les unes aux autres, et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre a) au moins une tige isolante (12) qui traverse ces multiples plaquettes-électrodes (22, 24);; b) au moins une tige conductrice (8b) qui traverse ces multiples plaquettes-électrodes (22, 24) tout en étant électriquement en contact avec chacune de ces multiples plaquettes-électrodes (22, 24), et c) plusieurs manchons isolants (10, 14) qui entourent ladite tige isolante (12) et ladite tige conductrice (8) entre lesdites multiples plaquettes-électrodes (22, 24) afin de supporter et de maintenir à distance axiale ces plaquttes-électrodes (22, 24), ladite tige isolante (12), ladite tige conductrice (8b) et lesdits manchons isolants (14, 10) ayant tous pratiquement le même coefficient de dilatation thermique. 2. Ensemble de nacelles porte-électrodes selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la tige conductrice (8b) est en graphite, et que les multiples manchons isolants (10, 14) comprennent de l'alumine. 3. Ensemble de nacelles porte-électrodes selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige conductrice (8b) est en alumine métallisée, et que lesdits manchons isolants multiples sont en alumina. 4. Ensemble de nacelles porte-électrodes selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des éléments (32, 34) vissés sur ladite tige conductrice pour réaliser un contact électrique positif avec lesdites plaquettes-électrodes (22, 24). 5. Ensemble de nacelles porte-électrodes selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige conductrice (8) est en Kovar. 6. Ensemble de plaquettes-électrodes selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige conductrice (8) est en Rodar.