Brevet FR2633143A1 — publié le 19891222

_ z._2633143 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'ALIMENTATION, EN GAZ DE TRAITEMENT, D'UN REACTEUR SITUE DANS UNE ZONE SOUMISE A DES CHAMPS ELECTRIQUES ET/OU ELECTROMAGNETIQUES INTENSES. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'alimentation, en gaz de traitement, d'un réacteur situé dans une zone soumise à des champs électriques et/ou élec- tromagnétiques intenses susceptibles de provoquer une ioni- sation dudit gaz. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à l'ali- mentation, en gaz de traitement, d'un dispositif de traite- ment par bombardement ionique, par exemple un implanteur ionique du type de ceux utilisés dans l'industrie des semi- conducteurs pour incorporer des espèces chimiques ionisées sur des substrats en silicium en vue de leur dopage. On sait que dans cet exemple, la génération, l'accélération et la focalisation des ions mettent en jeu des champs élec- triques considérables, nécessitant des sources de tensions de plusieurs dizaines de kilovolts. C'est la raison pour laquelle, pour des raisons de sécurité, on est amené à isoler le réacteur (ou chambre d'ionisation) dans lequel s'effectue le traitement, ainsi que les éléments portés auxdites tensions situées dans son environnement dans - 2 - 2 62633143 - 2 - une enceinte conductrice servant de blindage électrique et/ou électromagnétique qui constitue une barrière de poten- tiel entre son volume intérieur et son environnement exté- rieur. I1 s'avère qu'en raison-de l'intensité des champs électri- ques intenses présents à l'intérieur de l'enceinte, il est impossible, en cours de traitement, d'admettre les gaz de traitement dans la chambre d'ionisation à partir de sources de gaz situées à l'extérieur de l'enceinte, notamment en raison de: - l'impossibilité de faire passer des canalisations métal- liques à travers l'enceinte (même dans le cas o ces canalisations seraient suffisamment isolées vis-à-vis de l'enceinte, ces canalisations seraient portées à des potentiels élevés et constitueraient des ponts de conduc- tion électrique entre le volume intérieur de l'enceinte et son environnement extérieur), - l'impossibilité de faire circuler les gaz dans des canali- sations non conductrices, du fait que ces gaz s'ionise- raient et deviendraient conducteurs. Compte tenu de ces problèmes, la solution actuelle consiste à utiliser des réserves de gaz de traitement de faible capacité (0,6 1 en général) placées dans une boîte métalli- que ventilée, elle-même disposée à l'intérieur de l'enceinte conductrice et portée au même potentiel que celui de la source haute tension qui alimente le réacteur. Cette solution présente cependant plusieurs inconvénients majeurs: - la nécessité d'un remplacement fréquent des bouteilles, ce remplacement impliquant l'ouverture de l'enceinte conduc- trice après avoir interrompu la tension d'alimentation haute tension et s'être assuré qu'il ne subsiste pas de -- 3 -- charges électriques résiduelles à l'intérieur de l'en- ceinte, ces opérations ne pouvant être effectuées que lors d'un arrêt prolongé du réacteur; - des difficultés de manipulation dues, notamment, à la compacité du panneau de détente associé aux sources de gaz et à sa position à l'intérieur de l'enceinte; et - un risque de contamination et de corrosion des équipements situés à l'intérieur de l'enceinte au cours des manipula- tions, ces équipements étant, au demeurant, très onéreux. L'invention a donc plus particulièrement pour but de suppri- mer tous ces inconvénients. Elle propose, d'une façon générale, un procédé pour l'ali- mentation, en gaz de traitement, d'un réacteur fonctionnant à l'aide d'un courant haute tension et.situé dans une zone soumise à des champs électriques et/ou électromagnétiques intenses susceptibles de provoquer une ionisation dudit gaz, ladite zone étant électriquement isolée de son environnement extérieur par au moins une paroi électriquement conductrice constituant une barrière de potentiel. Selon l'invention, ce procédé est plus particulièrement caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en gaz le susdit réacteur à l'aide d'au moins une capacité intermé- diaire remplie de façon périodique à partir d'une source de gaz située à l'extérieur de ladite zone, pendant des inter- ruptions du courant haute tension, grâce à au moins un conduit passant au travers de la paroi, ce conduit étant réalisé en matériau électriquement isolant au moins dans sa partie traversant ladite paroi. En outre, chaque phase de remplissage de la capacité inter- médiaire sera suivie par une obturation du susdit conduit 4 2-6 32633143 - 4 - dans une portion située dans la susdite zone, et de l'éva- cuation du susdit gaz au moins dans une partie du susdit conduit passant au travers de la susdite paroi. Avantageusement, cette évacuation sera effectuée par un balayage de ladite partie, à l'aide d'un gaz non ionisable par les susdits champs. Compte tenu de l'isolation électrique totale assurée par la partie en matière électriquement isolante du conduit, et grâce à la susdite évacuation du gaz de traitement, au moins dans cette partie, la capacité intermédiaire pourra être avantageusement portée à la haute tension, à l'image des réserves de gaz antérieurement utilisées. Bien entendu, l'invention concerne également les disposi- tifs pour la mise en oeuvre du procédé précédemment défini. Un mode d'exécution d'un tel dispositif sera décrit ci- après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est une représentation schématique d'un dispositif d'alimentation, en gaz de traitement, d'une installation apte à effectuer des implantations ioniques sur des plaquettes de semi-conducteurs. Dans cette installation, l'implanteur ionique 1 (représenté schématiquement par un bloc) est renfermé ainsi que son alimentation en haute tension 2, à l'intérieur d'une encein- te- 3 en matière électriquement conductrice reliée à la terre. Cette enceinte 3 permet donc d'assurer une isolation élec- trique et électromagnétique, par barrière de potentiel, entre son volume intérieur et son environnement extérieur. - 5 - 2633143 -5 - L'alimentation de l'implanteur ionique 1 en gaz de traite- ment est assurée par une batterie de capacités intermédiai- res C1, C2 (dont deux seulement ont été représentées) dispo- sées à demeure à l'intérieur de l'enceinte 3 et dont les conduits d'entrée et de sortie sont équipés de vannes commandables à distance 4, 5- 4', 5', par exemple à commande pneumatique, dont les circuits de commande 6 (par exemple les conduits d'admission et éventuellement d'échappement d'air comprimé) réalisés au moins partiellement en matériaux électriquement isolants, passent au travers de l'enceinte pour aboutir à un poste de commande 7. Sur cette figure, ces circuits de commande ont été regroupés en un faisceau unique représenté en traits fins. Ces vannes commandables 4, 5-4', ' sont en outre équipées de capteurs permettant de détecter leur état (ouverture, fermeture), ces capteurs étant connec- tés au poste de commande, par exemple par des liaisons à fibres optiques 8 qui passent au travers de l'enceinte. Ici, également pour plus de clarté, ces liaisons ont été regrou- pées en un faisceau unique représenté en trait fin. Les conduits de sortie des capacités intermédiaires Cl, C2 sont connectés en aval des vannes 4, 4' à un collecteur commun 9 raccordé à la tubulure d'admission de gaz de traitement de l'implanteur 1. Les conduits d'entrée des capacités C1, C2 sont, quant à eux, raccordés à des bouteilles de gaz de traitement 10, 11 situées à l'extérieur de l'enceinte 3 par des circuits d'admission comprenant chacun, en amont des vannes 5, 5': - des moyens de connexion 12, 12' d'un circuit de balayage dont le rôle sera défini ci-après, - un tronçon de canalisation 14, 14' réalisé en un matériau électriquement isolant, situé dans une zone de ce circuit traversant l'enceinte 3, - 6 -13 - un orifice d'évent 15, 15' obturable par une vanne comman- dée 16, 16', et - une vanne de commande d'admission de gaz de traitement 17, 17' située à la sortie de la bouteille 10, 11 (cette vanne pouvant éventuellement être incorporée à la bouteille 10, 11). Dans cet exemple, le circuit de balayage comporte une source de gaz neutre sous pression 18, par exemple un générateur d'argon comprimé, située à l'extérieur de l'enceinte 3 dont le conduit de sortie équipé d'une vanne 20 passe au travers de l'enceinte 3 par l'intermédiaire d'un tronçon 21 en matière électriquement isolante, pour venir ensuite se raccorder aux moyens de connexion 12, 12', grâce à des tubulures de raccordement équipées chacune d'une vanne commandable à distance 22, 22'. Ces vannes 22, 22' sont commandées à l'aide de circuits de commande similaires à ceux des vannes 4, 5-4', 5', qui passent au travers de l'enceinte pour venir se raccorder au poste de commande 7. D'une façon similaire, l'état de ces vannes peut être détecté et transmis au poste de commande 7 par un système de transmission à fibres optiques. Un même système de transmission peut en outre être utilisé pour transmettre des informations relatives à la pression des gaz contenus dans les capacités intermédiaires C1, C2 et qui émanent de capteurs de pression 23, 23' spécialement conçus à cet effet. Pour éviter les phénomènes électrostatiques ou électrodyna- miques dus à la présence, à l'intérieur de l'enceinte, de champs électriques intenses, les capacités intermédiaires C1, C2 sont portées au potentiel haute tension de l'alimen- tation 2. - 7 - Conformément au procédé selon l'invention, le remplissage des capacités intermédiaires C1, C2 s'effectue pendant les interruptions de la haute tension engendrée par l'alimenta- tion 2, par exemple avant la mise en route et/ou les phases d'implantation effectuées par l'implanteur ionique 1. Chacun de ces remplissages implique préalablement la ferme- ture des vannes 4, 4' de la vanne d'évent 16, 16' et des vannes de balayage 22, 22' puis l'ouverture des vannes 5, 5' et 17, 17'. Le gaz de traitement provenant des bouteilles 10, 11 est alors injecté dans les capacités intermédiaires C1, C2 jusqu'à ce que la pression dans ces dernières atteigne un seuil prédéterminé. A cet instant, les capteurs de pression 23, 23' transmettent au poste de commande 7 un signal de fin de remplissage. Celui-ci émet alors un signal de commande de fermeture des vannes 5, 5' et 17, 17' puis déclenche la phase de balayage. Cette phase de balayage est alors obtenue en ouvrant les vannes 22, 22' et 20 et les vannes d'évent 16, 16'. Suite à cette ouverture, l'argon comprimé engendré par la source 18 est injecté dans les circuits d'admission juste en amont des vannes 5, 5'. Ce gaz comprimé circulera à contre-sens dans les circuits d'admission en évacuant les gaz de traitement par l'orifice d'évent 15, 15'. Une fois cette phase de balayage effectuée, le poste de contrôle provoquera la fermeture des vannes 22, 22', 16, 16' et 20. La haute tension pourra être rétablie en vue d'effectuer une phase d'implantation, le gaz de traitement étant alors admis dans l'implanteur à la suite de l'ouverture des vannes 4, 4'. - -8 En raison des tronçons en matière électriquement isolante, et du fait que le gaz contenu dans ces derniers n'est pas ionisable par la haute tension délivrée par le générateur, aucun transfert d'énergie électrique ne pourra pas se produire entre le volume intérieur de l'enceinte et son environnement extérieur. La sécurité de ce dispositif pourra être accrue en prévoyant un dispositif permettant d'interdire l'ouverture des vannes 17, 17' et 5, 5' et, en conséquence, toute possibilité d'accès du gaz de traitement dans les tronçons 14, 14', pendant les périodes d'application de la haute tension. -9 2- _ - _ 2633143 Revendications 1. Procédé pour l'alimentation, en gaz de traitement, d'un réacteur (1) fonctionnant à l'aide d'un courant haute tension et situé dans une zone soumise à des champs électri- ques et/ou électromagnétiques intenses susceptibles de provoquer une ionisation dudit gaz, ladite zone étant élec- triquement isolée de son environnement extérieur par au moins une paroi électriquement conductrice (3) constituant une barrière de potentiel, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en gaz le susdit réacteur à l'aide d'au moins une capacité intermé- diaire (Cl, C2) remplie de façon périodique à partir d'une source de gaz (10, 11) située à l'extérieur de ladite zone, pendant des interruptions du courant haute tension, grâce à au moins un conduit passant au travers de la paroi (3), ce conduit étant réalisé en matériau électriquement isolant au moins dans sa partie traversant ladite paroi (3), et en ce que chaque phase de remplissage de la capacité intermédiaire (Cl, C2) est suivie par une obturation du susdit conduit dans une portion située dans la susdite zone et de l'évacua- tion du susdit gaz au moins dans une partie du susdit conduit passant au travers de la susdite paroi (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite évacuation est effectuée par un balayage de la susdite partie à l'aide d'un gaz non ionisable par les susdits champs. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit réacteur est un implanteur ionique. 4. Dispositif pour l'alimentation, en gaz de traite- ment, d'un réacteur (1) fonctionnant à l'aide d'un courant haute tension et situé dans une zone soumise à des champs électriques et/ou électromagnétiques intenses susceptibles - 26332633143 - 10 - de provoquer une ionisation dudit gaz, ladite zone étant électriquement isolée de son environnement extérieur par au moins une paroi électriquement conductrice (3) constituant une barrière de potentiel, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une capacité intermédiaire (C1, C2) disposée à demeure à l'intérieur de ladite zone, cette capacité (C1, C2) étant connectée par sa sortie, au conduit d'admission en gaz de traitement du réacteur (1), par l'intermédiaire d'un conduit équipé d'une première vanne (4, 4') commandable depuis l'extérieur et, par son entrée, à une source de gaz de traitement située à l'extérieur par l'intermédiaire d'un conduit d'admission comprenant, dans ladite zone, une deuxième vanne (5, 5') commandable depuis l'extérieur, un tronçon (14, 14') réalisé en un matériau électriquement isolant qui s'étend dans au moins la portion du circuit traversant ladite paroi (3) et, dans sa partie extérieure à ladite zone, un orifice d'évent (15, 15') équipé d'un obturateur commandable (16, 16') puis une vanne (17, 17') commandant l'admission du gaz de traite- ment, ledit dispositif comprenant en outre un circuit de balayage comportant, à l'extérieur de ladite zone, une source de gaz non ionisable sous l'effet des susdits champs (18) connectée au circuit d'admission en gaz de traitement en un emplacement situé dans la susdite zone, en amont de la deuxième vanne (5, 5'), grâce à un conduit de balayage traversant la susdite paroi. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit conduit de balayage comprend au moins une troisième vanne (22, 22') située à l'intérieur de la susdite zone, et commandable depuis l'extérieur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'au moins un tronçon (21) du conduit de balayage passant au travers de la susdite paroi (3) est réalisé en un matériau électriquement isolant. - 11 - 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'état (ouvert ou fermé) des susdites première, deuxième et troisième vannes (4, 4'-5, 5'-22, 22') est détecté par des capteurs respectifs reliés à un poste de commande (7) extérieur à la susdite zone par des lignes de transmission (6, 8) passant au travers de la susdite paroi (3). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les susdites lignes de transmission (6, 8) sont de type à fibres optiques. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les susdites capacités intermédiaires (C1, C2) sont équipées de capteurs de pression (23, 23') aptes à transmettre, à un poste de commande (7) situé à l'extérieur de la susdite zone, un signal de fin de remplis- sage.