Brevet FR2631164A3 — publié le 19891110

FR 2631164 A3 19891110 FR 8905397 A 19890424 Dispositif d'amenée et de dérivation de gaz pour le traitement en phase gazeuse de pièces ". L'invention concerne un dispositif d'amenée et de dérivation de gaz pour le traitement en phase gazeuse de pièces, notamment pour l'amenée de gaz de réaction dans une chambre de réaction pour le traite- ment en phase gazeuse de substrats de semi- conducteurs, ainsi que pour la dérivation hors de la chambre de réaction de gaz opérationnel usé. Le dispo- sitif est utilisable pour la fabrication de composants microélectroniques. Le traitement en phase gazeuse de substrats de semiconducteurs est principalement effectué dans des réacteurs appropriés dans lesquels il doit être mis au point des conditions précises pour l'amenée de gaz de réaction ainsi que pour leur dérivation, hors du réacteur, après la réaction des gaz de réaction avec les substrats de semi-conducteurs. Ces réacteurs sont conçus dans une mesure croissante pour le traite- ment individuel de substrats au cours duquel les sub- strats de semi-conducteurs sont soumis individuelle- ment dans un tel réacteur à l'effet direct du gaz de réaction approprié. Dans ce but, l'arrivée de gaz est principalement effectuée, de telle sorte que la surfa- ce de substrat à traiter soit régulièrement alimentée avec une quantité définie de gaz de réaction frais qui, après la réaction, doit être, en tant que gaz de réaction usé, éliminé avec des parties d'autres pro- duits de réaction, de manière tout aussi régulière hors de la zone du substrat et autant que possible par la voie la plus courte hors du réacteur. Il est en outre nécessaire, avec de tels procédés de traitement que le gaz de réaction doive être régulièrement réparti sur toute la surface de substrat à traiter afin d'éviter, par exemple, des couches d'épaisseur différentes et d'exclure, dans une très large mesure, des impuretés sur la surface du substrat. On connaît pour l'arrivée du gaz une solu- tion d'après laquelle est réalisée une insufflation verticale à la surface du substrat. On utilise à cet effet un dispositif d'arrosage de gaz situé en regard du substrat, avec lequel le gaz de réaction afflue par une arrivée aménagée sur toute la surface d'une cavité de remplissage s'étendant sur toute la surface de sor- tie, puis s'écoule dans la chambre de réaction par un certain nombre de très petits perçages et atteint di- rectement le substrat. Les gaz s'écoulent ensuite sur le substrat, radialement par rapport à sa périphérie, et sont aspirés là ou en position centrale derrière le substrat. L'inconvénient de cette solution réside en ce que les zones de surface situées au centre et à la périphérie des substrats sont alimentées différemment en gaz de réaction ou le gaz de réaction usé en est éliminé différemment, d'o il résulte un traitement non homogène des substrats. En outre, la cavité de remplissage de grande superficie provoque, lors de l'utilisation de procédés chimiques avec plasma, la combustion de décharges de cathode creuse parasitai- 2631164. - 3 res, ce qui fait que cette variante d'amenée de gaz n'est applicable dans une plage très restreinte de pa- ramètres de travail. De même, un refroidissement sup- plémentaire des endroits de sortie de gaz afin d'évi- ter des réactions prématurées du gaz de réaction en dehors de la zone immédiate du substrat n'est que dif- ficilement réalisable avec une telle solution. D'après une autre solution, l'amenée de gaz à un substrat à traiter par une électrode en regard de celui-ci est réalisée, de telle sorte qu'il est dispo- sé dans l'électrode aussi bien des perçages pour l'ar- rivée de gaz que d'autres perçages séparés à côté de ceux-ci pour l'aspiration du gaz de réaction usé. Avec cette solution, il se produit également après l'in- flammation d'un plasma entre l'électrode et le sub- strat une décharge de cathode creuse intense qui brûle dans des perçages d'aspiration qui sont nécessairement relativement grands. La plage possible des paramètres d'exploitation est à nouveau très considérablement restreinte ou bien la réaction des gaz de réaction qui se produit en dehors de la zone du substrat compromet la qualité du traitement du substrat. Le but de l'invention consiste à obtenir une répartition homogène de gaz de réaction sur la surface de substrats de semi-conducteurs à des fins de traite- ment des substrats d'une très haute qualité, combinée avec la dérivation des gaz de réaction uses. L'invention se fixe pour objet de créer un dispositif refroidissable d'amenée et de dérivation du gaz permettant d'atteindre uniformément avec du gaz de réaction frais toutes les zones de surface d'un substrat de semi-conducteurs à traiter dans un réac- teur et d'évacuer tout aussi régulièrement de la sur- face du substrat le gaz de réaction usé hors du réac- teur par la voie la plus courte. Cet objectif est atteint d'après l'invention en ce que la distribution de gaz est constituée par un corps de base en forme de plaque avec des moyens pour l'amenée et la dérivation du gaz ainsi que pour son refroidissement, sur lequel l'arrivée et la dérivation du gaz sont constituées par un dispositif, qui est contenu dans la surface du corps de base en forme de plaque, des canules disposées avec symétrie axiale dans des évidements et constituées en amenées de gaz dont une ouverture s'achève respectivement au niveau de la surface du corps de base et dont l'autre ouver- ture est respectivement reliée, par une gorge annulai- re et des raccords à un premier dispositif de perçages disposés radialement qui sont regroupés dans le corps de base et à un ou plusieurs conduits d'amenée de gaz de réaction et en ce que les évidements sont reliés par un deuxième dispositif de perçages disposés radia- lement à quelque distance et par un canal d'aspiration à un dispositif d'aspiration et en ce qu'en outre le côté du corps de base en regard de la-face de sortie de gaz présente un canal de refroidissement avec af- flux et écoulement. D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que les canules sont respective- ment entourées à l'intérieur des évidements d'un deuxième tube symétrique axialement, dont une ouvertu- re s'achève au niveau de la surface du corps de base et présente par rapport à l'ouverture des canules une surface identique ou supérieure bien définie et dont une autre ouverture est reliée par un troisième dispo- sitif de perçages disposés radialement dans le- corps de base et par une distribution de gaz de forme annu- laire à un conduit d'amenée de gaz de réaction; le rapport entre la surface de section libre de la fente annulaire constituée entre la paroi de l'évidement et la canule ou le tube et la surface de section libre de l'ouverture de la canule ou de l'ouverture du tube et de l'ouverture de la canule est supérieure à 1. L'admission dans les conduits d'arrivée de gaz de réaction d'un gaz de réaction prévu pour un processus de traitement dans le réacteur avec une pression définie a pour effet que le gaz de réaction, s'il n'existe que des évidements avec dès canules, ga- gne par la gorge annulaire et les distributions le premier système-de perçages radiaux, de là, est guidé par les canules sur la surface de base d'un substrat de semi-conducteurs disposé à une distance définie du corps de base. En même temps que l'admission de gaz frais, le dispositif d'aspiration propre au réacteur est mis en service ou se trouve en service pour l'ob- tention d'une pression de travail définie, grâce à la- quelle le gaz de réaction utilisé par la réaction à la surface du substrat est respectivement aspiré par les fentes annulaires dans la zone immédiate de l'arrivée de gaz. Le grand nombre de canules et d'évidements procure une répartition uniforme de gaz et, par suite, un traitement uniforme de la surface du substrat. La mise en place de tubes ou d'éléments de tubes supplémentaires dans les évidements et leur rac- cordement à un deuxième système d'arrivée de gaz per- met de guider séparément jusque devant la chambre de réaction des gaz de réaction différents et de ne les mélanger qu'immédiatement avant leur réacteur sur la surface du substrat. L'invention va être expliquée en détail à l'aide d'un exemple d'exécution et de trois dessins. Ces dessins montrent: - figure 1: une coupe du corps de base d'un disposi- tif d'après l'invention. - figure 2: une représentation détaillée du mode de réalisation des canules à l'intérieur de l'évidement avec des perçages pour l'amenée et la dérivation du gaz de réaction. - figure 3: une représentation détaillée de l'évide- ment d'après la figure 1, avec canule et tube ou élé- ment de tube. D'après la figure 1, le dispositif d'arrivée et de dérivation de gaz est constitué par un corps de base 1, qui correspond essentiellement par ses dimen- sions à un substrat de semi-conducteurs non représenté ici et à traiter, il est aménagé, selon le dessin, dans la partie supérieure du corps de base i un pre- mier dispositif de perçages 3 répartis régulièrement et disposés radialement, qui présentent pour leur part plusieurs évidements 6 prévus perpendiculairement à leur axe et qui établissent une liaison entre la sur- face du corps de base 1 et les perçages 3. Il est pré- vu à la périphérie du corps de base 2 et à la hauteur des ouvertures des perçages 3 un canal d'aspiration 8 de forme annulaire qui se trouve en liaison active avec un dispositif d'aspiration non représenté au moyen d'éléments de raccordement et de conduits de fluides appropriés. Un deuxième dispositif de perçages 2 disposés radialement est, d'après le dessin, disposé à une certaine distance en-dessous du premier disposi- tif de perçages radiaux 3 et de manière congruente à celui-ci; ses ouvertures sur la périphérie du corps de base 1 sont bouchées au moyen de dispositifs de fermeture appropriés 4. Le système inférieur sur le dessin de perçages radiaux 2 est également relié à la surface du corps de base 1, ce pourquoi les évidements 6 sont prolongés dans leur direction axiale par des perçages 5-3 présentant un moindre diamètre que ceux- ci, de telle sorte qu'il se crée un passage libre en- tre les perçages 2 et la surface du corps de base 1. Il est monté dans les perçages 5-3 des canu- les étanches aux fluides dont l'ouverture 5-2 est disposée dans la région du perçage radial 2, tandis que l'ouverture supérieure 5-1 des canules 5 d'après le plan -s'achève au niveau de la surface du corps de base 2 et confère ainsi aux évidements 6 une forme de fente annulaire. Le système inférieur de perçages radiaux 2 d'après le plan est en outre relié à un ou à plusieurs conduits d'arrivée de gaz 7, ce pourquoi il est prévu sur la face supérieure du corps i d'après le plan des -endroits de raccordement appropriés qui sont reliés par au moins un canal 12 constitué en forme d'anneau et fermé de manière étanche aux fluides vers l'exté- rieur qui présente pour sa part des raccords 13 vers le système de perçages radiaux 2 en nombre au moins égal au nombre de perçages radiaux 2. Il est prévu en plus dans la région inférieure du corps de base des canaux de refroidissement 9 qui sont reliés à une ar- rivée 10 ou à un écoulement 11il d'agent de refroidisse- ment. Une représentation agrandie de la disposi- tion des canules 5 à l'intérieur des systèmes de per- çages radiaux 2, 3 avec les raccords 13 est reproduite sur la figure 2. Le diamètre intérieur dl des canules est choisi.de préférence de 0,7 mm, le diamètre ex- térieur d2 est de préférence 1 mm et le diamètre d3 est de 2,5 mm. La figure 3 montre un mode de réalisation de la solution d'après la figure 2, sur laquelle un tube ou un élément de tube 14 est disposé axialement symé- trique dans l'évidement 14. L'ouverture de sortie 14-1 du tube ou de l'élément de tube 14 s'achève alignée au niveau de la surface du corps de base 1, tandis que l'orifice inférieur 14-2 d'après le plan est relié de 263116-4 manière étanche aux fluides à un troisième système de perçages radiaux 15 disposés dans le corps de base 1, qui pour leur part sont réunis à la périphérie du corps de base au moyen d'un canal de distribution de gaz 16 et sont reliés à un conduit d'arrivée de gaz de réaction 17. L'avantage du dispositif conforme à l'inven- tion réside en ce que les diamètres des canules 5 et des évidements 6 peuvent être choisis de manière à éviter les décharges parasitaires, tout en permettant néanmoins de réaliser de grandes sections d'aspira- tion. Le diamètre des aspirations 6 est un paramètre déterminant pour des décharges parasitaires dans une plage de pression de travail donnée. Le paramètre cri- tique est réduit à la valeur d3-d2, grâce à la dispo- sition concentrique des canules 5. Une extension de la plage de pressions de travail sans décharges parasi- taires dans les évidements 6 est ainsi possible. Le principe optimal de l'alimentation engagé et de l'as- piration des gaz brûlés de manière décentralisée et régulière n'est applicable qu'ainsi pour un grand nom- bre de procédés. Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention réside en ce que l'aspiration du gaz usé est disposée en anneau de cercle immédiatement autour de l'endroit d'arrivée de gaz et qu'il est possible, en réglant l'intensité de l'alimentation en gaz et de l'aspiration de gaz brûlé, d'ajuster la dureté de l'impact des jets de gaz de réaction sur le substrat. Si on place ainsi le point d'inversion du courant hors des canules de gaz vers les fentes annulaires d'aspi- ration à proximité de la surface du substrat, on ob- tient là un élargissement du jet et un impact mou du gaz de réaction sur la surface du substrat, ce qui procure un traitement homogène. réglable du substrat. Il est en outre avantageux pour l'exploita- tion du dispositif que le gaz n'ait à parcourir qu'une courte distance entre sa sortie des canules et sa ren- trée dans les fentes annulaires d'aspiration et ne se trouve pas en contact avec d'autres parties du réac- teur - telles que ses parois, par exemple. On fait ainsi obstacle dans une très large mesure à une pollu- tion du réacteur par des sous produits de réaction et la période de fonctionnement disponible entre deux cy- cles de nettoyage est considérablement augmentée. Enfin un avantage du dispositif d'après l'invention réside en ce que l'arrivée et l'évacuation vers ou à partir de cannelures ou de fentes annulaires ne sont pas effectuées par des cavités de remplissage de gros volume qui contrarient la conduction de cha- leur, mais par des perçages s'étendant radialement, ce qui procure un refroidissement très efficace de la surface du dispositif placée en regard du substrat - même avec une disposition des canaux de refroidisse- ment sur la face opposée du dispositif. r Liste des chiffres de référence pour la demande de brevet relative à l'invention "Dispositif d'amenée et de dérivation pour le traitement en phase gazeuse de pièces". 1. Corps de base 2. Perçage radial, haut (ler dispositif) 3. Passage radial, bas (2ème dispositif) 4. Dispositif de fermeture 5. Canules 5.1 Ouverture supérieure des canules 5 5.2 Ouverture inférieure des canules 5 5.3 Perçage 6. Evidement 6.1 Fente annulaire 7. Conduit d'amenée de gaz de réaction 8. Canal d'aspiration 9. Canal de refroidissement 10. Afflux (de l'agent de refroidissement) 11. Ecoulement (de l'agent de refroidissement) 12. Gorge annulaire 13. Raccord 14. Tube, élément de tube 14.1 Ouverture de sortie 14.2 Ouverture 15. Perçage. radial, entrée 16. Canal de distribution de gaz 17. Conduit d'arrivée de gaz de réaction dl Diamètre des canules 5, intérieur d2 Diamètre des canules 5, extérieur d3 Diamètre de l'évidement 6. REVENDICATIONS 1') Dispositif d'amenée et de dérivation de gaz pour le traitement en phase gazeuse de pièces, no- tamment pour l'amenée de gaz de réaction dans une chambre de réaction pour le traitement de substrats de semi-conducteurs ainsi que pour la dérivation de gaz de réaction usé hors de la chambre de réaction, cons- titué essentiellement par une distribution de gaz de forme plate (1), caractérisé en ce que la distribution de gaz est constituée par un corps de base en forme de plaque (1) avec des moyens pour l'amenée et la dériva- tion du gaz ainsi que pour son refroidissement, sur lequel l'arrivée et la dérivation du gaz sont consti- tuées par un dispositif, qui est contenu dans la sur- face du corps de base (1) en forme de plaque, de canu- les (5) disposées avec symétrie axiale dans des évide- ments et constituées en amenées de gaz dont une ouver- ture (5.1) s'achève respectivement au niveau de la surface du corps de base (12) dont -l'autre ouverture (5.2) est respectivement reliée, par une gorge annu- laire (12) et des raccords (13) à un premier disposi- tif de perçages disposés radialement (2) qui sont re- groupés dans le corps de base (2) et à un ou plusieurs conduits d'amenée de gaz de réaction (7), et en ce que les évidements (6) sont reliés par un deuxième dispo- sitif de perçages (3) disposés radialement à quelque distance et par un canal d'aspiration (8) à un dispo- sitif d'aspiration et en. ce qu'en outre le côté du corps de base (1) en regard de la face de sortie de gaz présente un canal de refroidissement (9) avec af- flux (10) et écoulement (11). 2") Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les canules (5) sont respective- ment entourées à l'intérieur des évidements (6) d'un deuxième tube (14) symétrique axialement, dont une ou- verture (14.1) s'achève au niveau de la surface du corps de base et présente par rapport à l'ouverture (5.1) des canules (5) une surface identique ou supé- rieure bien définie et dont une autre ouverture (14.2) est reliée par un troisième dispositif de perçages (15) disposés radialement dans le corps de base (1) et par une distribution de gaz de forme annulaire (16) à un conduit d'amenée de gaz de réaction (17). 3') Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport entre la surface de section libre de la fente annulaire constituée en- tre la paroi de l'évidement (5) et la canule (5) ou le tube (14) et la surface de section libre de l'ouvertu- re (5.1) de la canule (5) ou de l'ouverture (14.1) du tube (14) et de l'ouverture (5.1) de la canule (5) est supérieure à 1.