Brevet FR2668301A1 — publié le 19920424

L'invention concerne un procédé et un appareil de transfert sans contamination, et elle concerne plus préci- sément un procédé de transfert qui permet le transfert de composants ou d'éléments nécessaires au traitement et/ou au montage d'un produit associé à des semi-conducteurs sans contamination ou à l'état propre, ainsi qu'une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé. Un procédé classique de transfert sans contamination est mis en oeuvre de façon générale de la manière illustrée par les figures 1 et 2 Plus précisément, un espace fermé est divisé en une salle 112 de maintenance et une salle blanche 114 par une cloison 116 La salle 112 de mainte- nance est en communication avec une atmosphère ambiante et contient divers appareils 118 utilisés pour la mise en oeuvre d'un procédé de formation de couches minces de précision nécessaires pour la fabrication d'un semi-con- ducteur. La salle blanche 114 est maintenue à un état de propreté de l'air compris entre les classes 100 et 10. L'expression "classe 100 " utilisée dans le présent mémoire désigne une propreté correspondant à 100 particules ou moins de 0,5 pm de dimension ou plus contenues dans un pied cube d'air, soit 28,3 1 d'air, et l'expression "classe 10 " désigne un état de propreté correspondant à au plus 10 particules de dimension supérieure ou égale à 0,5 pm dans un pied cube d'air, soit 28,3 1 Un courant d'air est soufflé à partir du plafond de la salle blanche 114 à travers un filtre 120 et dans cette salle Le courant d'air est alors évacué vers l'extérieur à travers un plancher 122 formé par des caillebotis Dans la salle blanche 114 ayant cette construction, une navette 124 peut se déplacer, cette navette étant maintenue à un état de propreté compris entre les classes 10 et 1 L'expression "classe 1 " indique un état de propreté correspondant à au plus une particule de dimension supérieure ou égale à 0,5 pm dans un pied cube d'air, soit 28,3 1 Les appareils 118 ont chacun un orifice de transfert qui est ouvert vers la surface de la cloison tournée vers la salle blanche 114 Le voisinage 126 de l'ouverture de chaque orifice de transfert est maintenu localement à un état de propreté compris entre les classes 10 et 1. La transmission d'un objet transféré 128 tel qu'une tranche semiconductrice ou analogue entre la navette 124 et l'appareil 118, comme représenté sur la figure 2, est réalisée par introduction de l'objet transféré 128 de la navette 124 au voisinage de la périphérie de l'orifice de10 transfert maintenu localement à un état de propreté compris entre les classes 10 et 1, vers une chambre 130 d'un sas de chargement de l'appareil 118 constituant une chambre sous vide préliminaire, par fermeture d'un obturateur de l'ori- fice de transfert placé du côté de l'appareil afin que la chambre sous vide préliminaire soit évacuée, et par trans- fert de l'objet 128 à une chambre sous vide 132 de l'appa- reil 118. Dans le procédé classique de transfert sans contami- nation illustré par les figures 1 et 2, la salle blanche 114 doit rester à un état de propreté correspondant aux classes 100 à 10 et doit être formée avec un grand espace interne Malheureusement, le maintien de la salle blanche 114 à un état élevé de propreté, avec conservation d'un espace important, est très coûteux En outre, dans le procédé classique de transfert sans contamination, il faut réaliser une chambre 130 à sas de chargement destinée à recevoir l'objet transféré du côté de l'appareil 118 ayant la chambre sous vide 132, et d'évacuer la chambre 130 du sas Ceci complique la structure du côté de l'appareil En outre, il est pratiquement impossible d'augmenter l'état de propreté à un degré suffisant pour que le nombre de parti- cules contenues dans l'air soit pratiquement proche de 0. En particulier, il est possible que les particules conta- minent l'objet transféré pendant son transfert entre la navette 124 et l'appareil 118. Un autre procédé classique de transfert sans conta- mination a été proposé et met en oeuvre une installation à plusieurs chambres telle que représentée sur la figure 3. L'installation à plusieurs chambres a une construction dans laquelle une seule chambre à sas de chargement destinée à donner accès à un objet transféré tel qu'une tranche semi- conductrice ou analogue, est utilisée habituellement pour un appareil 134 de pulvérisation, un appareil 136 de dépôt chimique en phase vapeur CVD, un appareil 138 d'attaque et analogue. Malheureusement, un procédé de transfert sans contamination utilisant l'installation à plusieurs chambres représentée sur la figure 3 présente les inconvénients suivants: il est impossible d'augmenter le nombre d'appa- reils qui peuvent être incorporés à l'installation, les appareils ne peuvent pas être disposés librement, et la maintenance est difficile. La Demanderesse a proposé un procédé de transfert sans contamination dans la demande publiée de brevet japonais N O 28047/1988 Cependant, ce document ne prend pas en considération le degré de vide régnant dans la salle blanche. L'invention a été réalisée compte tenu des inconvé- nients précités de la technique antérieure et par observa- tion du fait, au cours d'expériences réalisées par les inventeurs, que, dans les opérations relatives à un semi- conducteur, par exemple de dépôt en phase vapeur, de pulvérisation, d'implantation ionique ou analogue, l'aug- mentation du degré de vide jusqu'à une pression inférieure ou égale à 1 torr empêchait efficacement les particules de flotter. Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de transfert sans contamination qui permet un transfert en toute sécurité dans l'objet transféré tel qu'une tranche semi-conductrice ou analogue dans divers appareils ayant chacun une chambre sous vide, avec conservation de l'atmo- sphère à l'état propre. L'invention concerne aussi un tel procédé de trans- fert sans contamination qui peut être utilisé dans diverses applications, par exemple la formation d'une couche mince avec une précision élevée. L'invention concerne aussi un tel procédé de trans- fert sans contamination qui peut être utilisé efficacement dans la fabrication d'un élément de très grande précision afin que les rendements soient accrus. L'invention concerne aussi un procédé de transfert sans contamination qui peut donner une souplesse suffisante pour qu'une fabrication diversifiée en petites quantités puisse être réalisée. Elle concerne aussi un procédé de transfert sans contamination qui permet l'utilisation d'une installation mettant en oeuvre le procédé et ayant une structure sim- plifiée. Elle concerne aussi une installation de transfert sans contamination qui peut être utilisée dans diverses applications, par exemple la formation d'une couche mince avec une précision élevée. Elle concerne aussi une installation de transfert sans contamination qui peut être utilisée efficacement pour la fabrication d'un composant de très grande précision afin que le rendement soit accru. Elle concerne aussi une telle installation de transfert sans contamination qui donne une grande souplesse suffisante pour la fabrication diversifiée en petites quantités. Dans un aspect, l'invention concerne un procédé de transfert sans contamination Ce procédé comprend le transfert d'un objet transféré, tel qu'une tranche semi- conductrice ou analogue, entre un caisson sous vide main- tenu à un degré de vide inférieur ou égal à 1 torr, et une chambre sous vide, avec maintien du raccordement hermétique des orifices de transfert du caisson sous vide et de la chambre sous vide. Dans un autre aspect, l'invention concerne une installation de transfert sans contamination Cette instal- lation comporte un caisson sous vide maintenu à un degré de vide inférieur ou égal à 1 torr, et une chambre sous vide. Le caisson sous vide et la chambre sous vide ont des orifices de transfert par lesquels le caisson et la chambre sont raccordés hermétiquement l'un à l'autre. Dans la construction décrite précédemment selon l'invention, l'objet est transféré entre le caisson sous vide maintenu à un degré de vide tel que la pression est inférieure ou égale à 1 torr et la chambre sous vide avec raccordement hermétique des orifices respectifs de trans- fert du caisson et de la chambre, si bien qu'il n'est pas nécessaire d'entretenir une salle blanche dans laquelle le caisson sous vide ayant une grande propreté est déplacé. Plus précisément, la salle blanche doit simplement être maintenue à un état de propreté aussi faible que la classe 10 000 L'expression "classe 10 000 " indique un état de propreté correspondant à moins de 10 000 particules de dimension supérieure ou égale à 0,5 pm dans un pied cube d'air, soit 28,3 1 d'air La salle blanche peut ainsi avoir une structure simplifiée Plus précisément, l'invention permet l'élimination du plancher précité formé de caille- botis de la salle blanche de la technique antérieure, si bien que la structure de la salle blanche est très simpli- fiée et son coût peut être réduit En outre, l'invention permet le transport de l'objet transféré avec maintien de l'atmosphère dans laquelle l'objet est transféré à l'état propre, si bien qu'une couche mince peut être formée avec une grande précision En outre, l'invention ne limite aucunement le type d'appareil de traitement ou d'utilisa- tion dans lequel est placé l'objet transféré, si bien qu'elle présente une grande souplesse permettant une fabrication diversifiée en petites quantités. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan illustrant un procédé classique de transfert sans contamination et une installation pour sa mise en oeuvre; la figure 2 est une vue schématique en élévation latérale de l'installation de transfert sans contamination représentée sur la figure 1; la figure 3 est une vue en plan représentant une installation classique à plusieurs chambres; la figure 4 est une vue schématique en plan illus- trant un procédé de transfert sans contamination et une installation destinée à sa mise en oeuvre selon l'in- vention; la figure 5 est une vue schématique en élévation latérale de l'installation de transfert sans contamination de la figure 4; la figure 6 est une coupe en élévation latérale d'un caisson sous vide et d'une chambre sous vide avant leur raccordement; la figure 7 est une coupe en élévation latérale d'un caisson sous vide et d'une chambre sous vide qui sont raccordés l'un à l'autre; la figure 8 est une représentation graphique indi- quant la relation entre le nombre de particules flottant dans l'atmosphère d'une chambre et le degré de vide de la chambre; et la figure 9 est un graphique indiquant le nombre de particules contenues dans l'air lorsque des fuites d'air se produisent dans une chambre maintenue sous vide de manière étanche. On décrit maintenant un procédé de transfert sans contamination et une installation destinée à sa mise en oeuvre selon l'invention, en référence aux figures 4 à 9 sur lesquelles les références numériques identiques désignent des éléments analogues ou correspondants. Comme représenté sur les figures 4 à 7, un espace fermé 10 est divisé en une salle de maintenance 12 communi- quant avec l'atmosphère ambiante et une salle blanche simplifiée 14 par une cloison 16 La salle blanche 14 peut être maintenue à un état de propreté supérieur à celui de la salle de maintenance 12 Dans la salle de maintenance 12, divers appareils 18 sont disposés pour la formation d'une couche mince de précision et analogue au cours de la fabrication de semi-conducteurs Les appareils 18 ont chacun une chambre sous vide 20. L'état de propreté de la salle blanche simplifiée 14 peut être aussi réduit que celui de la classe 10 000, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire que la salle blanche 14 comporte un sol ayant une structure en caille- botis comme décrit en référence à la technique antérieure et comme représenté sur la figure 2 Il faut simplement que la salle blanche 14 ait un simple dispositif de protection contre la poussière La cloison 16 a, à sa surface tournée vers la salle blanche 14, un orifice 22 de transfert muni d'une bride et destiné à coopérer avec l'appareil 18 Dans la salle blanche simplifiée 14, un caisson sous vide 24 est disposé et monté afin qu'il soit mobile sur un chariot 26 ou analogue La salle blanche simplifiée 14 est ainsi utilisée comme salle pour le transfert d'un objet Dans une variante, la chambre sous vide 20 seule ou-la chambre 20 et le caisson 24 à la fois peuvent être tous deux mobiles Le caisson 24 est évacué à un degré de vide de 1 torr au moins afin qu'il reste propre A cet effet, le caisson 24 lui- même peut être muni d'un système d'évacuation sous vide. Dans une variante, un dispositif d'évacuation sous vide peut être disposé séparément afin qu'il communique avec le caisson 24, si bien que le caisson peut être évacué à une pression inférieure ou égale à 1 torr lorsque l'utilisation du caisson 24 commence En outre, la chambre sous vide 20 et le caisson 24 peuvent être maintenus à un vide corres- pondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr. Comme représenté sur les figures 6 et 7, dans l'orifice 22 de transfert de chaque appareil 18 placé dans la chambre 20, un obturateur 28 est monté de manière hermétique Le caisson sous vide 24 a un orifice 30 de transfert dans lequel un obturateur 32 est monté de manière hermétique Les obturateurs 28 et 32 ont des joints toriques 34 et 36 respectivement afin que l'étanchéité soit assurée entre l'obturateur 28 et l'orifice 22 et entre l'obturateur 32 et l'orifice 30 de transfert En outre,5 l'orifice 22 placé du côté de l'appareil 18 a, sur une surface de bride ou en butée, un joint torique 38 En outre, la bride de l'orifice 22 de transfert a des organes de blocage à sa face arrière afin que l'obturateur 28 soit bloqué par rapport à l'orifice 22 En outre, l'obtura- teur 28 a un joint torique 42 sur une surface de butée et l'obturateur 32 a de même un joint torique 44 sur une surface de butée Des aimants permanents 46 et 48 sont en outre enrobés dans les obturateurs 28 et 32 afin que les obturateurs soient raccordés mutuellement le cas échéant. Les orifices 22 et 30 de transfert ayant les obturateurs 28 et 32 respectivement peuvent avoir une structure de registre à double obturateur. Le degré de vide dans le caisson 24 est maintenu de manière que la pression soit inférieure ou égale à 1 torr. On se réfère maintenant aux figures 8 et 9 La figure 8 indique le nombre de particules de l'atmosphère ayant une dimension de 10 pm, 5 pm, 3 pm, 1 pm et 0,5 pm, comptées lorsqu'une chambre d'expérience communiquant avec l'atmo- sphère ambiante est fermée au temps O min et est mise sous vide par un système d'évacuation sous vide Comme l'in- diquent les résultats de la figure 8, le flottement des particules dans la chambre est observé lorsqu'elle est évacuée à 20 torrs ou à 5 torrs et plus, mais le flottement des particules n'est jamais observé lorsque la chambre est évacuée à une pression inférieure à 1 torr La figure 9 représente le nombre de particules contenues dans l'atmo- sphère, comptées juste avant l'introduction d'une petite quantité d'air sous forme de fuites, dans la chambre d'expérience fermée de manière étanche au vide Ces fuites conduisent à une augmentation rapide de la pression du vide dans la chambre à 8 torrs, puis à 15 torrs après une seconde fuite et finalement à 20 torrs après une troisième fuite, le nombre de particules dans l'atmosphère étant compté juste après chaque fuite La figure 9 indique qu'une augmentation de pression dans la chambre à quelques torrs ou plus par introduction d'air dans la chambre par des fuites provoque l'apparition à nouveau du flottement des particules. Ainsi, comme on peut le noter sur les figures 8 et 9, l'évacuation de la chambre à une pression inférieure ou égale à 1 torr empêche le flottement des particules dans la chambre, mais une augmentation de la pression dans la chambre à plus de 1 torr, par exemple entre quelques torrs et 5 ou 8 torrs, provoque le flottement de particules dans la chambre. On décrit maintenant le transfert d'un objet 50 tel qu'une tranche à semi-conducteur D'abord, le caisson sous vide 24 est évacué à un degré de vide correspondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr afin que les parti- cules ne puissent pas flotter dans la chambre Ensuite, l'objet transféré 50, comme indiqué sur la figure 6, est20 placé sur un support 52 disposé dans le caisson 24. Ensuite, comme l'indique la figure 7, l'orifice 22 de transfert de la chambre 20, du côté de l'appareil 18, est mis intimement au contact de l'orifice 30 du côté du caisson 24, par mise en coopération des surfaces de butée, si bien que les deux orifices 22 et 30 peuvent être raccor- dés de manière hermétique Simultanément, les obturateurs 28 et 32 sont mis en face par leurs surfaces de contact, sous l'action des aimants permanents 46 et 48, si bien que les joints toriques 42 et 44 provoquent le maintien étanche de l'air compris entre les surfaces de butée des obtura- teurs 28 et 32 Les organes 40 de blocage sont alors dégagés afin que les obturateurs 28 et 32 qui sont raccor- dés l'un à l'autre soient retirés comme indiqué en traits mixtes sur la figure 7, si bien que les orifices 22 et 30 de transfert communiquent mutuellement Ensuite, l'objet 50 placé du côté du caisson 24 est mis en position prédéter- minée du côté de l'appareil 18, par exemple sur un support 54 placé dans la chambre 20 du côté de l'appareil Le transfert de l'objet 50 du côté de l'appareil au côté du caisson peut être réalisé de manière pratiquement analogue, avec maintien des orifices 22 et 30 de transfert raccordés de manière hermétique l'un à l'autre comme représenté sur la figure 7. Les obturateurs 28 et 32 peuvent être retirés lorsqu'ils sont raccordés de manière hermétique, si bien que l'enlèvement des obturateurs ne provoque pas de fuite d'air dans l'installation En outre, la chambre 20, du côté de l'appareil 18, reste à un vide poussé, à une pression inférieure ou égale à 1 torr, et la communication entre la chambre 20, du côté de l'appareil, et le caisson 24 ne provoque pas la remontée de la pression dans le caisson 24 à plus d'un torr, si bien que le caisson utilisé pour le transfert de l'objet suivant n'a pas à être à nouveau évacué. Comme on peut le noter d'après la description qui précède, l'invention permet le transport d'un objet trans- féré, tel qu'une tranche semi-conductrice ou analogue, avec maintien de l'orifice de transfert du caisson sous vide à une pression inférieure ou égale à 1 torr et de l'orifice de transfert de la chambre sous vide hermétiquement rac- cordé à l'orifice précédent, si bien que le transfert de l'objet peut être réalisé avec conservation d'une atmo- sphère propre ou sans contamination par des particules aériennes Ainsi, l'invention s'applique efficacement à la formation de couches minces de haute précision ou analogue et peut s'appliquer à la fabrication d'un élément de très haute précision, tel que les types de semi-conducteurs prévus pour l'avenir, avec augmentation de leur rendement. En outre, l'invention permet une modification à volonté du nombre de caissons sous vide et de chambres sous vide, et donne ainsi une souplesse suffisante pour permettre la fabrication diversifiée en petites quantités De plus, selon l'invention, le degré de propreté de la chambre dans laquelle est déplacé le caisson sous vide peut rester relativement réduit si bien que la structure peut être simplifiée notablement De plus, l'objet transféré est directement transporté du caisson sous vide à la chambre sous vide si bien que la chambre du sas nécessaire dans la technique antérieure peut être éliminée et la structure se trouve encore plus simplifiée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés et installa- tions qui viennent d'être uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de transfert sans contamination, caracté- risé en ce qu'il comprend le transfert d'un objet transféré entre un caisson sous vide ( 24) maintenu à un vide corres- pondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr, et une chambre sous vide ( 20), avec maintien du raccordement hermétique des orifices de transfert du caisson sous vide et de la chambre sous vide. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caisson sous vide ( 24) ou la chambre sous vide ( 20) au moins est mobile. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le caisson sous vide ( 24) est monté afin qu'il soit mobile. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre sous vide ( 20) est maintenue à un degré de vide correspondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre sous vide ( 20) est placée dans une première salle ( 10) qui communique avec une atmosphère ambiante, et le caisson sous vide ( 24) est monté afin qu'il soit mobile dans une seconde salle ( 14) isolée par rapport à la première salle, l'orifice de transfert de la chambre sous vide ( 20) étant placé d'un côté de la seconde salle, la seconde salle ayant un nombre de particules aériennes inférieur à celui de la première salle. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre sous vide ( 20) est placée dans un appa- reil de traitement de l'objet transféré. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première et la seconde salle sont respectivement une salle de maintenance ( 12) et une salle de transfert ( 14), la première et la seconde salle étant isolées l'une de l'autre par une cloison ( 16), l'orifice de transfert de la chambre sous vide ( 20) étant placé du côté de la cloison tourné vers la seconde salle. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de transfert du caisson sous vide ( 24) et de la chambre sous vide ( 20) sont munis d'obturateurs ( 28, 32) destinés à la commande du caisson sous vide et de la chambre sous vide respectivement, les obturateurs ( 28, 32) étant retirés du caisson et de la chambre sous vide lorsqu'ils sont raccordés herméti- quement, si bien que le caisson sous vide et la chambre sous vide sont mis en communication. 9 Installation de transfert sans contamination, caractérisée en ce qu'elle comprend: un caisson sous vide ( 24) maintenu à un degré de vide correspondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr, et une chambre sous vide ( 20), le caisson sous vide ( 24) et la chambre sous vide ( 20) ayant chacun un orifice de transfert par lequel le caisson et la chambre sous vide sont raccordés hermétique- ment l'un à l'autre. Installation selon la revendication 9, caracté- risée en ce que le caisson ( 24) ou la chambre ( 20) sous vide au moins est mobile. 11 Installation selon la revendication 10, caracté- risée en ce que le caisson sous vide ( 24) est monté afin qu'il soit mobile. 12 Installation selon la revendication 9, caracté- risée en ce que la chambre sous vide ( 20) est maintenue à un degré de vide correspondant à une pression inférieure ou égale à 1 torr. 13 Installation selon la revendication 9, caracté- risée en ce que la chambre sous vide ( 20) est placée dans une première salle ( 12) qui communique avec une atmosphère ambiante, et le caisson sous vide ( 24) est disposé afin qu'il soit mobile dans une seconde salle ( 14) qui est isolée de la première salle, l'orifice de transfert de la chambre sous vide étant placé du côté de la seconde salle, la seconde salle ayant un nombre de particules aériennes inférieur à celui de la première salle. 14 Installation selon la revendication 13, caracté- risée en ce que la chambre sous vide ( 20) est disposée dans un appareil de traitement de l'objet transféré. 15 Installation selon la revendication 13, caracté- risée en ce que la première et la seconde salle sont une salle de maintenance ( 12) et une salle de transfert ( 14) respectivement, la première et la seconde salle étant isolées l'une de l'autre par une cloison ( 16), l'orifice de transfert de la chambre sous vide ( 20) étant placé d'un côté de la cloison tourné vers la seconde salle. 16 Installation selon la revendication 9, caracté- risée en ce que les orifices de transfert du caisson ( 24) et de la chambre ( 20) sous vide sont munis d'obturateurs ( 28, 32) de commande du caisson et de la chambre sous vide respectivement, les obturateurs ( 28, 32) étant retirés du caisson et de la chambre sous vide en étant raccordés hermétiquement, si bien que le caisson et la chambre sous vide communiquent l'un avec l'autre.