Brevet FR2702088A1 — publié le 19940902

NACELLE POUR PLAQUETTES DE SILICIUM La présente invention concerne une nacelle mdulable pour plaquettes de semiconducteur de tout diamètre. L'industrie des composants semiconducteurs utilise des plaquettes de silicium que l'on soumet à divers traitements Ces traitements nécessitent l'utilisation de nacelles, généralement en quartz ou en silicium, permettant le maintien en position verticale des plaquettes de silicium Pour optimiser le coût des composants semiconducteurs, il est nécessaire d'une part de traiter simultanément le plus grand nombre de plaquettes possi-10 ble et d'autre part de réduire la durée de certains traitements en augmentant la température par exemple. Il existe différents types de nacelles couramment uti- lisées pour les traitements des plaquettes de silicium Des exemples de nacelles classiques sont représentés schématiquement15 en figures la à ld. La nacelle représentée schématiquement dans la figure la est constituée par une coquille 1 en forme de demi-cylindre creux comportant des rainures 2 situées dans la partie concave de la coquille Cette nacelle procure un bon maintien à des plaquettes de diarètre donné puisque le maintien d'une plaquette est assuré par l'engagement de sa base dans une rainure circu- laire, mais elle présente l'inconvénient qu'il est difficile de réaliser un rainurage correct et régulier sur des formes arron- dies De plus cette nacelle ne permet pas une circulation de gaz satisfaisante autour des plaquettes. La nacelle représentée dans la figure lb est consti- tuée par un plan rainuré ajouré 3, chaque plaquette de silicium 4 étant maintenue en position verticale en l'insérant dans des rainures 5 de part et d'autre de l'ouverture centrale, ce qui fournit deux zones d'appui de faible étendue proches de la base de la plaquette. La figure lc est une vue en perspective d'une naèlle constituée de deux rails parallèles 6 situés dans un même plan horizontal et comportant des encoches 7 également espacées sur les deux rails; une plaquette de silicium est maintenue en position verticale par engagement simultané dans deux enc oches situées en vis-à-vis ce qui donne deux zones d'appui à la base de la plaquette correspondant à la profondeur des enc oches. Un inconvénient des nacelles représentées dans les figures lb et lc est illustré par la figure le Avec oes nacelles, le maintien en position verticale des plaquettes de silicium 4 est fourni par deux zones d'appui de faible étendue 18 situées au voisinage du bas des plaquettes et correspondant aux profondeurs de deux rainures ou encwoches situées en vis- à-vis Les plaquettes sont donc susceptibles de présenter une certaine inclinaison Si le pas de rainurage est faible, cette inclinaison peut entraîner un contact de deux plaquettes de silicium consécutives au niveau de leur sommet entraînant une mauvaise qualité des plaquettes après traitement On ne peut donc pas prévoir un rainurage serré permettant de traiter simul- tanément un grand nombre de plaquettes. Enfin, la nacelle de la figure ld est réalisée à partir de quatre rails Les plans supérieur et inférieur de la nacelle, 8 et 9 respectivement, sont horizontaux et comportent chacun une paire de rails parallèles, 10 et 11 respectivement, l'écart des rails inférieurs étant plus faible que celui des rails supérieurs Ces rails portent des encoches, régulièrement espacées sur leur longueur de sorte qu'une paire d'encoches supérieure 12 et une paire d'encoches inférieure 13 se situent dans un même plan vertical L'ensemble des rails est lié rigi- dement par des tiges horizontales 14 et obliques 15 Le maintien en position verticale d'une plaquette de silicium est assuré par son engagement dans deux paires d'encoches 12 et 13 situées dans un même plan vertical qui fournissent ainsi 4 zones d'appuis correspondant à la profondeur des encoches Une plaquette de silicium est donc mieux maintenue dans cette nacelle que dans les deux précédentes. Un inconvénient de cette dernière nacelle et plus généralement de toutes les nacelles connues est que, toutes oes nacelles étant rigides, toute contrainte mécanique subie par la nacelle est immédiatement transmise aux plaquettes qui peuvent de ce fait subir des déformations nuisant à leur qualité indus- trielle En effet, s'il est nécessaire de travailler à haute température dans le cas de traitements particuliers pour dimi- nuer la durée du cycle de traitement et améliorer ainsi le rendement de production, toutes ces nacelles se déforment par dilatation thermique et en raison de leur rigidité transmettent directement ces déformations aux plaquettes traitées qui présen- tent donc un défaut de qualité; par exemple, elles peuvent être gondolées. En conclusion, les différentes nacelles connues à ce jour étant monobloc et rigides, lorsqu'elles sont utilisées à chargement maximal ou à températures élevées, induisent des contraintes sur les plaquettes de silicium qui se déforment ou sont traitées irrégulièrement, ce qui entraine un surcoût défa- vorable à l'industrie des composants semiconducteurs. Ainsi, un objet de la présente invention est de pré- voir une naèlle modulable utilisable pour tout diamètre de pla- quette de silicium et permettant de remédier aux inconvénients des nacelles antérieures décrites ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une nacelle facilement réalisable et de coût réduit. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une nacelle pouvant être utilisée dans différents types de supports. Pour atteindre ès objets, la présente invention prévoit une nacelle destinée à recevoir des plaquettes de semi- conducteur en position verticale, comportant un beroeau en forme de demi-cylindre creux d'axe horizontal; et deux plaques rainu- rées, disposées contre les parois latérales du berceau recevant les plaquettes de semiconducteur à traiter, ces deux plaques étant indépendantes l'une de l'autre et s'appuyant sur le ber- ceau sans y être liées. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la nacelle comporte en outre une plaque horizontale permettant le maintien des deux plaques rainurées latérales et servant de guide amovible pendant le chargement des plaquettes de semi- conducteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les différentes parties sont en quartz, carbure de silicium, silicium polycristallin ou alumine. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la largeur du guide est choisie en fonction du diamètre des plaquettes à traiter et de la hauteur libre que l'on souhaite laisser entre la base de ès plaquettes et le fond du berceau. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la naèlle est placée dans des supports variés tels que palette, goulotte ou contre-tube de diamètre identique ou différent. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la nacelle est munie de pieds porteurs permettant son utilisa- tion directe. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, décrite précédemment, représente schéma- tiquement diverses nacelles de l'art antérieur; la figure 2 est une vue en perspective d'une naèlle selon la présente invention, non chargée; les figures 3, 4 et 5 sont des vues en perspective d'une nacelle selon la présente invention à divers stades de chargement; la figure 6 représente une plaque utilisée dans une nacelle selon la présente invention, la figure 6 A étant une vue de dessus et la figure 6 B une vue de profil; et la figure 7 est une vue de faè d'une nacelle selon la présente invention, chargée. Comme le représente la figure 2, une nacelle selon la présente invention comprend quatre éléments indépendants: (a) un support ou beroeau 20, en forme de demi-cylin- dre creux d'axe horizontal, en un matériau tel que du quartz, du carbure de silicium, du silicium polycristallin ou de l'alumine, (b) deux plaques 21 a et 21 b munies de rainures respec- tives 22 a et 22 b à pas strictement identique, également en un matériau tel que du quartz, du carbure de silicium, du silicium polycristallin ou de l'alumine, et (c) une troisième plaque 23 constituant un guide de chargement amovible dont le rôle sera décrit ci-après. Les figures 3, 4 et 5 illustrent trois étapes succes- sives de chargement d'une nacelle selon la présente invention. La première étape, illustrée en figure 3, consiste, à l'aide du guide amovible 23 disposé horizontalement dans le creux du support demi-cylindrique 20, à maintenir les deux pla- ques rainurées 21 a et 21 b appliquées contre les parois internes du berceau de sorte que les trois plaques 21 a, 21 b et 23 forment un U ouvert dans le plan vertical et que les rainures 22 a et 22 b se trouvent en regard les unes des autres. L'ensemble étant stable, on glisse alors une première plaquette de silicium 24 simultarnment dans les deux rainures 22 a et 22 b situées en vis-à-vis et au fond du beroeau 20. On place ensuite une autre plaquette de silicium dans les rainures adjacentes aux deux premières 22 a et 22 b et ainsi de suite Comme le représente la figure 4, au fur et à mesure que l'on introduit les plaquettes de silicium de ètte manière dans le berceau 20, on retire par translation vers l'avant la plaque 23 servant de guide (flèche 25). Lorsque le berceau 20 est totalement chargé, comme le représente la figure 5, le guide 23 est donc retiré du berceau La cohésion de la nacelle ainsi chargée est assurée par la seule pression des plaquettes de silicium sur les plaques laté- rales rainurées 21 a et 21 b. On pourra aussi procéder à un chargement groupé de plaquettes à l'aide de machines de transfert classiques Le guide 23 est alors enlevé en fin de chargement. Comme le représentent la figure 6 A en vue de dessus et la figure 6 B en vue de profil les plaques 21 sont particuliè- rement simples à fabriquer Les rainures peuvent être formées avec précision par usinage ou par microlithogravure. La figure 7 représente une vue de face d'une nacelle selon la présente invention chargée de plaquettes 24 Dans cette figure, on désigne par hl la hauteur libre entre le bas des plaquettes et le fond du berceau 20, par h 2 la hauteur entre la région de maintien des plaquettes dans les rainures 22 des pla- ques 21 et le bas de ces plaquettes et par 1 l'écart à la base des plaques rainurées 21 correspondant à la largeur du guide de chargement 23 La nacelle selon l'invention et son mode de chargement présentent de nombreux avantages. Tout d' abord, grâce à sa conception nouvelle assurant 1 ' indépendance de ses différentes parties constituantes, elle autorise le traitement de plaquettes de tout diamètre. De plus, canme le montre la figure 7, les zones d'ap- pui 26 d'une plaquette de silicium 24 dans les rainures 22 des plaques latérales 21 sont relativement étendues ce qui empêche toute inclinaison d'une plaquette vers l'avant ou vers l'arrière du plan vertical et garantit le parallélisme des plaquettes quelle que soit la position des plaques On pourra donc juxta- poser un grand nombre de plaquettes de silicium sur une faible distance, par exemple environ 600 plaquettes sur 80 cm, sans risque de contact entre deux plaquettes consécutives comme dans le cas des nacelles de l'art antérieur décrites ci-dessus. D'autres avantages sont liés directement à l'indépen- dance des éléments de la nacelle selon la présente invention. Le choix de 1 ' écart 1 et de la hauteur hi permet de régler la circulation des gaz de traitement sous l'ensemble des plaquettes Si pour des plaques 21 données et des plaquettes 24 de diamètre donné, on veut modifier l'une des hauteurs hi ou h 2, il suffit de changer le guide 23 utilisé: par exemple si 1 'on souhaite augmenter hl ou h 2, il faudra augmenter 1, c'est-à-dire utiliser un guide plus large On peut aussi envisager de régler les hauteurs hi et h 2 sans changer de guide mais en utilisant des plaques rainurées 21 différentes Ainsi, pour des plaquettes de diamètre donné et un guide de largeur donnée, on peut aug- menter hi ou h 2 en utilisant des plaques 21 plus larges De même, si l'on veut réutiliser la nacelle pour des plaquettes de diamètre différent, par exemple plus grand, tout en conservant la même hauteur hl pour assurer un bon traitement, il suffira30 d'effectuer le chargement à l'aide d'un guide plus large sans changer les plaques 21 ou d'utiliser des plaques 21 moins larges sans changer de guide En conclusion, grâce à l'indépendance des éléments de la nacelle, les hauteurs h 2 et hi sont facilement réglées pour des plaquettes de diamètres variés. Cette indépendance des éléments constitutifs de la nacelle selon la présente invention entraîne encore d'autres avantages En effet, la nacelle étant chargée de plaquettes 24, si les plaques 21 ou le berceau 20 subissent des contraintes 5 mécaniques èla se traduit par un léger déplacement des plaques 21 qui ainsi ne transmettent pas ès contraintes aux plaquettes qui ne risquent plus d'être déformées et traitées irrégulière- ment En outre, si l'on traite des plaquettes de silicium à haute température ( 12500 C à 1300 'C) les phénomènes de dilatation thermique des différentes parties de la nacelle selon la pré- sente invention entraînent, là encore, seulement un léger dépla- cement des plaques sans modifier le maintien des plaquettes ce qui évite la déformation de ès dernières en particulier le gondolement des plaquettes minces qui résultait de l'emploi des nacelles antérieures. Enfin, les éléments caractéristiques mis en oeuvre dans ètte conception de naèlle et de chargement présentent un faible coût d'élaboration. La nacelle selon l'invention pourra être utilisée de façon classique comme la naèlle de la figure la Elle peut être placée dans des supports variés tels que palette, goulotte ou contre-tube de diamètre identique ou différent Elle peut aussi être munie de pieds porteurs permettant son utilisation directe. REVENDICATIONS 1 Naèlle destinée à recevoir des plaquettes de semi- conducteur en position verticale, caractérisée en ce qu'elle comporte: un berceau ( 20) en forme de demi-cylindre creux d'axe horizontal; et deux plaques rainurées ( 21 a, 21 b), disposées contre les parois latérales du beroeau ( 20) recevant les plaquettes de semiconducteur à traiter, ès deux plaques ( 21 a, 21 b) étant indépendantes l'une de l'autre et s'appuyant sur le beroeau sans y être liées. 2 Naèlle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une plaque horizontale ( 23) permet- tant le maintien des deux plaques rainurées latérales ( 21 a, 21 b) et servant de guide amovible pendant le chargement des plaquet- tes de semiconducteur. 3 Nacelle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les différentes parties sont en quartz, carbure de silicium, silicium polycristallin ou alumine. 4 Naèlle selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur du guide ( 23) est choisie en fonction du diamètre des plaquettes à traiter et en fonction de la hauteur libre (hl) que l'on souhaite laisser entre la base de oes plaquettes et le fond du berceau ( 20). Naèlle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est placée dans des supports variés tels que palette, goulotte ou contre-tube de diamètre identique ou différent. 6 Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est munie de pieds porteurs permettant son utilisa- tion directe.