Brevet FR2802947A1 — publié le 20010629

La présente invention concerne un support de substrats du type généralement utilisé dans une installation d'évaporation de matériau sur des substrats. Elle sera décrite dans une appli cation à des dépôts de composés métalliques sur des composants semiconducteurs en cours de fabrication sur des tranches ou pla quettes de silicium, mais il sera clair qu'elle s'applique à tout type de substrat. La figure 1 représente schématiquement une installation d'évaporation classique du type à laquelle s'applique la présente invention. Une telle installation est constituée d'une enceinte 1 sous vide à l'intérieur de laquelle sont généralement agencés au moins trois supports S. Chaque support, en forme de cloche, est généralement formé d'une surface concave à périphérie circulaire dans laquelle sont ménagées des ouvertures 2, généralement égale ment circulaires, de réception de tranches de silicium, les sur faces à traiter des tranches étant dirigées vers l'intérieur (la concavité des supports). A la figure 1, seules quelques ouvertu res 2 des supports S ont été représentées, mais tous les supports sont pourvus d'ouvertures sur toute leur surface. D'autres sup ports S connus sont constitués de dômes à surfaces pleines, dans lesquelles sont ménagés des logements de réception de tranches de silicium à traiter. Chaque support S est monté à rotation sur un arbre A, orthogonal ' sa surface au niveau de son sommet. Les arbres A sont portés par un bâti de suspension commun, lui-même monté à rotation un arbre principal vertical 4 porté par une paroi supérieure de l'enceinte 1. Le bâti 3 comporte potences P aux extrémités libres desquelles sont liés les arbres A. Le mou vement de rotation du bâti 3 imprime, généralement des engre nages coniques (non représentés), un mouvement de rotation à des arbres de transmission (non représenté) contenu dans potences P qui transmettent les mouvements rotatifs, par des moyens simi laires, aux arbres A. Les mouvements de rotation du bati 3 et des supports S sont illustrés à la figure 1 par des flèches, respec tivement F1 et F2. Les supports S sont généralement appelés des "planétaires en raison de leurs mouvements excentriques respec tifs. Les surfaces internes des supports sont tournees vers une source d'évaporation 6 contenue dans l'enceinte 1. Les supports sont équipés de mécanismes à ressort (non représentes) pour main tenir en place les plaquettes que se soit depuis la face arrière ou depuis face avant des planétaires. Un cycle d'évaporation consiste à charger l'enceinte 1 avec des planétaires S portant des plaquettes à traiter, à effec tuer un pompage sous vide de l'intérieur de l'enceinte 1, à chauffer l'espace interne de l'enceinte 1, à exciter la source d'évaporation 6 pour provoquer un dépôt, puis à refroidir et à ventiler l'enceinte, et à extraire les supports S. mouvements de rotation imprimés au bâti 3 et aux supports S, assurent un dépôt uniforme sur les surfaces à traiter. Le fonctionnement d'une telle installation est parfaitement connu et ne sera pas détaillé plus avant. axes A des supports S sont généralement montés de manière amovible sur les potences P pour permettre d'extraire les supports S l'enceinte 1 afin de les décharger des plaquettes traitées d'y positionner les plaquettes à traiter. Qu'ils soient pleins ou pourvus d'ouvertures, les supports connus ont une taille fixe, adaptée à l'optimisation de la répartition d'un lot de plaquettes à traiter. Par exemple, un support classique ayant un diamètre de l'ordre de 62,5 centimètres avec une profon deur concavité d'environ 13 cm au centre permettent de loger dix-neuf plaquettes de 5 pouces (12,5 cm). Un tel support ne peut recevoir que des plaquettes de 5 pouces et n'est pas adapté à recevoir des plaquettes de taille inférieure ou supérieure. Le fait que les supports de plaquette soient dédiés à des plaquettes d'une taille donnée est lié à plusieurs contrain tes installations d'évaporation. Tout d'abord, on recherche une surface pleine ou, lorsque la surface est pourvue d'ouvertu res 2 'association des plaquettes à des disques généralement en inox la même taille que la plaquette de façon à protéger les faces arrière des plaquettes à traiter. En effet, il n'est pas souhaitable que ces faces arrière reçoivent des matériaux d'éva poration destinés aux faces avant. De plus, cherche classique ment a limiter les possibilités de projection des matériaux d'évaporation derrière les supports de plaquette pour minimiser l'évaporation de matériau sur les surfaces internes de l'en ceinte. Cependant, les supports classiques ayant des surfaces pleines ou des ouvertures sont délicats à nettoyer. Un objet de la présente invention de proposer un nouveau support de substrats pour une installation d'évaporation, qui permette de rendre l'installation versat' et, en parti culier, adaptable à différentes tailles de substrats à traiter. Un autre objet de la présente invent est de pallier les inconvénients des supports de substrats connus. La présente invention vise également à ce que la solu tion proposée reste compatible avec une manipulation aisée des substrats pour le chargement et le déchargement d'un lot de substrats dans le support. L'invention vise en outre à proposer une solution qui soit compatible avec les installations d'évaporation classiques. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré voit un support de substrats destiné à une installation d'évapo ration, et constitué d'une armature comprenant des bras répartis en étoile depuis une embase, chaque bras comprenant au moins deux tronçons articulés l'un à l'autre et définissant arc de concavité du support, et d'éléments de réception des substrats, fixés individuellement et de façon amovible à un desdits bras. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque bras est articulé par une de ses extrémités sur l'embase. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le support comporte en outre des barres rigides de liaison des bras distance de l'embase. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la courbure des arcs de concavité définis par les bras l'arma- ture est fonction du diamètre des substrats à traiter. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments de réception individuels sont répartis le long des bras et/ou des barres de rigidification en fonction du diamètre des substrats à traiter. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque élément de réception est constitué d'un préhenseur élasti- quement déformable ayant, au repos, une forme concave et qui est pourvu de griffes aux extrémités desquelles sont ménagés des becs de retenue d'un substrat en périphérie. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque élément de réception comprend en outre une platine rigide et plane dont la face avant est destinée à recevoir une face arrière du substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un ressort est intercalé entre le fond d'une portion centrale du préhenseur et la face arrière de la platine. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la platine est rendue solidaire de l'armature indépendamment du préhenseur, ce dernier étant intercalé entre l'armature et la platine. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente, de façon schématique, une ins tallation d'évaporation du type à laquelle s'applique la présente invention ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un support de substrats selon un mode de réalisation de présente invention ; et la figure 3 représente un mode de réalisation d'un élé ment de réception d'un substrat selon la présente invention. Les mêmes éléments ont été désignés par les meures réfé rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls éléments qui sont nécessaires à la compréhension l'inven tion ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les structures du bâti et des moyens d'en traînement de celui-ci n'ont pas été détaillés et ne font pas objet de la présente invention. De même, les détails constitu tifs d'une enceinte adaptée à recevoir des supports de l'inven tion n'ont pas été détaillés pour être parfaitement classiques. une caractéristique de la présente invention est que le support est constitué de bras répartis en étoile depuis une embase, chaque bras comprenant au moins deux tronçons articulés un à l'autre pour définir un arc de concavité du support. Ainsi, selon la présente invention, le support est essentielle- constitué d'une armature articulée propre à supporter des éléments individuels de tenue d'une plaquette. Selon l'invention, chaque plaquette est tenue dans un élément individuel fixé, de façon amovible, à l'armature. Une armature de support selon l'in vention peut ainsi être comparée à un parapluie dont les baleines sont formées des bras. Le rôle des articulations est de permettre modification du dôme dans lequel s'inscrivent bras pour adapter le support à la taille des substrats. La figure 2 représente, de façon très schematique et en perspective, un mode de réalisation d'un support 10 de substrats selon la présente invention. Ce support comporte une embase 11 d où partent des bras 12, de préférence, régulièrement répartis autour de l'embase. Dans l'exemple de la figure 2, chaque bras 12 comporte un premier tronçon 12-1 et un deuxième tronçon 12-2 reunis l'un à l'autre par une articulation 12-3. De préférence, 1 extrémité du tronçon 12-1 de chaque bras 12, proximale de l'em base il, est fixée à celle-ci, également au moyen d'une articula tion (non représentée) pour permettre de régler plus finement 1 arc de concavité défini par le bras considéré. Selon la rigidité intrinsèque de l'armature définie par 1 embase 11 et les bras 12, on prévoit si besoin des barres 14 de liaison des bras 12 deux à deux, de préférence dans leur partie distale de l'embase il, afin de rigidifier la structure. Le support de l'invention comprend également une plura lité d'éléments 16 de réception de plaquette représentés, en figure 2, sous la forme de préhenseurs 17 à griffes associés à platines 18 de réception de la face arrière 'une plaquette 13, pour protéger cette face arrière contre le matériau évaporé. Un mode de réalisation d'un élément 16 est représenté de façon plus détaillée en figure 3 qui sera décrit par la suite. Chaque élément 16 est fixé de façon amovible à l'arma ture, soit individuellement à un des bras 12 de celle-ci, soit par l'intermédiaire d'une des barres 14 de liaison, voire d'une patte spécifique. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, les positions des barres 14 dans la longueur des bras 12 dépen dent du diamètre des plaquettes à traiter et de répartition des éléments de réception 16. Un support tel qu'illustré par la figure 2 présente l'avantage considérable de permettre une adaptation support de substrats en fonction du diamètre des substrats à traiter. En effet, il suffit de changer les éléments de réception 16 en fonc tion du diamètre des substrats et, de préférence, de modifier la courbure de concavité des différents bras 12 pour permettre une répartition de substrats plus ou moins grands dans le support. on notera que l'importance de l'élargissement de la courbure de concavité dépend, bien entendu, de l'espace disponi- ble dans l'enceinte d'évaporation (figure 1). Toutefois, en par ticulier pour des installations d'évaporation prévues pour des plaquettes d'un diamètre de 5 pouces, il est désormais possible d'utiliser des supports de l'invention pour traiter, dans la même installation, des plaquettes de 6 pouces (environ 15 cm). Bien entendu, la répartition des plaquettes dans l'ar mature sera de préférence déterminée de façon à optimiser le ren dement de l'installation. On notera donc que, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les bras 12 sont articulés par rapport à l'embase 11, non seulement dans le sens de l'arc de courbure de concavité mais également dans leur position angulaire par rapport aux autres bras de façon à autoriser un degré de liberté de répartition supplémentaire. Le fait que le support de substrats n'obture pas com plètement l'arrière du support par rapport à la source d'évapora tion lorsqu'il est placé dans l'enceinte n'est pas gênant. En effet, lors de l'évaporation, du matériau se trouve de toute façon diffusé partout dans l'enceinte et ses parois comportent des protections amovibles sous forme de plaques qui sont retirées régulièrement pour nettoyage. Ainsi, contrairement à ce que l'on croyait dans l'état de la technique, le fait d'ajourer le support n'est pas gênant, ni pour l'évaporation, ni pour le nettoyage. La figure 3 représente, de façon plus détaillée, un mode de réalisation préféré d'un élément 16 de réception d'un substrat 13. Cet élément 16 comporte, dans ce mode de réalisa tion, un préhenseur 17 pourvu de quatre griffes 17-1 réparties autour d'une portion centrale 17-2. Le préhenseur 17 est, de pré férence, constitué d'une surface non pleine comme illustrée par la figure 3 de façon à lui conférer une certaine élasticité pour des raisons qui seront exposées par la suite. Chaque griffe 17-1 se termine par un bec 17-3 en direction de l'intérieur du préhen seur qui, au repos, a une forme légèrement concave vers l'inté rieur ou sont saillants les becs. Une platine 18, par exemple en inox, est rendue solidaire d'un bras 12 (ou d'une barre 14) indé- pendamment du préhenseur 17, ce dernier étant intercalé entre le bras 12 (ou la barre 14) et la platine. La platine 18 constitue un élément de réception de la face arrière de la plaquette 13 engagée dans le préhenseur 17 en étant maintenue par les becs 17-3 en périphérie de la plaquette 13 et de la platine 18. De préférence, la taille des becs 17-3 est limitée de façon à ne pas constituer un écran gênant à l'évaporation en face avant de la plaquette 13. Un ressort 15 est intercalé entre la platine 18 et le fond du préhenseur 17 dans sa partie centrale. Ce ressort a pour objet de faciliter le chargement et déchargement d'une pla quette 13 en déformant le préhenseur 17 à l'encontre de sa conca vité de repos, ce qui a pour effet d'écarter les griffes 17-3. En appuyant sur le fond du préhenseur 17, on écarte les griffes dans le sens indiqué par les flèches f en figure 3, la plaquette 13 se trouve alors libérée du préhenseur 17. Une telle pression est, de préférence, exercée au moyen d'un poussoir axial 17-4 relié au centre du préhenseur 17 en face arrière. La platine 18 reste en place grâce à sa liaison au bras (ou à la barre 14). Le montage individuel d'un préhenseur 17 sur un bras 12 ou une barre 14 d'une armature de l'invention s'effectuera par tout moyen adapté en veillant, de préférence, à ce que le pous soir 17-4 traverse le bras 12 ou le tronçon 14 pour être acces sible par l'opérateur depuis la face arrière de l'armature du support. Par exemple, comme l'illustre la figure 3, on pourra prévoir, symétriquement par rapport à un orifice 12-4 de passage du poussoir 17-4, deux entretoises 19 et saillantes en direction de la platine 18 depuis le bras 12 (ou la barre 14). Ces entre toises sont destinées à être rendues solidaires de la face arrière de la platine 18 (par exemple, par soudure) et définis sent l'écart entre cette platine et le bras 12 (ou la barre 14). Les entretoises 19 sont fixées aux bras ou aux barres 14, par exemple, au moyen de vis 19-1 traversant le bras 12 (ou la barre 14) depuis le côté opposé à l'élément de réception 16 et s'enga geant par vissage axial dans chaque entretoise 19 de préférence cylindrique. on notera que la forme du préhenseur 17 est adaptée pour permettre le passage des entretoises 19 sans géner sa défor- mation élastique. La réalisation d'un préhenseur en "étoile" comme l'illustre les figures est particulièrement bien adaptée à remplir cet objectif. Le cas échéant, on pourra prévoir, au voi sinage des extrémités des griffes 17-3, des espaceurs en forme de pinces 17-5 ayant pour objet d'appuyer sur la face arrière de la platine 18 au voisinage de sa périphérie, afin de provoquer, par pression sur le poussoir 17-4, une plus grande ouverture des griffes. On notera que le chargement et le déchargement d'une plaquette 13 s'effectue de la même manière. Pour charger une nou velle plaquette dans un élément de réception, on appuie sur le poussoir 17-4 de façon à écarter les griffes 17-3 et on met alors en place la plaquette 13 en faisant reposer sa face arrière contre la platine 18. Le déchargement s'effectue de façon simi laire en appuyant sur le poussoir 17-4 dans le sens indiqué par la flèche F en figure 3. On notera que le montage à ressort est réalisé de telle façon que le ressort 15 est maintenu par la pla tine 18 qui limite son extension. De préférence, on prévoit côté fond interne du préhenseur 17 et côté face arrière de la platine 18, des moyens de maintien axial de la position du ressort 15. On notera également que, grâce à la platine 18, aux entretoises 19, au ressort 15 et au poussoir 17-4, le préhenseur 17 est lié à l'armature de façon amovible. Pour permettre le changement des éléments individuels 16 lorsque l'on change de format de plaquettes à traiter, les entretoises 19 sont, de préférence, montées de façon amovible au moyen des vis 19-1 sur les bras 12 ou les barres 14. On pourra alors prévoir plusieurs orifices à des positions différentes, symétriquement par rapport à l'orifice 12-4 en fonction des dia mètres des plaquettes à traiter pour lesquelles sont conçues les armatures de l'invention. A titre de variante, plutôt que de mul tiplier le nombre de trous dans les bras 12 et/ou les barres 14, on pourra prévoir que les entretoises 19 soient associées à un étrier monté à coulissement sur le bras 12 ou la barre 14 cor- respondant, la position coulissement de l'étrier étant bloquée, par exemple, par vissage. D'autres modes de réalisation d'éléments de réception individuels 16 de substrat pourront être prévus, l'élément repré senté en figure 3 constituant un mode de réalisation préféré particulièrement simple réaliser et à mettre en oeuvre. De préférence, un élément de réception 16 sera prévu au centre de l'armature c'est-à-dire à l'aplomb de l'embase 11 comme l'illustre la figure 2. La présence d'un tel élément permet géné ralement d'optimiser la répartition des plaquettes circulaires dans la structure concave du support et présente en outre l'avan tage de protéger l'embase 11 contre l'évaporation. En effet, selon l'invention, cette embase 11 est destinée à être montée sur un arbre A (figure 1) d'entraînement en rotation. Un avantage de la présente invention est qu'elle four nit un support de substrats adaptable en fonction du diamètre des substrats à traiter. On notera qu'une même armature de l'inven tion peut, le cas échéant, recevoir des substrats de diamètres différents grâce aux éléments de réception individuels qui sont amovibles indépendamment les uns des autres. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle est compatible avec les installations d'évaporation existantes. En effet, il suffit au besoin d'adapter les moyens de fixation de l'extrémité de l'arbre A à l'embase 11 pour pouvoir associer des supports de substrats selon l'invention à une installation clas sique. Une telle adaptation éventuelle est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci- dessus. On notera que l'invention permet également d'utiliser, dans une même enceinte, un ou plusieurs supports 10 réglés pour un premier diamètre de substrats et un ou plusieurs autres sup ports réglés pour un deuxième diamètre de substrats différents. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle permet la réalisation d'éléments de réception particulièrement simple dans lesquels le chargement et le déchargement des pla quettes sont particulièrement faciles à exécuter par l'opérateur. Un autre avantage de la présente invention est qu'en ayant recours à une armature en forme de "parapluie", on allège considérablement les supports et on réduit par conséquent la dépense énergétique d'entraînement des planétaires dans l'instal lation d'évaporation. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à lfhomne de l'art. En particulier, l'adaptation de l'arbre d'entraînement du planétaire pour la réception d'une embase 11 d'un support de substrats selon l'invention est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De plus, l'optimisation de la répartition des éléments individuels de réception 16 de substrat sur les bras 12 et sur les barres optionnelles 14 de l'armature de l'invention, en fonction de l'arc de concavité donné par les bras 12 et du diamètre des substrats 13 à traiter, est également à la portée de l'hanne du métier. En particulier, on notera que si l'invention a été décrite en relation avec une armature comprenant six bras 12 pourvus chacun de deux tronçons articulés 12-1 et 12-2, l'inven tion pourra être mise en oeuvre au moyen d'un support ayant un nombre différent de bras et/ou ayant des bras pourvus de plus d'une articulation, donc de plus de deux tronçons. En outre, le nombre de barres de rigidification 14 pourra être modifié, par exemple, en fonction du matériau utilisé pour la réalisation des bras 12 et de la rigidité souhaitée. REVEMICATIONS 1. Support (10) de substrats (13) destiné à une instal lation d'évaporation de matériau sur les substrats, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une armature comprenant des bras (12) répartis en étoile depuis une embase (11), chaque bras comprenant au moins deux tronçons (12-1, 12-2) articulés l'un à l'autre et définis sant un arc de concavité du support ; et d'éléments (16) de réception des substrats, fixés indi viduellement et de façon amovible un desdits bras. 2. Support de substrats selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (12) est articulé par une de ses extrémités sur l'embase (11). 3. Support de substrats selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des barres rigides (14) de liaison des bras (12) à distance de l'embase (11). 4. Support de substrats selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la courbure des arcs de concavité définis par les bras (12) de l'armature est fonction du diamètre des substrats (13) à traiter. 5. Support de substrats selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de réception individuels (16) sont répartis le long des bras (12) et/ou des barres (14) de rigidification en fonction du diamètre des substrats (13) à traiter. 6. Support de substrats selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque élément de réception (16) est constitué d'un préhenseur (17) élastiquement déformable ayant, au repos, une forme concave et qui est pourvu de griffes (17-1) aux extrémités desquelles sont ménagés des becs (17-3) de retenue d'un substrat (13) en périphérie. 7. Support de substrats selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque élément de réception (16) comprend en outre une platine (18) rigide et plane dont la face avant est destinée à recevoir une face arrière du substrat (13). 8. Support de substrats selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un ressort ) est intercalé entre le fond dune portion centrale (17-2) du préhenseur (17) et la face arrière de la platine (18). 9. Support de substrats selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la platine (18) est rendue solidaire de l'armature indépendamment du préhenseur (17), ce dernier étant intercalé entre l'armature et la platine.