Brevet FR2807951A1 — publié le 20011026

La présente invention concerne les procédés et dispositifs assurant le pompage des gaz dans un sas ou une chambre transfert de semi-conducteurs vers une chambre de procédés. Dans la fabrication des composants électroniques à semi-conducteur, une étape importante consiste à traiter un substrat semi-conducteur sous atmosphère contrôlée à très basse pression, par exemple pour dépôts par plasma de couches de différents matériaux. Dans une production industrielle, les substrats, sous forme de tranches, sont conditionnés et amenés en succession dans chambre de procédés, au moyen d'un sas ou d'une chambre de transfert à l'intérieur desquels l'atmosphère est progressivement amenée à une pression appropriée similaire de celle régnant dans la chambre de procédés. On utilise pour cela système de pompage des gaz comprenant une pompe primaire sollicitée des moyens d'entraînement et raccordée par un circuit de pompage au sas ou à la chambre de transfert pour pomper les gaz jusqu'à atteindre la pression appropriée. Dans la chambre de procédés, l'atmosphère doit être contrôlée pour éviter la présence de toute impureté et de toute pollution. Pour cela, le substrat doit arriver dans la chambre de procédés dans un état de pureté satisfaisant. Dans les installations connues, lorsqu'on utilise une pompe primaire sèche de pompage des gaz de la chambre de transfert, on détermine la vitesse de pompage pour atteindre la pression appropriée à l'issue d'une durée de conditionnement qui ne retarde pas le transfert du substrat dans la chambre de procédés. Toutefois, le conditionnement du substrat est souvent insuffisant, et l'on constate l'apparition de pollution et d'impuretés dans I chambre de procédés. Le but de l'invention est d'éviter l'introduction d'impuretés pollution dans la chambre de procédés. L'invention résulte de l'observation selon laquelle les opérations de conditionnement du substrat dans le sas ou la chambre de transfert conduisent fréquemment à l'apparition de condensations cristallisations. Les éléments solides ou liquides qui apparaissent ainsi constituent ensuite des sources de pollution néfastes au traitement efficace du substrat dans la chambre de procédés. Egalement, lors de la descente en pression de l'atmosphère dans le sas ou la chambre de transfert, il se produit nécessairement un dégazage du substrat, et il est important que ce dégazage soit suffisant avant que le substrat soit introduit dans la chambre de procédés. A défaut de cela, le dégazage se poursuit dans la chambre de procédés et les gaz provenant de ce dégazage postérieur constituent une source supplémentaire de pollution pendant le traitement. Ainsi, l'invention a pour autre but d'améliorer le dégazage des substrats lors de leur conditionnement dans le sas ou la chambre de transfert, sans pour autant retarder le transfert du substrat dans chambre de procédés. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit de contrôler la descente en pression de l'atmosphère dans le sas ou la chambre de transfert pendant le conditionnement, de façon à éviter l'apparition de toute humidité ou toute solidification des gaz. Ainsi, un système de pompage des gaz selon l'invention, dans une chambre de transfert d'équipement de semi-conducteurs, comprend une pompe primaire sollicitée par des moyens d'entraînement et raccordée par un circuit de pompage à la chambre de transfert pour pomper les gaz hors de la chambre de transfert jusqu atteindre une pression appropriée ;les moyens d'entraînement sont adaptés pour assurer un pompage à vitesse variable ; une pompe secondaire turbomoléculaire est interposée dans le circuit de pompage entre la pompe primaire et la chambre de transfert ; des moyens de contrôle de gaz sont prévus pour contrôler un plusieurs paramètres caractéristiques appropriés des gaz pompés pour produire signaux de commande agissant sur les moyens d'entraînement pour adapter la vitesse de pompage de la pompe primaire afin d'éviter toute condensation ou solidification des gaz dans la chambre de transfert. Le contrôle permanent des gaz pompés permet d'une part d'éviter l'apparition de toute condensation ou solidification des gaz, et donc l'introduction toute pollution dans la chambre de procédés. Ce contrôle permet d'autre part d'optimiser la vitesse de descente en pression, pour atteindre la vitesse moyenne la plus rapide possible, de sorte que le temps de conditionnement n'est pas augmenté et qu'il devient même possible, dans le même temps de conditionnement, de descendre la pression à une valeur plus faible qui favorise le dégazage du substrat. Les moyens de contrôle de gaz peuvent comprendre un capteur température sensible à la température des gaz pompés, et/ou un analyseur de gaz. Une source fréquente de pollution est l'humidité contenue dans l'atmosphère pompée, qui tend à se condenser ou à cristalliser. Dans ce , l'analyseur de gaz peut avantageusement être adapté pour détecter et mesurer la raie d'humidité. Une autre source de pollution est fréquemment la présence d'hydrocarbures. Dans ce cas, l'analyseur de gaz peut être avantageusement adapté pour détecter et mesurer des raies d'hydrocarbures. Selon un mode de réalisation avantageux, le système peut comprendre outre des moyens de mesure de la pression dans une chambre de procédés a laquelle raccordée la chambre de transfert. On peut ainsi asservir la pression dans la chambre de transfert de manière à éviter ou à limiter le transfert de matières polluantes depuis la chambre de procédés vers la chambre de transfert. On peut ainsi augmenter la vitesse de conditionnement du substrat suivant dans la même chambre transfert, ce conditionnement n'étant pas perturbé les pollutions provenant de la chambre de procédés. préférence, la pompe secondaire turbomoléculaire peut être d'un type robuste capable de fonctionner dès le début de l'étape de pompage refoulant les gaz à la pression atmosphérique. De la sorte, la pompe turbomoléculaire n'est associée à aucune canalisation de dérivation pour démarrage du pompage, et elle constitue seul élément de pompage raccordé à la chambre de transfert. On réduit ainsi les risques de pollution de l'atmosphère dans la chambre de transfert, et donc dans la chambre de procédés. Dans un procédé de pompage des gaz selon l'invention, dans une chambre transfert de semi-conducteurs vers une chambre de procédés, on adapte la vitesse de pompage des gaz hors de la chambre de transfert fonction d'un ou plusieurs paramètres caractéristiques des gaz pompés, de maniere a éviter ou à limiter la condensation ou la solidification des gaz dans la chambre de transfert. Avantageusement, on peut optimiser la vitesse de pompage pour atteindre la pression appropriée en un temps plus court, et poursuivre le pompage jusqu'à atteindre et maintenir momentanément, par exemple jusqu'à la de la durée de conditionnement, une pression résiduelle inférieure à la pression appropriée de fonctionnement de la chambre de transfert, favorisant ainsi le dégazage du substrat. Par l'analyse des gaz pompés au moyen d'un analyseur de gaz, on peut contrôler simultanément l'atmosphère de la chambre de procédés. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 illustre schématiquement la structure générale d'un systeme de pompage des gaz selon un mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 2 illustre les courbes de descente en pression, une première courbe illustrant la descente en pression avec un dispositif selon la présente invention, une seconde courbe illustrant la descente en pression avec un dispositif connu à pompe primaire sèche. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 le système de pompage selon l'invention permet le pompage des gaz dans un ou chambre de transfert qui est raccordé à une chambre de procédés 2 par des moyens permettant le passage d'un substrat semi-conducteur. Le système de pompage des gaz comprend une pompe primaire 3 sollicitée par des moyens d'entraînement intégrés et raccordée par circuit de pompage 4 au sas ou à la chambre de transfert 1 pour pomper jusqu'à atteindre une pression appropriée voisine de celle présente dans la chambre de procédés 2. Les moyens d'entraînement intégrés à la pompe primaire 3 sont adaptés pour assurer un pompage à vitesse variable, la vitesse étant pilotée par dispositif de commande 5 qui peut être d'un type connu en soi. Une pompe secondaire turbomoléculaire 6 est interposée dans le circuit de pompage 4 entre la pompe primaire 3 et le sas ou chambre de transfert 1. Une vanne d'isolation 7 est interposée entre la pompe secondaire turbomoléculaire 6 et le sas ou chambre de transfert 1. Des moyens de contrôle de gaz 8 sont prévus pour contrôler un ou plusieurs paramètres caractéristiques appropriés des gaz pompés et pour produire des signaux de commande envoyés par une ou plusieurs lignes de transmission 9 au dispositif commande 5 pour agir sur les moyens d'entraînement et adapter ainsi la vitesse de pompage de la pompe primaire 3 afin d'éviter toute condensation ou solidification des gaz dans le sas ou la chambre de transfert 1. Parmi les moyens de contrôle des gaz, on peut prévoir par exemple un capteur de température pour mesurer la température dans le circuit de pompage 4 ou dans le sas ou chambre de transfert 1. On sait en effet que les condensations ou solidifications n'interviennent qu'en dessous d'un seuil de température déterminé, et l'on peut alors maintenir la vitesse de pompage à une valeur suffisamment faible pour rester en dessus du seuil de température. De préférence, les moyens de contrôle de gaz 8 comprennent un analyseur de gaz 10, par exemple un spectromètre de masse, que l'on peut adapter pour détecter et mesurer certaines raies d'éléments caractéristiques. Par exemple, une source fréquente de condensation et de solidification dans les atmosphères de traitement est la vapeur d'eau. Ainsi, l'analyseur de gaz 10 peut être adapté pour détecter et mesurer la raie d'humidité, et pour envoyer au dispositif de commande 5 par la ligne de transmission 9 des signaux permettant de fixer la vitesse de pompage à une valeur telle que la raie d'humidité soit maintenue à une valeur inférieure à un seuil admissible. Une autre source de pollution fréquente est la condensation ou solidification d'hydrocarbures. Pour éviter cela, l'analyseur de gaz 10 peut être adapté pour détecter et mesurer les raies d'hydrocarbures, et pour envoyer au dispositif de commande 5 les signaux nécessaires pour maintenir les raies d'hydrocarbures à une valeur inférieure ' un seuil admissible. Dans mode de réalisation illustré sur la figure 1 le système comprend en outre des moyens de mesure de la pression dans la chambre de procédés 2 à laquelle est raccordé le sas ou la chambre de transfert 1. signal de mesure de pression est envoyé par une ligne de transmission 11 au dispositif de commande 5, pour asservir la vitesse de pompage de la pompe primaire 3 afin d'établir la pression appropriée dans le sas ou la chambre de transfert 1 à une valeur un peu supérieure à celle de la chambre de procédés 2, de manière à éviter ou a limiter le transfert de matières polluantes depuis la chambre de procédés 2 vers le sas ou la chambre de transfert 1 lors du transfert du substrat semi-conducteur. D'excellents résultats ont été obtenus en utilisant pompe secondaire turbomoléculaire 6 d'un type capable de fonctionner dès début de l'étape de pompage en refoulant les gaz à la pression atmosphérique. De la sorte, la pompe secondaire turbomoléculaire 6 n'est associée à aucune canalisation de dérivation pour le démarrage du pompage, et elle constitue le seul élément de pompage raccordé au sas ou à la chambre de transfert 1. On peut par exemple utiliser une pompe de référence ATH 30 vendue par la société ALCATEL. Une telle pompe présente en outre l'avantage d'être peu encombrante, de sorte que le système peut être placé à proximité immédiate de la chambre de procédés 2, ce qui simplifie toutes les liaisons électriques et les canalisations. Le système ainsi conçu est capable de descendre depuis la pression atmosphérique jusqu'à des pressions de l'ordre de 10-3 Pascal en une trentaine de secondes. La vitesse de pompage est asservie à la détente des gaz afin d'éviter tout phénomène de solidification ou de condensation dans le sas ou la chambre de transfert 1. Dans un procédé de pompage des gaz selon l'invention, dans un sas ou une chambre de transfert 1 de semi-conducteurs vers une chambre de procédés 2, on adapte la vitesse de pompage des gaz hors du sas ou de la chambre de transfert 1 en fonction d'un ou plusieurs paramètres caractéristiques des gaz pompés, de manière à éviter à limiter la condensation ou la solidification des gaz dans le sas ou la chambre transfert 1. Par exemple, en se référant à la courbe A de la figure 2, partant de la pression atmosphérique Pn, on diminue tout d'abord relativement lentement la pression au cours d'une étape Al, pour éviter la condensation ou solidification des gaz, puis la vitesse de descente en pression s'accélère au cours d'une étape A2 et peut devenir plus rapide que la vitesse habituellement choisie dans les systèmes connus à pompe primaire seule entraînée à vitesse constante. En effet, la condensation et la solidification des gaz se produisent essentiellement au cours de la première étape Al, lorsque les pressions sont encore relativement élevées. A contrario, en se référant à la courbe B de cette même figure 2, dans les systèmes connus à pompe entraînée à vitesse constante, la vitesse de pompage est plus faible elle est limitée par la vitesse maximale admissible delà de laquelle apparaissent phénomènes de condensation ou solidification lors de la première étape de pompage. On comprend, d'après la figure 2, que le procédé selon l'invention permet d'optimiser la vitesse de pompage en accélérant sensiblement le pompage pendant l'étape A2 lorsque la pression est déjà basse, de façon à atteindre plus rapidement la pression appropriée P, de conditionnement, puis à atteindre une pression résiduelle minimale P2 et à maintenir momentanément la pression résiduelle à une valeur inférieure à la pression appropriée Pl de fonctionnement du sas de la chambre de transfert 1. Pendant la période au cours de laquelle la pression résiduelle inférieure à P, est appliquée au substrat, on favorise ainsi le dégazage de substrat et on réduit la pollution que le substrat est susceptible d'introduire dans la chambre de procédés 2. En se référant à nouveau à la figure 1, on comprend que, par l'analyse des gaz pompés au moyen de l'analyseur de gaz 10, peut contrôler simultanément l'atmosphère de la chambre de procédés 2. effet, à chaque transfert d' substrat du sas ou de la chambre de transfert 1 vers la chambre de procédés portion des gaz présents dans la chambre de procédés 2 peut passer dans sas ou la chambre de transfert 1, et est ensuite pompée par le système selon l'invention, de sorte que l'analyseur de gaz 10 peut déceler, analyser et quantifier les gaz de cette portion de gaz et fournir ainsi à l'utilisateur des informations utiles pour contrôler le traitement. Par exemple, on peut concevoir que l'utilisateur compense ensuite l'atmosphère de la chambre de procédés 2 par l'introduction d'éléments appropriés dans l'atmosphère du sas ou de la chambre de transfert 1 lors du conditionnement de la tranche suivante de substrat, ces éléments étant ensuite transférés avec le substrat dans la chambre de procédés 2. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1 - Système de pompage des gaz dans une chambre de transfert (1) d'équipement de semi-conducteurs, comprenant une pompe primaire (3) sollicitée par des moyens d'entraînement et raccordée par un circuit de pompage (4) à la chambre de transfert (1) pour pomper les gaz hors de la chambre de transfert ) jusqu'à atteindre une pression appropriée, caractérisé en ce que - les moyens d'entraînement sont adaptés pour assurer un pompage à vitesse variable, - une pompe secondaire turbomoléculaire (6) est interposée dans le circuit pompage entre la pompe primaire (3) et la chambre de transfert (1), - des moyens de contrôle de gaz (8) sont prévus pour contrôler un ou plusieurs paramètres caractéristiques appropriés des gaz pompés et pour produire des signaux de commande agissant sur les moyens d'entraînement pour adapter la vitesse pompage la pompe primaire (3) afin d'éviter toute condensation ou solidification des gaz dans la chambre de transfert (1). 2 - Système de pompage des gaz selon la revendication 1, caractérisé ce que les moyens de contrôle de gaz (8) comprennent un capteur de température sensible à la température des gaz pompés. 3 - Système de pompage de gaz selon l'une des revendications 1 ou caractérisé en ce que les moyens de contrôle de gaz (8) comprennent un analyseur de gaz (10). 4 - Système de pompage de gaz selon la revendication 3, caractérisé ce que l'analyseur de gaz (10) est adapté pour détecter et mesurer la raie d'humidité. 5 - Système de pompage de gaz selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'analyseur de gaz (10) est adapté pour détecter et mesurer des raies d'hydrocarbures. 6 - Système de pompage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure de pression dans une chambre de procédés (2) à laquelle est raccordée la chambre de transfert (1), pour asservir la pression dans la chambre de transfert (1) de manière ' éviter ou à limiter le transfert de matières polluantes depuis la chambre de procédés vers la chambre de transfert (1). 7 - Système de pompage de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pompe secondaire turbomoléculaire (6) est d'un type robuste capable de fonctionner dès le début de l'étape de pompage refoulant les gaz à la pression atmosphérique, de sorte qu'elle n'est associée a aucune canalisation dérivation pour démarrage du pompage et qu'elle constitue le seul élément de pompage raccordé à la chambre de transfert (1). 8 - Procédé de pompage des gaz dans une chambre de transfert (1) de semi-conducteurs vers chambre de procédés (2), caractérisé en ce qu'on adapte la vitesse de pompage gaz hors de la chambre de transfert (1) en fonction d'un ou plusieurs paramètres caractéristiques des gaz pompés de manière à éviter ou à limiter la condensation ou la solidification des gaz dans la chambre de transfert (1). 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on optimise la vitesse de pompage et on poursuit le pompage jusqu'à atteindre une pression résiduelle minimale et maintenir momentanément la pression résiduelle à une valeur inférieure à la pression appropriée (P,) de fonctionnement de la chambre de transfert (1 ). 10 - Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que, par l'analyse des pompés au moyen d'un analyseur de gaz (10), on contrôle simultanément l'atmosphère de la chambre de procédés (2).