Brevet FR2828008A1 — publié le 20030131

La présente invention concerne un organe de traitement de tranche utilisé dans une opération de chauffage de semiconducteurs et, notamment, un organe de traitement de tranche utilisé dans une opération de traitement par chauffage d'une tranche semi-conductrice. Un organe de traitement de tranche formé d'un matériau de base revêtu d'un film céramique a été utilisé jusqu'à présent essentiellement dans une étape de traitement par chauffage, telle qu'une étape de croissance épitaxiale ou une étape de dépôt chimique en phase vapeur CVD dans un plasma, dans un procédé de fabrication de semi-conducteurs. Une combinaison de plusieurs blocs peut être utilisée comme organe de chauffage lors du chauffage d'une tranche. Un tel organe combiné nécessite à la fois une combinaison régulière des blocs et des espaces extrêmement étroits entre les blocs adjacents. Dans un organe classique de traitement de tranche, les configurations des parties respectives d'un produit peuvent être ajustées, mais on ne prend pas en considération la circularité et la combinaison des éléments. En outre, la propriété physique du matériau de base est sélectionnée avec soin pour qu'un organe classique de traitement de tranche ne se déforme pas. Le coefficient de dilatation thermique du matériau de base classique varie suivant les directions. En conséquence, l'organe de traitement de tranche mettant en oeuvre le matériau classique de base peut être déformé pendant l'utilisation car les dimensions du matériau de base varient avec la direction, suivant la variation de la dilatation thermique. Ce problème de déformation est particulièrement important dans un organe de traitement de tranche tel qu'un organe combiné qui nécessite une grande précision dimensionnelle. Comme représenté sur la figure 7, l'organe classique de traitement de tranche est formé par disposition d'une cavité 23 dans une seule surface d'un matériau de base 22, puis par revêtement de toute la surface du matériau de base 22 par un film céramique 24. L'épaisseur du film céramique 24 après utilisation est réduite d' environ 5 à 20 m, par rapport à l'épaisseur du film céramique avant utilisation. Cette variation du film céramique au cours du temps provoque aussi une déformation de l'organe de traitement de tranche. De plus, un problème est posé par le fait que l'organe de traitement de tranche se déforme car les contraintes internes imposées à la partie circonférentielle externe ne peuvent pas être uniformes. En conséquence, on cherche activement un organe de traitement de tranche qui ne se déforme pas par dilatation thermique, même dans le cas où l'organe de traitement de tranche est utilisé pour un traitement thermique ou analogue. L'invention a été réalisée compte tenu des problèmes précités et elle a pour objet un organe de traitement de tranche qui ne se déforme pas lors de la dilatation thermique, même lorsque cet organe est utilisé pour un traitement par chauffage. A cet effet, dans un premier aspect, l'invention concerne un organe de traitement de tranche qui comprend : un matériau de base formé d'un matériau isotrope dans toutes les directions du plan, et un film céramique dont est revêtu le matériau de base, dans lequel le matériau de base a une épaisseur qui ne dépasse pas 3 mm, la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation de coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans toutes les directions du plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. Dans un second aspect, l'invention concerne un organe de traitement de tranche qui comprend : un matériau de base formé d'un matériau isotrope dans l'espace tridimensionnel, et un film céramique dont est revêtu le matériau de base, dans lequel la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique dans l'espace tridimensionnel du matériau de base est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans l'espace tridimensionnel ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. De préférence, le matériau de base a une dureté Shore choisie entre 60 et 70 inclus. Des cavités sont de préférence formées aux surfaces opposées du matériau de base. Les cavités formées aux surfaces opposées du matériau de base ont de préférence la même configuration. Les cavités formées aux surfaces opposées du matériau de base sont de préférence symétriques par rapport au plan central du matériau de base. Le matériau de base est de préférence formé de carbone, et le film céramique est formé de SiC. Le matériau de base de carbone a de préférence un coefficient de dilatation thermique choisi afin qu'il soit compris entre 4,8.10-6 et 5,3.10-6 / C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 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 d'un organe de traitement de tranche dans un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une coupe d'un organe de traitement de tranche dans un autre mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une coupe d'un organe de traitement de tranche dans un autre mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'organe de traitement de tranche ; la figure 5 est une vue de principe illustrant l'utilisation de l'organe de traitement de tranche selon l'invention ; la figure 6 est un schéma illustrant l' état dans lequel l'organe de traitement de tranche selon l'invention est utilisé dans des exemples ; et la figure 7 est une coupe d'un organe classique de traitement de tranche. On considère un organe de traitement de tranche dans un premier mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe d'un organe de traitement de tranche selon l'invention. Comme l'indique la figure 1, l'organe 1 de traitement de tranche comprend un matériau de base 2, une cavité 3 formée à une surface du matériau de base 2 , une cavité 4 formée à l'autre surface du matériau de base 2, et un film céramique 5 dont est revêtu le matériau de base 2. Le matériau de base 2 est constitué d'un matériau de base isotrope dans toutes les directions comprises dans son plan. L'épaisseur du matériau de base 2 ne dépasse pas 3 mm. La différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique est uniforme et comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C. La variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans toutes les directions du plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. Le matériau de base 2 a un coefficient de dilatation thermique isotrope dans toutes les directions du plan. Le coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 varie dans la direction de l'épaisseur (profondeur), mais l'épaisseur du matériau de base 2 ne dépasse pas 3 mm. En conséquence, même si le coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 n'est pas uniforme dans la direction de l'épaisseur (profondeur), la dimension de l'organe résultant de traitement de tranche 1 varie peu dans la direction de l'épaisseur (de la profondeur) si bien qu'on obtient une grande précision dimensionnelle dans toutes les directions de l'espace tridimensionnel. Lorsque la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 est choisie entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, la contrainte résiduelle de compression peut toujours être créée dans le film céramique et empêche la déformation du matériau de base ou empêche la fissuration du film céramique. Lorsque la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 est inférieure à 0,6.10'6 / C, le film céramique 5 peut se fissurer sous l'action de la contrainte résiduelle partielle de tension appliquée au film céramique 5 à cause de la configuration du matériau de base 2. Si la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 dépasse 1,2.10-6 / C, le matériau de base 2 peut être déformé ou le film céramique 5 peut se fissurer à cause de la contrainte résiduelle excessive de compression créée dans le film céramique 5 à cause de la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 qui est trop importante. Comme l'indique la figure 1, la cavité 3 a une forme circulaire et une profondeur qui est par exemple de 1 mm. La cavité 4 a la même forme que la cavité 3 et elle a une profondeur qui est par exemple de 0,5 mm. Ainsi, les cavités 3 et 4 ne présentent pas une symétrie par rapport à un plan central c. La raison pour laquelle la cavité 4 est incorporée est que la force appliquée à la partie circonférentielle externe du matériau de base 2 doit être uniforme pour que l'organe 1 de traitement de tranche (matériau de base 2) ne se déforme pas. La raison en est aussi la suppression de la déformation de l'organe de traitement de tranche 1 (matériau de base 2) à cause de la variation du film céramique même dans le cas où le film céramique varie au cours du temps (l'épaisseur du film céramique après utilisation diminue d' environ 5 à 10 juin) . Le procédé de revêtement du matériau de base 2 par le film céramique 5 est en général exécuté à une température élevée de 1 000 à 2 000 C. Le matériau de base 2 se dilate en fonction du coefficient de dilatation thermique d'après sa forme à température ordinaire. Dans cet état, le matériau de base 2 est revêtu du film céramique 5. Lorsque la température revient à la température ordinaire après que le matériau de base a été revêtu du film céramique 5, le matériau de base 2 a tendance à se contracter. L'amplitude de changement du matériau de base 2 au moment de la contraction est cependant inférieure à celle qui est observée au moment de la dilatation car le matériau de base 2 est revêtu du film céramique 5. Il est préférable que l'épaisseur du film céramique 5 soit aussi uniforme que possible. Si l'épaisseur du film céramique 5 n'est pas uniforme dans un plan, la contrainte résiduelle de compression créée dans le film céramique 5 peut devenir si uniforme que l'organe de traitement de tranche 1 se déforme et prend une configuration de nacelle. Par ailleurs, comme l'indiquent les figures 2 et 3, les cavités 3a et 4a peuvent avoir des formes dont la relation est telle que les cavités 3a et 4a présentent une symétrie par rapport au plan central C. Dans une variante, comme l'indique la figure 4, les cavités 3b et 4b peuvent être formées avec des configurations différentes, en fonction des conditions d'utilisation et de réalisation ou autres. Lorsque l'organe de traitement de tranche selon l'invention est utilisé dans une étape de croissance épitaxiale, le réglage de température est exécuté de diverses manières. L' organe 1 de traitement de tranche a cependant une configuration telle que la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base de film céramique 5 dans toutes les directions du plan est uniforme et est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans toutes les directions du plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. En conséquence, il n'existe aucune différence de déformation dans toutes les directions du plan. De plus, l'épaisseur du matériau de base 2 ne dépasse pas 3 mm. En conséquence, même dans le cas où le coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 n'est pas uniforme dans la direction de l'épaisseur (profondeur), la différence du changement de dimension dans l'espace tridimensionnel est faible. Ainsi, l'organe 1 de traitement de tranche (matériau de base 2) ne se déforme pas. Même dans le cas où le film céramique varie au cours du temps, l'organe de traitement de tranche 1 (matériau de base 2) ne se déforme pas à cause de la variation du film céramique. On décrit maintenant un second mode de réalisation d'organe de traitement de tranche selon l'invention. Dans le premier mode de réalisation, l'épaisseur du matériau de base 2 ne dépasse pas 3 mm, la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 est uniforme et comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation de coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 dans toutes les directions du plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. D'autre part, dans le second mode de réalisation, l'organe de traitement de tranche a une configuration telle que l'épaisseur du matériau de base 2 n'est pas limitée, la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 dont l'espace tridimensionnel est uniforme et est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation de coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 dans l'espace tridimensionnel ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. Le matériau de base du second mode de réalisation est formé afin que la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base 2 et le film céramique 5 dans l'espace tridimensionnel, c'est-à-dire dans toutes les directions du plan et dans la direction de l'épaisseur (profondeur), soit uniforme entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C et que la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base 2 dans l'espace tridimensionnel ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. Le matériau de base 2 est isotrope par son coefficient de dilatation thermique dans l'espace tridimensionnel. En conséquence, même lorsque l'épaisseur du matériau de base 2 dépasse 3 mm, il n'existe aucune différence de déformation dans toutes les directions du plan et de l'épaisseur (profondeur). Même dans le cas où l'organe de traitement de tranche 1 (matériau de base 2) est utilisé pour un traitement thermique à haute température, l'organe de traitement de tranche 1 (matériau de base 2) ne se déforme pas. En outre, même dans le cas où le film céramique varie au cours du temps, l'organe de traitement de tranche (matériau de base) ne se déforme pas à cause de la variation du film céramique. On décrit maintenant un troisième mode de réalisation d'organe de traitement de tranche selon l'invention. L'organe de traitement de tranche du troisième mode de réalisation a une configuration analogue à celle des organes du premier ou du second mode de réalisation, mis à part le fait qu'un matériau de base ayant une dureté Shore 60 à 70 inclus est utilisé dans l'organe de traitement de tranche et que, par exemple, du carbone est utilisé comme matériau de base et SiC est utilisé comme film céramique qui revêt le matériau de base. Lorsque la dureté Shore du matériau de base 2 est sélectionnée entre 60 et 70inclus, le matériau de base 2 ne se déforme pas même après un grand nombre de cycles thermiques, si bien que le nombre d'utilisations du matériau de base 2 peut être accru. Si la dureté Shore est inférieure à 60, le matériau de base est si tendre qu'il se déforme à température élevée. Si la dureté Shore dépasse 70, le matériau de base est si dur qu'il se casse. La raison pour laquelle le carbone est utilisé de préférence comme matériau de base est qu'il a une excellente résistance à la chaleur à haute température et une pureté élevée. La raison pour laquelle SiC est utilisé de préférence comme film céramique est que la différence des coefficients de dilatation thermique du carbone et de SiC peut être réduite. Dans le troisième mode de réalisation, on peut obtenir un organe de traitement de tranche qui est robuste en présence d'une déformation même dans le cas d'un cycle thermique mettant en oeuvre une température ordinaire et une température élevée de 800 C ou plus, comme dans un procédé de fabrication de semi-conducteurs qui est répété. Exemples On a utilisé un organe de traitement de tranche ayant un matériau de base formé de carbone et un film céramique formé de SiC comme organe général de traitement de tranche. Essai 1 Des matériaux à base de carbone (exemples 1 à 4) compris dans la plage de l'organe de traitement de tranche selon l'invention (c'est-à-dire que la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique était comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6/C) et des matériaux à base de carbone (exemples comparatifs 1 à 4) en dehors de cette plage ont été préparés comme l'indiquent les tableaux 1 et 2. Chacun des matériaux à base de carbone a été usiné à un diamètre de 350 mm. Une cavité de 300 mm de diamètre a été formée dans la partie centrale du matériau de base. Ensuite, chacun des matériaux à base de carbone a été revêtu d'un film de SiC de 60 m d'épaisseur. Les dimensions dans les directions A et B ont été mesurées comme indiqué sur la figure 6. Les résultats des mesures sont indiqués dans les tableaux 1 et 2. Tableau 1 Coefficient de Problème à la fabrication dilatation thermique et à l'utilisation (.10-6 / C) Matériau Film Diffé- Ampli- Fissures Tranche à base de de rence tude de traitée carbone SiC déformation (mm) Exemple 1 4,84 4,12 0,72 0,02 Absentes Pas de problème Exemple 2 5,21 4,12 1,09 0,01 Absentes Pas de problème Exemple 4,43 4,12 0,31 0,03 Pré- Contamicomparatif 1 sentes nation Exemple 5,52 4,12 1,40 0,17 Pré- Glissecomparatif 2 sentes ment, contamination Tableau 2 Coefficient de Dimension (mm) dilatation thermique (.10-6 / C) Direc- Direc- Diffé- Dimen- Dimen- Diffétion A tion B rence sion A sion B rence Exemple 3 4,84 4,83 0,01 300,62 300,62 0,00 Exemple 4 5,36 5,31 0,05 300,98 300,97 0 01 Exemple 4,82 5,30 0,48 300,61 300,97 0 36 comparatif 3 Exemple 5,28 4,89 0,39 300,97 300,64 0 33 comparatif4 On a constaté que l'organe de traitement de tranche obtenu dans chacun des exemples 1 et 2 était peu déformé et ne se fissurait pas. D'autre part, on a constaté que l'organe de traitement de tranche obtenu dans chacun des exemples comparatifs 1 et 2 était déformé ou fissuré si bien qu'un problème de contamination, de glissement ou analogue s'est posé avec la tranche traitée. On a constaté que la différence de dimension était très petite dans chacun des exemples 3 et 4. D'autre part, on a constaté que la différence de dimension était très grande dans chacun des exemples comparatifs 3 et 4 et était à peu 30 fois plus grande que celle de l'exemple 4. Essai 2 Des organes de traitement de tranche analogues à ceux qui ont été utilisés dans les exemples de l'essai 1 ont été utilisés. La dureté Shore du carbone utilisé comme matériau de base dans chacun des organes de traitement de tranche a changé comme indiqué dans le tableau 3. Un essai de résistance à la chaleur a été exécuté par répétition d'un cycle thermique dans lequel chaque organe de traitement de tranche a été placé dans un four à 1 100 C pendant 10 min, puis laissé 20 min après que l'organe de traitement de tranche a été retiré du four. L'état de chaque organe après dix cycles thermiques a été examiné. Les résultats de l'examen sont indiqués dans le tableau 3. Tableau 3 Dureté Shore Résultat Exemple comparatif 5 50 Déformé Exemple comparatif 6 57 Déformé Exemple 5 60 Non déformé Exemple 6 65 Non déformé Exemple 7 68 Non déformé Exemple comparatif 7 71 Brisé On a constaté que l' organe de traitement de tranche obtenu dans chacun des exemples 5 à 7, dans lesquels la dureté Shore du carbone formant le matériau de base était comprise entre 60 et 70 inclus, n'était pas déformée. D'autre part, on a constaté que l'organe de traitement de tranche ayant une dureté Shore de 50 obtenu dans l'exemple comparatif 5 et l'organe de traitement de tranche ayant une dureté Shore de 57 obtenu dans l'exemple comparatif 6 étaient déformés. On a constaté que l'organe de traitement de tranche ayant une dureté Shore de 71 obtenu dans l'exemple comparatif 7 était cassé. L'invention permet ainsi la mise à disposition d'un organe de traitement de tranche qui ne se déforme pas thermiquement du fait de la dilatation thermique même lorsque l'organe de traitement de tranche est utilisé dans un traitement thermique. Ainsi, l'invention concerne un organe de traitement de tranche qui comporte un matériau de base formé d'un matériau isotrope dans toutes les directions du plan, et d'un film céramique dont est revêtu le matériau de base et tel que le matériau de base a une épaisseur qui ne dépasse pas 3 mm, la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique dans toutes les directions du plan est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans toutes les directions de plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. En conséquence, comme il n'existe pas de différence de variation dans toutes les directions du plan, le matériau de base ne se déforme pas dans toutes les directions du plan. En outre, la différence de variation dans toute les directions du plan est petite même dans le cas où le coefficient de dilatation thermique du matériau de base n'est pas uniforme dans la direction de l'épaisseur (profondeur). L'organe de traitement de tranche (matériau de base) ne se déforme donc pas. En outre, l'invention concerne un organe de traitement de tranche qui comporte un matériau de base qui -est un matériau isotrope dans l'espace tridimensionnel, et un film céramique dont est revêtu le matériau de base est tel que la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base et le film céramique dans l'espace tridimensionnel du matériau de base est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base dans l'espace tridimensionnel ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. En conséquence, même dans le cas où l'épaisseur du matériau de base n'est pas inférieure à 3 mm, il n'existe aucune différence de déformation entre les directions du plan et l'épaisseur (profondeur). L'organe de traitement de tranche ne se déforme donc pas. En outre, le matériau de base a une dureté Shore choisie entre 60 et 70 inclus. En conséquence, le matériau de base ne se déforme pas même lorsqu'un cycle thermique entre une température ordinaire et une température élevée de 800 C ou plus est répété, par exemple dans un procédé de fabrication de semi-conducteurs. En outre, des cavités sont formées aux surfaces opposées du matériau de base. En conséquence, une force appliquée à la partie circonférentielle externe du matériau de base est rendue uniforme, si bien que le matériau de base peut ne pas se déformer d'une manière efficace. En outre, dans le cas où le film céramique varie au cours du temps, l'organe de traitement de tranche ne se déforme pas sous l'action de la variation du film céramique. En outre, les cavités formées aux surfaces opposées du matériau de base ont des formes analogues. En conséquence, une force appliquée par la partie circonférentielle externe du matériau de base est rendue efficacement uniforme, et l'organe de traitement de tranche ne peut donc pas se déformer d'une manière efficace. En outre, les cavités formées aux surfaces opposées du matériau de base sont symétriques par rapport au plan central du matériau de base. En conséquence, l'organe de traitement de tranche ne peut pas se déformer efficacement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux organes qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Organe de traitement de tranche, caractérisé en ce qu'il comprend : un matériau de base (2) formé d'un matériau isotrope dans toutes les directions du plan, et un film céramique (5) dont est revêtu le matériau de base (2), et en ce que le matériau de base (2) a une épaisseur qui ne dépasse pas 3 mm, la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base (2) et le film céramique (5) est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation de coefficient de dilatation thermique du matériau de base (2) dans toutes les directions du plan ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. 2. Organe de traitement de tranche, caractérisé en ce qu'il comprend : un matériau de base (2) formé d'un matériau isotrope dans l'espace tridimensionnel, et un film céramique (5) dont est revêtu le matériau de base (2), et en ce que la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de base (2) et le film céramique (5) dans l'espace tridimensionnel du matériau de base (2) est comprise entre 0,6.10-6 et 1,2.10-6 / C, et la variation du coefficient de dilatation thermique du matériau de base (2) dans l'espace tridimensionnel ne dépasse pas 0,05.10-6 / C. 3. Organe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de base (2) a une dureté Shore choisie dans la plage comprise entre 60 et 70 inclus. 4. Organe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des cavités (3, 4 ; 3a, 4a ; 4b) sont formées aux surfaces opposées du matériau de base (2) . 5. Organe selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cavités (3a, 4a) formées aux surfaces opposées du matériau de base (2) ont des formes analogues. 6. Organe selon la revendication 5, caractérisé en ce que les cavités formées (3a, 4a) aux surfaces opposées du matériau de base (2) sont symétriques par rapport au plan central du matériau de base (2). 7. Organe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau de base (2) est formé de carbone, et le film céramique (5) est formé de SiC. 8. Organe selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de base (2) de carbone a un coefficient de dilatation thermique choisi dans la plage comprise entre 4,8.10-6 et 5,3.10-6 / C.