Brevet FR2950195A1 — publié le 20110318

SUPPORT DE PLAQUETTES DE SILICIUM ET PRODEDE DE TRAITEMENT Domaine technique La présente invention est du domaine des matériels utilisés pour supporter et maintenir dans une enceinte de traitement, dans une position propice à un traitement chimique et thermique, des lots de plaquettes de silicium en vue par exemple de la réalisation de cellules photovoltaïques, et se rapporte plus particulièrement à la manipulation et au système de maintien de plaquettes de silicium. Etat de la technique antérieure. Les plaquettes de silicium sont des objets de faible épaisseur, de contour polygonal ou circulaire, présentant deux grandes faces planes, ou faces principales, parallèles l'une à l'autre devant subir des traitements chimiques dans un réacteur approprié afin de réaliser des micro-circuits électroniques qui sont ensuite découpés et encapsulés pour former des circuits intégrés. D'autres traitements visent à conférer aux plaquettes des propriétés photovoltaïques afin de réaliser des cellules solaires. Habituellement ces différents traitements consistent en des opérations de déposition, de diffusion, d'oxydation, oxydation-diffusion, dopage et autres et sont pratiqués dans des installations appropriées mettant en oeuvre des fours, sous forme de tubes disposés horizontalement ou verticalement, dans lesquels sont injectés des gaz de traitement. Typiquement, chaque four de traitement est équipé d'éléments chauffants sous forme de résistance électrique et de moyen d'introduction et d'extraction des gaz de traitement, comportant notamment des canules prévues pour pénétrer dans l'enceinte du four. Les canules d'extraction de gaz, par leurs orifices d'extraction, se situent à l'une des extrémités de l'enceinte interne du four, les canules d'introduction des gaz, par leurs bouches d'introduction se situant quant à elles à l'extrémité opposée. Les plaquettes de silicium sont disposées en arrangement spatial sur des supports aptes à résister d'une part à la chaleur et d'autre part au pouvoir corrosif des gaz de traitement. Dans le cas des fours horizontaux de type « cantilever », ces supports sont supportés dans ce dernier par une pelle de chargement et déchargement, fixée en porte à faux à un chariot guidé, portant une porte d'obturation du four. Une telle disposition est divulguée dans le brevet FR 2 824 543 de la demanderesse. Le chariot est monté coulissant sur des rails de guidage solidaires d'un châssis approprié et peut occuper sur ces derniers une position de retrait selon laquelle la porte et la pelle sont écartées du four de traitement et une position d'obturation selon laquelle la pelle est située dans le four et la porte obture de manière étanche ce dernier. À ce four sont associés des équipements de transferts et chargement aptes à prélever les plaquettes une à une d'une bande de convoyage sur laquelle elles sont disposées à plat, et les charger une à une dans des supports adaptés en matériaux perfluorés (brevet FR 2 858 306 de la demanderesse); Un système de transfert permet ensuite le transfert en lots des plaquettes dans des paniers en SiC (voir brevet FR 2 888 572 de la demanderesse). Ces paniers sont ensuite chargés sur la pelle. Ce passage par des paniers « teflon » permet le transfert manuel d'un poste à l'autre dans la continuité de la ligne de production des cellules solaires. II peut être à éviter dans le cas d'une ligne où la manipulation est entièrement automatisée. Typiquement, les supports SiC assurent le maintien des plaquettes à la verticale. Ainsi les équipements de transferts sont conçus de manière à pouvoir recevoir chaque plaquette dans une position horizontale et la redresser à la verticale afin de pouvoir la charger dans le support. Enfin les plaquettes, dans l'enceinte du four, sont positionnées par les supports, de manière perpendiculaire à la direction du flux de gaz de traitement. Exposé de l'invention Problème technique. Dans une recherche d'augmentation de la productivité globale, il est parfois utile d'éviter que le traitement que doit subir chaque plaquette affecte ses deux faces. Dans ce but on a cherché à disposer les plaquettes, par paires, dosà-dos dans leur support. Mais il est apparu que le contact entre les plaquettes de chaque paire n'était pas suffisamment intime pour assurer une protection efficace. Une autre solution a consisté à enduire le dos de la plaquette d'une protection appropriée, mais cette solution engendre des opérations supplémentaires et renchérit de ce fait les coûts de production. Le changement de position des plaquettes à savoir le passage d'une position horizontale sur le convoyeur à une position verticale impose l'utilisation au niveau des équipements de transferts, d'organes de pivotement motorisés. De tels organes compliquent la réalisation des équipements de transferts et alourdissent le contrôle et l'entretien de ces derniers. Enfin la disposition spatiale verticale des plaquettes par rapport au flux des gaz de traitement peut être source de variation du temps de résidence des espèces réactives et par voie de conséquence de traitement non uniforme des plaquettes. Par ailleurs, les divers encombrements physiques liés à ces fonctions de manipulation des charges de substrats font qu'il est assez difficile d'associer deux ensembles ûbatteries- de fours dos à dos. Solution technique. La présente invention a pour objet de résoudre les problèmes sus évoqués en mettant en oeuvre un nouveau support de plaquette de silicium caractérisé essentiellement en ce qu'il comprend une nacelle longiforme prévue pour reposer sur la pelle de chargement-déchargement d'un four de traitement, et au moins un panier prévu pour être monté de manière amovible dans la nacelle, ledit panier présentant deux ouvertures opposées avant et arrière entre lesquelles est formée une série de logements horizontaux espacés verticalement les uns des autres, ouverts vers l'avant et l'arrière ainsi que vers le haut et le bas, aptes chacun à recevoir au moins une plaquette à traiter et à maintenir ladite plaquette dans une position horizontale, lesdits logements s'étendant horizontalement entre les dites ouvertures. Ainsi en raison des deux ouvertures qu'il comporte, le support peut être traversé de part en part par des gaz de traitement. De plus, ces ouvertures déterminent une direction de passage des gaz, cette direction étant parallèle aux différents logements et par voie de conséquence aux plaquettes disposées dans ces derniers. De surcroît la disposition en étages des plaquettes constitue un répartiteur de gaz réactifs améliorant les résultats de la distribution des précurseurs sur lesdites plaquettes. Par ailleurs la disposition horizontale des plaquettes dans le panier est compatible avec la position qu'elles occupent sur les convoyeurs ce qui simplifie la réalisation des équipements de transferts et chargements. En outre, ces opérations de chargement/déchargement des plaquettes dans les paniers, tout comme les opérations automatisées par des robots de chargement/déchargement des paniers dans les nacelles sont indépendantes des opérations proprement dites du four. Cette flexibilité autorise qu'un système de manipulation puisse desservir un ou plusieurs fours tubulaires groupés en batterie simple ou double ûdos à dos- d'une façon parfaitement automatisée alors que ces fours tubulaires sont eux-mêmes, en fonctionnement, entièrement indépendants les uns des autres, sur un même procédé ou sur des procédés différents. Une telle disposition totalisant huit à dix fours tubulaires indépendants en deux batteries dos à dos offre, outre un gain de surface, de nombreuses synergies telle que l'unicité des arrivées de fluide (puissance, gaz, etc...), et telle que le contrôle et le pilotage informatisé soit effectué par un seul système superviseur de l'ensemble, telle qu'un regroupement dans des armoires spécialisées de certaines fonctions permettant ainsi par exemple, entre autre, un traitement non disséminé des organes de sécurité. Selon une autre caractéristique de l'invention, la hauteur de chaque logement est égale à au moins deux fois l'épaisseur de chaque plaquette. Une telle disposition autorise la mise en place dans chaque logement, de deux plaquettes dos contre dos. Ainsi les faces dorsales des deux plaquettes se protègent mutuellement de l'action des gaz réactifs. Il y a lieu de noter que le poids de la plaquette supérieure est suffisant pour assurer un contact intime entre les faces dorsales des deux plaquettes et éviter l'introduction de gaz réactif entre les deux plaquettes. Un autre avantage de cette disposition est qu'elle double la capacité de chaque panier et par voie de conséquence la capacité de traitement. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque panier, le long de l'ouverture arrière présente deux butées verticales longitudinales prévues pour recevoir en appui les tranches arrière des plaquettes. Cette disposition permet d'aligner les différentes plaquettes les unes par rapport aux autres et pour ce qui concerne chaque paire de plaquettes, d'écarter les risques de recouvrement partiel de l'une par l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la nacelle peut recevoir plusieurs paniers amovibles aptes à être disposés de manière juxtaposée, selon une rangée horizontale. Une telle disposition vise à augmenter le nombre de plaquettes que peut recevoir le support. Selon une autre caractéristique de l'invention, la nacelle comprend deux flancs verticaux parallèles écartés l'un de l'autre et réunis l'un à l'autre par deux bras horizontaux parallèles dotés d'empreintes supérieures prévues pour recevoir en emboîtement de forme des pattes latérales de positionnement formées sur chaque panier, chaque panier étant prévu pour être disposé entre les bras de la nacelle. De par cette disposition la nacelle est agencée en berceau dans lequel sont positionnés de manière précise, selon des emplacements prédéfinis, les différents paniers du support. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque flanc vertical de la nacelle est muni extérieurement d'une patte saillante de préhension. Cette disposition permet la manutention du support de plaquette, notamment à l'aide d'un robot manipulateur, les bras de ce dernier, étant, pour cette opération, amarrés de manière amovible aux deux pattes saillantes. Il y a lieu de noter que ce robot évoluera entre les différentes aires de chargement/déchargement des paniers, d'attente, de chargement/déchargement des différentes pelles de la batterie de fours tubulaires desservie. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque panier comprend deux flancs latéraux verticaux, portant les pattes latérales de positionnement, un flanc supérieur horizontal et un flanc inférieur horizontal, les flancs latéraux, en regard l'un de l'autre étant équipés de fentes horizontales matérialisant, par 25 paires, les logements des plaquettes. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins les flancs latéraux verticaux et le flanc supérieur de chaque panier constituent chacun un diffuseur thermique. Une telle disposition est propre à protéger les plaquettes du rayonnement infrarouge direct dégagé par les éléments chauffants du four. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, les paniers dans la nacelle forment un tunnel horizontal de circulation des gaz de traitement, les logements des plaquettes s'étendant horizontalement dans ledit tunnel et de manière parallèle à l'axe longitudinal de ce dernier. Ainsi les plaquettes de silicium portées par les différents logements seront disposées dans ce tunnel, de manière horizontale et parallèle, par leurs grandes faces, à l'axe longitudinal dudit tunnel. On comprend également que le tunnel détermine une direction de circulation des gaz, cette dernière étant parallèle à l'axe longitudinal dudit tunnel et parallèle aux logements et aux plaquettes portées par ces derniers. La présente invention a également pour objet une charge prévue pour être introduite dans un four de traitement pour y être soumise aux effets d'un traitement. Cette charge telle que définie est remarquable notamment en ce qu'elle est formée d'un support selon l'invention et d'une pluralité de plaquettes à traiter disposées unitairement de manière horizontale dans les logements des paniers dudit support, les dites plaquettes, par leurs tranches arrière, étant en appui contre les deux butées verticales de leurs paniers respectifs. Selon une autre caractéristique de l'invention, les plaquettes sont réparties par paires, chaque logement reçoit une paire de plaquettes et une seule et les plaquettes de chaque paire sont superposées et disposées dos contre dos. La présente invention est également relative à un procédé de traitement de plaquettes de silicium mettant en oeuvre un four de traitement dans lequel circulent des gaz réactifs. Ce procédé est remarquable notamment en ce qu'il consiste à disposer les plaquettes de manière horizontale dos contre dos dans le four et ce parallèlement à la direction d'écoulement des gaz réactifs. Selon une autre caractéristique le procédé selon l'invention, de traitement de plaquette de silicium, mettant en oeuvre un ensemble de huit à dix fours tubulaires de traitement associés en batterie dans lesquels circulent des gaz réactifs, consiste à disposer les plaquettes de manière horizontale dans chaque four et ce parallèlement à la direction d'écoulement des gaz réactifs. Description sommaire des fiqures et des dessins. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un support de plaquettes selon l'invention, - la figure 2 est une vue en éclaté du support de plaquette, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du support de plaquette selon l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective d'un panier conforme à l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe d'un four tubulaire dans lequel est monté un 5 support avec plaquettes, selon l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective d'une nacelle selon une variante d'exécution. Meilleure manière de réaliser l'invention Tel que représenté, le support 1 de plaquettes selon l'invention comprend 10 une nacelle longiforme 2 formant berceau et une pluralité de paniers 3 amovibles, aptes à être installés dans la nacelle, de manière juxtaposée et alignée selon l'axe longitudinal de cette dernière, chaque panier 3 comportant une série de logements horizontaux 30, verticalement ouverts, superposés selon un axe vertical recevant chacun au moins une plaquette 4 à traiter. 15 Le support 1 est prévu pour reposer de manière amovible sur une pelle de chargement déchargement 50 d'un four de traitement 5, horizontal, de forme tubulaire, axialement traversé par des gaz de traitement. Plusieurs de ces supports 1 peuvent être associés sur une même pelle de façon à optimiser la charge à traiter. 20 La nacelle 2 est réalisée en un matériau apte à résister à la chaleur d'un four de traitement et au pouvoir corrosif des gaz de traitement utilisés. De plus le matériau utilisé est chimiquement neutre vis-à-vis des gaz de traitement. Avantageusement, la nacelle sera réalisée en carbure de silicium. La nacelle est formée de deux flancs verticaux 20, parallèles, écartés l'un 25 de l'autre et réunis l'un à l'autre par deux bras horizontaux, parallèles 21. Les deux flancs et les deux bras déterminent un berceau apte à recevoir en file indienne les différents paniers 3. Les deux flancs latéraux de la nacelle pourront être ajourés de façon à pouvoir être traversés par les gaz de traitement. 30 Le bord inférieur de chaque flanc latéral 20 de la nacelle est équipé d'au moins une entaille 23 de positionnement, apte à venir s'emboiter sur une saillie longitudinale de positionnement formé sur la face supérieure de la pelle de chargement/déchargement. Chaque flanc latéral 20 est muni extérieurement d'une patte saillante 24, de préhension de façon à permettre l'amarrage des bras d'un robot manipulateur piloté à distance et apte à évoluer entre différentes aires techniques définies plus loin. Les deux bras horizontaux 21 de la nacelle pourront se situer selon un niveau de hauteur médian par rapport à la hauteur des flancs latéraux. Alternativement, comme on peut le voir en figure 6, ces bras sont situés selon un niveau de hauteur supérieur proche de la rive supérieure horizontale de chaque flanc latéral. Ces bras, en vis-à-vis l'un de l'autre, sont dotés d'empreintes supérieures 22, régulièrement espacées, prévues pour recevoir en emboîtement de forme des pattes latérales 31 de positionnement formées sur chaque panier 3, chaque panier étant prévu pour être disposé entre les bras 21 de la nacelle 2. Les empreintes supérieures sont formées par des creusures formées dans chaque bras. Chaque panier 3 comprend deux ouvertures quadrangulaires, opposées, avant 3a et arrière 3b s'étendant verticalement, entre lesquelles sont formés les différents logements 30. Comme on peut le voir ces logements sont chacun ouverts vers l'avant et l'arrière et verticalement à savoir vers le haut et le bas. Ces logements sont régulièrement espacés les uns des autres selon un axe vertical afin de laisser subsister entre eux des intervalles libres de tout obstacle. Chaque panier 3 comprend deux flancs latéraux verticaux 32 portant les pattes latérales de positionnement 31, un flanc supérieur horizontal 33 et un flanc inférieur horizontal 34, les flancs latéraux, en regard l'un de l'autre étant équipés de fentes horizontales 35 matérialisant, par paires, les logements 30 des plaquettes. Les différents flancs sont joints de manière indissociable les uns aux autres. Les pattes de positionnement 31 sont horizontales et sont en saillie sur les flancs verticaux 32. Comme on peut le voir, ces pattes occupent sensiblement une position médiane. Par ses pattes 31, chaque panier repose sur les deux bras de la nacelle. La largeur de chaque fente 35 est égale au moins au double de l'épaisseur de chaque plaquette destinée à être disposée dans le support. En raison de cette caractéristique, chaque logement peut recevoir deux plaquettes disposées de manière superposée dos contre dos. Chaque support 3, le long des deux bords verticaux de l'ouverture arrière 3b, présente deux butées verticales longitudinales 36 prévues pour recevoir en appui les tranches arrière des plaquettes. Chaque butée est formée par un bossage longitudinal formé sur le flanc latéral correspondant et s'étendant le long du bord vertical correspondant de l'ouverture arrière 3b. Chaque flanc latéral 32 en zone avant, c'est à dire à l'opposé de la butée verticale est équipé d'une entaille longitudinale formant avec le flanc du panier 10 précédent une ouverture latérale 37. Ces ouvertures latérales permettent de réalimenter en gaz frais l'environnement des plaquettes de silicium à partir des secteurs du réacteur libre de silicium par exemple quatre portions du tube non occupées par la section des paniers. Par ailleurs, ces ouvertures limitent les phénomènes de déplétion sur les 15 premiers paniers en redistribuant les gaz tout le long de la charge. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 3, les supports 3 dans la nacelle 2 sont disposés de manière juxtaposée, selon une rangée horizontale et forment un tunnel horizontal de circulation des gaz de traitement, les logements des plaquettes s'étendant horizontalement dans ledit tunnel et ce de manière 20 parallèle à l'axe longitudinal de ce dernier. En raison de cette disposition, les plaquettes 4, par leurs grandes faces sont disposées parallèlement au flux de gaz de traitement traversant le tunnel formé. Il y a lieu de noter que les gaz de traitement pénètrent dans le tunnel et en ressortent par les ouvertures formées dans les flancs verticaux de la nacelle 2, mais également par les ouvertures 25 latérales 37. Les nacelles et les paniers tels que décrits sont prévus pour être manipulés par un ou plusieurs robots de manutention associés à une unité de traitement constituée essentiellement par des fours tubulaires de traitement, agencés en batterie. Les opérations de chargement et déchargement des 30 plaquettes dans les différents paniers sont également effectuées par des robots de manipulation pilotés à distance par une unité de contrôle et de commande. Les différents robots de manipulation sont aptes à évoluer entre différentes aires techniques comprenant des aires de chargement/déchargement des paniers en plaquettes, des aires de chargement/déchargement des nacelles en paniers, des aires de chargement/déchargement des pelles que comportent les fours, ainsi que des aires d'attente. Les différentes opérations manipulation opérées par les robots, dans la mesure du possible, seront effectuées en temps masqué. Grâce à la présente invention, l'intégration des fours au flux de production d'une ligne de fabrication automatisée de cellules solaires par exemple, s'en trouve grandement améliorée. De même les coûts d'exploitation s'en trouvent fortement réduits. Ces coûts se trouveront encore réduits par la présence d'une double batterie de fours tubulaires et par une planification cohérente des tâches dédiées à chaque four tubulaire. II va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet tel que définit par les revendications ci-après.15 REVENDICATIONS1/ Support (1) pour plaquettes de silicium caractérisé en qu'il comprend une nacelle longiforme (2) formant berceau, prévue pour reposer sur la pelle de chargement-déchargement d'un four de traitement, et au moins un panier (3) prévu pour être monté de manière amovible dans la nacelle (2), ledit panier (3) présentant deux ouvertures opposées avant (3a) et arrière (3b) entre lesquelles est formée une série de logements horizontaux (30) espacés verticalement les uns des autres, ouverts chacun vers l'avant et l'arrière ainsi que vers le haut et le bas, aptes chacun à recevoir au moins une plaquette (4) à traiter et à maintenir ladite plaquette dans une position horizontale, lesdits logements (30) s'étendant horizontalement entre les dites ouvertures avant (3a) et arrière (3b). 2/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs paniers (3) amovibles aptes à être disposés de manière juxtaposée, selon une rangée horizontale, dans la nacelle (2). 3/ Support selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la nacelle (2) comprend deux flancs verticaux (20) parallèles, écartés l'un de l'autre et réunis l'un à l'autre par deux bras horizontaux (21) parallèles dotés d'empreintes supérieures (22) prévues pour recevoir en emboîtement de forme des pattes latérales de positionnement (31) formées sur chaque panier (3), chaque panier étant prévu pour être disposé entre les bras (21) de la nacelle (2). 4/ Support selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les flancs verticaux (20) de la nacelle (2) sont ajourés. 5/ Support selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que chaque flanc latéral 20 est muni extérieurement d'une patte saillante (24), 25 prévue pour recevoir en amarrage l'un des bras d'un robot manipulateur. 6/ Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur (h) de chaque logement (30) est égale à au moins deux fois l'épaisseur de chaque plaquette. 7/ Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que chaque panier (3), le long de l'ouverture arrière (3b) présente deux butées verticales longitudinales (36) prévues pour recevoir en appui les tranches arrière des plaquettes.8/ Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque panier comprend deux flancs latéraux verticaux, parallèles (32) portant les pattes latérales de positionnement (31), un flanc supérieur horizontal (33) et un flanc inférieur horizontal (34), les flancs latéraux (32), en regard l'un de l'autre étant équipés de fentes horizontales (35) matérialisant, par paires, les logements (30) des plaquettes. 9/ Support de plaquette selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque flanc latéral (32) de chaque panier, à l'opposé de la butée verticale (36), est équipé d'une entaille longitudinale (37) formant ouverture 10 latérale. 10/ Support de plaquette selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'au moins les flancs latéraux verticaux (32) et le flanc supérieur (33) de chaque panier (3) constituent chacun un diffuseur thermique. 11/ Support de plaquette selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que le bord inférieur de chaque flanc latéral (20) de la nacelle (2) est équipé d'au moins une entaille de positionnement (23) sur une pelle de chargement/déchargement. 12/ Support de plaquette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paniers (3) dans la nacelle forment un 20 tunnel horizontal de circulation des gaz de traitement, les plaquettes de silicium (4) portées par les paniers, étant disposées, dans ledit tunnel, de manière horizontale et parallèle par leurs grandes faces, à l'axe longitudinal dudit tunnel. 13/ Charge prévue pour être introduite dans un four de traitement pour y être soumise aux effets d'un traitement, caractérisée en ce qu'elle est formée 25 d'un support (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et d'une pluralité de plaquettes à traiter disposées unitairement de manière horizontale dans les logements des paniers dudit support, les dites plaquettes, par leurs tranches arrière, étant en appui contre les deux butées verticales de leurs paniers respectifs. 30 14/ Charge selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les plaquettes sont réparties par paires, que chaque logement reçoit une paire de plaquettes et une seule et que les plaquettes de chaque paire sont superposées et disposées dos contre dos.15/ Procédé de traitement de plaquette de silicium mettant en oeuvre un four de traitement dans lequel circulent des gaz réactifs, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les plaquettes de manière horizontale dos contre dos dans le four et ce parallèlement à la direction d'écoulement des gaz réactifs. 16/ Procédé de traitement de plaquette de silicium, selon la revendication précédente, mettant en oeuvre un ensemble de huit à dix fours tubulaires de traitement associés en batterie dans lesquels circulent des gaz réactifs, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les plaquettes de manière horizontale dans chaque four et ce parallèlement à la direction d'écoulement des gaz réactifs.