Brevet FR3055620A1 — publié le 20180309

B15423FR - 09492-01 1 PROCEDE DE TRANSPORT ET DE STOCKAGE D'UNE PLAQUE SEMICONDUCTRICE EN ENCEINTE HERMETIQUE Domaine La présente demande concerne un procédé de transport et/ou de stockage d'une plaque semiconductrice en enceinte hermétique. Exposé de l'art antérieur La fabrication de composants microélectroniques sur une plaque semiconductrice comprend de nombreuses étapes mises en oeuvre par divers équipements. Entre deux étapes successives de fabrication, la plaque semiconductrice est transportée d'un équipement à un autre, et peut être stockée pendant une durée allant de quelques heures à plusieurs jours. En effet, les équipements sont situés ou bien en un même lieu, ou bien en des lieux différents, éventuellement sur des continents différents. On a proposé de transporter et de stocker des plaques semiconductrices dans des boîtes hermétiques afin d'éviter toute contamination ou oxydation de ces plaques. Pour cela, une boîte est couplée hermétiquement à un équipement dans lequel se trouve une plaque à transporter, par l'intermédiaire d'une interface ou sas d'entrée/sortie. La plaque est alors déplacée de l'intérieur de l'équipement jusque dans la boîte, par l'intermédiaire de l'interface. La boîte est ensuite refermée hermétiquement puis 3055620 B15423FR - 09492-01 2 découplée de l'interface pour être transportée jusqu'à un équipement suivant au niveau duquel la plaque est transférée de la boîte à l'équipement. Pour limiter l'oxydation de la plaque semiconductrice, 5 la boîte peut être remplie d'un gaz neutre à la pression ambiante. Toutefois, il est en pratique très difficile de disposer d'un gaz neutre pur à 100%. D'autre part, après certaines étapes réalisées sous vide ou sous basse pression, la surface de la plaque semiconductrice peut être sensible à une 10 augmentation de pression jusqu'à la pression atmosphérique. Il en résulte que des modifications de la surface de la plaque par des phénomènes d'adsorption, de désorption, et/ou de physisorption sont toujours susceptibles de se produire. Pour s'affranchir des problèmes résultant de la 15 disponibilité d'un gaz neutre pur, un vide peut être établi dans la boîte. Néanmoins, une fois le vide établi, des dégazages peuvent se produire à partir des parois internes de la boîte et de son couvercle ou porte. Notamment, dans le cas où la boîte ou les joints utilisés pour assurer l'herméticité de la boîte sont 20 en des polymères, ces derniers sont susceptibles de dégazer des composés carbonés à l'intérieur de la boîte. Il est donc nécessaire de maintenir le pompage des gaz présents dans la boîte après sa fermeture, et de préférence de maintenir un ultravide, c'est-à-dire une pression dans la boîte inférieure à 10-9 mbars (10-7 Pa). Le maintien d'un tel pompage après fermeture de la boîte nécessite l'utilisation d'équipements peu adaptés au transport de la boîte. De plus, l'utilisation d'un ultravide nécessite de recourir à des technologies coûteuses et difficiles à mettre en oeuvre, telles que des boîtes et/ou des joints métalliques, par exemple des boîtes en acier inoxydable et des joints en cuivre. Résumé Un mode de réalisation prévoit un procédé de transport et/ou de stockage de plaques semiconductrices en enceinte 3055620 B15423FR - 09492-01 3 hermétique qui pallie au moins certains des inconvénients des divers procédés susmentionnés. Un mode de réalisation prévoit un procédé de transport et/ou de stockage d'au moins une plaque semiconductrice, dans 5 lequel la plaque est disposée dans une enceinte hermétique remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10-1 et 4*103 Pa et éventuellement d'au moins un gaz neutre, la pression totale dans l'enceinte étant comprise entre 10-1 et 5*104 Pa. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les 10 étapes suivantes : - coupler hermétiquement l'enceinte à une interface d'entrée/sortie d'un équipement, - déplacer la plaque semiconductrice depuis l'intérieur de l'équipement jusque dans l'enceinte par 15 l'intermédiaire de l'interface, - remplir l'enceinte d'hydrogène et éventuellement dudit au moins un gaz neutre, et - fermer hermétiquement l'enceinte et la découpler de l'interface. 20 Selon un mode de réalisation, l'enceinte est remplie d'hydrogène et dudit au moins un gaz neutre, la pression d'hydrogène étant comprise entre 10 et 4*103 Pa et la pression totale étant comprise entre 10 et 104 Pa. Selon un mode de réalisation, ledit au moins un gaz 25 neutre est choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'azote et l'hélium. Selon un mode de réalisation, l'enceinte est uniquement remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10 et 4*103 Pa. 30 Un mode de réalisation prévoit une enceinte hermétique de transport et/ou de stockage d'une plaque semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle est remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10-1 et 4*103 Pa et éventuellement d'au moins un gaz neutre, la pression totale dans l'enceinte étant comprise entre 10-1 et 5*104 Pa. 3055620 B15423FR - 09492-01 4 Selon un mode de réalisation, l'enceinte est remplie d'hydrogène et dudit au moins un gaz neutre, la pression d'hydrogène étant comprise entre 10 et 4*103 Pa et la pression totale étant comprise entre 10 et 104 Pa. 5 Selon un mode de réalisation, ledit au moins un gaz neutre est choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'azote et l'hélium. Selon un mode de réalisation, l'enceinte est uniquement remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10 10 et 4*103 Pa. Selon un mode de réalisation, l'enceinte est adaptée à être couplée de façon hermétique à une interface d'entrée/sortie d'un équipement de fabrication ou de caractérisation de plaques semiconductrices. 15 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, 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 : 20 la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un procédé de mise en boîte d'une plaque semiconductrice, et un exemple de dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé ; et la figure 2 illustre des taux de contamination de la 25 surface d'une plaque semiconductrice en fonction de différentes conditions de stockage de cette plaque. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les 30 diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans ce qui précède, dans la suite de la description et dans les revendications, sauf précision contraire, le terme 35 "sensiblement" signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près. 3055620 B15423FR - 09492-01 5 L'expression "gaz neutre" signifie gaz qui ne réagit pas avec la surface d'une plaque semiconductrice. L'expression "pression d'un gaz dans une enceinte" signifie pression totale dans l'enceinte lorsque celle-ci n'est remplie qu'avec ce gaz, ou 5 pression partielle de ce gaz dans l'enceinte lorsque celle-ci est remplie d'un mélange de gaz. Le terme "hermétique" signifie ne laissant pas passer les fluides. La figure 1 illustre très schématiquement un dispositif de mise en boîte d'une plaque semiconductrice. 10 La figure 1 illustre une enceinte hermétique ou boîte 1 munie d'une porte 3 fermant hermétiquement la boîte. La boîte 1 peut correspondre à tout type de boîte couramment utilisée dans les chaînes de fabrication de dispositifs microélectroniques, par exemple une boîte de type FOUP (de 15 l'anglais "Front Opening Universal Pod" - réceptacle universel à ouverture frontale), ou de type SMIF (de l'anglais "Standard Mechanical InterFace" - interface mécanique standard). La boîte 1 est adaptée à être couplée hermétiquement à une interface ou sas 5 d'entrée/sortie d'un équipement 7 de fabrication ou de 20 caractérisation de plaques semiconductrices. L'interface 5 comprend une ouverture vers l'intérieur de l'équipement 7, fermée hermétiquement par une porte 9, et une ouverture vers l'extérieur, fermée hermétiquement par une porte 11. L'interface 5 comprend, en outre, des dispositifs d'injection 13 et de 25 pompage 15 de gaz. On peut ainsi transférer une plaque de la boîte 1 à l'équipement et inversement, en toute sécurité, sans polluer ou contaminer la plaque, l'intérieur de la boîte 1 et de l'équipement 7. Une fois la plaque chargée dans la boîte 1, on peut choisir la composition et la pression de l'atmosphère dans 30 la boîte. Bien que cela ne soit pas décrit, des étapes de purge, d'équilibrage de pression, d'ouverture et de fermeture de porte sont effectuées pour transférer une plaque entre la boîte 1 et l'équipement 7. L'homme de l'art sera en mesure d'adapter 35 l'ordre, le nombre et la façon de mettre en oeuvre ces étapes 3055620 B15423FR - 09492-01 6 qui dépendent du type de boîte, du type d'interface et du type d'équipement utilisés. On propose ici, lorsqu'une plaque est chargée dans la boîte 1, de remplir la boîte d'hydrogène de sorte que, à sa 5 fermeture, la pression d'hydrogène soit inférieure à 40 mbars (4*103 Pa), par exemple comprise entre 0,001 et 40 mbars (10-1 et 4*103 Pa), de préférence entre 0,1 et 40 mbars (10 et 4*103 Pa). Au moins un gaz neutre choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'azote et l'hélium peut être ajouté à 10 l'hydrogène. La boîte 1 est alors remplie de sorte que, à sa fermeture, la pression totale dans la boîte soit comprise entre 0,001 et 500 mbars (10-1 et 5*104 Pa), de préférence entre 0,1 et 100 mbars (10 et 104 Pa). Ainsi, dans ce cas, la pression totale dans la boîte peut être supérieure à 40 mbars (4*103 Pa), 15 tout en conservant une pression partielle d'hydrogène inférieure à 40 mbars (4*103 Pa). L'ajout d'un tel gaz neutre est par exemple prévu en fonction de l'étape mise en oeuvre dans l'équipement 7 ou dans un équipement suivant, notamment pour s'adapter à la pression à l'intérieur des équipements. 20 Comme cela sera décrit plus en détail en relation avec la figure 2, des essais ont montré que, lorsqu'une plaque semiconductrice est mise en boîte hermétique, sous atmosphère contrôlée en hydrogène comme cela a été proposé ci-dessus, l'oxydation par l'oxygène et la contamination carbonée à la 25 surface de cette plaque sont limitées. Ceci est attribué au caractère réducteur et passivant de l'hydrogène. Ces essais ont également montré que l'hydrogène ne modifie pas la structure surfacique de la plaque semiconductrice. Dans une chaîne de production comportant plusieurs 30 équipements 7 munis de leurs interfaces 5, la pression dans les équipements et leurs interfaces est le plus souvent inférieure à la pression ambiante. Du fait que la pression totale dans la boîte 1 est également inférieure à la pression ambiante et peut être adaptée à la pression dans les équipements, les contraintes 35 de pompage sont limitées. 3055620 B15423FR - 09492-01 7 De manière avantageuse, la pression totale dans la boîte est comprise dans des plages de pression faciles et peu coûteuses à mettre en oeuvre. En particulier, pour les plages de pression indiquées ci-dessus, la boîte 1, la porte 3 et les 5 joints (non représentés) assurant le couplage hermétique de la boîte 1 avec la porte 3 ou l'interface 5 peuvent être en des polymères peu coûteux. Une pression d'hydrogène dans la boîte 1 inférieure à 40 mbars (4*103 Pa) permet de s'affranchir de tout risque 10 d'inflammabilité de l'hydrogène en cas d'ouverture accidentelle ou de fuite de la boîte 1. La figure 2 illustre le taux de contamination de la surface d'une plaque de silicium après une heure de stockage, sous différentes conditions, dans une boîte hermétique en 15 aluminium avec des joints en un matériau polymère. Le taux de contamination, en ordonnées, est exprimé en pourcentage d'atomes (% at.) d'oxygène et de carbone présents à la surface de la plaque et est représenté par des barres. Pour chaque barre, la partie inférieure non hachurée représente la contamination en 20 atomes de carbone et la partie supérieure hachurée représente la contamination en atomes d'oxygène. Les barres 21 et 23 correspondent au cas où la plaque est stockée sous vide dynamique, à des pressions respectives de 10-6 mbars (10-4 Pa) et 10-7 mbars (10-5 Pa). 25 La barre 25 correspond au cas où la plaque est stockée sous vide statique, à une pression de 10-2 mbars (1 Pa). La barre 27 correspond au cas où la plaque est stockée dans une boîte remplie d'un gaz neutre à basse pression, ici de l'azote à une pression de 80 mbars (8*l05 Pa). 30 La barre 29 correspond au cas où la plaque est stockée dans une boîte, sous atmosphère contrôlée en hydrogène comme cela a été proposé ici. Comme cela se voit sur la figure 2, le stockage d'une plaque semiconductrice sous atmosphère contrôlée en hydrogène 35 (barre 29) permet de diminuer la contamination de la surface de 3055620 B15423FR - 09492-01 8 la plaque par des atomes de carbone et d'oxygène par rapport au cas d'un stockage sans hydrogène. Plus particulièrement, dans le cas d'un stockage sous atmosphère contrôlée en hydrogène, la contamination en atomes de carbone est inférieure à 1,4 % at., 5 la contamination en atomes d'oxygène est inférieure à 0,6 % at., et la contamination totale en atomes d'oxygène et de carbone est inférieure à 2 % at.. Ainsi, la contamination en atomes de carbone est au moins dix fois plus faible, la contamination en atomes d'oxygène est au moins deux fois plus faible, et la 10 contamination totale en atomes d'oxygène et de carbone est au moins cinq fois plus faible dans le cas d'un stockage sous atmosphère contrôlée en hydrogène par rapport au cas d'un stockage sans hydrogène. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. 15 Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, plusieurs plaques semiconductrices peuvent être transportées ou stockées dans une même boîte ou enceinte hermétique, sous atmosphère contrôlée en hydrogène comme cela est proposé ici. 20 Des dispositifs d'injection et de pompage de gaz peuvent être périodiquement couplés à la boîte pour entretenir une atmosphère contrôlée en hydrogène dans la boîte une fois celle-ci découplée de toute interface d'entrée/sortie d'un équipement, par exemple lors de longues étapes de stockage et/ou 25 de transport s'étendant sur plusieurs jours. REVENDICATIONS1. Procédé de transport et/ou de stockage d'au moins une plaque semiconductrice, dans lequel la plaque est disposée dans une enceinte hermétique (1) remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10-1 et 4*103 Pa et éventuellement d'au moins un gaz neutre, la pression totale dans l'enceinte étant comprise entre 10-1 et 5*104 Pa. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : - coupler hermétiquement l'enceinte (1) à une interface d'entrée/sortie (5) d'un équipement (7), - déplacer la plaque semiconductrice depuis l'intérieur de l'équipement (7) jusque dans l'enceinte (1) par l'intermédiaire de l'interface (5), - remplir l'enceinte (1) d'hydrogène et éventuellement 15 dudit au moins un gaz neutre, et - fermer hermétiquement l'enceinte (1) et la découpler de l'interface. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'enceinte est remplie d'hydrogène et dudit au moins un gaz 20 neutre, la pression d'hydrogène étant comprise entre 10 et 4*103 Pa et la pression totale étant comprise entre 10 et 104 Pa. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un gaz neutre est choisi dans le 25 groupe comprenant l'argon, l'azote et l'hélium. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'enceinte (1) est uniquement remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10 et 4*103 Pa. 6. Enceinte hermétique (1) de transport et/ou de 30 stockage d'une plaque semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle est remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10-1 et 4*103 Pa et éventuellement d'au moins un gaz neutre, la pression totale dans l'enceinte étant comprise entre 10-1 et 5*104 Pa. 3055620 B15423FR - 09492-01 10 7. Enceinte hermétique (1) selon la revendication 6, dans laquelle l'enceinte est remplie d'hydrogène et dudit au moins un gaz neutre, la pression d'hydrogène étant comprise entre 10 et 4*103 Pa et la pression totale étant comprise entre 5 10 et 104 Pa. 8. Enceinte hermétique (1) selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle ledit au moins un gaz neutre est choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'azote et l'hélium. 9. Enceinte hermétique (1) selon la revendication 6, 10 uniquement remplie d'hydrogène à une pression comprise entre 10 et 4*103 Pa. 10. Enceinte hermétique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, adaptée à être couplée de façon hermétique à une interface d'entrée/sortie (5) d'un équipement (7) de 15 fabrication ou de caractérisation de plaques semiconductrices.