Equipement pour ia fabrication de semi-conducteurs, dispositif de pompage et porte-substrat correspondants
La présente invention se rapporte à un équipement pour la fabrication de semi-conducteurs, un dispositif de pompage et un porte-substrat correspondants.
Les procédés de fabrication des semi-conducteurs et des systèmes mécaniques microélectroniques (MEMS) se déroulent dans des équipements comprenant des chambres de procédé sous atmosphère contrôlée à des pressions sub-atrnosphériques.
On utilise dos pompes à vide, en particulier de type turbo-molécuiaire, en sortie de chambre lorsque ies procédés requièrent des niveaux de vide particulièrement poussés, notamment pour l'obtention de plasmas de qualité améliorant ies performances des procédés, par exemple favorisant Panisotropie de gravure.
Comme les plaques de substrats ont des dimensions de plus en plus importantes (300 mm et 450 mm), le volume des chambres de procédés est aussi augmenté, et it devient difficile dans certains cas, d'obtenir des dépôts ou des gravures parfaitement uniformes sur toute la surface du substrat.
Pour pallier à cela, les industriels ont développé des solutions consistant par exemple, à installer plusieurs petites pompes turbo-moléculaire dans la chambre de procédé. Ces montages peuvent ne pas suffire à rendre le pompage uniforme à la périphérie du substrat, notamment à la frontière entre deux petites pompes successives et peuvent en outre présenter des difficultés pour le contrôle de la pression dans ta chambre de procédé.
Le but de la présente invention est donc de proposer un équipement pour Ia fabrication de semi-conducteurs, un dispositif de pompage et un porte-substrat correspondants qui permettent d'améliorer les performances des procédés de fabrication semi-conducteur, telle que f 'amélioration de l'uniformité de gravure et de dépôt.
A cet effet, l'invention a pour objet un équipement pour la fabrication de semi-conducteurs comportant une chambre de procédé, contenant un porte-substrat, apte à supporter un substrat devant être traité dans la chambre, et un dispositif de pompage comprenant une pompe à vide dans laquelle un flux de gaz à pomper peut circuler entre une entrée d'admission des gaz de ladite pompe et une sortie de refoulement des gaz de ladite pompe, et dont l'entrée est mise en communication avec ia chambre de procédés, le porte-substrat et la pompe à vide possédant le même axe, le porte-substrat étant disposé en amont de l'entrée de la pompe à vide dans le flux des gaz à pomper. Selon l'invention, le dispositif de pompage comporte un moyen de régulation de la pression des gaz en sortie de refoulement de la pompe à vide, apte à contrôler la pression des gaz en entrée d'admission de la pompe à vide et le porte- substrat comporte au moins trois branches de support reliées à un support du porte- substrat pour d'une part, fixer ledit support à la chambre de procédés et d'autre part, pour acheminer des servitudes audit support, au moins une desdites branches comportant au moins un conduit, pour le passage desdites servitudes.
Suivant d'autres caractéristiques de l'équipement, au moins une première branche est dédiée au passage de cables électriques et au moins une deuxième branche est dédiée au passage de fluides,
- au moins une troisième branche est dédiée au passage d'une alimentation radiofréquence,
- lesdites branches présentent un profil transversal de forme aérodynamique, lesdites branches sont disposées en étoile dans un plan perpendiculaire audit axe.
In moyen de régulation comporte une vanne de régulation située au refoulement de la pompe à vide, le moyen de régulation comporte une injection de gaz neutre au refoulement de la pompe à vide, l'axe est orienté verticalement,
- l'équipement est adapté pour la mise en œuvre d'un procédé de gravure et de dépôt de lype HDP CVD (« Déposition par Vapeur Chimique par Plasma de Haute Densité » ou en anglais « High Density Plasma Chemical Vapor Déposition »).
L'invention a aussi pour objet un dispositif de pompage comportant une pompe à vide dans laquelle un gaz à pomper peut circuler entre une entrée d'admission des QΆ? et une sortie de refoulement des gaz, et dont l'entrée est apte à être mise en communication avec une chambre de procédé d'un équipement pour la fabrication de semi-conducteurs contenant un porte-substrat, apte à supporter un substrat devant être traité, le porte-substrat étant disposé en amont de ladite entrée de ladite pompe à vide dans le flux des gaz à pomper, l'axe de la pompe à vide étant confondu avec l'axe du porte-substrat. Selon l'invention, le dispositif de pompage comporte en outre un moyen de régulation de ia pression des gaz en sortie de refoulement de la pompe à vide, apte à contrôler la pression des gaz en entrée d'admission de la pompe à vide et le porte-substrat comporte au moins trois branches de support reliées à un support du porte-substrat pour d'une part, fixer ledit support à la chambre de procédés et d'autre part, pour acheminer des servitudes audit support, au moins une desdites branches comportant au moins un conduit, pour le passage desdites servitudes.
Suivant d'autres caractéristiques du dispositif de pompage,
• le moyen de régulation comporte une vanne de régulation située au refoulement de la pompe à vide et/ou une injection de gaz neutre au refoulement de la pompe à vide,
- le moyen de régulation est intégré dans une enveloppe périphérique de la pompe à vide,
- le porte-substrat est intégré dans une enveloppe périphérique de la pompe à vide.
L'invention a encore pour objet un porte -substrat comportant au moins trois branches de support reliées à un support du porte-substrat pour d'une part fixer ledit support à une chambre de procédés d'un équipement tel que décrit précédemment de sorte que le porte-substrat et la pompe à vide possèdent le même axe et d-autre part, pour acheminer des servitudes électriques ou fluidiques audit support, au moins une desdites branches comportant au moins un conduit, pour le passage desdites servitudes.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe de i équipement pour fa fabrication de semi-conducteurs selon un mode de réalisation,
- la figure 2 est une vue de dessus de l'intérieur de la chambre de l'équipement de la figure 1 , et - la figure 3 oet une vue en coupe d'une branche d'un porte-substrat selon un mode de réalisation.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
La figure 1 représente un équipement 1 pour la fabrication ou le traitement de semi conducteurs. De manière avantageuse, l'équipement 1 est adapté pour la mise en œuvre d'un procédé de gravure et de dépôt de type HDP CVD (« Déposition par Vapeur Chimique par Piasma de Haute Densilé » ou en anglais « High Density Plasma Chemical Vaμυr Déposition »).
L'équipement 1 comporte une chambre de procédé 2 reliée à une arrivée de gaz de procédé 3 d'une part, et à un dispositif de pompage 4 d'autre part. La chambre de procédé 2 contient un porte-substrat 5 apte à supporter un substrat 6 qui doit être traité dans ta chambre 2. Le substrat 6 est par exemple une plaquette de semi-conducteur, de préférence de 300 mm de diamètre.
Le dispositif de pompage 4 comprend une pompe à vide 7 et un moyen de régulation 8 de la pression de refoulement de Is pompe 7. La pompe à vide 7 est par exemple de type tυrbo-molécuiaire, dans laquelle un flux de gaz à pomper peut circuler entre une entrée d'admission des gaz 9 de la pompe 7 et une sortie de refoulement des gaz 10 de la pompe 7. L'entrée d'admission 9 est mise en commur «cation avec la chambre 2 de manière à pouvoir installer et maintenir le vide à l'intérieur de la chambre de procédé 2. c'est-à-dire une pression sub-atmosphérique comprise entre 10-s mbar et 1 mbar selon les débits de gaz injectés dans la chambre de procédé 2. Le contrôle de la pression à l'entrée 9 de la pompe a vide 7 s'effectue seulement par le moyen de régulation 8 de la pression de refoulement qui est placé à la sortie 10 de la pompe à vide 7 . Ainsi, aucun élément ne fait obstacle au flux de pompage des gaz. En effet, aucune vanne ne perturbe l'écoulement du flux gazeux 11 dans la chambre de procédé 2, ce qui permet un écoulement laminaire uniforme.
Selon te mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, le porte-substrat 5 et la pompe à vide 7 sont coaxiales selon l'axe 12. te porte-substrat 5 étant disposé en amont de l'entrée d'admission 9 de la pompe â vide 7, dans le flux des gaz à pomper. De manière très avantageuse, l'axe 12 est un axe orienté verticalement.
De plus, comme l'équipement 1 ne nécessite pas de vanne en amont de la pompe à vide 7, la conductance en amont de la pompe 7 est augmentée, de telle sorte qu'il est possible de choisir des modèles de pompes â vide turbo-moléculaire ayant des capacités de pompage inférieures à celles habituellement utilisées, pour obtenir les mêmes niveaux de performances de débit et de pression dans la chambre 2.
De manière avantageuse, le porte-substrat 5 est positionné au plus prés de l'entrée d'admission 9 de la pompe à vide 7 turbo-moléculaire, en regard de l'entrée d'admission 9. Une zone 13 de la pompe à vide 7 est située à l'entrée 9 de la pompe à vide 7 au sommet du rotor de la pompe 7 turbo-moléculaire qui ne comporte pas d'ailettes 14 de pompage. La face arrière 15 du porte-substrat 5 est alignée avec la zone 13, le porte-substrat 5 étant fixé à la chambre 2, de telle sorte que l'écoulement du flux de gaz 11 en direction de !a pompe 7 soit encore optimisé puisque la capacité de pompage maximale est située sur les extrémités radiales des ailettes 14 de pompage. Par conséquent l'encombrement de l'équipement 1 est sensiblement réduit car on peut prévoir des chambres de procédés 2 de plus petit volume, ce qui entraine une réduction du coût de l'installation et de Ia maintenance de l'équipement 1. En outre ce mode de réalisation permet de réduire les temps de réponse pour le contrôle de la pression dans la chambre 2 au cours des étapes transitoires de procédés où la nature, les flux et/ou la pression des gaz sont modifiés.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de régulation 8 comporte une vanne de régulation située au refoulement 10 de la pompe à vide 7 et en amont d'une pompe à vide primaire (non représentée).
Le dispositif de pompage 4 connecté fluidiquement à la chambre de procédé 2 peut recevoir des informations sur les procédés mis en œuvre dans îa chambre de procédés 2. telles que la consigne de pression et la pression d-entrée 9 de la pompe à vide 7 par l'intermédiaire d'un capteur de pression placé dans la chambre 2. La vanne
de régulation est alors pilotée en ouverture et fermeture a t'aide d'un asservissement â une consigne
On peut en outre prévoir que le moyen de régulation 8 comporte un moyen d'injection de gaz neutre, tel que de l'azote, â la sortie de refoulement 10 de la pompe à vide 7. Lc moyen d'injection comporte alors de préférence un contrôleur de débit utilisé pour asservir le débit de gaz injecté au niveau de la sortie de refoulement 10 de la pompe 7.
De la même façon, te moyen de régulation 8 peut piloter le débit d'injection de gaz en fonction des consignes de pression dans ia chambre de procédés 2 et de la pression réellement mesurée dans la chambre 2.
On peut également prévoir que ie moyen de régulation 8 de Ia pression des gaz au refoulement 10 de la pompe 7 comporte un mnyen d'injection de gaz neutre disposé par exemple entre les étages tυrbo et moléculaires de !a pompe 7, afin de contrôler la pression des gaz en entrée d'admission 9. De préférence, l'injection est réalisée au niveau d'un circuit de purge de la pompe à vide 7. On conserve toutefois un dbbit do purge minimum pour ia protection des roulements de la pompe à vide 7.
Par ailleurs, i! est aussi possible que le moyen de régulation 8 comporte à la fois une vanne de régulation et une injection de gaz neutre. Dans ce cas, l'injection est située est amont de fa vanne de régulation. L'injection ou la vanne de régulation, ou bien tes deux en même temps, sont régulées pour obtenir la consigne de pression demandée dans ta chambre de procédés 2.
Des moyens de régulation 8 ainsi disposés au refoulement 10 de la pompe 7, permettent de réduire le temps de réponse de la régulation et le temps de résidence des espèces dans la chambre de procédé 2.
Selon un mode de réalisation avantageux {non représenté), le moyen de régulation 8 est intégré dans l'enveloppe périphérique de la pompe turbo-moléculaire 7.
On peut aussi prévoir que le porte-substrat S soit intégré dans une enveloppe périphérique de la pompe à vide 7.
Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le porte-substrat 5 est formé d'un support 20 ayant ici la forme d'un disque, par exemple en aluminium, pour supporter un substrat de même forma. Le porte-substrat 5 comporte aussi au moins
trois branches de support 21 reliées au support 20 et disposées en périphérie du support 20, utilisées d'une part pour fixer le support 20 à une paroi interne de la chambre de procédé 2. et d'autre part pour acheminer des servitudes électriques ou fluidiques jusqu'au support 20 du porte-substrat 5. Les branches 21 du support permettent ainsi de fixer le support 20 à la chambre 2 en étant situé au plus proche de l'entrée 9 de la pompe 7 sans gêner la rotation du rotor de la pompe 7.
Les branches 21 de support sont avantageusement disposées en étoile dans un plan perpendiculaire à l'axe 12.
Le disque 20 de support possède un diamètre d légèrement supérieur au diamètre d'un substrat 6 à traiter. Le diamètre externe D de la pompe à vide 7 est d'un diamètre supérieur au diamètre d du disque 20 de support. Le diamètre externe D de la pompe 7 est choisi pour être le plus petit possible compte tenu des contraintes de capacité de pompage imposées à ia μumpe 7.
Comme Se montre !a figure 3, chaque branche 21 peut comporter au moins un conduit 22, utilisé par exemple pour le passage de câbles électriques ou pour le passage de gaz ou de liquides vers le porte-substrat S. Le conduit 22 utilisé pour ie passage de câbles électriques peut permettre par exemple de mettre en place des moyens de contrôle en température du porte-substrat 5, et si nécessaire d'alimenter en tension continue et radiofréquence ie porte-substrat 5. D'autre part, le conduit 22 utilisé pour Ie passage de gaz et/ou de liquide peut permettre par exemple, la circulation d'hélium pressurisé pour la thermalisation du porte-substrat 5 et donc du substrat 6 lorsqu'il est fixé au porte-substrat 5.
De préférence, on dédie au moins une branche 21 comportant un ou plusieurs conduite 22 à la foumiture de fluides au support 20, au moins une autre branche 21 comportant un ou plusieurs conduits 22 au passage de câbles électriques pour le contrôle en température et en tension du support 20, et au moins encore une autre branche 21 comportant un conduit 22 à l'alimentation radiofréquence du support 20. L'alimentation radiofréquence est avantageusement séparée des autres câbles électriques pour éviter la formation d'arcs électriques. On peut donner avantageusement un profil transversal de forme aérodynamique aux branches 21 pour ne pas perturber l'écoulement des gaz à pomper.
Un tei agencement du porte-substrat 5 permet d'acheminer les servitudes au support 20 et donc au substrat 6 en cours de procédé sans perturber l'écoulement laminaire uniforme du flux de pompage des gaz 11. En outre, cet agencement permet d'acheminer les servitudes au substrat 6 sans modifications des pompes â vide existantes.
Ainsi, au cours du procédé de fabrication de semi-conducteurs, les gaz de procédés introduits dans la chambre 2 par l'arrivée 3, s'écoulent de façon homogène dans la chambre de procédé 2 autour du substrat β, puis passent entre les branches 21 du porte-substrat 5 et sont ensuite pompés par la pompe à vide 7 depuis l'entrée 9 vers Ia sortie 10.
Un équipement 1 dont le porte-substrat 5 est disposé au-dessus de l'entrée 9 de la pompe à vide 7, et dont le dispositif de pompage 4 comporte un moyen de régulation 8 de la pression de refoulement de la pompe à vide 7 apte à contrôler la pression à l'entrée 9 de la pompe à vide 7, permet de bénéficier de conditions optimisées pour la fabrication semi-conducteurs.