FR2646861A1 - Appareil de traitement de substrats plans sous vide partiel - Google Patents

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Abstract

Appareil pour le traitement de substrats plans 10 dans une enceinte à vide 2a, 2b munie d'une sortie de pompage 3, et d'un support 11 de substrat qui comporte une entrée de gaz 15 pour injecter un débit contrôlé de gaz sur la face arrière du substrat pour augmenter l'échange thermique entre le substrat 10 et la paroi frontale 11b du support 11. Appareil caractérisé par le fait que l'on a pratiqué dans la paroi frontale 11b du support une pluralité d'ouvertures d'injection 20 communiquant avec une chambre d'injection 21, ainsi qu'une pluralité d'ouvertures d'évacuation 23 communiquant avec une chambre d'évacuation 24 adjacente au corps 11a du support 11, du côté opposé à la paroi frontale 11b, chambre 24 elle-même reliée à des moyens de pompage additionnels 26. Application au traitement sous vide de substrats semi-conducteurs ou sous atmosphère raréfiée d'un gaz spécifique de traitement.

Description

Appareil de traitement de substrats plans sous vide partiel.
L'invention concerne un appareil pour le traitement sous vide, au moins partiel, de substrats plans comportant une enceinte à vide munie d'une sortie d'évacuation reliée à des moyens de pompage, d'une entrée pour l'introduction d'un débit contrôlé d'un gaz de traitement, et d'un support de substrat dont le corps comporte des moyens de régulation de la température, appareil qui comporte en outre une entrée supplémentaire de gaz de manière à injecter un débit contrôlé de gaz sur la face arrière du substrat, en vue d'augmenter l'échange thermique entre le substrat et le support, au moyen d'une pluralité d'ouvertures d'injection pratiquées dans une paroi frontale du support sur laquelle le substrat repose pendant le traitement.
Les traitements nécessaires à l'élaboration de circuits intégrés semiconducteurs font appel pour une large part à des processus de dépôts ou de décapages réalisés sous atmosphère raréfiée d'un gaz de traitement ou d'un mélange de plusieurs gaz. En dehors du procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite connu sous le sigle LPCVD, dans lequel une réaction chimique est obtenue du seul fait de la température élevée à laquelle le substrat est porté,-d'autres procédés, plus fréquemment, mettent en jeu une activation du gaz de traitement par un plasma réalisé dans l'enceinte à vide, procédés dans lesquels le substrat, en liaison électrique avec son support, forme l'une des électrodes tandis qu'une autre électrode, est disposée parallèlement au substrat, à une certaine distance de celui-ci
Selon le type de procédé à mettre en oeuvre, la puissance du champ électrique appliqué aux électrodes pour créer le plasma peut être très différente, alors que la température à laquelle il est nécessaire de maintenir le substrat peut également varier dans de larges proportions. Il en résulte qu'en général il faut assurer un flux thermique entre le substrat et son support, dans un sens ou dans l'autre, c'est-à-dire pour réchauffer le substrat lorsque les pertes par rayonnement sont prépondérantes, ou pour le refroidir lorsque la puissance mise en jeu dans le plasma est élevée et dépasse les pertes par rayonnement.
Enfin des traitements de recuit à température déterminée selon un cycle très rapide (inférieur à une minute) sont également susceptibles d'être pratiqués dans une enceinte à vide dans laquelle on établit éventuellement une atmosphère raréfiée d'un gaz neutre (ou réducteur), ou encore un vide poussé. De tels traitements de recuit rapide sont utilisés, entre autres, pour réaliser des microalliages entre des maté rivaux de natures différentes, initialement superposés.
Il est bien connu qu'il est difficile de réaliser un bon échange thermique entre un substrat et son support, lorsque l'ensemble est placé sous vide partiel. Or cet échange thermique joue un rôle essentiel dans le contrôle de la température à laquelle doit être porté le substrat pendant le traitement, pour obtenir une homogénéité de température du substrat la meilleure possible et pour obtenir, s'il est nécessaire, une vitesse de montée en température du substrat, ainsi qu'une vitesse de refroidissement aussi élevée que possible.
Les processus de traitement sous vide ou sous vide partiel sont en effet le plus souvent très sensibles à la température, de sorte qu'un mauvais contrôle de la température de substrat entraînerait une dispersion inacceptable des résultats, aussi bien d'une opération à l'autre, qu'en fonction de l'emplace- ment à la surface d'un meme substrat.
En vue de remédier à ces difficultés, il a déjà été proposé d'injecter dans l'interstice entre la face arrière du substrat et la face frontale du support, un débit contrôlé d'un gaz facilitant l'échange thermique entre le substrat et la face frontale du support dont la température est régulée de manière active.
Un appareil mettant en oeuvre une telle technique et qui est conforme à la définition donnée dans le paragraphe introductif est connu du document DE-A-36 33 386.
Selon l'appareil connu, une entrée supplémentaire de gaz est reliée à une canalisation située dans l'axe du support et le gaz ainsi injecté sous la face arrière du substrat, s'écoule le long de cette face et s'échappe à sa périphérie où il rejoint alors l'atmosphère raréfiée de la chambre à vide soumise à une évacuation permanente.
On utilise, dans l'appareil connu, une fraction du débit de gaz de traitement pour réaliser l'échange thermique entre le substrat et le support, et donc un gaz de même composition. Dans un mode particulier de réalisation de l'appareil connu, schématisé à la figure 2 du document cité, l'injection de gaz sous la face arrière du substrat se fait au moyen d'une plaque limitant la face frontale du support, qui est perforé d'un nombre assez élevé d'ouvertures.
Le fait d'utiliser, pour assurer le contact thermique du substrat, le même gaz que celui qui alimente la réaction prévue dans le traitement, impose une sérieuse limitation.
En premier lieu, le gaz de réaction n'est pas toujours le plus efficace en ce qui concerne la conduction thermique et il serait hautement souhaitable de pouvoir utiliser le gaz de son choix, indépendamment du gaz de traitement. En deuxième lieu, l'échappement dans l'enceinte du gaz-ayant servi à l'échange thermique entre le support et le substrat, introduit une inhomogénéité de pression dans l'atmosphère raréfiée de l'enceinte à vide, au voisinage de la périphérie du substrat, ce qui nuit à l'homogénéité recherchée du processus.Si on utilisait un autre gaz que le gaz de traitement pour assurer la conduction thermique entre le substrat et son support, on aboutirait à une difficulté due à l'inhonogénéité du gaz raréfié de l'enceinte puisque le gaz injecté sous le substrat#se mélange finalement au gaz de l'enceinte, à la périphérie du substrat. On pourrait songer à réduire cet effet en réduisant sensiblement le débit de gaz injecté sous le substrat, mais cette mesure apporte à nouveau une limitation concernant les possibilités d'échange thermique entre le substrat et le support.
Par ailleurs, en utilisant le même gaz que le gaz de traitement et lorsque celui-ci est susceptible de-se décomposer sous l'influence d'une élévation de température, cette décomposition s'effectue dés le passage de ce gaz dans la canalisation traversant le support chauffant, et se poursuit encore au cours de son trajet laminaire le long de la face arrière du substrat. Il en résulte dans ce cas des dépôts indésirables à l'intérieur du support chauffant, à sa surface et sur la face arrière du substrat.
L'invention a pour but, entre autres, de proposer un appareil de traitement sous vide au moins partiel avec lequel on puisse choisir une nature de gaz injecté sous la face arrière du substrat qui soit indépendante de la nature du gaz de réaction, tout en évitant de perturber l'atmosphère raréfiée du gaz de réaction dans le voisinage du substrat. Un autre but de l'invention est de permettre un ajustement de la répartition de température à la surface du substrat en vue de corriger des variations possibles de cette température causées par des imperfections de l'appareil etlou par le processus de traitement lui-même. Un autre but encore, est de pouvoir obtenir des variations contrôlées et très rapides de la température du substrat.
En effet, selon la présente invention, un appareil de traitement du type indiqué dans le préambule est caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures d'injection commu- nique avec une chambre d'injection prévue dans le support, entre ladite paroi frontale et le corps du support qui est régulé en température, et en ce qu'une autre pluralité d'ouvertures, appelées ouvertures d'évacuation, est également prévue dans la paroi frontale du support, ces dernières ouvertures étant en coxounication avec une chambre d'évacuation adjacente au corps du support du côté opposé à ladite paroi frontale, et cette chambre d'évacuation étant reliée à une sortie additionnelle d'évacuation.
L'appareil selon l'invention présente l'avantage que le gaz injecté sous la face arrière du substrat à partir de chacune des ouvertures d'injection se trouve évacué par au moins l'une des ouvertures d'évacuation avoisinantes sans que ce gaz ne puisse atteindre la périphérie du substrat et ne s'échappe dans l'enceinte à vide. Ainsi, le gaz injecté sous la face arrière du substrat n'interfère pas avec le gaz de traitement introduit par ailleurs dans l'enceinte, et peut être choisi indépendamment, entre autres, eu égard à ses propriétés de conduction thermique.
Par ailleurs, comme chaque portion de gaz injecté sous le substrat se trouve évacuée à proximité immédiate de son lieu d'injection, le délai d'établissement d'un état stationnaire de pression sous la face arrière du substrat est notablement réduit par rapport au dispositif de l'art antérieur, par exemple lorsqu'on désire passer rapidement d'un état de conduction thermique élevée à un état de conduction thermique très faible, entre le substrat et son support.
Avantageusement, les ouvertures d'injection sont identiques entre elles et les ouvertures d'évacuation sont également identiques entre elles, les premières étant distribuées selon une première densité déterminée de positions par unité de surface de la paroi frontale du support tandis que les secondes sont distribuées selon une seconde densité déterminée de positions par unité de surface. Lesdites première et seconde densité d'ouvertures peuvent être choisies constantes à la surface de la paroi frontale du support et, par exemple, pratiquement identiques.
C'est le cas notamment pour un appareil de traitement qui utilise une pression résiduelle de gaz de traitement relativement élevée, c'est-à-dire plus élevée ou sensiblement égale à la pression moyenne du gaz injecté sous la face arrière du substrat. Dans ce cas, en effet, le substrat n'est pas soumis à une déformation élastique, et se trouve en contact uniforme et assez étroit avec la paroi frontale du support. En conséquence, un échange thermique sensiblement uniforme entre le substrat et le support peut convenir pour assurer une bonne homogénéité de température à la surface du substrat.
Cependant, dans l'appareil selon l'invention, on peut également faire en sorte qu'au moins l'une des densités d'ouvertures, par exemple la densité des ouvertures d'injection, varie sur la surface de la paroi frontale du support, en fonction de l'emplacement. Cette variation, réalisée intentionnellement, permet de modifier localement l'échange thermique entre le support et le substrat et d'apporter une correction à des écarts de température du substrat découlant des conditions de traitement. Un exemple d'écarts de température qui découlent des conditions de traitement est fourni par le fait d'utiliser une pression résiduelle dans l'enceinte à vide, qui soit nettement inférieure à la pression moyenne appliquée sous la face arrière du substrat.Dans ce dernier cas, il est nécessaire d'immobiliser le substrat sur le support, ce qui est réalisé de manière connue, par des moyens de fixation exerçant une pression à la périphérie du substrat. La différence de pression entre les deux faces du substrat aboutit à une déformation appréciable de ce dernier (sous une forme bombée) de sorte que la distance entre le substrat et la face plane de la paroi frontale du support varie le long du diamètre du substrat. Il en résulte une variation de la conduction thermique de la lame de gaz d'épaisseur variable, sous le substrat, qui peut être compensée, au moins pour une grande partie, par une variation convenable de la densité des ouvertures d'injection etîou par une variation de la densité des ouvertures d'évacuation.D'autres défauts d'homogénéité de la température du substrat peuvent encore provenir d'une imper fection de symétrie dans la construction de l'appareil de traitement, etlou dans la configuration du plasma qui y est établi. Ces défauts peuvent aussi être corrigés en grande partie au moyen d'une densité variable d'ouvertures sur la surface du support de substrat. Une telle correction peut etre obtenue par un calcul approché à partir d'un relevé de températures au cours d'une opération préliminaire et expérimentale dans des conditions opératoires similaires à celles du traitement envisagé, ou encore plus simplement par des voies essentiellement expérimentales en réalisant des essais successifs dans lesquels on supprime certaines ouvertures d'injection (par bouchage de celles-ci) et on observe l'effet obtenu sur la répartition de température du substrat.
Plutôt que d'utiliser une variation de densité d'ouvertures d'injection etlou d'ouvertures d'évacuation, qui sont identiques entre-elles pour une même catégorie, on peut également agir, pour obtenir une correction de la répartition de température du substrat, au moyen d'une variation des diamètres des ouvertures et alors que les densités de ces ouvertures, par unité de surface, auraient été choisies uniformes, par exemple.
Lorsqu'on effectue un ajustement initial de l'uniformité de température du substrat, par voie essentiellement expérimentale, l'appareil selon l'invention offre la facilité de combiner à volonté des modifications de densités et de diamètres d'ouvertures, notamment par agrandissement de certaines ouvertures d'injection.
Des considérations théoriques qui seront exposées par la suite, il résulte qu'en général, les ouvertures d'évacuation ont un diamètre très supérieur à celui des ouvertures d'injection, typiquement au moins dix fois plus grand.
D'autres particularités, détails et avantages de l'invention seront mis en évidence par la description qui va suivre et à l'aide des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels,
la figure 1 représente schématiquement, en coupe, un appareil de traitement de substrat selon l'invention,
la figure 2 est une vue du support de substrat faisant partie de l'appareil de la figure 1, vue schématique et en coupe à échelle agrandie,
les figures 3 et 4 représentent des exemples de distributions d'ouvertures d'injection et d'ouvertures d'évacuation sur une portion de surface du support de substrat,
la figure 5 est une vue partielle, en plan, d'une portion de surface du support de substrat montrant un autre exemple de distribution d'ouvertures d'injection et d'évacuation, ainsi que l'utilisation d'une gorge périphérique pour l'évacuation, et
la figure 6 est un diagramme représentant la forme de la conductibilité thermique C-d'une lame de gaz raréfié d'épaisseur déterminée et faible, en# fonction de la pression
P, et
la figure 7 est une vue d'un support de substrat selon une variante de mise en oeuvre de l'invention.
Sur la figure 1, un appareil 1 pour le traitement sous vide partiel de substrats plans est représenté de manière schématique. il comporte une enceinte à vide en deux parties 2a, 2b, laquelle est munie d'une sortie d'évacuation 3 reliée à des moyens de pompage 4. L'enceinte à vide 2a, 2b comporte également une entrée 5 pour l'introduction d'un gaz de traitement, cette entrée 5 étant reliée à un réservoir 6 de gaz de traitement via un dispositif de contrôle de débit 7. Un substrat 10 à traiter est placé sur un support 11 dont le corps 11a comporte des moyens de régulation de la température de ce support par exemple une résistance chauffante 12 noyée dans le corps 11a du support.
L'appareil 1 comporte également une entrée supplémentaire 15 d'un certain gaz destiné à établir un meilleur contact thermique entre le support Il et le substrat 10. Pour ce faire, un réservoir 16 de ce gaz est relié à l'entrée sup plémentaire 15 par l'intermédiaire d'un dispositif 17 de con trôle de débit. Dans une paroi frontale 11b du support Il il est prévu une pluralité d'ouvertures d'injection 20 distribuant sous la face arrière du substrat 10 le gaz provenant du réservoir 16 et dont le débit est controlé par le dispositif 17. La pluralité d'ouvertures d'injection 20 communique avec une chambre d'injection 21 qui est prévue dans le support 11 et située entre la paroi frontale 11b et le corps Ila du support, régulé en température.
Une autre pluralité d'ouvertures appelée ouvertures d'évacuation 23 est également prévue dans la paroi frontale 11b du support. Ces dernières ouvertures 23 sont en communication avec une chambre d'évacuation 24 qui est adjacente au corps 11a du support, du côté opposé à la paroi frontale Ilb, et cette chambre d'évacuation 24 est reliée à une sortie additionnelle d'évacuation 25, laquelle est connectée à des moyens de pompage additionnels 26.
La ligne en tirets 150 reliant la sortie des moyens de pompage additionnels 26 à l'entrée supplémentaire 15 indique de manière schématique que dans le cas d'utilisation d'un gaz onéreux comme l'hélium, celui-ci peut être recyclé dans l'appareil, le réservoir 16 ne fournissant alors que l'appoint correspondant aux pertes.
L'appareil de la figure 1 est susceptible de mettre en oeuvre un plasma pour activer le gaz de traitement et comporte dans ce but une électrode 30 disposée à une certaine distance et parallèlement au substrat 10, dont la tige support 31 traverse la chambre à vide 2a par un passage étanche et électriquement isolant 32. La tige support 31 est finalement reliée électriquement à une borne 33 pour l'alimentation électrique du plasma, cette tige support 31 étant creuse et constituant le conduit d'amenée du gaz de traitement. Finalement le gaz de traitement parvient dans l'enceinte à vide 2a, 2b, selon une technique connue en soi, en passant par l'intérieur creux de l'électrode 30 à travers sa paroi frontale 30a qui est munie de perforations multiples, selon le trajet indiqué par la flèche 34.
L'appareil de traitement 1 comporte encore des moyens de fixation du substrat 10 sur son support il, moyens qui sont représentés en 35 et qui font également partie de la technique connue et qu'il n'est pas nécessaire de décrire plus amplement.
Pour la mise en oeuvre du plasma, le substrat 10 forme la deuxième électrode du système et se trouve porté au potentiel requis par conduction avec le support 11, lequel selon les cas, peut être porté.au potentiel O (la masse), ou à un autre potentiel au moyen d'une liaison électrique aboutissant à la borne 36 ce qui requiert alors des passages isolants 37 et 38 pour les sorties vers l'extérieur de l'enceinte à vide des moyens de fixation 35 du substrat et de la partie en forme de tige du support 11.
Pour plus-de clarté, à la figure 1 on n'a représenté que quelques ouvertures 20 et 23, de chacun des types, dans le support 11, alors qu'en réalité il est prévu dans le support 11 un nombre important d'ouvertures d'injection 20 et d'ouvertures d'évacuation 23.
La figure 2 qui est une vue en coupe agrandie d'une partie du support 11, permet de mieux expliquer comment ce support est peut être réalisé. A la figure 2, les éléments correspondants à ceux de la figure 1 portent les mêmes signes de référence. Comme indiqué sur la figure 2, le corps lia du support 11 peut être réalisé en deux parties de manière à loger commodément le fil résistant 12 muni de sa gaine isolante, ce fil résistant ayant une prolongation 27 reliée à l'extérieur de l'enceinte à la source de courant régulé pour le chauffage du support 11. Dans la paroi frontale 11b du support Il sont réalisées des petites ouvertures d'injection 20, ayant un diamètre de 0,1mu par exemple, et qui communiquent avec la chambre d'injection 21.La chambre d'injection 21 communique à son tour avec une tubulure intérieure 28 située dans l'axe du support Il et qui sert à amener le gaz à injecter sous la face arrière du substrat. La chambre d'injection 21 est traversée par des tubes 29 dont l'une des extrémité constitue une desdites ouvertures d'évacuation 23 tandis que l'autre extrémité est en communication avec la chambre d'évacuation 24 située de l'autre côté, par rapport à la chambre d'injection 21, du corps lia du support 11. La chambre d'évacuatîon 24 est mise en communication avec la sortie 25 (voir figure t) au- moyen d'une tubulure extérieure 18 qui est concentrique avec la tubulure intérieure 28.Comme visible sur la #figure 2, le support 11 comporte encore une gorge périphérique 22 destinée à compléter l'aspiration du gaz introduit sous la face arrière du substrat, à la périphérie de celui-ci. La gorge périphérique 22 est mise en communication avec la chambre d'évacuation 24 au moyen d'une ou plusieurs ouvertures supplémentaires d'é évacuation 13, réparties le long du périmètre du support 11.
Les ouvertures d'évacuation 23 ont un diamètre nettement plus grand que le diamètre des ouvertures d'injection 20, et par exemple voisin de 2mm.
Le corps lia du support 11 vient d'être décrit comme devant assurer un chauffage du substrat 10. Dans d'autres cas, au contraire, il est nécessaire de maintenir le substrat 10 à une température faible et donc de le refroidir lorsque le traitement a pour effet de lui communiquer de lténergie. Dans ces circonstances, le support est légèrement modifié, selon une variante non représentée, dans laquelle le fil résistant 12 est supprimé tandis que la gorge qui contient ce fil constitue une canalisation dans laquelle circule un fluide de re froidissement, à température régulée.
Conformément à l'invention, le gaz servant à augmenter l'échange thermique entre le substrat et le support est réparti sous la surface du substrat par un grand nombre d'ouvertures d'injection 20 et évacué après un cours trajet entre le support et le substrat, par un grand nombre également d'ouvertures d'évacuation 23. De cette manière, le gaz injecté en tre la face arrière du substrat et le support se trouve évacué dans sa presque totalité. il n'y a donc pas de fuite significative de ce gaz vers l'enceinte à vide où celui-ci se mélan- gerait, comme dans les appareils de l'art antérieur, avec le gaz de traitement ; l'atmosphère raréfiée régnant dans lten- ceinte à vide n'est donc pas perturbée.La présence d'une gorge périphérique 22 sur la face frontale du support Il réduit encore les faibles possibilités de fuite vers l'atmosphère raréfiée de l'enceinte. L'invention offre donc l'avantage de pouvoir choisir à volonté la nature du gaz qui est utilisé pour augmenter l'échange thermique entre le support Il et le substrat 10, ainsi que sa pression et son débit.
Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut réaliser des ouvertures d'injection 20 qui ont un diamètre identique et sont distribuées selon une certaine densité dite première densité par unité de surface de la paroi frontale du support 11, et des ouvertures d'évacuation qui sont identiques également entre elles et sont distribuées selon une seconde densité déterminée sur la paroi frontale du support. Les figures 3 et 4 montrent des exemple de répartition d'ouvertures d'injection 20 et d'ouvertures d'évacuation 23 sur une portion de surface frontale du support 11. Sur ces figures les flèches 40 schématisent le trajet du gaz sortant des ouvertures d'injection 20 et se dirigeant vers les ouvertures d'évacuation 23. Les lignes en pointillés 41 qui joignent des ouvertures d'évacuation 23 adjacentes partagent la surface en cellule indiquant de manière très schématique où circule le gaz provenant de chacune des ouvertures d'injection 20. La figure 3 montre un exemple de répartition uniforme des ouvertures d'injection et d'évacuation, la densité de ces ouvertures de l'une et l'autre catégorie étant identique. La figure 4 montre un autre exemple de répartition uniforme des ouvertures à la surface du support mais cette fois la densité des ouvertures d'évacuation est double de la densité des ouvertures d'injection, par unité de surface.L'un ou l'autre de ces modes de mise en oeuvre, dans lequel les densités des ouvertures d'injection et des ouvertures d'évacuation sont sensiblement constantes à la surface de la paroi frontale du support Il peut très bien convenir lorsque l'appareil de trai tement fonctionne avec une pression résiduelle du gaz de traitement qui est égale ou supérieure à la pression moyenne qui est établie sur la face arrière du substrat. Dans ce cas en effet, le substrat ne se déforme pas et est bien appliqué contre le support. La distance qui sépare la face arrière du substrat de la face frontale du support, à l'échelle microscopique, est liée à la rugosité des pièces en présence et demeure statistiquement constante en moyenne sur l'ensemble de la surface du substrat.Dans la mesure ou les pertes calorifiques par rayonnement du substrat et/ou l'apport de chaleur résultant de l'énergie procurée au substrat par le plasma sont sensiblement uniformes, ce mode de construction conduit à un échange thermique uniforme en moyenne entre le substrat et le support et donc à une répartition uniforme de la température du substrat. Comme il sera discuté plus en détail par la suite, l'échange calorifique entre le substrat et le support subit des variations périodiques consécutives à la localisation des ouvertures mais ces fluctuations peuvent être rendues suf fisamment faibles et non significatives en raison de la conduction thermique du substrat lui-même, en choisissant une densité suffisamment élevée des ouvertures d'injection et d'évacuation, ou encore en augmentant la pression moyenne sur la face arrière du substrat.
Il est à noter que lorsque l'appareil de traitement fonctionne avec une pression résiduelle de gaz de traitement supérieure à la pression moyenne établie sur la face arrière du substrat, les moyens de fixation 35 du substrat, tels que représentés à la figure I, peuvent être supprimés.
La figure 5 est relative à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, et montre un autre exemple de répartition des ouvertures d'injection 20 et des ouvertures d'évacuation 23 sur une portion de surface du support 11. En vue de modifier localement l'échange thermique entre le substrat et le support, et de corriger des écarts de température du substrat découlant des conditions de traitement, dans le mode de construction représenté à la figure 5, l'une des densités d'ouvertures varie en fonction de l'emplacement.Dans l'exemple représenté, la densité d'ouverture d'injection 20 par unité de surface du support est sensiblement constante tandis que la densité des ouvertures d'évacuation 23 est plus élevée dans la région délimitée par le cercle A que dans la région délimitée par le cercle E où elle n'est que les 2/3 de la densité de la région A. On peut, de la sorte, augmenter l'échange thermique entre le substrat et le support dans la région B comparativement à l'échange thermique correspondant à la région B et ainsi corriger un écart de température du substrat qui aurait été observé en utilisant un support à densités d'ouvertures uniformes.La figure 5 montre également au pourtour du support 11 la gorge périphérique 22 ainsi que deux ouvertures supplémentaires d'évacuation 13.
Une autre méthode peut être utilisée, pour obtenir une correction des écarts de température à la surface du substrat, méthode basée sur une suite d'expérience dans laquelle on effectue des corrections locales successives. A partir de densités d'ouvertures d'injection et d'évacuation déterminées, on observe la répartition de la température du substrat dans des conditions correspondant à un procédé particulier. On effectue ensuite des corrections locales dans l'échange thermique entre le support Il et le substrat 10 soit en rebouchant par endroits une ou plusieurs ouvertures d'injection de maniè- re à diminuer l'échange thermique, soit en rebouchant localement une ou plusieurs ouvertures d'évacuation de manière à augmenter l'échange thermique en cet endroit déterminé.Une augmentation du diamètre de certaines ouvertures d'injection, par réalésage, aboutirait aussi à une augmentation locale de l'échange thermique, comparable à l'effet du rebouchage de certaines ouvertures d'évacuation. Cotre on le voit, l'inven- tion permet ainsi, en faisant varier localement la densité des ouvertures d'injection et/ou la densité des ouvertures d'évacuation soit encore le rapport de ces densités d'ouvertures, ou le diamètre de certaines ouvertures, de réduire considérablement les écarts de température qui peuvent être observés à la surface du substrat lors d'un processus de traitement déterminé.On peut citer à titre indicatif des causes entraînant un manque d'homogénéité de la température du substrat : des pertes par rayonnement du substrat chauffé qui sont inhomogènes, et, en particulier, différentes entre le centre et le bord du substrat, un puissance émise par le plasma et transformée en chaleur dans le substrat qui est inhomogène en raison de la construction de l'appareil, et enfin, la déformation du substrat (ou bombage) due à une différence de pression entre la face arrière et la face avant du substrat lorsque l'at mosphere raréfiée de l'enceinte à vide est à une pression inférieure à la pression moyenne du gaz qui circule entre la face arrière du substrat et le support.Dans le dernier cas mentionné, le substrat 10 est immobilisé sur le support Il par des moyens de fixation 35 qui exercent une pression à la périphérie du substrat. La distance entre la face arrière du substrat 10 et la paroi frontale 11b du support-11, et par conséquent l'épaisseur de la couche de gaz qui y circule, varie le long d'un diamètre de substrat. Il se produit donc un échange thermique qui varie également le long d'un diamètre et on peut corriger cette variation par les moyens de l'invention qui viennent d'être indiqués.
La figure 6 indique schématiquement la variation de la conduction thermique Ç par unité de surface d'une lame mince d'un gaz déterminé, par exemple l'hélium, en fonction de la pression P. On a choisi une échelle arbitraire pour les valeurs de Ç du fait que ces valeurs dépendent de l'épaisseur de la lame de gaz. Cependant l'allure de la courbe reste sensiblement la aeme pour des lames d'épaisseurs différentes suffisamment minces. La partie de courbe repérée en 45a montre que la conduction C par unité de surface est sensiblement proportionnelle à la pression P, pour les valeurs faibles de la pression (c'est-à-dire, en dessous de 100Pa).
Cette partie de courbe correspond au fait que l'é- paisseur de la lame de gaz est inférieure ou du même ordre que le libre parcours moyen des molécules de gaz, et dans ce cas la conduction par unité de surface est peu sensible à l'épaisseur de la lame de gaz. Dans la partie de courbe repérée par 45b, la conduction devient au contraire sensiblement indépendante de la pression, mais elle est alors inversement proportionnelle à l'épaisseur de lsa lame de gaz, qui se comporte comme un fluide à écoulement laminaire. La partie de courbe intermédiaire, repérée en 45c sur la figure, indique que la conduction s'opère selon un processus mixte qui est influencé à la fois par la pression et par l'épaisseur de la lame de gaz.
D'un point de vue pratique, lorsqu'on cherche à corriger des écarts de température du substrat au moyen d'une densité non uniforme d'ouvertures d'injection et/ou d'ouvertures d'évacuation, il y a lieu d'utiliser des conditions d'injection de gaz sous la face arrière du substrat qui se situent dans les parties de courbe 45a ou 45c de la figure 6, et de préférence dans la partie 45c où la conduction est plus élevée, tout en restant influencée par la pression du gaz appliqué localement sous la face arrière du substrat.
A l'aide d'un exemple, on explique maintenant comment le diamètre des ouvertures d'injection et d'évacuation peuvent être approximativement déterminées dans le cas d'une densité de répartition uniforme sous la surface d'un substrat de 150mm de diamètre.
On se fixe une densité d'ouvertures d'injection égale à la densité d'ouvertures d'évacuation, et égale à 1 ouverture/cm2, ce qui peut être réalisé aisément en pratique.
Le nombre d'ouvertures H de chaque sorte est donc voisin de 175. On suppose que le débit limite De de la sortie additionnelle d'évacuation 25 est de 22 l/s à une pression de l'ordre de 10 Pa qui correspond à la pression Pe désirée au niveau des ouvertures d'évacuation. Ce débit limite De peut être le débit propre des moyens de pompage 26 ou encore un débit limité volontairement à cette valeur par une vanne de réglage à l'entrée de moyens de pompage 26 dont la capacité de pompage serait plus élevée.
Le débit de gaz injecté par seconde, par l'ensemble des ouvertures d'injection, à une pression Pi, d'environ 1000 Pa envisagée à l'orifice des ouvertures d'injection, (et donc plus élevée que la pression moyenne recherchée) est donné par
Pe
De g pi soit environ 0,22 1/s soit encore, pour chacune des ouvertures d'injection
De " Pi /N soit environ 1,25 10-3 l/s
Or un tel débit est obtenu approximativement à la vitesse limite Vt d'écoulement du gaz, (de l'ordre de 200 m/s pour un gaz à une pression de l'ordre de 1000 Pa) dans une ouverture d'injection ayant une section s.Il vient
s = Le De soit environ 0,6 10~4 cm2
pi V1N et un diamètre d d'ouverture d'injection d = Pi soit 10 2 cm
V1N - qui est arrondi à 0,1 mm.
En ce qui concerne les ouverture d'évacuation, leur diamètre pourrait être évalué en première approximation comme étant multiplié par un facteur (Pi/Pe) c'est-à-dire un facteur 10 dans notre exemple. Mais cette approximation ne tient pas compte de la diminution de la vitesse limite VI à la pression Pe désirée, qui est faible, de l'ordre de 10 Pa, ni de la perte de charge, importante dans ce cas, qui se produit sur la longueur du trajet de l'ouverture d'évacuation.Une évaluation plus précise montre que le facteur à prendre en compte pour déterminer un diamètre d'ouverture d'évacuation avec le quel on obtient effectivement une pression Pe désirée de 10 Pa au niveau des ouvertures d'évacuation, est de la forme [P
où a est un coefficient, généralement compris entre 1,5 et 3, et voisin de 2 dans notre exemple.
il s'ensuit que le diamètre des ouvertures d'évacuation est choisi égal à 2 mm.
Il est clair que dans la machine de traitement selon l'invention, la conduction thermique entre le substrat et le support varie périodiquement, selon l'emplacement, en raison des variations périodiques de la pression du gaz qui y circule.
Cependant, la conductivité thermique du substrat est généralement suffisante pour limiter les fluctuation de température du substrat de part et d'autre de sa température moyenne.
Dans l'exemple précédemment décrit, il s'avère que pour un substrat en silicium, les fluctuations de température sont inférieures à 50C lorsque la puissance dissipée par le substrat est de 1 Watt/cm2.
Bien entendu, en augmentant la densité des ouvertures, on peut réduire dans une certaine mesures, les fluctuations résiduelles de température du substrat, et augmenter la flexibilité de réglage de la température lorsque cette température doit être ajustée localement. On peut également obtenir une réduction des fluctuations résiduelles de la température du substrat en réduisant l'écart de pression entre l'injection et l'évacuation, notamment en réduisant la vitesse de pompage des moyens de pompage 26. On aboutit ainsi à une élévation de la pression au niveau des ouvertures d'évacuation et donc à une augmentation de la pression moyenne sous la face arrière du substrat.
Dans la description donnée jusqu'ici, on a surtout indiqué comment la machine selon l'invention peut être utilisée pour obtenir une certaine répartition de la température du substrat, mais considérée dans un état stationnaire d'équilibre. L'invention offre de plus, l'avantage de permettre des changements rapides de température du substrat par une modifi cation de la pression moyenne de la lame de gaz établie entre le substrat et le support, et donc en raison d'une variation intentionnelle de l'échange thermique entre ces éléments. Comme il a été déjà mentionné, de telles modifications de pression sont obtenues plus rapidement dans la machine de l'invention du fait du faible parcours du gaz injecté sous le substrat, entre son point d'injection et son point d'évacuation.
De ce fait, l'invention trouve également une application importante dans le domaine des traitements thermiques rapides.
Par exemple, si, pendant la phase de chauffage du support 11, on annule le débit de gaz provenant du réservoir 16, tout en appliquant un pompage par les ouvertures d'évacuation 23, l'échange thermique entre le substrat 10 et le support Il est très faible du fait que l'espace qui les sépare est sous vide. La tempérture du substrat 10 ne suit pas l'élé- vation de température du support 11. Lorsque ce dernier a atteint sa température nominale, on applique alors un débit de gaz dans les ouvertures d'injection 20, de sorte que le substrat est alors porté rapidement à une température voisine de celle du support.
En référence à la figure 7, on va maintenant décrire une variante de mise en oeuvre de l'invention1 qui permet d'obtenir également un refroidissement rapide du substrat, en fin de traitement.
La figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 2, relative à un support 111, modifié par rapport à celui de la figure 2, par l'adjonction d'une partie supplémentaire 111c de corps de support, adjacente à la partie lila de ce corps mais néanmoins séparée de celle-ci par une chambre supplémentaire 124. Certains éléments coeouns à ceux de la figure 2 sont affectés de signes de références identiques.
La chambre d'évacuation proprement dite 24 a été reportée à l'arrière de la partie supplémentaire 111c de corps de support. Tandis que la partie 111a du corps de support est chauffée par une résistance 12, la partie supplémentaire 111c est au contraire refroidie par circulation dteau (par exemple) dans une cavité en forme de méandre représentée schématique ment en 130. La chambre supplémentaire 124 est reliée à une tubulure intermédiaire 108 concentrique aux tubulures 18 et 28, dans laquelle on peut, à volonté, effectuer le vide ou établir une pression d'un gaz à conductibilité thermique élevée.
Ainsi, la chambre supplémentaire 124 joue le rôle d'échangeur thermique à efficacité variable, permettant d'isoler thermiquement la partie 111a du corps de support lorsqu'elle est chauffée par la résistance 12, vis-à-vis de la partie îîîc qui est refroidie, puis de refroidir rapidement la partie villa - et également le substrat 10 - lorsqu'on cesse d'alimenter la résistance 12 et qu'on réalise une pression de gaz dans la chambre supplémentaire 124.
Il est clair que le spécialiste du domaine est à même d'imaginer de nombreuses variantes de l'appareil, par rapport à celle décrites précédemment, mais celles-ci ne sortent pas du cadre de la présente invention revendiquée ciaprès.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS :
    1. Appareil pour le traitement sous vide, au moins partiel, de substrats plans comportant une enceinte à vide munie d'une sortie d'évacuation reliée à des moyens de pompage, d'une entrée pour l'introduction d'un débit contrôlé d'un gaz de traitement, et d'un support de substrat dont le corps comporte des moyens de régulation de la température, appareil qui comporte en outre une entrée supplémentaire de gaz de manière à injecter un débit contrôlé de gaz sur la face arrière du substrat, en vue d'augmenter l'échange thermique entre le substrat et le support, au moyen d'une pluralité d'ouvertures d'injection pratiquées dans une paroi frontale du support sur laquelle le substrat repose pendant le traitement, caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures d'injection communique avec une chambre d'injection prévue dans le support, entre ladite paroi frontale et le corps du support qui est régulé en température, et en ce qu'une autre pluralité d'ouvertures, appelées ouvertures d'évacuation, est également prévue dans la paroi frontale du support, ces dernières ouvertures étant en communication avec une chambre d'évacuation adjacente au corps du support du côté opposé à ladite paroi frontale, et cette chambre d'évacuation étant reliée à une sortie additionnelle d'évacuation.
  2. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures d'injection sont identiques entre-elles et sont distribuées selon une première densité déterminée de positions par unité de surface de la paroi frontale du support, et les ouvertures d'évacuation sont également identiques entre-elles et sont distribuées selon une seconde sensité déterminée de positions par unité de surface de la paroi frontale.
  3. 3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que la première densité des ouvertures d'injection est sensiblement constante sur la surface de la paroi frontale et en ce que la seconde densité des ouvertures d'évacuation est également sensiblement constante sur la surface de la paroi frontale.
  4. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite première densité d'ouvertures est sensiblement égale à ladite seconde densité d'ouvertures.
  5. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce parmi la première densité des ouvertures d'injection et la seconde densité des ouvertures d'évacuation, l'une au moins de ces densités varie en fonction de l'emplacement sur la surface de la paroi frontale du support en vue de modifier localement l'échange thermique entre le substrat et le support, et de corriger des écarts de températures du substrat découlant des conditions de traitement.
  6. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'au moins l'une des pluralités d'ouvertures varie en fonction de l'emplacement sur la paroi frontale du support en vue d'une modification locale de l'échange ther nique. entre le substrat et le support.
  7. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que, pour un nombre total d'ouvertures d'injection compris entre 100 et 200, le diamètre des ouvertures d'injection est compris entre 0,05 et 0,2 n et de préférence voisin de 0,1 n tandis que le diamètre des ouvertures d'évacuation est compris entre 1 et 3 n.
  8. 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la face du support sur laquelle repose le substrat comporte une gorge périphérique qui communique avec la chambre d'évacuation au moyen d'au moins une ouverture supplémentaire d'évacuation.
  9. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support de substrat comporte un corps qui est en outre muni d'une partie supplémentaire qui est refroidie tandis que la partie de corps dite à température régulée, précédemment citée, est chauffée, et en ce que cette partie supplémentaire est située à l'opposé de la paroi frontale du support, adjacente à la partie de corps à température régulée mais séparée de cette dernière par une chambre supplémentaire laquelle est reliée à une tubulure par où on peut appliquer à la chambre supplémentaire, à volonté et successivement, le vide et une pression d'un fluide déterminé.
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