FR2679524A1 - Support de tranches a semiconducteurs. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un support ou conteneur destiné notamment à des tranches de silicium ou autres substrats nécessitant un traitement chimique. Le support comprend une embase (61) enveloppée dans un revêtement (62) de diamant. Ce revêtement peut être appliqué par dépôt chimique en phase vapeur. Domaine d'application: maintien, stockage et transport de tranches à semiconducteurs, etc.
Description
L'invention concerne des supports à revêtement de diamant destinés à
porter une tranche de silicium ou un lot
de tranches de silicium ou d'autres tranches à semi-
conducteurs, des disques de mémoire, des substrats revêtus, des visuels à panneaux plats et des objets similaires, analogues à des disques, dont la fabrication nécessite un
traitement chimique.
Des supports du type concerné sont utilisés pendant le traitement de tels objets analogues à des disques et pendant le stockage de ces objets entre les étapes de traitement Des supports représentatifs de ce type sont
décrits et illustrés dans les brevets des Etats-Unis d'Améri-
que N 3 961 877, N 4 557 382, N 4 815 601, N 4 930 634 et N 4 949 848 La plupart de ces supports sont moulés en diverses matières plastiques, mais quelques-uns sont usinés ou fabriqués en des métaux tels que l'aluminium et l'acier, et en quartz et en matières plastiques non moulables telles
que du polytétrafluoréthylène (PTFE) Des matières ther-
moplastiques moulables utilisées dans de tels supports comprennent les perfluoralkoxy (Teflon PFA), copolymère
tétrafluoréthylène-perfluoropropylène (Teflon FEP), poly-
propylène, polyéthylène à haute densité, polycarbonates,
polyétheréthercétone (PEEK), polyéthersulfone (PES), poly-
aryléthercétone (PAEK), acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) et autres ("Teflon" est une marque commerciale enregistrée
de Du Pont).
Les supports réalisés dans certaines de ces matières plastiques, et d'autres tels que du polypropylène et
du polyéthylène à haute densité, ne peuvent être utilisés que30 pour le stockage de tranches entre des étapes de traitement.
D'autres, tels que ceux réalisés en polymères fluorés, portent les tranches pendant leur traitement du fait de leur aptitude à supporter les effets détériorants de réactifs et d'une grande partie des températures plus élevées utilisées
dans le traitement.
Toutes ces matières de support ont des possi-
bilités limitées dans les conditions sévères auxquelles elles sont exposées Les matières du type fluoropolymère, PFA, FEP et PTFE, sont les seules matières courantes qui résistent aux produits chimiques de traitement des tranches, mais elles absorbent de petites quantités de produits chimiques et transmettent ces produits chimiques qui sont soumis à une perméation lors d'étapes de traitement suivantes, entraînant une contamination des tranches, et qui produisent des dégagements gazeux se déposant sur les tranches De la chaleur dépassant 180 'C amène de tels fluoropolymères à perdre leur résistance structurale, leur rigidité et leur stabilité dimensionnelle, ce qui pose des difficultés dans la manipulation par robot de tels supports chauffés et chargés de tranches Toutes les autres matières moulables sont moins résistantes aux produits chimiques et un grand nombre d'entre
elles ont des températures nominales d'utilisation infé-
rieures à celles des PFA On a tenté de rigidifier des supports en PFA à l'aide d'éléments rigides rapportés dans la matière plastique, mais ceux-ci n'ont pas donné entièrement satisfaction (voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 872 554) Il est souhaitable d'exposer des tranches à des températures de 200 'C à 300 'C lors de certaines étapes de traitement chimique, et à des températures de 250 'C à 3000 C
lors d'étapes de traitement mettant en jeu une photoréserve.
Des supports en Teflon, bien que très glissants, font passer sur les tranches, pendant le traitement, des particules enlevées par abrasion et qui se détachent pendant que les tranches sont chargées dans les supports et en sont
déchargées Des charges statiques sont aisément et commu-
nément générées dans de tels supports, ce qui a pour effet d'attirer des particules aléatoires en suspension dans l'air
et d'autres contaminants, provoquant de nouveau une conta-
mination des tranches Bien que du carbone soit parfois ajouté à la matière plastique pour dissiper les charges statiques, l'addition de carbone accroît l'absorption chimique et la génération de particules, et peut aboutir à
une contamination accrue des tranches.
On a utilisé des supports en quartz en par-
ticulier pour des processus à haute température, tels qu'une cuisson dans les plages générales de 800 'C à 1700 'C ou plus, mais ces supports en quartz sont beaucoup plus coûteux que les supports moulés en matière plastique et ils risquent
beaucoup plus d'endommager les tranches.
Des supports formés d'autres matières peuvent avoir certaines caractéristiques supérieures à celles du PFA,
mais leur utilisation exige que les tranches soient trans-
férées périodiquement d'un support à un autre, ce qui provoque la génération de particules et ajoute des étapes de
traitement supplémentaires.
Lorsque l'on se réfère ici à une tranche, on entend englober de façon spécifique tous objets analogues à des disques, indiqués dans le premier paragraphe, et des
objets similaires nécessitant un traitement chimique.
L'invention a pour objectif de procurer un support nouveau et perfectionné pour une ou plusieurs de ces tranches durant le traitement, le stockage et le transport, le support étant destiné à minimiser la contamination des tranches. Une particularité de l'invention porte sur un
support de tranches revêtu de diamant.
Une autre particularité de l'invention porte sur une embase de support qui est mise en forme pour toutes les caractéristiques fonctionnelles souhaitées de maintien d'une30 ou plusieurs tranches, en particulier la position, et permettant une manipulation manuelle ou robotique facile et
aisée du support, et un chargement et un déchargement faciles et aisés des tranches, et ayant une pellicule ou un revête- ment de diamant enveloppant l'embase entière du support.
Une autre particularité de l'invention réside dans une embase de support réalisée en une matière qui est dimensionnellement stable de façon à conserver sa forme et ses dimensions dans des conditions de température variable rencontrées dans le traitement de tranches, et un revêtement de diamant enveloppant l'embase du support L'embase du support peut habituellement être moulée dans l'une des matières thermoplastiques telles que PEEK, PAEK, PEKK et PEK, ou un métal, à savoir de l'acier ou des alliages de celui-ci, ou d'autres métaux dimensionnellement stables ou des matières thermodurcissables telles que des époxy ou des polyimides, ou des matières ayant une matrice de céramique, telles que du quartz Autrement, si des matières moins coûteuses sont
souhaitées, l'embase du support peut être moulée en poly-
carbonate, en polypropylène, en polyéthylène, en ABS, etc. Dans certains cas, l'embase du support peut être
fabriquée en plus d'une matière dans une matière composite.
Par exemple, l'embase du support peut comprendre une matière moulée telle que décrite ci-dessus, entourant et enveloppant un noyau très stable L'embase composite du support peut ensuite être revêtue ou enveloppée avec la pellicule de diamant. La matière de l'embase du support peut également comprendre des fibres telles que des fibres de carbone, ce qui réduit le coefficient de dilatation et procure une plus
grande raideur à des températures plus élevées.
Un tel support de tranches revêtu de diamant présente de nombreux avantages Surtout, le revêtement rend le support chimiquement inerte et imperméable afin d'empêcher des produits chimiques et des gaz d'attaquer l'embase du support et d'empêcher les produits chimiques et les gaz d'être absorbés dans l'embase du support Le revêtement de diamant n'absorbe pas ces produits chimiques et ces gaz Par conséquent, on minimise de façon absolue, ensuite, la perméation et le dégazage de produits chimiques à partir du
support revêtu jusque sur les tranches en cours de traite-
ment Le revêtement n'est pratiquement pas affecté par les produits chimiques agressifs utilisés dans le traitement des tranches Le revêtement de diamant sur le support dissipe aussi l'électricité statique et, par conséquent, le support revêtu n'attire pas des particules en suspension dans l'air ni d'autres particules De plus, le revêtement de diamant est
dimensionnellement stable sous une large gamme de tempéra-
tures de travail auxquelles le support est exposé pendant le traitement des tranches En raison du caractère glissant naturel du revêtement de diamant, la génération de particules contaminantes à partir de ce revêtement est empêchée ou minimisée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un
support de tranches typique de ceux utilisés pour le traite-
ment de tranches de silicium; la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle, à échelle très agrandie, d'un détail du support de tranches similaire au support de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation, avec arrachement partiel et coupe partielle, d'un support utilisé dans le transport de tranches ou de substrats; la figure 4 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un conteneur ou support fermé, analogue à une boîte, pour le transport de tranches et de substrats; la figure 5 est une vue en perspective d'un support destiné principalement à des visuels à panneau plat qui peuvent être extrêmement grands, mais qui sont traités à l'aide d'un support; la figure 6 est une vue en perspective d'un emballage d'une tranche individuelle ou d'un support pour une seule tranche; et la figure 7 est une vue en perspective d'une
autre forme de réalisation du support de tranches.
Tous les supports de tranches des figures 1 et 3 à 7 sont configurés et agencés pour porter des tranches, telles que les tranches W sur la figure 1, ou d'autres substrats de diverses sortes, qui doivent être soumis à des traitements chimiques pendant le processus amenant les tranches dans leur forme ultime finale, le terme tranches
s'appliquant à tous ces substrats.
Le support 10 de tranches de la figure 1 est un support relativement classique dans lequel des tranches W sont maintenues pendant leur traitement utilisant des techniques de projection dans la plupart des cas Les parois latérales 11 du support comportent de nombreuses nervures ou "dents" 12 espacées les unes des autres pour recevoir entre elles les bords des tranches Les espaces entre les nervures 12 débouchent dans des fentes 13 de façon à permettre un mouvement rapide des liquides et des gaz à travers le support pour le traitement de tranches et pour le nettoyage du support 10 en même temps que les tranches à la fin des
diverses étapes du cycle de traitement.
Sur la figure 3, un support de tranches, égale- ment connu sous le nom de conteneur d'expédition de disque, est indiqué de façon générale par la référence numérique 20 et est pourvu d'un capot inférieur 21 appliqué sur le fond ouvert du support et d'un capot supérieur 22 appliqué sur le dessus du support et descendant au-dessus des extrémités ouvertes du support Le support 20 comporte des nervures ou entretoises 23 destinées à recevoir entre elles les tranches et à les maintenir espacées les unes des autres pendant
qu'elles sont dans le support Ce support 20 est parti-
culièrement adapté au transport des tranches, et les parois latérales 24 ne présentent pas les fentes ouvertes comme
illustré sur la figure 1.
Un autre type de dispositif de support de tranches est illustré sur la figure 4 et, dans ce cas, le support 30 est une boite ou un conteneur en deux parties ayant une partie de base 31 et une partie de couvercle 32 qui comportent toutes deux des nervures intérieures 33, 34 pour empêcher les tranches de se déplacer à l'intérieur du conteneur Dans ce dispositif particulier, des doigts élastiques 34 d'amortissement peuvent être utilisés, lesquels portent contre les tranches individuelles et tendent à en
minimiser leur mouvement.
Le support 40 de la figure 5 est un dispositif
fabriqué constitué de sections multiples de pièces moulées.
Les deux parois extrêmes 41, 42 sont moulées individuel-
lement, et les segments de parois latérales 43 sont moulés séparément et assemblés et fixés sur les parois extrêmes 41, 42. Le support 40 est bien adapté pour porter des visuels à panneaux plats utilisant du verre en tant que substrat ou d'autres matières, dans lesquels les panneaux
retenus et traités peuvent être espacés de 30,5 à 35,5 cm.
Comme précédemment, les panneaux sont maintenus dans des fentes formées entre des nervures espacées dans les parois
latérales, comme illustré.
Le dispositif de la figure 6 est un support de tranches indiqué de façon générale par la référence numérique ', bien adapté pour porter une seule tranche ronde W du type illustré sur la figure 1 Le support 50 ' de tranches comporte un conteneur de base moulé 51 ' et un couvercle 52 ' articulé en 53 ' sur le conteneur de base 51 ' Le support 50 ' comporte des accessoires à l'intérieur pour supporter la tranche qu'il contient et pour en minimiser le mouvement à
l'intérieur du conteneur fermé.
Le support de la figure 7 est indiqué de façon générale par la référence numérique 50 et est similaire au support de la figure 7 du brevet N O 4 872 554 précité Le support 50 comprend des parois extrêmes moulées 51, 52
reliées à des barres moulées cylindriques espacées 53, 54.
Les barres 53 forment des parois latérales 55 du support, et les barres 54 supportent les tranches et peuvent être considérées comme étant des parties des parois latérales 55. Les barres 53, 54 peuvent renfermer des tiges ou éléments
rapportés rigides 56 de renfort formés en quartz, en cérami-
que, en verre ou en une autre matière stable à la température et complètement enrobée dans les barres 53, 54; dans certains cas, les parois extrêmes 51, 52 peuvent également comporter des éléments rapportés 57 de raidissement en des matières similaires à celles des éléments rapportés 56 et
totalement encastrés dans les parois extrêmes.
Les barres 53, 54 comportent aussi des dents 58 d'écartement qui maintiennent les tranches espacées les unes
des autres.
Le support 50 est bien adapté à recevoir le revêtement de diamant du fait de la construction ouverte de ce support Les parois latérales 55 présentent de larges ouvertures 59 entre les barres 53, 54, associées au-dessus ouvert 50 1, au-dessous ouvert 50 2 et aux zones ouvertes 50.3, 50 4 dans les parois extrêmes, qui, toutes, contribuent à permettre une application aisée et facile du revêtement de diamant. La figure 2 représente une coupe d'un détail de l'un quelconque de ces conteneurs ou supports, et la figure 2 montre aussi une partie d'un support 60 ayant une base 61 de support qui, dans la plupart des cas, est moulée et recouverte d'un revêtement ou d'une gaine 62 de matière analogue à du diamant La partie du support 60 illustrée sur la figure 2 représente en fait des parties des nervures 63 des parois latérales du support pour maintenir les tranches W séparées les unes des autres, et les espaces 64 entre les
nervures constituent les zones o les tranches sont main-
tenues et les fentes 65 facilitent le mouvement des fluides
de traitement arrivant sur les tranches en cours de traite-
ment et s'en éloignant L'embase 61 du support est moulée ou formée de l'une des matières mentionnée précédemment, et elle peut comprendre, optionnellement, des fibres 16 de carbone sous forme de fragments discrets d'une autre matière noyée
dans cette base.
Tous les dispositifs conteneurs ou supports de tranches 10, 20, 30, 40 et 50 des dessins illustrent des supports ou conteneurs qui portent le revêtement 62 analogue
à du diamant.
On notera que l'embase 61 du support établit la dimension et la forme exactes que le support dans son ensemble doit avoir Dans la forme préférée, l'embase 61 du support est réalisée en une matière thermoplastique de la famille des éthercétones, c'est-à-dire PEEK, PAEK, PEKK et PEK.
D'autres matières peuvent également être utili-
sées dans l'embase 61 du support et peuvent comprendre des matières telles que de l'acier et des alliages de celui-ci, ou d'autres métaux de dimensions plus stables, ou bien des matières moins coûteuses telles qu'un polycarbonate, un polypropylène, un polyéthylène, un ABS, etc. La matière du revêtement analogue à du diamant peut être décrite autrement comme étant du diamant, du diamant polycristallin, du carbone sous forme de diamant, du diamant amorphe, du carbone sous forme de diamant hydrogéné,
du diamant hétéro-épitaxial monocristallin Dans ce revête-
ment analogue à du diamant, la plus grande partie des atomes de carbone sont à liaison en losange, ce qui donne un revêtement dur, pratiquement parfait, chimiquement résistant, qui possède un faible coefficient de frottement et qui est pratiquement imperméable aux réactifs liquides et gazeux Le revêtement 62 est appliqué par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), bien que les procédés d'application du revêtement
puissent varier légèrement.
De préférence, le processus de dépôt chimique en phase vapeur pour appliquer le revêtement de diamant utilise
une technique à faisceau ionique La source d'ions, avanta-
geusement une source d'ions d'un diamètre de 30 cm avec ses grilles d'extraction masquées à 10 cm de diamètre, est utilisée pour déposer directement le film de carbone sous forme de diamant La source d'ions utilise de l'argon gazeux dans la cathode creuse placée dans la chambre de décharge
principale ainsi que dans le neutraliseur Après établis-
sement d'une décharge entre la cathode et l'anode, du méthane (CH 4) est introduit par l'intermédiaire d'un distributeur dans la chambre de décharge Pour ce dépôt, le rapport molaire du méthane à l'argon est de 0,28 Il est apparu que ce rapport est idéal pour produire des films ou pellicules sous un jeu de conditions Dans ces processus, l'énergie totale du faisceau ionique est la somme de la tension de décharge et de la tension de grille-écran et elle est d'environ 16 a J Des densités habituelles de courant dans ces
conditions sont de 1 m A/cm 2 à une distance de 2,5 cm axiale-
ment en aval des grilles Les pellicules sont déposées dans
ces conditions et accumulées comme demandé.
Une technique légèrement différente, qui a été proportionnée pour revêtir de grandes surfaces, est un processus CVD assisté par filament chaud dans lequel le gaz d'alimentation est activé thermiquement par un filament métallique réfractaire chauffé à une température de 1800 à 2300 'C D'autres procédés utilisent des gaz d'alimentation activés par plasma (PACVD), et, respectivement, le processus CVD de base a été étendu à des décharges sous haute pression afin d'accroître les vitesses de croissance de la pellicule
de diamant.
Initialement, le processus CVD submerge le méthane et l'hydrogène gazeux de micro-ondes jusqu'à ce qu'un plasma soit obtenu à 1100 'C Le carbone provenant du méthane est déposé sur un substrat, tandis que l'hydrogène empêche le il
carbone de revenir de la forme diamant à la forme graphite.
Dans certains cas, on peut abaisser à 250 'C les températures dans la chambre de réaction en utilisant des carbures halogénés tels que du tétrafluorure de carbone à la place de charges hydrocarbonées telles que du méthane Le faisceau
ionique, plus récent, a été substitué aux décharges de micro-
ondes et, en outre, des torches à plasma, des filaments
chauds et même des torches de soudage à arc ont été substi-
tués aux décharges de micro-ondes.
Le support résultant, revêtu de diamant, présente
de nombreux avantages Le revêtement de diamant est chimi-
quement résistant à des produits chimiques utilisés dans l'industrie des semiconducteurs lors du traitement de tranches et il est d'une haute pureté Le revêtement n'est pas attaqué, dégradé ou dissous par des produits chimiques que l'on trouve dans l'industrie des semiconducteurs Le revêtement est réalisé en carbone ou en carbone et hydrogène et il ne libère pas dans l'environnement de traitement des
tranches, par lixiviation ou dégazage, des contaminants.
Le revêtement de diamant recouvrant les supports de base n'est pas perméable Etant donné que le revêtement est essentiellement imperméable, il n'absorbe pas les produits chimiques et il ne pose pas de problème de report des produits chimiques Etant donné que le revêtement n'est pas perméable, il protège toute embase de support contre une attaque chimique Etant donné que le revêtement de diamant n'est pas perméable, il empêche des substances organiques de s'échapper par dégazage de l'embase du support pour passer
dans l'environnement de traitement des tranches.
En outre, le revêtement de diamant est dimen-
sionnellement stable à des températures élevées et à des températures basses Le revêtement est stable jusqu'à 400 'C, ce qui permet à l'embase du support, réalisée en une matière dimensionnellement stable, telle que PEEK, PAEK, PEKK et PEK, ou même en un métal, d'être utilisée Le support présente alors une bonne intégrité structurale entre des températures inférieures à la température ambiante et 400 C si la matière appropriée est utilisée pour l'embase 61 du support Comme indiqué précédemment, ces plages de températures peuvent être utilisées dans le traitement de tranches, soit dans les étapes chimiques, soit dans les étapes de traitement avec une photoréserve. Les matières moins coûteuses, telles qu'un polycarbonate, un polypropylène, un polyéthylène, un ABS, etc peuvent évidemment être également utilisées pour l'embase intérieure 61 du support si l'on souhaite un support
moins coûteux, utilisé à des températures plus basses.
Le revêtement 62 de l'embase 61 de support peut avoir une épaisseur qui est habituellement comprise entre
+ 0,05 et 1,5 gm.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au support de tranches décrit et
représenté sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (11)
1 Support de tranches, caractérisé en ce qu'il comporte une partie à embase ( 61) du support enveloppée dans
une partie ( 62) à revêtement de diamant.
2 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à revêtement de diamant
adhère à la partie à embase.
3 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à revêtement est appliquée
par dépôt chimique en phase vapeur.
4 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à embase du support est formée d'une matière différente de la partie à revêtement de diamant. 5 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à embase du support est formée d'une matière ayant une stabilité dimensionnelle dans la gamme des plages de températures auxquelles la partie de
support est exposée pendant le traitement de telles tranches.
6 Support de tranches selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie à embase du support est
formée d'une matière pour haute température ayant un coeffi-
cient minimal de dilatation dans les plages de températures auxquelles la partie de support est exposée pendant le
traitement de ces tranches.
7 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à embase du support est formée d'une matière thermoplastique de la famille des éthercétones. 8 Support de tranches selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie à embase du support est
formée d'une matière choisie dans un groupe de matières comprenant les polyétheréthercétone, polyaryléthercétone, polyéthercétonecétone et polyéthercétone.
9 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à embase du support est
formée d'une matière thermodurcissable.
Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à embase du support est formée d'une matière choisie dans un groupe comprenant de l'acier, un polycarbonate, du PES, du polypropylène, du
polyéthylène et de l'ABS.
11 Support de tranches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à revêtement de diamant comprend une matière de revêtement choisie dans un groupe de matières comprenant du diamant, du diamant polycristallin, du carbone sous forme de diamant, du diamant amorphe, du carbone sous forme de diamant hydrogéné, du diamant hétéro-épitaxial
monocristallin.
12 Support de tranches selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie à embase du support comprend
plus d'une matière.
13 Support de tranches selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie à embase du support comprend une matrice d'une matière et des fragments discrets
d'une autre matière noyés dans cette matrice.
14 Support de tranches selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie à embase du support comprend une partie rapportée en une matière et confinée à
l'intérieur d'une partie de gainage en une autre matière.
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