WO2011073348A1 - Procede et dispositif de pilotage de fabrication de semi-conducteurs par mesure de contamination - Google Patents

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WO2011073348A1
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storage
transport
box
decontamination
transport box
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PCT/EP2010/069973
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Arnaud Favre
Julien Bounouar
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Alcatel Lucent
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to methods and devices implemented for the fabrication of semiconductors or electromechanical microsystems (MEMS) in semiconductor manufacturing plants.
  • the invention relates to means for increasing the efficiency of semiconductor manufacturing plants.
  • substrates such as semiconductor wafers (wafers) and / or masks are processed in process chambers, which perform various steps such as deposition steps, engraving steps. Between each step, the substrates are moved between different devices.
  • the large number of processing steps (of the order of 400) involves constraints of linking between the processing equipment.
  • the substrates are transferred between the equipment.
  • the waiting times between the equipment can be long, typically a few hours, it is necessary to store the substrates.
  • a plurality of substrate processing equipment, substrate storage means, substrate transport means, and a manufacturing control system (MES) in relation to one another are provided. functional with the substrate processing equipment, with the substrate storage means and with the substrate transport means.
  • MES manufacturing control system
  • the manufacturing control system is thus adapted to control the equipment for processing substrates, in order to perform satisfactory processing steps.
  • the manufacturing control system also instructs the substrates to exit the storage means, and drives the substrate transport means to bring the substrates to the next process equipment in the order of the process steps.
  • semiconductor manufacturing plants manage a fixed maximum time between certain stages to avoid the problems associated with these waiting times. These durations are determined empirically, considering the minimum possible time in relation to the number of equipment available for the next step, and the maximum time beyond which there may be pollution problems due to storage.
  • the maximum storage time of the substrates depends on a large number of factors: it depends on the final product to be manufactured by the factory, knowing that a factory usually manufactures more than a dozen different products that must pass in the same process equipment with different sequences and stages; it depends on the number of substrates to be treated and the number of substrates present in the treated batches; it depends on the batch history of substrates.
  • the problem proposed by the present invention is thus to further increase the efficiency and flexibility of semiconductor manufacturing plants.
  • the idea underlying the invention is that the yield reductions observed are mainly the result of pollution problems occurring during the transition phases between the treatment equipment. These pollution problems are related to the gases surrounding the batches of substrates, these gases reacting and creating defects on the substrates. These defects are both proportional to the concentration of the gases present and to the contact time.
  • a dose can be defined as the concentration of a gas multiplied by time. From a certain dose, it is considered that problems will appear on the substrates.
  • the substrate batches are contained in minienvironments, consisting of storage and transport boxes such as standardized front-opening transport enclosures (FOUPs), standardized bottom-opening storage and transport enclosures (SMI F). ).
  • FOUPs front-opening transport enclosures
  • SI F bottom-opening storage and transport enclosures
  • the present invention is concerned with airborne molecular contamination (AMC) resulting from the presence of reactive gases in the indoor atmosphere of the storage and transport boxes.
  • AMC airborne molecular contamination
  • This air-borne molecular contamination is a generic designation for molecules that may react with the surface of semiconductor wafers. These chemical reactions can render unusable a semiconductor wafer. In some cases, these molecules appear in the form of salts or metal particles but are first of all gaseous substances.
  • acids for example, acids, bases, condensable elements, doping elements.
  • the storage and transport boxes are generally made of materials such as polycarbonate, which can in some cases concentrate contaminants and in particular organic, basic, amino, acid and dopant contaminants, which may result from the manufacture of storage boxes and themselves and / or their use.
  • the storage and transport boxes are manipulated, which leads to the formation of polluting particles which lodge in the walls of storage and transport boxes, and which contaminate them .
  • the particles stuck on the walls of the storage and transport boxes can then peel off, fall back on the substrates contained in these boxes and damage them.
  • the contamination of the substrates contained in a storage and transport box increases both as a function of the quantity of contaminants present inside the box, and as a function of the duration of exposure of the substrates to the indoor atmosphere of the storage and transport box.
  • This washing step which lasts from 5 to 7 minutes, is followed by a much longer drying step (between 5 hours and 8 hours) comprising for example a step in which the transport chambers are heated by convection of air heated by infrared and centrifuged, followed by a step in which the transport chambers are placed in the open air. Despite drying, there may still be water residues hanging on the walls of the storage and transport boxes.
  • the idea is to manage the constraints of sequencing successive displacements of storage boxes and transport batches of substrates, by carrying out a dynamic management taking as a basis the measurement of the dose of a critical gas in the storage and transport boxes.
  • the decision on the path of the batch of substrates contained in the storage and transport box, and the decision on the delay between the successive stages of treatment of the substrates, are taken dynamically from this information.
  • the invention provides a device for handling substrates in a semiconductor manufacturing plant having substrate processing equipment, substrate storage means, substrate transport means, and a manufacturing control system (MES) in functional relation with the substrate processing equipment, with the substrate storage means, and with the substrate transport means.
  • the device further comprises:
  • each of the boxes being able to contain a batch of substrates, which is transported by the transport means and stored in the storage means,
  • At least one device for analyzing the gases forming the interior atmosphere of a box for storing and transporting substrates which produces analysis signals representative of the quantity of critical gas likely to generate molecular contamination, which is present in the storage and transport box,
  • control device which controls the transport means and the storage means, the control device comprising instructions for detecting a need for molecular decontamination as a function of the analysis signals emitted by the gas analysis device.
  • the invention provides a method for handling substrates in a semiconductor manufacturing plant, comprising the steps of:
  • the analysis carried out is both a qualitative analysis of at least one of the gas species present in the storage and transport box, and a quantitative analysis of this gaseous species.
  • the program recorded in the control device may contain:
  • the program recorded in the control device furthermore contains an algorithm for simulating the foreseeable evolution of the contamination inside the storage and transport box of substrates as a function of the analysis signals
  • the instructions for controlling the means of transport and the storage means act according to the result of the simulation.
  • the device therefore acts actively on the choice of storage boxes and transport of substrates whose content will be processed.
  • the device also comprises at least one closed internal vacuum decontamination station for the internal decontamination of at least one transport and storage box,
  • the program recorded in the control device also contains instructions for detecting a need for internal decontamination of the storage and transport box and for controlling the means of transport and the internal decontamination means in order to ensure the internal decontamination of the storage box and transport.
  • the term internal vacuum decontamination station in the closed state a decontamination station, for example as described in WO-2007/135347.
  • a closed storage and transport box, with or without substrates, is placed inside the decontamination station and the gas contained in the station is pumped.
  • the storage and transport box usually comprising a leak, the gases contained in the storage and transport box are simultaneously pumped, thus ensuring the total or partial removal of contaminants.
  • the program recorded in the control device may contain instructions for controlling the analysis of gases contained in a storage box and transport output of a substrate processing equipment, for conveying the storage box and of transport to the storage means if the level of a critical gas such as HF measured by the gas analysis device is less than a first predetermined threshold, and for conveying the storage and transport box to an internal decontamination station under vacuum if the measured level of the critical gas is greater than said first predetermined threshold.
  • a critical gas such as HF measured by the gas analysis device
  • the device further comprises at least one open vacuum and hot decontamination station for the open decontamination of at least one empty transport and storage box,
  • the program recorded in the control device further contains instructions for detecting a need for open decontamination under vacuum and hot conditions and for controlling the means of transport and the means of open decontamination to ensure open and empty decontamination of the storage and transport box, or to ensure its quarantine.
  • open decontamination station under hot vacuum a decontamination station, for example as described in WO-2009/021 941.
  • An empty storage and transport box, empty of substrates, is placed inside the decontamination station. After washing and drying steps, the can surfaces are subjected to the combined action of subatmospheric gas pressure and infrared radiation.
  • the program recorded in the control device may contain instructions for controlling the gas analysis in the empty storage and transport box and closed after a waiting period after cleaning, for conveying the empty storage and transport box in a vacuum open and hot desorption decontamination station for a period of less than 5 hours, preferably between 2 and 5 hours, if the measured level of a critical gas in the storage and transport box is between a second predetermined threshold and a third predetermined threshold, and for conveying the storage and transport box in the open decontamination station under vacuum and hot desorption for a period greater than 10 hours, preferably between 10 and 20 hours, if the measured level of critical gas is greater than the third predetermined threshold.
  • the storage and transport box can be decontaminated under vacuum and hot in the open state for a period of less than 5 hours, preferably between 2 and 5 hours, if the level measured a critical gas in the indoor atmosphere of the empty and closed storage and transport box, after a waiting time greater than 2 hours, is between a second predetermined threshold and a third predetermined threshold, and during a duration greater than 10 hours, preferably between 10 and 20 hours, if said measured level of the critical gas is greater than the third predetermined threshold.
  • a learning step can be provided to determine the allowable limits for the amount of critical gas beyond which defects may appear on the product manufactured by the process.
  • FIG. 1 is a schematic functional view of a semiconductor manufacturing unit according to a particular embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating decision-making on the movement of a storage and transport box between two steps of a method, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the decision-making on the displacement of an empty storage and transport box as a function of the decontamination needs after washing, and
  • FIG. 4 illustrates a storage means provided with a contamination measuring device and a transfer robot, according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 The semiconductor manufacturing unit 1 further comprises substrate storage means 3, substrate transport means 4, and a manufacturing control system MES which is in operative relation with the substrate processing equipment 2a. -2f, with the substrate storage means 3 and with the substrate transport means 4.
  • the semiconductor manufacturing unit 1 further comprises a gas analysis device. 5, an internal vacuum decontamination station 6, and a vacuum and hot open decontamination station 7.
  • the manufacturing control system MES comprises a control device 8 with processor and recorded program, able to control the transport means 4 and the storage means 3 as a function of the signals it receives from the gas analysis device 5.
  • waste device 9 in which can be directed storage boxes and transport declared unfit for use by the gas analysis device.
  • Figure 1 is a purely schematic illustration of a semiconductor manufacturing plant 1.
  • the number of processing equipment 2a-2f can be very different from six depending on the capacity of the plant.
  • the substrate storage means 3 may be centralized, as illustrated in FIG. Alternatively or in addition, they can be divided into several storage areas.
  • the gas analysis means 5 may be in greater numbers, for example distributed at the output of certain substrate processing equipment 2a 2f, integrated in one or more substrate storage means 3, coupled to one or more radio stations. decontamination 6 or 7.
  • the substrates to be treated are distributed in batches each contained in a storage and transport box 10a-10e.
  • the storage and transport boxes 10a-10e contain an interior atmosphere and optionally one or more substrates such as semiconductor wafers.
  • the storage and transport boxes 10a-10e each define a confined space which is separated from the environment of use and transport of the substrates by a peripheral wall provided with a door opening opening closed by a door.
  • the standardized speakers for transporting and storing FOUP ("Front Opening Unified Pod”) type front opening substrates, or opening with the SMIF (Standard Mecanical Interface Pod) bottom type are standardized speakers. transport and storage of photomasks RSP type ("Retical Smif Pod”), substrate transport enclosures for the solar industry.
  • FOUP Front Opening Unified Pod
  • SMIF Standard Mecanical Interface Pod
  • these storage and transport enclosures contain an indoor atmosphere at atmospheric pressure, and are intended to remain in atmospheric pressure of the atmosphere present in the semiconductor manufacturing plant 1.
  • These 10a-10e storage and transport enclosures are made of materials such as polycarbonate, which can in some cases concentrate organic, basic, amino, acidic and dopant contaminants (AMC), which may result from the manufacture of storage enclosures and transport and / or their use.
  • AMC organic, basic, amino, acidic and dopant contaminants
  • the substrates undergo a large number of processing steps that are performed in the substrate processing equipment 2a-2f.
  • a single substrate processing equipment can not perform all operations. It is therefore necessary to periodically transport batches of substrates from one substrate processing equipment to another.
  • the substrate transport means 4 make it possible to transport the storage and substrate transport boxes 10a-10e inside the semiconductor manufacturing plant 1.
  • These substrate transport means 4 may for example comprise a plurality of shuttles 4a for transporting a plurality of storage and transport boxes such as the box 10b, and a transport system 4b defining travel paths for moving the shuttles 4a to inside the semiconductor manufacturing plant 1.
  • the substrate storage means 3 are able to store a plurality of storage and transport boxes for substrates such as the box 10a, and include storage areas and interior means for handling boxes between the storage areas and input-output areas.
  • Figure 4 schematically illustrates such substrate storage means 3, with storage shelves such as shelf 3a, and with a transfer robot 3b to an input-output area 3c.
  • the gas analysis device 5, illustrated in FIG. 1, may for example, in the case of storage and transport boxes of the FOUP type, be a device as described in the document EP-1 703 547.
  • the interior atmosphere of the storage and transport box 10c is placed in communication with an IMS ("Ion Mobility Spectrometer") or IAMS ("Ion") type gas analysis cell. Attachment Mass Spectrometer ").
  • IMS Ion Mobility Spectrometer
  • IAMS Ion
  • Attachment Mass Spectrometer " a gaseous sample from the inner atmosphere of the storage and transport box is introduced into the reactive part of a tube, where the molecules undergo ionization, for example by electron bombardment.
  • the ions resulting from the cracking of the molecules are injected into a region where the movement of the ions occurs for the analysis of their mobility. Mobility is determined by the speed reached by the positive and negative ions in an electric field.
  • the ions produced are attracted by an electrode that generates an electric current. This electric current is then processed to obtain the concentration of the gases (in ppbv).
  • the device illustrated schematically comprises two types of decontamination stations 6 and 7.
  • the first type of decontamination station 6 is an internal vacuum decontamination station in the closed state for the internal decontamination of at least one storage and transport box 10d that may or may not contain a batch of substrates.
  • the internal decontamination station 6 comprises a sealed chamber with gas introduction means and gas pumping means.
  • the closed storage and transport box 10c is placed inside the sealed chamber, and the gas contained in the sealed chamber is pumped.
  • the pump simultaneously ensures the suction of the gases contained in the storage and transport box 10c, ensuring total evacuation or partial of the contaminants carried by the gas in the inner atmosphere of the box.
  • the internal decontamination station 6 may itself comprise means for analyzing the pumped gases, in particular to make it possible to know the origin of a contamination and to monitor the quality of the storage and transport box 10c.
  • the decontamination step in the internal decontamination station 6 can be automated, triggered by the reading of signals from the gas analysis device 5 into which the storage and transport box 10d has previously been introduced.
  • the second type of decontamination station 7 is a hot vacuum open decontamination station, suitable for decontaminating an open storage and transport box 10e without lots of substrates.
  • a station as described in the document WO-2009/021941.
  • the 10th storage and transport boxes are decontaminated after being washed with a liquid such as deionized water.
  • This washing step which lasts from 5 to 7 minutes, is followed by a drying step.
  • the surfaces of the box are subjected to the combined action of a subatmospheric gas pressure and infrared radiation, the storage and transport box 10e being open. This eliminates, at least in large part, the contaminants present on the surface or even in the mass of the storage box and transport 10e.
  • the decision on the routing of a storage and transport box and the batch of substrates it contains is taken dynamically according to the measurement of the critical gas dose present in the storage box. and transport.
  • This decision making is carried out in principle at each stage of treatment of the manufacturing process, that is to say between steps n and n + 1.
  • Figure 2 illustrates such decision making, in an embodiment according to the present invention. Decision making may be used at each transition between two successive stages, or during certain transitions only between successive stages.
  • the substrate transport means 4 (FIG. 1) introduce it into a gas analysis device 5.
  • the gas analysis device 5 produces the analysis of the critical gases, that is to say say gases liable to generate contaminations of the substrates contained in the storage and transport box, and compares the results of the analysis with predetermined limits of concentration of critical gases.
  • the substrate transport means 4 is instructed to transport the storage and transport box into 3.
  • the transport means 4 take the storage and transport box in the atmospheric storage means 3, and bring it to the substrate processing equipment suitable for carrying out the step n + 1 (101).
  • the substrate transport means bring the storage box and transport in a station of internal vacuum decontamination 6.
  • the internal vacuum decontamination station 6 itself is equipped with a means of control by measurement of critical gas, it can directly send the storage and transport box in the means 3. In the absence of this, the internal vacuum decontamination station 6 can return the storage and transport box to the gas analysis device 5, for controlling the effectiveness of the decontamination.
  • the substrate transport means 4 is instructed to send the storage and transport box either to the means of transport.
  • atmospheric storage 3 for use in the production cycle after introduction of a batch of substrate, either in a waste zone 9 or to a hot open decontamination station 7. For example, it involves controlling an empty FOUP storage and transport box after cleaning.
  • the average level of acid in a clean room is less than 0.5 ppbv. It has been noted that the average level of acid contained in an empty FOU P storage and transport box, i.e. devoid of lots of substrates, is higher, for example by about 1 ppbv. The difference is due to acid degassing by the material of the box.
  • the acidity of the indoor atmosphere of the storage and transport box is measured.
  • a second threshold lim 2 for example of the order of 3 ppbv, it is decided that this level is satisfactory, and the box reintegrates the production flow.
  • the box is sent to the open decontamination station 7 for desorption for a period of less than 5 hours, for example about 4 hours.
  • the box is sent to the open decontamination station 7a for desorption for a period greater than 10 hours, for example of the order of 15 hours.
  • the box can be sent to the waste zone 9.
  • the measurement should not be carried out immediately after cleaning, because the box has just been closed and therefore contains mainly the air of the clean room. It is necessary to wait at least 2 hours.
  • the storage and transport box may be filled with a batch of substrates and returned to the gas analysis device 5, to decide on the return to the atmospheric storage means 3 or to the internal decontamination station 6.
  • MES manufacturing
  • control and manufacturing system is functionally connected to the substrate processing equipment 2a-2f, but also to the substrate storage means 3, to the substrate transport means 4, to the substrate analysis device. gas 5, as well as the decontamination stations 6 and 7.
  • the program stored in the controller 8 contains instructions for generating and scanning the analysis signals from the one or more gas analyzing devices 5, instructions for making a comparison between the analysis signals and threshold values. such as lim 1, lim 2 and lim 3 prerecorded, and instructions for controlling the means of transport 4 and the storage means 3 according to the result of this comparison.
  • the program recorded in the control device 8 contains an algorithm that simulates the foreseeable evolution of the pollution inside. of the storage and transport box of substrates according to the analysis signals. This simulation may involve the chemical reaction capabilities of the contaminating gases, the presence of possible multiple contaminants, the nature of the substrates present in the storage and transport box.
  • the thresholds lim 2 and lim 3 it is advantageous to proceed by statistical analysis.
  • a population of empty storage and transport boxes present in the semiconductor manufacturing plant 1 their respective critical gas concentrations are measured by calculating their mean M and their standard deviation o.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif pour la manutention de substrats dans une usine de fabrication de semi-conducteurs ayant des équipements de traitement de substrats, des moyens de stockage de substrats, des moyens de transport de substrats, et un système de commande de fabrication (MES) en relation fonctionnelle avec les équipements de traitement de substrats, avec les moyens de stockage de substrats, et avec les moyens de transport de substrats, comprenant: - au moins une boîte de stockage et de transport de substrats qui est transportée par les moyens de transport et stockée dans les moyens de stockage, - au moins un dispositif d'analyse des gaz formant l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport de substrats, qui produit des signaux d'analyse représentatifs de la quantité de gaz critique, susceptible de générer une contamination moléculaire, qui est présente dans la boîte de stockage et de transport, - un dispositif de commande qui pilote les moyens de transport et les moyens de stockage, le dispositif de commande comprenant des instructions pour détecter un besoin de décontamination moléculaire en fonction des signaux d'analyse émis par le dispositif d'analyse de gaz.

Description

Procédé et dispositif de pilotage de fabrication de semi-conducteurs par mesure de contamination
La présente invention concerne les procédés et dispositifs mis en œuvre pour la fabrication de semi-conducteurs ou de microsystèmes électromécaniques (MEMS) dans les usines de fabrication de semi-conducteurs. En particulier, l'invention concerne des moyens pour augmenter le rendement des usines de fabrication de semi-conducteurs.
Dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, des substrats tels que des plaquettes de semi-conducteur (wafers) et/ou des masques subissent des traitements dans des chambres de procédé, qui réalisent diverses étapes telles que des étapes de dépôt de matière, des étapes de gravure. Entre chaque étape, les substrats sont déplacés entre différents équipements.
Lors de la fabrication des puces en microélectronique, le nombre important d'étapes de traitement (de l'ordre de 400) implique des contraintes d'enchaînement entre les équipements de traitement. Les substrats sont transférés entre les équipements. Les temps d'attente entre les équipements pouvant être longs, typiquement de quelques heures, il est nécessaire de stocker les substrats.
On prévoit ainsi, dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, une pluralité d'équipements de traitement de substrats, des moyens de stockage de substrats, des moyens de transport de substrats, et un système de commande de fabrication (MES) en relation fonctionnelle avec les équipements de traitement de substrats, avec les moyens de stockage de substrats et avec les moyens de transport de substrats.
Le système de commande de fabrication (MES) est ainsi adapté pour piloter les équipements de traitement de substrats, afin de réaliser des étapes de traitement satisfaisantes. Le système de commande de fabrication donne également l'ordre de sortir les substrats hors des moyens de stockage, et pilote les moyens de transport de substrats pour amener les substrats à l'équipement de traitement suivant dans l'ordre des étapes du procédé.
Etant donné le nombre d'étapes de procédé à mettre en œuvre, pour augmenter la productivité de la fabrication, on effectue traditionnellement des traitements de substrats par lots. Ce sont ainsi des lots de substrats qui sont stockés, qui sont déplacés et qui sont traités.
Mais il y a encore un besoin d'augmenter la productivité. On a pour cela cherché à automatiser les déplacements de lots de substrats, et à optimiser ces déplacements. Ainsi, pour améliorer le rendement de la fabrication, on a proposé dans le document US-7, 610, 1 1 1 d'optimiser le déplacement des lots de substrats, en considérant des ordres de priorité dictés par la charge des équipements de traitement de substrats, en considérant les lots de substrats en attente dans les moyens de stockage, et en choisissant les déplacements de lots de substrats de façon à minimiser les temps de stockage.
Ainsi, actuellement, les usines de fabrications de semi-conducteurs gèrent un temps fixe maximum entre certaines étapes pour éviter les problèmes liés à ces temps d'attente. Ces durées sont fixées de manière empirique, en considérant le temps minimum possible par rapport au nombre d'équipements disponibles pour l'étape suivante, et le temps maximum au-delà duquel risquent d'apparaître des problèmes de pollution dus au stockage.
Malgré ces évolutions, on constate que le rendement des usines de fabrication de semi-conducteurs est encore insuffisant, en particulier à cause du caractère essentiellement variable des successions d'étapes de traitement pour la fabrication de semi-conducteurs ou de microsystèmes électromécaniques différents dans une même usine.
En effet, le temps maximum de stockage des substrats dépend d'un grand nombre de facteurs : il dépend du produit final que doit fabriquer l'usine, en sachant qu'une usine fabrique généralement plus d'une dizaine de produits différents qui doivent passer dans les mêmes équipements de procédé selon des séquences et des étapes différentes ; il dépend du nombre de substrats à traiter et du nombre de substrats présents dans les lots traités ; il dépend de l'historique des lots de substrats.
Une des limites des systèmes connus est le manque de souplesse et d'adaptabilité. Par exemple, la gestion des maintenances des équipements de traitement pose des problèmes d'adaptation, par la modification des successions possibles d'étapes. L'intégration d'un nouveau produit ou d'une nouvelle technologie est mal prise en compte dans cette gestion des flux de lots de substrats.
Il arrive ainsi souvent que des temps de stockage maximum sont dépassés, et on constate des défauts croissants sur les produits fabriqués. Le problème proposé par la présente invention est ainsi d'augmenter encore le rendement et la flexibilité des usines de fabrication de semi-conducteurs.
L'idée qui est à la base de l'invention est que les baisses de rendement constatées résultent principalement de problèmes de pollution apparaissant lors des phases de transition entre les équipements de traitement. Ces problèmes de pollution sont liés aux gaz environnant les lots de substrats, ces gaz réagissant et créant des défauts sur les substrats. Ces défauts sont à la fois proportionnels à la concentration des gaz présents et au temps de contact.
On peut définir une dose comme étant la concentration d'un gaz multipliée par le temps. A partir d'une certaine dose, on considère que des problèmes vont apparaître sur les substrats.
Actuellement, les lots de substrats sont contenus dans des minienvironnements, constitués de boîtes de stockage et de transport telles que les enceintes de transport normalisées à ouverture frontale (FOUP), les enceintes standardisées de transport et de stockage à ouverture par le fond (SMI F). Cela réduit le volume de l'atmosphère gazeuse en contact avec les lots de substrats. Mais cette réduction de volume n'a pas encore un effet suffisant sur la fiabilité du processus de fabrication global et sur son rendement.
A cet égard, la présente invention s'intéresse à la contamination moléculaire véhiculée par l'air (AMC), résultant de la présence de gaz réactifs dans l'atmosphère intérieure des boîtes de stockage et de transport.
Cette contamination moléculaire véhiculée par l'air est une désignation générique pour des molécules susceptibles de réagir avec la surface des plaquettes de semi-conducteurs. Ces réactions chimiques peuvent rendre inutilisable une plaquette de semi-conducteur. Dans certains cas, ces molécules apparaissent sous la forme de sels ou de particules métalliques mais constituent tout d'abord des substances gazeuses.
On trouve par exemple des acides, des bases, des éléments condensables, des éléments dopants.
Ces molécules peuvent provenir de l'air intérieur de l'usine de fabrication de semi-conducteurs. Toutefois, ces molécules proviennent essentiellement de résidus des étapes de traitement des substrats semi-conducteurs lors de la fabrication. Les boîtes de stockage et de transport sont généralement formées de matériaux tels que le polycarbonate, qui peuvent dans certains cas concentrer les contaminants et en particulier des contaminants organiques, basiques, aminés, acides et dopants, pouvant résulter de la fabrication des boîtes de stockage et de transport elles-mêmes et/ou de leur utilisation.
En outre, au cours de la fabrication des semi-conducteurs, les boîtes de stockage et de transport sont manipulées, ce qui conduit à la formation de particules polluantes qui se logent dans les parois de boîtes de stockage et de transport, et qui les contaminent. Les particules collées sur les parois des boîtes de stockage et de transport peuvent ensuite se décoller, retomber sur les substrats contenues dans ces boîtes et les détériorer. On constate en outre que la contamination des substrats contenus dans une boîte de stockage et de transport augmente à la fois en fonction de la quantité de contaminants présents à l'intérieur de la boîte, et en fonction de la durée d'exposition des substrats à l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport.
On prévoit donc le nettoyage régulier de ces enceintes par leur lavage avec un liquide tel que l'eau désionisée. Cette étape de lavage, qui dure de 5 à 7 minutes, est suivie d'une étape de séchage beaucoup plus longue (entre 5 heures et 8 heures) comportant par exemple une étape dans laquelle les enceintes de transport sont chauffées par convexion d'air chaud chauffé par infrarouge et centrifugé, suivie d'une étape dans laquelle les enceintes de transport sont mises en attente à l'air libre. Malgré le séchage, il peut encore rester des résidus d'eau, accrochés sur les parois des boîtes de stockage et de transport.
Pour diminuer la pollution générée par les équipements de procédé de fabrication de semi-conducteurs, on a conçu des procédés et dispositifs de traitement des boîtes de transport, comme décrit par exemple dans le document WO-2009/021941 .
Pour dépolluer une boîte de stockage et de transport et le lot de substrats qu'elle contient, on a également proposé un procédé et un dispositif de dépollution d'environnement confiné tel que décrit dans le document WO 2007/135347 A1 .
Enfin, pour mesurer la contamination directement à l'intérieur des boîtes de stockage et de transport, on a proposé un dispositif de mesure tel que décrit dans le document EP-1 703 547.
Toutefois, jusqu'à présent, on a utilisé ces moyens de mesure et de dépollution en association directe avec un ou plusieurs équipements particuliers destinés à exécuter une ou plusieurs étapes de procédé de fabrication, afin de traiter directement à la source la pollution résultant de ces étapes de fabrication. Mais cela reste insuffisant pour permettre une augmentation satisfaisante du rendement et de la flexibilité de l'usine de fabrication de semi-conducteurs.
Pour atteindre le but de l'invention, l'idée est de gérer les contraintes d'enchaînement des déplacements successifs de boîtes de stockage et de transport des lots de substrats, en réalisant une gestion dynamique prenant comme base la mesure de la dose d'un gaz critique dans les boîtes de stockage et de transport. La décision sur le cheminement du lot de substrats contenu dans la boîte de stockage et de transport, et la décision sur le délai entre les étapes successives de traitement des substrats, sont prises de manière dynamique à partir de cette information.
Ainsi, selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif pour la manutention de substrats dans une usine de fabrication de semi-conducteurs ayant des équipements de traitement de substrats, des moyens de stockage de substrats, des moyens de transport de substrats, et un système de commande de fabrication (MES) en relation fonctionnelle avec les équipements de traitement de substrats, avec les moyens de stockage de substrats, et avec les moyens de transport de substrats. Le dispositif comprend en outre :
- au moins une boîte de stockage et de transport de substrats, chacune des boîtes étant apte à contenir un lot de substrats, qui est transportée par les moyens de transport et stockée dans les moyens de stockage,
- au moins un dispositif d'analyse des gaz formant l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport de substrats, qui produit des signaux d'analyse représentatifs de la quantité de gaz critique, susceptible de générer une contamination moléculaire, qui est présente dans la boîte de stockage et de transport,
- un dispositif de commande qui pilote les moyens de transport et les moyens de stockage, le dispositif de commande comprenant des instructions pour détecter un besoin de décontamination moléculaire en fonction des signaux d'analyse émis par le dispositif d'analyse de gaz .
Selon un second aspect, l'invention propose un procédé de manutention de substrats dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, comprenant les étapes de :
- répartir les substrats en lots contenus chacun dans une boîte de stockage et de transport, - analyser les gaz de l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport,
- diriger sélectivement la boîte de stockage et de transport vers un moyen de stockage ou vers une station de décontamination en fonction du résultat de l'analyse des gaz.
L'analyse effectuée est à la fois une analyse qualitative de l'une au moins des espères gazeuses présentes dans la boîte de stockage et de transport, et une analyse quantitative de cette espèce gazeuse.
Par le fait qu'on gère les déplacements des lots de substrats en fonction d'une connaissance réelle de la quantité courante de contamination véhiculée par l'air (AMC) dans les boîtes de stockage et de transport, il devient possible de surveiller ou de prévoir l'évolution de la contamination des substrats dans les boîtes de stockage et de transport, de sorte que l'on peut allonger sans risque certains délais de stockage lorsque la contamination prévisible est faible, en privilégiant la réduction des temps de stockage et de transport dans le cas des boîtes de stockage et de transport contenant des taux de contaminants plus élevés, ou des contaminants plus réactifs. On gagne ainsi en flexibilité dans les choix permettant d'optimiser les temps de production.
Simultanément, on gagne en fiabilité par un contrôle strict de la contamination et par une information rapide sur d'éventuelles contaminations excessives.
En pratique, le programme enregistré dans le dispositif de commande peut contenir :
- des instructions pour produire et scruter les signaux d'analyse,
- des instructions pour effectuer une comparaison entre les signaux d'analyse et des valeurs de seuil enregistrées,
- des instructions pour piloter les moyens de transport et les moyens de stockage en fonction du résultat de cette comparaison.
De préférence, on prévoit que :
- le programme enregistré dans le dispositif de commande contient en outre un algorithme pour simuler l'évolution prévisible de la contamination à l'intérieur de la boîte de stockage et de transport de substrats en fonction des signaux d'analyse,
- les instructions pour piloter les moyens de transport et les moyens de stockage agissent en fonction du résultat de la simulation.
De la sorte, on peut anticiper l'évolution de la contamination, pour optimiser encore les choix des étapes de traitement et des temps de traitement. Le dispositif agit donc de manière active sur le choix des boîtes de stockage et de transport de substrats dont le contenu va être traité.
Par ailleurs, pour augmenter encore les capacités de choix, on peut prévoir que :
- le dispositif comprend en outre au moins une station de décontamination interne sous vide à l'état fermé pour la décontamination interne d'au moins une boîte de transport et de stockage,
- le programme enregistré dans le dispositif de commande contient en outre des instructions pour détecter un besoin de décontamination interne de la boîte de stockage et de transport et pour commander les moyens de transport et les moyens de décontamination interne afin d'assurer la décontamination interne de la boîte de stockage et de transport.
On entend par station de décontamination interne sous vide à l'état fermé, une station de décontamination, par exemple telle que décrite dans le document WO-2007/135347. Une boîte de stockage et de transport fermée, contenant ou non des substrats, est placée à l'intérieur de la station de décontamination et le gaz contenu dans la station est pompé. La boîte de stockage et de transport comprenant habituellement une fuite, les gaz contenus dans la boîte de stockage et de transport sont simultanément pompés, assurant ainsi l'évacuation totale ou partielle des contaminants.
En pratique, le programme enregistré dans le dispositif de commande peut contenir des instructions pour commander l'analyse des gaz contenus dans une boîte de stockage et de transport en sortie d'un équipement de traitement de substrats, pour convoyer la boîte de stockage et de transport vers les moyens de stockage si le niveau d'un gaz critique tel que H F mesuré par le dispositif d'analyse de gaz est inférieur à un premier seuil prédéterminé, et pour convoyer la boîte de stockage et de transport vers une station de décontamination interne sous vide si le niveau mesuré du gaz critique est supérieur audit premier seuil prédéterminé.
En alternative ou en complément, on peut prévoir que :
- le dispositif comprend en outre au moins une station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour la décontamination ouverte d'au moins une boîte de transport et de stockage vide,
- le programme enregistré dans le dispositif de commande contient en outre des instructions pour détecter un besoin de décontamination ouverte sous vide et à chaud et pour commander les moyens de transport et les moyens de décontamination ouverte afin d'assurer la décontamination ouverte et vide de la boîte de stockage et de transport, ou afin d'assurer sa mise en quarantaine.
On entend par station de décontamination ouverte sous vide à chaud, une station de décontamination, par exemple telle que décrite dans le document WO-2009/021 941 . Une boîte de stockage et de transport ouverte, vide de substrats, est placée à l'intérieur de la station de décontamination. Après des étapes de lavage et séchage, on soumet les surfaces de la boîte à l'action combinée d'une pression gazeuse subatmosphérique et d'un rayonnement infrarouge.
De façon avantageuse, le programme enregistré dans le dispositif de commande peut contenir des instructions pour commander l'analyse des gaz dans la boîte de stockage et de transport vide et fermée à l'issue d'un délai d'attente après son nettoyage, pour convoyer la boîte de stockage et de transport vide dans une station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour désorption pendant une durée inférieure à 5 heures, de préférence comprise entre 2 et 5 heures, si le niveau mesuré d'un gaz critique dans la boîte de stockage et de transport est compris entre un deuxième seuil prédéterminé et un troisième seuil prédéterminé, et pour convoyer la boîte de stockage et de transport dans la station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour désorption pendant une durée supérieure à 10 heures, de préférence comprise entre 10 et 20 heures, si le niveau mesuré de gaz critique est supérieur au troisième seuil prédéterminé.
On peut ainsi maîtriser les étapes de décontamination, optimiser leur durée, et vérifier efficacement leur effet et leur suffisance.
En ce qui concerne le procédé de manutention des substrats selon le second aspect de l'invention, on peut avantageusement prévoir que, après une étape de traitement, on procède à la décontamination interne de la boîte de stockage et de transport sous vide à l'état fermé si le niveau mesuré d'un gaz critique, tel que HF, dans l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport est supérieur à un premier seuil prédéterminé.
Dans ce cas, après une étape de nettoyage, on peut décontaminer la boîte de stockage et de transport sous vide et à chaud à l'état ouverte pendant une durée inférieure à 5 heures, de préférence comprise entre 2 et 5 heures, si le niveau mesuré d'un gaz critique dans l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport vide et fermée, après un temps d'attente supérieur à 2 heures, est compris entre un deuxième seuil prédéterminé et un troisième seuil prédéterminé, et pendant une durée supérieure à 10 heures, de préférence comprise entre 10 et 20 heures, si ledit niveau mesuré du gaz critique est supérieur au troisième seuil prédéterminé.
On peut avantageusement prévoir une étape d'apprentissage pour déterminer les limites admissibles de quantité de gaz critique au-delà desquelles des défauts risquent d'apparaître sur le produit fabriqué par le procédé.
On peut aussi prévoir d'effectuer périodiquement l'étape d'analyser les gaz de l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport pendant son stockage dans les moyens de stockage.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique fonctionnelle d'une unité de fabrication de semi-conducteurs selon un mode de réalisation particulier de la présente invention,
- la figure 2 est un schéma synoptique illustrant la prise de décision sur le déplacement d'une boîte de stockage et de transport entre deux étapes d'un procédé, selon un mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 3 est un schéma synoptique illustrant la prise de décision sur le déplacement d'une boîte de stockage et de transport vide en fonction des besoins de décontamination après lavage, et
- la figure 4 illustre un moyen de stockage muni d'un dispositif de mesure de contamination et d'un robot de transfert, selon un mode de réalisation de la présente invention.
On considère tout d'abord le diagramme schématique de la figure 1 , dans lequel est intégré un dispositif pour la manutention de substrats selon un mode de réalisation de l'invention. On distingue ainsi une unité de fabrication de semi-conducteurs 1 , ayant une pluralité d'équipements de traitement de substrats 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2f, dont le nombre est donné à titre purement indicatif. Chaque équipement de traitement 2a-2f peut comprendre un réacteur pour le dépôt ou la gravure, permettant d'exécuter en séquence diverses étapes de traitement de lots de substrats de semi-conducteurs. L'unité de fabrication de semi-conducteurs 1 comprend en outre des moyens de stockage de substrats 3, des moyens de transport de substrats 4, et un système de commande de fabrication MES qui est en relation fonctionnelle avec les équipements de traitement de substrats 2a-2f, avec les moyens de stockage de substrats 3 et avec les moyens de transport de substrats 4. Dans la réalisation illustrée sur la figure 1 , l'unité de fabrication de semi-conducteurs 1 comprend en outre un dispositif d'analyse de gaz 5, une station de décontamination interne sous vide 6, et une station de décontamination ouverte sous vide et à chaud 7.
Le système de commande de fabrication MES comprend un dispositif de commande 8 à processeur et programme enregistré, apte à piloter les moyens de transport 4 et les moyens de stockage 3 en fonction de signaux qu'il reçoit du dispositif d'analyse de gaz 5.
On distingue enfin un dispositif de rebut 9, dans lequel peuvent être dirigées des boîtes de stockage et de transport déclarées impropres à l'utilisation par le dispositif d'analyse de gaz.
La figure 1 est une illustration purement schématique d'une usine de fabrication de semi-conducteurs 1 . Le nombre des équipements de traitement 2a-2f peut être très différent de six en fonction de la capacité de l'usine. Les moyens de stockage de substrats 3 peuvent être centralisés, comme illustré sur la figure 1 . En alternative ou en complément, ils peuvent être répartis en plusieurs zones de stockage. Les moyens d'analyse de gaz 5 peuvent être en plus grand nombre, par exemple répartis à la sortie de certains équipements de traitement de substrats 2a 2f, intégrés dans un ou plusieurs moyens de stockage de substrats 3, couplés à une ou plusieurs stations de décontamination 6 ou 7.
Les substrats à traiter sont répartis en lots contenus chacun dans une boîte de stockage et de transport 10a-10e.
Les boîtes de stockage et de transport 10a-10e contiennent une atmosphère intérieure et éventuellement un ou plusieurs substrats tels que des plaquettes de semi-conducteurs. Les boîtes de stockage et de transport 10a-10e déterminent chacune un espace confiné qui est séparé de l'environnement d'utilisation et de transport des substrats par une paroi périphérique munie d'une ouverture de passage de substrats obturée par une porte.
On distingue notamment les enceintes standardisées de transport et de stockage de substrats à ouverture frontale de type FOUP ("Front Opening Unified Pod"), ou à ouverture par le fond de type SMIF ("Standard Mecanical Interface Pod"), les enceintes standardisées de transport et de stockage de photomasques de type RSP ("Retical Smif Pod"), les enceintes de transport de substrats pour l'industrie du solaire.
Généralement, ces enceintes de stockage et de transport contiennent une atmosphère intérieure à pression atmosphérique, et sont destinées à séjourner dans la pression atmosphérique de l'atmosphère présente dans l'usine de fabrication de semi-conducteurs 1 .
On peut aussi prévoir des enceintes aptes à un stockage sous vide, si nécessaire.
Ces enceintes de stockage et de transport 10a-10e sont formées de matériaux tels que le polycarbonate, qui peuvent dans certains cas concentrer des contaminants organiques, basiques, aminés, acides et dopants (AMC), pouvant résulter de la fabrication des enceintes de stockage et de transport et/ou de leur utilisation.
On distingue, sur la figure 1 , les enceintes de stockage et de transport 10a-10e, réparties dans différents postes ou parties du dispositif.
Lors d'un procédé de fabrication de semi-conducteurs ou de microsystèmes électromécaniques, les substrats subissent un grand nombre d'étape de traitement qui sont réalisées dans les équipements de traitement de substrats 2a-2f. Un seul équipement de traitement de substrats ne peut pas réaliser l'ensemble des opérations. Il est donc nécessaire de transporter périodiquement les lots de substrats d'un équipement de traitement de substrats à l'autre.
Les durées des étapes de traitement étant différentes dans les divers équipements de traitement de substrats 2a-2f, et les étapes réalisées par chaque équipement de traitement de substrats 2a-2f n'étant pas en même nombre, il est nécessaire de prévoir des "zones tampon" en stockant les substrats dans les moyens de stockage de substrats 3.
Ainsi, les moyens de transport de substrats 4 permettent de transporter les boîtes de stockage et de transport de substrats 10a-10e à l'intérieur de l'usine de fabrication de semi-conducteurs 1 . Ces moyens de transport de substrats 4 peuvent par exemple comprendre une pluralité de navettes 4a pour transporter une pluralité de boîtes de stockage et de transport telles que la boîte 10b, et un système de transport 4b définissant des chemins de déplacement pour déplacer les navettes 4a à l'intérieur de l'usine de fabrication de semi-conducteurs 1 .
Les moyens de stockage de substrats 3 sont aptes à stocker une pluralité de boîtes de stockage et de transport de substrats telles que la boîte 10a, et comprennent des zones de stockage et des moyens intérieurs de manutention des boîtes entre les zones de stockage et des zones d'entrée-sortie.
La figure 4 illustre schématiquement de tels moyens de stockage de substrats 3, avec des étagères de stockage telles que l'étagère 3a, et avec un robot de transfert 3b vers une zone d'entrée-sortie 3c.
Le dispositif d'analyse de gaz 5, illustré sur la figure 1 , peut par exemple, dans le cas de boîtes de stockage et de transport de type FOUP, être un dispositif tel que décrit dans le document EP-1 703 547.
Dans le dispositif d'analyse de gaz 5, l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport 10c est mise en communication avec une cellule d'analyse de gaz de type IMS ("Ion Mobility Spectrometer") ou IAMS ("Ion Attachment Mass Spectrometer"). Selon la technologie IMS, un échantillon gazeux provenant de l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport est introduit dans la partie réactive d'un tube, où les molécules subissent une ionisation, par exemple par bombardement électronique. Les ions résultant du craquage des molécules sont injectés dans une région où se produit le mouvement des ions pour l'analyse de leur mobilité. La mobilité est déterminée par la vitesse atteinte par les ions positifs puis négatifs dans un champ électrique. Les ions produits sont attirés par une électrode qui génère un courant électrique. Ce courant électrique est alors traité pour obtenir la concentration des gaz (en ppbv).
Sur la figure 1 , le dispositif illustré schématiquement comprend deux types de stations de décontamination 6 et 7.
Le premier type de station de décontamination 6 est une station de décontamination interne sous vide à l'état fermé pour la décontamination interne d'au moins une boîte de stockage et de transport 10d pouvant contenir, ou non, un lot de substrats. Dans ce cas, on peut par exemple utiliser une station de décontamination telle que décrite dans le document WO-2007/135347. La station de décontamination interne 6 comprend une chambre étanche avec des moyens d'introduction de gaz et des moyens de pompage de gaz. On place la boîte de stockage et de transport 10c fermée à l'intérieur de la chambre étanche, et on pompe le gaz contenu dans la chambre étanche. Du fait que la boîte de stockage et de transport 10c comprend habituellement une fuite, comme c'est le cas pour les boîtes de type FOUP, le pompage assure simultanément l'aspiration des gaz contenus dans la boîte de stockage et de transport 10c, assurant l'évacuation totale ou partielle des contaminants portés par le gaz dans l'atmosphère intérieure de la boîte.
La station de décontamination interne 6 peut elle-même comprendre des moyens d'analyse des gaz pompés, notamment pour permettre de connaître la provenance d'une contamination et de surveiller la qualité de la boîte de stockage et de transport 10c.
L'étape de décontamination dans la station de décontamination interne 6 peut être automatisée, déclenchée par la lecture de signaux provenant du dispositif d'analyse de gaz 5 dans lequel a été précédemment introduite la boîte de stockage et de transport 10d.
Le deuxième type de station de décontamination 7 est une station de décontamination ouverte sous vide à chaud, apte à décontaminer une boîte de stockage et de transport 10e ouverte dépourvue de lots de substrats. Dans ce cas, on peut utiliser par exemple une station telle que décrite dans le document WO-2009/021941 .
Dans une telle station de décontamination ouverte 7, on assure la décontamination des boîtes de stockage et de transport 10e après leur lavage avec un liquide tel que de l'eau désionisée. Cette étape de lavage, qui dure de 5 à 7 minutes, est suivie d'une étape de séchage. Au cours de cette étape de séchage, on soumet les surfaces de la boîte à l'action combinée d'une pression gazeuse subatmosphérique et d'un rayonnement infrarouge, la boîte de stockage et de transport 10e étant ouverte. On élimine ainsi, au moins en grande partie, les contaminants présents à la surface ou même dans la masse de la boîte stockage et de transport 10e.
Selon l'invention, la décision sur le cheminement d'une boîte de stockage et de transport et du lot de substrats qu'elle contient est prise de manière dynamique en fonction de la mesure de la dose de gaz critique présente dans la boîte de stockage et de transport. Cette prise de décision est réalisée en principe à chaque étape de traitement du procédé de fabrication, c'est-à-dire entre les étapes n et n+1 .
La figure 2 illustre une telle prise de décision, dans un mode de réalisation selon la présente invention. Des prises de décision pourront être utilisées à chaque transition entre deux étapes successives, ou lors de certaines transitions seulement entre des étapes successives.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, lorsque la boîte de stockage et de transport sort d'un équipement de traitement de substrats qui a exécuté l'étape n (100), les moyens de transport de substrats 4 (figure 1 ) l'introduisent dans un dispositif d'analyse de gaz 5. Le dispositif d'analyse de gaz 5 produit l'analyse des gaz critiques, c'est-à-dire des gaz susceptibles de générer des contaminations des substrats contenus dans la boîte de stockage et de transport, et compare les résultats de l'analyse à des limites prédéterminées de concentration en gaz critiques.
Dans l'hypothèse la plus courante, si la concentration d'au moins un gaz critique est inférieure à un premier seuil lim 1 , on donne l'ordre aux moyens de transport de substrats 4 de transporter la boîte de stockage et de transport jusque dans un dispositif de stockage atmosphérique 3. Le moment venu, les moyens de transport 4 prélèvent la boîte de stockage et de transport dans les moyens de stockage atmosphériques 3, et l'amènent à l'équipement de traitement de substrats apte à réaliser l'étape n+1 (101 ).
Dans l'hypothèse où le dispositif d'analyse de gaz 5 détecte que la concentration d'au moins un gaz critique est supérieure au premier seuil lim 1 , les moyens de transport de substrats amènent la boîte de stockage et de transport dans une station de décontamination interne sous vide 6. Après décontamination interne, si la station de décontamination interne sous vide 6 est elle-même munie d'un moyen de contrôle par mesure de gaz critique, elle peut envoyer directement la boîte de stockage et de transport dans les moyens de stockage atmosphérique 3. A défaut, la station de décontamination interne sous vide 6 peut renvoyer la boîte de stockage et de transport dans le dispositif d'analyse de gaz 5, pour contrôle de l'efficacité de la décontamination.
Dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, les boîtes de stockage et de transport sont vidées et lavées périodiquement. Il faut ensuite les sécher, et éliminer les traces polluantes de liquides de lavage. Après une période de séchage, on les ferme. L'invention permet de contrôler leur état de contamination interne, par une étape d'analyse de gaz dans un dispositif d'analyse de gaz 5, ce qui conduit à une prise de décision comme illustré sur la figure 3.
Si la concentration d'au moins un gaz critique détectée par le dispositif d'analyse de gaz 5 atteint certaines limites, on donne l'ordre aux moyens de transport de substrats 4 d'envoyer la boîte de stockage et de transport soit dans les moyens de stockage atmosphérique 3, pour une utilisation dans le cycle de production après introduction d'un lot de substrat, soit dans une zone de rebut 9, soit vers une station de décontamination ouverte à chaud 7. Il s'agit par exemple de contrôler une boîte de stockage et de transport de type FOUP vide après son nettoyage.
On sait que le niveau moyen d'acide dans une salle blanche est inférieur à 0,5 ppbv. On a remarqué que le niveau moyen d'acide contenu dans une boîte de stockage et de transport de type FOU P vide, c'est-à-dire dépourvue de lots de substrats, est supérieur, par exemple d'environ 1 ppbv. La différence est due au dégazage d'acide par le matériau de la boîte.
On mesure donc l'acidité de l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport.
Si la valeur mesurée en acide est inférieure à un second seuil lim 2, par exemple de l'ordre de 3 ppbv, on décide que ce niveau est satisfaisant, et la boîte réintègre le flux de production.
Si la valeur mesurée en acide est supérieure au second seuil lim 2 et inférieure à un troisième seuil lim 3, par exemple de l'ordre de 6 ppbv, la boîte est envoyée sur la station de décontamination ouverte 7 pour désorption pendant une durée inférieure à 5 heures, par exemple environ 4 heures.
Si la valeur mesurée en acide est supérieure au troisième seuil lim 3, la boîte est envoyée sur la station de décontamination ouverte 7a pour désorption pendant une durée supérieure à 10 heures, par exemple de l'ordre de 15 heures.
Pour une valeur mesurée encore supérieure, on peut envoyer la boîte dans la zone de rebut 9.
La mesure ne doit pas être effectuée juste après nettoyage, car la boîte vient d'être refermée et contient donc principalement l'air de la salle blanche. I l faut attendre au minimum 2 heures.
Après décontamination ouverte, la boîte de stockage et de transport peut être éventuellement remplie d'un lot de substrats et renvoyée au dispositif d'analyse de gaz 5, pour décider du renvoi vers les moyens de stockage atmosphérique 3 ou vers la station de décontamination interne 6.
Dans le cas d'une boîte de stockage et de transport contenant des substrats ayant des surfaces ultrasensibles qui ne peuvent pas résister à l'atmosphère, le stockage doit être sous vide pendant toute la durée d'attente. Dans ce cas, on prévoit un stockage intermédiaire dans des moyens de stockage sous vide 30 représentée sur la figure 2.
Dans l'hypothèse où le stockage d'une boîte de stockage et de transport dans des moyens de stockage atmosphérique 3 dépasse une durée d'attente maximale prédéterminée, on peut prévoir de repasser automatiquement la boîte de stockage et de transport dans un dispositif d'analyse de gaz 5, pour vérifier que le temps de stockage exagérément long n'a pas augmenté la contamination au-delà d'une valeur maximale admissible.
Il est alors avantageux de prévoir un dispositif d'analyse de gaz intégré directement dans les moyens de stockage 3, comme cela est décrit par exemple sur la figure 4 : on distingue un sas d'entrée 3d contenant un dispositif d'analyse de gaz 5a, permettant de contrôler périodiquement les boîtes de stockage et de transport contenues dans les moyens de stockage 3.
En pratique, les prises de décision entre les étapes n (100) et n+1 (101 ) sont réalisées de façon automatique par un programme enregistré dans le dispositif de commande 8 qui peut-être lui-même intégré dans le système de commande de fabrication (MES).
Autrement dit, le système de commande et de fabrication (MES) est fonctionnellement connecté aux équipements de traitement de substrats 2a-2f, mais également aux moyens de stockage de substrats 3, aux moyens de transport de substrats 4, au dispositif d'analyse de gaz 5, ainsi qu'aux stations de décontamination 6 et 7.
Le programme enregistré dans le dispositif de commande 8 contient des instructions pour générer et scruter les signaux d'analyse provenant du ou des dispositifs d'analyse de gaz 5, des instructions pour effectuer une comparaison entre les signaux d'analyse et des valeurs de seuil telles que lim 1 , lim 2 et lim 3 préenregistrées, et des instructions pour piloter les moyens de transport 4 et les moyens de stockage 3 en fonction du résultat de cette comparaison.
Pour augmenter encore la flexibilité et la fiabilité du dispositif de manutention de substrats selon l'invention, on peut en outre prévoir que le programme enregistré dans le dispositif de commande 8 contient un algorithme qui simule l'évolution prévisible de la pollution à l'intérieur de la boîte de stockage et de transport de substrats en fonction des signaux d'analyse. Cette simulation peut faire intervenir les capacités de réaction chimique des gaz contaminants, la présence d'éventuels contaminants multiples, la nature des substrats présents dans la boîte de stockage et de transport.
On comprend que les prises de décision doivent tenir compte de la nature des substrats à traiter, et de la succession des étapes que les substrats subissent, dès lors que ces étapes déterminent l'introduction de corps contaminants. Ainsi, lors de la qualification d'un nouveau produit à fabriquer, un apprentissage sera nécessaire pour déterminer les limites lim 1 , lim 2 et lim 3 au-delà desquelles des opérations de décontamination ou de rebut sont nécessaires, c'est-à-dire au-delà desquelles des défauts risquent d'apparaître sur le produit fabriqué.
En ce qui concerne la détermination des seuils lim 2 et lim 3 notamment, on peut avantageusement procéder par analyse statistique. On considère alors une population de boîtes de stockage et de transport vides présentes dans l'usine de fabrication de semi-conducteurs 1 , on mesure leurs concentrations respectives en gaz critique, en calculant leur moyenne M et leur écart-type o. La valeur lim 2 pourra par exemple être choisie égale à : lim 2 = M + 3o. La valeur lim 3 pourra par exemple être choisie égale à : lim 3 = M + 6o.
On a pu remarquer l'effet positif d'une décontamination interne sous vide. Dans la fabrication des puces électroniques, pour les niveaux métalliques, entre la gravure des lignes et leur remplissage par du cuivre, des problèmes de cristallisation apparaissent au cours du temps d'attente après gravure. Ces problèmes sont dus à la présence d'espèces fluorées qui dégazent du substrat, et à la présence d'humidité dans la salle blanche. En utilisant la décontamination interne sous vide, après la gravure des lignes, les cristaux n'apparaissent pas, même si le temps d'attente après la purge sous vide de la boîte est de 20 heures. Il en résulte une plus grande flexibilité dans les choix de déplacement des lots de substrats, la durée de stockage pouvant être augmentée sans risque de contamination.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif pour la manutention de substrats dans une usine de fabrication de semi-conducteurs ayant des équipements de traitement de substrats, des moyens de stockage de substrats, des moyens de transport de substrats, et un système de commande de fabrication en relation fonctionnelle avec les équipements de traitement de substrats, avec les moyens de stockage de substrats, et avec les moyens de transport de substrats, comprenant :
- au moins une boîte de stockage et de transport de substrats qui est transportée par les moyens de transport et stockée dans les moyens de stockage,
- au moins un dispositif d'analyse des gaz formant l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport de substrats, qui produit des signaux d'analyse représentatifs de la quantité de gaz critique, susceptible de générer une contamination moléculaire, qui est présente dans la boîte de stockage et de transport,
- un dispositif de commande qui pilote les moyens de transport et les moyens de stockage, le dispositif de commande comprenant des instructions pour détecter un besoin de décontamination moléculaire en fonction des signaux d'analyse émis par le dispositif d'analyse de gaz .
Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de commande est intégré dans le système de commande de fabrication.
Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le programme enregistré dans le dispositif de commande contient :
- des instructions pour produire et scruter les signaux d'analyse,
- des instructions pour effectuer une comparaison entre les signaux d'analyse et des valeurs de seuil enregistrées,
- des instructions pour piloter les moyens de transport et les moyens de stockage agissent en fonction du résultat de cette comparaison.
Dispositif selon la revendication 3, dans lequel :
- le programme enregistré dans le dispositif de commande contient en outre un algorithme pour simuler l'évolution prévisible de la contamination à l'intérieur de la boîte de stockage et de transport de substrats en fonction des signaux d'analyse,
- les instructions pour piloter les moyens de transport et les moyens de stockage en fonction du résultat de la simulation.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel :
- le dispositif comprend en outre au moins une station de décontamination interne sous vide à l'état fermé pour la décontamination interne d'au moins une boîte de transport et de stockage,
- le programme enregistré dans le dispositif de commande contient en outre des instructions pour détecter un besoin de décontamination interne de la boîte de stockage et de transport et pour commander les moyens de transport et les moyens de décontamination interne afin d'assurer la décontamination interne de la boîte de stockage et de transport.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le programme enregistré dans le dispositif de commande contient des instructions pour commander l'analyse des gaz dans une boîte de stockage et de transport en sortie d'un équipement de traitement de substrats, pour convoyer la boîte de stockage et de transport vers les moyens de stockage si le niveau d'un gaz critique mesuré par le dispositif d'analyse de gaz est inférieur à un premier seuil prédéterminé, et pour convoyer la boîte de stockage et de transport vers une station de décontamination interne sous vide si le niveau mesuré du gaz critique est supérieur audit premier seuil prédéterminé.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant :
- au moins une station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour la décontamination ouverte d'au moins une boîte de transport et de stockage vide,
- le programme enregistré dans le dispositif de commande qui contient en outre des instructions pour détecter un besoin de décontamination ouverte sous vide et à chaud et pour commander les moyens de transport et les moyens de décontamination ouverte afin d'assurer la décontamination ouverte et vide de la boîte de stockage et de transport, ou afin d'assurer sa mise en quarantaine. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le programme enregistré dans le dispositif de commande contient des instructions pour commander l'analyse des gaz dans la boîte de stockage et de transport vide et fermée à l'issue d'un délai d'attente après son nettoyage, pour convoyer la boîte de stockage et de transport vide dans une station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour désorption pendant une durée inférieure à 5 heures si le niveau mesuré d'un gaz critique dans la boîte de stockage et de transport est compris entre un deuxième seuil prédéterminé et un troisième seuil prédéterminé, et pour convoyer la boîte de stockage et de transport dans la station de décontamination ouverte sous vide et à chaud pour désorption pendant une durée supérieure à 10 heures si le niveau mesuré de gaz critique est supérieur au troisième seuil prédéterminé.
Procédé de manutention de substrats dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, comprenant les étapes de :
- répartir les substrats en lots contenus chacun dans une boîte de stockage et de transport,
- analyser les gaz de l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport,
- diriger sélectivement la boîte de stockage et de transport vers un moyen de stockage ou vers une station de décontamination en fonction du résultat de l'analyse des gaz.
Procédé selon la revendication 9, dans lequel, après une étape de traitement, on décontamine la boîte de stockage et de transport sous vide à l'état fermé si le niveau mesuré d'un gaz critique dans l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport est supérieur à un premier seuil prédéterminé.
Procédé selon la revendication 9, dans lequel, après une étape de nettoyage, on décontamine la boîte de stockage et de transport sous vide et à chaud à l'état ouverte pendant une durée inférieure à 5 heures si le niveau mesuré d'un gaz critique dans l'atmosphère intérieure de la boîte de stockage et de transport vide et fermée, après un temps d'attente supérieur à 2 heures, est compris entre un deuxième seuil prédéterminé et un troisième seuil prédéterminé, et pendant une durée supérieure à 10 heures si ledit niveau mesuré du gaz critique est supérieur au troisième seuil prédéterminé.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 , comprenant une étape d'apprentissage pour déterminer les limites admissibles au-delà desquelles des défauts risquent d'apparaître sur le produit fabriqué par le procédé.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel on effectue périodiquement l'étape d'analyser les gaz de l'atmosphère intérieure d'une boîte de stockage et de transport pendant son stockage dans les moyens de stockage.
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