Brevet FR2505673A1 — publié le 19821119

La présente invention se rapporte au décapage par ultrasons de galettes semi-conductrices et, en particulier, à un appareil pour décaper des galettes de manière séquen- tielle et utilisé lors des nombreuses étapes d'un procédé de fabrication en continu de semiconducteurs. S'il a déjà été proposé dans l'art antérieur de décaper des galettes semiconductrices à l'aide d'ultra- sons, ces propositions ont connu un succès et un accueil très limités dans l'industrie Alors que le décapage collectif dans des réservoirs est utilisé dans certaines étapes de fabrication de semiconducteurs, un décapage en continu aux ultra-sons de galettes successives, en tant que partie d'un procédé de fabrication en continu de semi- conducteursn'a pas connu un grand succès, malgré une expé- rimentation assez considérable. Parmi les nombreux objets de la présente invention, cette dernière propose un-appareil pour décaper la surface d'une galette semiconductrice Cet appareil, qui est hautement efficace pour décaper à fond et de manière régulière toute la surface des galettes, fonctionne rapidement et de manière fiable Ledit appareil est approprié pour décaper individuellement des galettes successives dans le cadre d'un procédé de fabrication en continu de semiconduc- teurs En outre, la forme de réalisation de cet appareil est relativement simple et peu onéreuse D'autres objets et caractéristiques de l'appareil selon l'invention appa- raîtront ou seront soulignés en partie ci-après. En résumé, l'appareil selon la présente invention est destiné à décaper des galettes semiconductrices en appliquant uniformément une énergie ultrasonore sur toute la surface desdites galettes A cet effet, il est prévu un transducteur-qui comporte une plaque frontale recouvrant intégralement chaque galette Du liquide est introduit par le centre de la plaque dans un intervalle entre chaque galette et ladite plaque Cette dernière est ensuite mise en vibration pour engendrer un champ d'ultra-sons sensible- ment uniforme sur toute ladite plaque Celle-ci est, pour l'essentielplane sur la plus grande partie de sa surface située en regard de la galette, mais elle comporte également plusieurs gorges facilitant le départ de vapeurs engendrées par cavitation lors du décapage Dans ces conditions, un champ d'ultra-sons relativement très puissants peut être appliqué pour assurer un décapage très poussé pendant une période relativement courte. L'invention va maintenant être 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 appareil réalisé conformément à la présente invention et faisant partie d'une chaîne de fabrication en continu de semi- conducteurs; la figure 2 est une élévation latérale avec coupe partielle de l'appareil de la figure 1; la figure 3 est une élévation latérale avec coupe partielle analogue à la figure 2, mais illustrant diffé- rentes parties déplacées aux positions qu'elles occupent lorsque le décapage a lieu effectivement; la figure 4 est une vue en bout du transducteur d'ultrasons utilisé dans l'appareil des figures 1 à 3; et la figure 5 est une coupe fragmentaire selon la ligne -5 de la figure 4, représentant une gorge ménagée dans la plaque frontale de cette figure 4. Sur les différentes figures, les éléments mutuelle- ment correspondants sont affectés des mêmes références numériques. La figure 1 illustre une partie d'une chaîne de fabrication en continu de semiconducteurs dans laquelle des galettes en une matière semiconductrice (par exemple du silicium) sont transportées d'un poste de travail à un autre par un système d'acheminement à air comprimé Dans son ensemble, ce système de traitement est du type vendu par la "GCA Corporation" sous la marque déposée "WAFERTRACK". Un poste de décapage des galettes,réalisé conformé- ment à la présente inventionporte globalement la référence numérique 11 et des pistes à air comprimé, destinées à trans- porter les galettes jusque dans le poste de décapage et hors de ce dernierportent globalement les références 13 et 15. Le poste de décapage 11 comporte un mandrin retenant les galettes par dépression et portant globalement la référence 17 De toute évidence, de tels mandrins sont largement utilisés dans les procédés de fabrication des semiconducteurs et, de ce fait, leur mode de fonctionnement n'est pas décrit en détail dans le présent mémoire. Le poste de décapage lui-même présente de courts tronçons de piste à air comprimé, désignés par les références 19 et 21 et configurés pour s'adapter par conformation au mandrin et pour faciliter l'acheminement d'une galette vers ce mandrin en vue du décapage et à l'écart de ce mandrin, une fois le décapage effectué Comme le montre la figure 3, ces tronçons de piste peuvent être élevés à la manière d'un pont basculant pour envelopper et emprisonner en quelque sorte la galette retenue sur le mandrin et la faire tourner pendant le décapage. Au-dessus du mandrin 17 et dans l'alignement de ce dernier, se trouve un transducteur 25 d'ultra-sons supporté par un bâti 26 Le fond de ce transducteur 25 consiste en une plaque frontale 27 qui est suffisamment grande pour recouvrir intégralement une galette devant être décapée, c'est-à-dire qu'elle présente des dimensions sensiblement égales ou légèrement supérieures à celles de ladite galette. La forme de réalisation illustrée est destinée à décaper des galettes normalisées de 100 mm et, par conséquent, la plaque frontale présente elle aussi un diamètre de 100 mm. Le fond de la plaque frontale 27 est plan sur la plus grande partie de sa surface, comme cela est courant en présence de transducteurs d'ultra-sons à surface importante mais il comporte plusieurs gorges 29 réparties superficielle- ment La configuration de ces gorges 29 est illustrée sur la figure 4 et la section d'une gorge individuelle est représentée sur la figure 5 Comme décrit plus en détail ci-après, ces gorges ont pour fonction de faciliter le départ de vapeurs engendrées par cavitation lors du décapage, de telle sorte que ces vapeurs ne gênent pas le transfert de l'énergie acoustique de la plaque frontale 27 à la galette devant être décapée Dans la forme de réalisation préférée,telle qu'illustrée, les gorges 29 présentent une largeur de 0,050 cm et une profondeur de 0,025 cm. La configuration préférée de ces gorges peut être assimilée par commodité à un H emprisonné dans un carré Comme on peut aussi le voir dans la figure 4, la plaque frontale 27 est percée d'un orifice central 33 par lequel un liquide de décapage peut être introduit dans l'intervalle séparant ladite plaque du transducteur et une galette devant être décapée. La plaque frontale 27 est mise en vibration par quatre éléments piézo- électriques 35 à 39 répartis selon un agencement annulaire autour de la face postérieure de ladite plaque 27 Lorsque le transducteur 25 est mis en action, ces éléments 35 à 39 sont excités pour vibrer en synchronisme dans le sens longitudinal (c'est-à-dire dans le sens vertical),de manière à engendrer un champ acoustique sensiblement uniforme sur la plaque frontale Cela à la différence des transducteurs classiques de grandes dimensions comportant des éléments individuels engendrant des champs acoustiques qui ne sont hautement pas uniformes sur la surface du transducteur, mais plus importants au centre et plus faibles vers la périphérie Un ensemble électronique approprié de commande peut être incorporé dans un bottier 41 du transducteur. En fonctionnement, une galette est introduite dans le poste de décapage (voir la figure 2) Le tronçon de sortie 21 de'la piste peut être légèrement élevé pour agir comme une butée sur la galette, une galette typique étant globalement repérée par la référence numérique 33 Une fois que cette galette est saisie par le mandrin et après qu'une dépression a été appliquée pour assujettir cette galette audit mandrin, ce dernier est élevé de manière à venir à proximité immédiate de la plaque frontale 27 du transducteur, comme le montre la figure 3 On préfère actuellement un espacement de 0,076 cm à 0,101 cm Simul- tanément, une cuvette 47 est élevée autour du mandrin 17 (comme le montre la figure 3) Cette cuvette 47 a pour fonction de collecter le fluide de décapage lorsqu'a lieu cette opération et lors de l'essorage consécutif, de telles cuvettes étant utilisées de manière classique dans des étapes de fabrication de semiconducteurs telles que l'application et la mise en rotation de revêtements de photoréserve. Une fois assuré le positionnement correct du mandrin et de la cuvette, un fluide de décapaq;e est intro- duit par l'orifice central 33 de la plaque frontale Bien évidemment, ce liquide agit non seulement comme un décapant en soi, mais également comme un agent par l'intermédiaire duquel l'énergie ultra-sonore est transmise de la plaque frontale à la surface de la galette, afin de débarrasser cette dernière d'impuretés ou de revêtements devant être enlevés Le débit de ce liquide est déterminé dans une large mesure par l'espacement entre la plaque frontale 27 du transducteur et la galette. Une fois que le liquide a empli l'intervalle entre la plaque frontale et la galette, le transducteur 25 d'ultra- sons peut être mis en action Conformément au mode opéra- toire selon la présente invention, on peut appliquer des niveaux de puissance relativement importants en vue d'effec- tuer un décapage rapide et poussé, par exemple quatre cents watts dans le cas d'une galette de 100 mm Non seulement la totalité de la surface de cette galette est soumise à un décapage simultané, mais, en plus, ce décapage est relativement uniforme, étant donné que l'énergie des ultrasons est délivrée par de nombreux transducteurs répartis autour de la plaque frontale Il s'est en outre avéré qu'il est possible d'obtenir un accroissement notable du niveau de puissance habituel grâce à la présence des gorges creusées dans la plaque frontale et illustrées sur la figure 4. Alors qu'on recherche un intervalle étroit entre la plaque frontale et la galette en vue d'assurer le meilleur transfert de l'énergie ultra-sonore, l'apparition de vapeurs par cavitation peut déplacer le liquide et gêner ce transfert proprement dit L'effet manifeste des gorges réparties sur la plaque frontale est de permettre un départ de ces vapeurs, donc une plus grande concentra- tion du liquide disponible dans l'intervalle précité Ce liquide transmet alors efficacement l'énergie ultra-sonore et l'effet de décapage est exacerbé jusqu'à atteindre un maximum En général, on admet qu'une augmentation substan- tielle de la puissance peut être obtenue grâce au fait que le liquide est distribué de manière centrale et grâce à la présence des gorges d'évacuation des vapeurs En présence des plus grands niveaux de puissance possibles obtenus avec le transducteur illustré sur la figure 4, il s'est avéré qu'un décapage relativement poussé de la surface d'une galette peut être effectué en moins d'une minute. Une fois achevé le décapage par ultrasons, l'écoulement du liquide est interrompu et la galette est essorée sur le mandrin pour évacuer la quantité excessive de liquide Après cette étape, la cuvette est abaissée ainsi que les tronçons 19 et 21 de la piste, après quoi la galette est extraite du poste de décapage et le cycle peut être répété Comme il apparaîtra à l'homme de l'art, le mandrin 17 peut aussi être pourvu d'orifices engendrant un coussin d'air afin, dans un premier temps, de soulever et de faire démarrer la galette sur sa piste, en plus des orifices de dépression utilisés pour serrer ladite galette lors du décapage. Il ressort de ce qui précède que de nombreux objets de la présente invention ont été atteints et que d'autres résultats avantageux ont été obtenus. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICAT IONS 1 Appareil pour décaper des galettes semiconduc- trices, caractérisé par le fait qu'il comprend un mandrin ( 17) destiné à retenir une galette semiconductrice devant être décapée;au-dessus et dans l'alignement dudit mandrin ( 17), un transducteur ( 25) d'ultrasonsprésentant une plaque frontale ( 27) qui recouvre intégralement une galette retenue sur ledit mandrin ( 17); des moyens d'entraînement ( 19, 21) qui, reliant ledit mandrin ( 17) audit transducteur ( 25), sont destinés à amener une galette maintenue en place sur ledit mandrin ( 17) en regard et à proximité immédiate dudit transducteur ( 25), et à faire tourner ladite galette pendant le décapage; un moyen ( 33) pour introduire un liquide dans l'intervalle entre chaque galette et ladite plaque frontale ( 27); et des moyens ( 35-39) pour mettre en action ledit transducteur ( 25), afin d'engendrer un champ sensiblement uniforme d'ultra-sons sur ladite plaque frontale ( 27), cette dernière étant plane sur la plus grande partie de sa surface opposée à la galette, mais comportant aussi plusieurs gorges ( 29) qui facilitent le départ de vapeurs engendrées paf cavitation lors du décapage. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque frontale ( 27) est circulaire, les gorges ( 29) étant agencées selon un H emprisonné dans un carré. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre de la plaque frontale ( 27) mesure environ 100 mm; et par le fait que les gorges ( 29) ont une largeur d'environ 0,050 cm et une profondeur d'environ 0,025 cm. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque frontale ( 27) présente un orifice central ( 33) par lequel le liquide est introduit dans l'intervalle entre la galette et ladite plaque frontale ( 27). Appareil pour le décapage de galettes semi- conductrices, caractérisé par le fait qu'il comprend: un mandrin ( 17) destiné à retenir une galette semiconduc- trice devant être dézapêe; au-dessus et dans l'alignement dudit mandrin ( 17), un transducteur ( 25) d'ultra-sons doté d'une plaque frontale ( 27) qui recouvre intégralement une galette retenue sur ledit mandrin ( 17); plusieurs éléments piézoélectriques ( 35-39) équipant ledit transduc- teur ( 25) et agencés annulairement autour de ladite plaque frontale ( 27) pour faire vibrer cette dernière; des moyens d'entraînement ( 19,21) qui, reliant ledit mandrin ( 17) et ledit transducteur ( 25), sont destinés à amener une galette retenue sur ledit mandrin en regard et à proximité immédiate dudit transducteur ( 25), et à faire tourner ladite galette lors du décapage; un moyen ( 33) pour intro- duire un liquide par le centre de ladite plaque frontale ( 27) dans l'intervalle entre la galette et ladite plaque; et des moyens pour mettre en action lesdits éléments piézo- électriques ( 35-39), afin d'engendrer un champ d'ultra-sons sensiblement uniforme sur ladite plaque frontale ( 27), cette dernière étant plane sur la plus grande partie de sa surface opposée à la galette, mais comportant aussi plusieurs gorges ( 29) facilitant l'évaporation de vapeurs engendrées par cavitation lors du décapage. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un système d'acheminement à air comprimé ( 13, 15, 19, 21) pour transporter des galettes successives vers le mandrin ( 17) en vue du décapage et à l'écart de ce mandrin après ledit décapage. 7 Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le transducteur ( 25) provoque une vibra- tion verticale lorsqu'il est mis en action par les moyens appropriés ( 35-39). 8 Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les gorges ( 29) sont agencées selon la forme d'un H emprisonné dans un carré à la face inférieure de la plaque frontale ( 27). 9 Appareil pour le décapage de galettes semi-s conductrices, caractérisé par le fait qu'il comprend: un mandrin ( 17) destiné à retenir une galette semiconductrice devant être décapée; des moyens ( 13, 15, 19, 21) pour transporter des galettes semiconductrices successives vers ledit mandrin ( 17) en vue de leur décapage, et pour enlever ensuite chaque galette une fois-le décapage effectué; au-dessus et dans l'alignement dudit mandrin ( 17), un trans- ducteur ( 25) d'ultra-sons comportant une plaque frontale ( 27) qui recouvre intégralement une galette maintenue en place sur ledit mandrin ( 17); plusieurs éléments piézoélectri- ques ( 35-39) qui, équipant ledit transducteur ( 25), sont répartis annulairement autour de la plaque frontale ( 27) pour faire vibrer cette dernière; des moyens d'entraine- ment qui, reliant ledit mandrin ( 17) et ledit transducteur ( 25), sont destinés à amener une galette maintenue en place sur ledit mandrin ( 17) en regard et à proximité immédiate dudit transducteur ( 25), et à faire tourner ladite galette lors du décapage; un moyen ( 33) pour introduire un liquide par le centre de la plaque frontale ( 27) dans l'intervalle entre la galette et cette plaque; et des moyens pour produire une vibration verticale en synchronisme desdits éléments piézo-électriques ( 35-39), afin d'engendrer un champ sensiblement uniforme d'ultra-sons sur ladite plaque frontale ( 27), cette dernière étant plane sur la plus grande partie de sa surface opposée à la galette, mais comportant également plusieurs gorges ( 29) facilitant le départ de vapeurs engendrées par cavitation lors du décapage. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les gorges ( 29) sont agencées en un H emprisonné dans un carré. 11 Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de transport est un système d'acheminement à air comprimé ( 13, 15, 19, 21).