Brevet FR2524008A1 — publié le 19830930

La présente invention se réfère à un dispositif pour le décapage chimique d'un article en forme de rondelle dans une solution de décapage ou, plus spécialement, à un appareil dans lequel un article en forme de rondelle tel qu'une rondelle de silicium pour semi-conduc- teurs, peut recevoir son traitement de finition au moyen d'un décapant chimique dans une solution décapante afin de présenter des surfaces d'une planéité élevée et d'un bon parallélisme. Il est bien connu que les rondelles de silicium pour semi- conducteurs, à partir desquelles on fabrique de nombreux types de dis- positifs électroniques, sont préparés en coupant par abrasion une barre de silicium monocristallin de pureté élevée en rondelles minces dont les surfaces sont ensuite polies pour obtenir un lisse parfait Il est de ce fait inévitable que la couche superficielle de la rondelle de silicium ain- si polie est plus ou moins sujette à une contrainte mécanique due aux différents stades de traitementnmécanique ci-dessus mentionnés Aussi procède-t-on habituellement dans cette technique à une élimination de la surface sous contrainte de la rondelle de silicium par décapage chi- mique dans une solution appropriée, avant d'utiliser la rondelle de sili- cium pour la fabrication de dispositifs électroniques. 1 Il est bien entendu essentiel que ce décapage chimique s'effectue de façon homogène sur toute la surface de la rondelle en empe- chant qu'il se produise une réaction d'oxydation locale et en veillant à ce que le décapage se termine partout au mime moment afin qu'en tous points de la surface une quantité uniforme soit enlevée de la surface, produisant ainsi des surfaces de planéité élevée et des rondelles pré- sentant un excellent parallélisme. On obtient une telle progression uniforme de la réaction de décapage, si le produit d'oxydation formé dans la solution de décapa- ge sur la surface de la rondelle est rapidement éloigné de la zone pro- che de la surface, et si la chaleur réactionnelle est dissipée simultané- ment, une po r tion frafche de solution décapante étant ensuite mise en contact avec la surface de la rondelle dans un courant turbulent, de -2 - manière à réduire à un minimum la distance de contact entre une frac- tion de volume de solution de décapage et la surface de la rondelle. Afin d'assurer les conditions de contact souhaitées mention- nées ci-dessus, entre la surface de la rondelle et la solution de déca- page, divers types d'appareils ont été proposésdans l'art antérieur pour le décapage chimique d'articles en forme de rondelle Dans un appareil par exemple, un certain nombre d'articles en forme de ron- delle sont maintenus en position verticale ou horizontale dans un carter, disposés parallèlement entre eux avec des interstices étroits et unifor- mes et le courant de solution décapante dans les espaces entre les ron- delles parallèles est accél éré en faisant tourner chaque rondelle autour de son axe ou autour d'un axe externe, ou en utilisant l'effet de turbu- lence provoqué par des bulles ascendantes. Les appareils de l'art antérieur ci-dessus mentionnés ne donnent cependant pas toujours satisfaction en ce qui concerne l'unifor- mité de la réaction de décapage, ce qui est dû à la réaction localisée de la solution de décapage stagnant entre les rondelles opposées, con- duisant à l'accumulation du produit de réaction et à une élévation localisée de la température de la solution de décapage Les difficultés créées par cette réaction d'oxydation irrégulière augmentent en importance pour des diamètres plus importants des rondelles de semi- conducteurs, vers lesquels s'oriente la technologie des semi-conducteurs de plus en plus depuis quelques années. La présente invention a par conséquent pour but de pour- voir à un nouvel appareil amélioré pour le décapage chimique d'articles en forme de rondelle dans une solution appropriée, dans laquelle ces articles peuvent recevoir avec facilité et efficacité leur traitement de finition afin de leur conférer une planéité élevée ou des surfaces planes présentant un parallélisme excellent, sans donner lieu aux problèmes évoqués ci-dessus, dus à une réaction irrégulière dans les appareils de l'art antérieur. -3 - L'appareil selon l'invention pour le décapage chimique d'ar- ticles en forme de rondelles dans une solution appropriée dans un réci- pient de décapage comprend: a) un disque rotatif autour d'un axe, disposé dans la solution de décapage, ce disque étant pourvu d'au moins un conduit d'écoulement de liquide sur au moins une de ses faces, b) des moyens pour faire tourner le disque rotatif autour de son axe, c) des moyens pour maintenir l'article en forme de rondelle à côté et en face de la face du disque rotatif pourvu du conduit d'écoulement de liquide telle façon que la surface de l'article en forme de rondelle disposéeen face du disque rotatif soit essentiellement parallèle à la surface du disque rotatif et exposée sans entrave à la solution de décapage en conservant un écart étroit entre la surface libre de l'article en forme de rondelle et la surface du disque rotatif, d) des moyens pour faire tourner l'article en forme de rondelle autour de son axe, et e) des moyens pour donner à l'article en forme de rondelle maintenu dans un plan parallèle à la face du disque rotatif, un mouvement de va et vient dans un sens radial par rapport au disque rotatif. L'appareil de l'invention est représenté schématiquement dans les figures des dessins annexés, dans lesquels la Fig 1 est une vue en coupe d'un articleen forme de rondelle et d'un disque rotatif pourvu de conduits d'écoulement de liquide. la Fig 2 est une vue en perspective, illustrant le mouvement relatif de l'article en forme de rondelle et le disque rotatif. les a Fig 3 a à 3 d représentent chacune un exemple de la configuration des conduits d'écoulement de liquide dont est pourvue la surface du disque rotatif - la Fig 4 est une vue en coupe verticale d'un appareil selon l'invention la Fig 5 est une autre vue en coupe verticale d'un appareil représenté dans la Fig 4, le plan étant celui indiqué par les flèches de la Fig 4. -4 - Comme il a été indiqué ci-dessus, le principe conduisant dans l'appareil selon l'invention à des améliorations inattendues, est la rota- tion de l'article en forme de rondelle maintenu à faible distance face au disque rotatif pourvu de conduits d'écoulement de liquide sur la face tournée vers l'article en forme de rondelle et, conjointement, le mouvement de va et vient simultané de l'article en forme de rondelle dans un sens radial par rapport au disque rotatif. Ci-après la structure et le principe de fonctionnement de l'ap- pareil de l'invention seront décrits en détail avec référence aux dessins annexés qui ne constituent en aucun cas une limitation de l'invention. La figure 1 est une illustration schématique de la façon dont on obtient l'uniformité recherchée de la réaction d'oxydation sur la sur- face de l'article en forme de rondelle à faible distance parallèlement à la face du disque rotatif pourvu de conduits d'écoulement de liquide L'ar- ticle en forme de rondelle 1 est maintenu à l'aide d'un dispositif aspirant par l'une de ses faces, de sorte que l'autre face soit entièrement libre. La face libre de l'article 1 est près de la face du disque rotatif 3 sans la toucher, sur laquelle se trouvent à des intervalles réguliers plusieurs conduits d'écoulement de liquide 4, en forme de sillons L'article 1 et le disque rotatif 3 tournent tous deux dans une solution de décapage, de façon à être en mouvement l'un par rapport à l'autre Grâce aux conduits d'écoulement de liquide 4 disposés sur la surface du disque rotatif 3, la solution décapante entre l'article 1 et le disque rotatif est agitée et portée au contact de la surface de l'article 1 selon un écoulemen turbulent, de sorte qu'un échange se produise entre la solution de décapage épuisée de température élevée en contact direct avec la surface de l'article 1 et une portion fraîche de solution de décapage présente dans les conduits 4. On prévient ainsi de façon efficace une élévation locale de la température de la solution de décapage ainsi qu'une accélération locale de la réaction d'oxydation sur la surface de la rondelle C'est-à-dire que des portions frarches de la solution de décapage provenant des conduita 4 dans le disque rotatif 3 sont mises continuellement en contact avec toute la sur- face de l'article en forme de rondelle 1, et cela en combinaison avec un 5 - mouvement relatif de rotation de ces deux éléments, de sorte que l'uni- formité de la réaction d'oxydation soit assurée, ce qui permet d'obtenir une planéité élevée et un bon parallélisme des surfaces de l'article en forme de rondelle 1. La figure 2 est une vue en perspective, illustrant les mouve- ments respectifs et relatifs de l'article en forme de rondelle 1 et du dis- que rotatif 3 dont la surface est pourvue de conduits 4 pour l'écoulement de liquide Il est à faire remarquer que c'est pour simplifier le dessin que le disque rotatif 3 représenté dans la figure 2 ne comporte que deux conduits 4, et qu'en réalité le disque rotatif 3 est pourvu d'une pluralité de conduits similaires, s'étendant en direction radiale, à des intervalles réguliers sur toute la surface Comme il est montré dans la figure, l'ar- ticle en forme de rondelle 1 est maintenu dans une position essentielle- ment verticale au moyen d'un dispositif aspirant (non représenté sur la figure), et déplacé selon un mouvement de va et vient dans le sens indiqué par la double flèche A, c'est-à-diredans une direction radiale par rap- port au disque rotatif 3, tout en conservant le faible écart entre l'article en forme de rondelle 1 et le disque rotatif 3, la rondelle tournant en même temps autour de son axe dans le sens indiqué par la flèche B Par ailleurs, le disque rotatif 3 pourvu de conduits 4 tourne autour de son axe comme indiqué par la flèche C, de sorte que la différence de vitesse des mouvements relatifs de l'article en forme de rondelle 1 et du disque rotatif 3 varie grandement d'une zone à l'autre et, que le trajet de con- tact moyen entre une fraction de volume de la solution décapante se trou- vant entre les deux, et une unité de surface de l'article en forme de ron- delle, est très court, ce qui assure l'uniformité de la progression de la réaction de décapage sur toute la surface de l'article 1. La disposition du réseau de conduits d'écoulement 4 sur la surface du disque rotatif 3 n'est pas très critique et elle n'est pas limitée aux quelques exemples de réseaux représentés dans les figures 3 a à 3 d. La disposition de la figure 3 a montre un réseau de conduits s'étendant en sens radial du disque 3 de l'orifice central vers la périphérie du dis- que, tandis que dans la figure 3 b un conduit plus court partant de la 6 périphérie et n'atteignant pas l Vrifice central est prévu chaque fois entre une paire de conduits adjacents radiaux conformes à ceux de la figure 3 a. Les conduits d'écoulement représentés dans les figures 3 c et 3 d tournent autour du centre du disque 3 en forme de spirales ou de vortex Dans tous les cas il est avantageux que les conduits 4 soient disposés à des inter- valles réguliers ou avec un espacement constant La profondeur des con- duits 4 n'est pas tres critique. En outre, des effets similaires peuvent être obtenus en pré- voyant une pluralité d'orifices ou creux de dimensions convenables for- mée dans ou sur le disque rotatif 3, en remplacement ou en complément des conduits d'écoulement de liquide 4 mentionnés ci-dessus Le nombre, les dimensions et la forme des conduits 4 et/oudes orifices ou creux dans le disque rotatif 3 doivent être déterminés en fonction des dimen- sions de l'appareil, les dimensions de l'arti cle en forme de rondelle, la nature de la solution décapante et d'autres paramètres Il est préférable que le disque rotatif 3 soit pourvu de conduits 4 sur les deux surfaces de façon qu'un seul disque rotatif puisse simultanément servir au décapage chimique de deux articles en forme de rondelle sur différents cotés du disque dans la solution décapante Il est éventuellement possible bien entendu d'équiper l'appareil selon l'invention de deux ou de plusieurs disques rotatifs dans un réservoir contenant la solution de décapage, ce qui permettrait de soumettre autant d'articles en forme de rondelle au décapage chimique que l'on désirerait. Les figures 4 et 5 représentent chacune une vue schématique en coupe verticale d'un exemple typique de l'appareil selon l'invention, à savoir une vue comprenant l'axe de rotation du disque rotatif 3 (Fig 4) et l'autre vue perpendiculaire à l'axe (Fig 5) Comme le montrent ces figures, un disque rotatif 3 pourvu de conduits d'écoulement de liquide 4 sur les deux faces est maintenu dans une position essentiellement verti- cale dans la solution décapante contenue dans le réservoir 5, au moyen d'un arbre 6, supporté à son tour à ses extrémités par les deux parois latérales du réservoir dans deux roulements 7 L'arbre 6 est mis en rotation par l'intermédiaire d'un couplage magnétique 8 afin d'assurer une rotation uniforme du disque 3. -7 - A très faible distance de chacune des faces du disque rotatif 3 pourvu de conduits d'écoulement de liquide 4, les articles en forme de rondelle 11 et 12 sont maintenus chacun respectivement par les disposi- tifs aspirants 21 et 22, de sorte qu'il subsiste un écart étroit entre la surface libre des articles en forme de rondelle Il et 12 et une des faces du disque rotatif 3 Chaque dispositif aspirant 21 et 22 est relié à une pompe à vide (non représentée sur la figure) au moyen d'un tuyau 9 et est supporté par le bras 10 Les dispositifs aspirants 21 et 22 sont rota- tifs et entrafhés par les moteurs 13,13 au moyen des courroies 14,14. Il est bien entendu possible de remplacer le mécanisme d'entralhement des dispositifs aspirants 21,22 comprenant les courroies 14,14 et des poulies par une combinaison appropriée de pignons Les bras de support , 10 montent et descendent alternativement grâce à un mécanisme com- prenant un cylindre et un piston, des bielles et similaires (non repré- sentées dans les figures) de sorte que les articles en forme de rondelle 11, 12 maintenus par les dispositifs aspirants 21,22 montent et descen- dent de la même façon dans une direction radiale du disque rotatif 3 La solution de décapage dans le réservoir 5 est introduite par l'entrée 23 (figure 5) et sort de ce réservoir 5 par l'évacuation 25 après passage dans le déversoir 24. Comme décrit ci-dessus, l'article en forme de rondelle est soumis au décapage chimique dans l'appareil de l'invention en le mainte- nant verticalement dans le réservoir contenant la solution décapante au moyen d'un dispositif aspirant, à faible distance du disque rotatif en sou- 'mettant la rondelle et le disque à un mouvement relatif, en les faisant tourner chacun autour de leur axe et en conférant un mouvement de va et vient linéaire à la rondelle dans une direction radiale du disque Après l'achèvement du décapage chimique dans le réservoir 5, la rondelle est transférée dans le bac de rinçage 16, toujours maintenue par le disposi- tif aspirant, pour être rincée et débarrassée de solution décapante. Le décapage des deux faces d'un article en forme de rondelle peut être réalisé de la façon suivante Après l'achèvement du décapage d'une face de la rondelle 11, on la transfère dans le bac de lavage 16, -8 - toujours maintenue par le dispositif aspirant 21, oh elle est lavée inten- sivement Ensuite, l'autre dispositif aspirant 22 est dirigé sur la face la libre de la rondelle 1 1 pour la prendre et/maintenir par aspiration et transporte la rondelle (correspondant maintenant à la référence 12) vers l'autre côté du disque rotatif, de manière à placer la seconde face, qui n'a pas été décapée au cours du premier stade, à faible distance du dis- que rotatif et, à décaper la seconde face de façon similaire à celle trai- tée au cours du premier stade Après l'achèvement de ce second déca- page, la rondelle 12 (précédemment 11) maintenue par le dispositif aspi- rant 22, est transférée, tout en restant en place sur le dispositif, dans le bac de rinçage 16 pour être bien lavée de nouveau De cette façon les deux faces d'un article en forme de rondelle sont décapées successive- ment par l'emploi séquentiel des dispositifs aspirants 21 et 22, dont chacun assure le traitement par décapage d'une des faces de la rondelle. Le premier dispositif aspirant 21, à partir duquel la rondelle 1 1 a été transférée après l'achèvement du décapage d'une face, vers le second dispositif aspirant 22, est alors employé pour maintenir une autre rondelle et la placer dans le réservoir de décapage 5, dans lequel l'une des faces de cette nouvelle rondelle est décapée, puis de nouveau la ron- delle est transportée sur le second dispositif aspirant 22 après rinçage dans le bac 16 Ainsi, le mouvement enchaihé des deux dispositifs aspi- rants 21, 22 et du disque rotatif 3, est destiné à réaliser le cycle de traitement par décapage ci-dessus décrit d'une rondelle de manière à soumettre un certain nombre de rondelles l'une après l'autre à un trai- tement de décapage continu des deux faces pour obtenir une planéité très élevée et le parallélisme des surfaces. Il convient de faire remarquer que, bien que les articles en forme de rondelle soumis au traitement de décapage soient maintenus pour l'essentiel verticalement, conformément à ce qui précède et aux figures 4 et 5, il est quelquefois avantageux de maintenir les articles en position horizontale de sorte que l'article en forme de rondelle ne risque pas de glisser sur le dispositif aspirant et de tomber dans le réservoir du décapant, surtout lorsque le pouvoir aspirant du dispositif n'est pas suffisant Il est bien entendu possible de maintenir les articles en forme de rondelle éventuellement en position inclinée si besoin est. Il est évident que l'appareil selon l'invention est non seulement utile pour le décapage de rondelles semi-conducteurs, mais aussi pour tout traitement en phase liquide comprenant un décapage chimique des surfaces de n'importe quel matériel en forme de plaque En particulier, l'universalité du présent appareil permet de trouver un moyen pour le traitement par décapage de rondelles de semi-conducteurs de grands diamètres compatibles avec les exigences récentes en matière de fini- tion des surfaces des rondelles, à un rendement de production nettement amélioré. - REVENDICATIONS 1 Appareil pour le décapage chimique d'articles en forme de rondelle dans une solution de décapage contenue dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un disque rotatif autour d'un axe, immergé dans la solution de déca- page, ce disque étant pourvu d'au moins un conduit d'écoulement de liquide sur au moins une face, b) des moyens pour faire tourner le disque rotatif autour de son axe, c) des moyens pour maintenir l'article en forme de rondelle devant la face du disque rotatif pourvue de conduits d'écoulement de liquide, de telle façon que la face de l'article en forme de rondelle se trouvant tournée vers le disque rotatif soit essentiellement pallèle à la face de ce dernier et librement exposée à la solution décapante, un faible écart étant maintenu entre la face libre de l'article en forme de ron- delle et la face du disque rotatif, d) des moyens pour faire tourner l'article en forme de rondelle autour de son axe, et e) des moyens pour donner à l'article en forme de rondelle, maintenu par les moyens c), un mouvement de va et vient dans un plan parallèle à la face du disque rotatif et dans une direction radiale du disque ro- tatif, en même temps que le disque rotatif et l'article en forme de rondelle exécutent leur mouvement de rotation. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'écoulement de liquide est un sillon gravé dans le disque rotatif dans une direction radiale de celui-ci. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'écoulement de liquide est un sillon en forme de spirale gravé autour du centre du disque rotatif. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque rotatif est pourvu sur ses deux faces d'au moins un conduit d'écou- lement de liquide, et en ce que les moyens pour maintenir l'article en forme de rondelle sont prévus des deux côtés du disque rotatif. i 11 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour maintenir l'article en forme de rondelle est un dispositif aspirant fonctionnant au moyen d'un vide. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque tourne autour d'un axe vertical. 7 Procédé pour le décapage chimique de la surface d'un article en forme de rondelle dans une solution de décapage dans un réservoir approprié, caractérisé en ce que: a) l'article en forme de rondelle est maintenu par les moyens prévus à cet effet dans la solution de décapage de telle façon que l'une des faces de l'article en forme de rondelle soit librement exposée à la solution décapante et, en ce que l'article en forme de rondelle est maintenu à faible distance de la face du disque tournant autour de son axe dans la solution de décapage, de telle façon qu'une faible écart soit maintenu entre la surface libre de l'article en forme de rondelle et le disque, ce disque étant pourvu sur la face tournée vers l'article en forme de rondelle d'au moins un conduit d'écoulement de liquide, b) le disque tourne autour de son axe, c) l'article en forme de rondelle tourne autour de son axe, et d) l'article en forme de rondelle exécute un mouvement de va et vient parallèlement au disque en rotation et dans une direction radiale de celuici. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, grâce au fait que le disque rotatif est pourvu sur chacune de ses faces d'au moins un conduit d'écoulement de liquide et qu'un dispositif de maintien d'articles en forme de rondelle est prévu devant chaque face du disque rotatif, l'article en forme de rondelle maintenu par le pre- mier dispositif et ayant reçu le traitement par décapage d'une face est pris ensuite par le second dispositif qui le maintient afin d'exposer l'autre face à l'action de la solution de décapage.