Brevet FR2762240A1 — publié le 19981023

PROCEDE ET DISPOSITIF DE NETTOYAGE D'ELEMENTS ELECTRONIQUES PAR MOYENNES OU HAUTES FREQUENCES La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de nettoyage d'éléments électroniques par des moyennes ou hautes fréquences. Le domaine technique de la présente invention est celui de la fabrication de dispositifs de nettoyage d'éléments électroniques par des moyennes ou hautes fréquences. Le brevet US 5037481 (BRAN) décrit un dispositif, dit "mégasonique", de nettoyage d'éléments ou d'équipements électroniques tels que des tranches (dites "wafer") de silicium, ou bien des écrans plats par exemple, par immersion des éléments électroniques à nettoyer dans un fluide, normalement liquide, contenu dans un conteneur ou bac comportant une paroi de fond munie d'une face inférieure et d'une face supérieure ; le dispositif comporte un ou plusieurs transducteurs à base de céramique piézo-électrique, qui est susceptible de vibrer à hautes fréquences et d'émettre des ondes radio, notamment des ondes de moyenne fréquence, c'est-à-dire dont la fréquence est comprise entre 300 Khz et 3 Mhz, lesquelles ondes radio se propagent dans le fluide et permettent de faciliter la désolidarition, de l'élément électronique à nettoyer des impuretés présentes à la surface de l'élément ; le dispositif décrit dans ce document comporte un diffuseur muni d'une surface convexe pour faire diverger le faisceau d'ondes émises par le transducteur. L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé de nettoyage d'éléments électroniques qui soient améliorés. Selon un aspect principal de l'invention, ledit transducteur dit "mégasonique" est mécaniquement solidarisé, et de préférence collé, sous la paroi de fond du bac, c'est-à-dire sur la face inférieure ou externe de la paroi de fond du bac, de sorte que la paroi de fond est dénuée d'ouverture et ou de fenêtre. Un résultat de l'invention consiste donc à proposer un système de transmission des ondes à haute fréquence émises par le transducteur, au travers de la paroi de fond du bac, c'est-à-dire que le ou les générateurs de vibration à hautes fréquences (céramique piézo-électrique) n'est (ne sont) pas en contact direct avec le fluide de nettoyage contenu dans le bac. De préférence, les transducteurs céramiques sont collés sur le fond du bac en quartz, à l'aplomb des éléments à nettoyer, ce qui permet d'éviter ainsi un dispositif mécanique complexe de montage du transducteur, et permet d'éviter la présence de joints d'étanchéité et/ou d'aspérités dans la paroi de fond, qui pourraient piéger ou retenir des substances "polluantes". L'invention permet l'émission à hautes fréquences des vibrations au travers de la paroi sans contact direct entre les transducteurs et le fluide de nettoyage contenu dans le bac. Un système suivant 1 invention se caractérise notamment par l'absence de fenêtre ou d'orifice dans le fond du bac, ce qui permet de garantir que le bac reste propre moyennant un renouvellement du fluide. L'invention favorise le nettoyage des éléments électroniques immergés dans le bain par un phénomène dit de "streaming", qui se traduit par l'apparition de forces dans le fluide de nettoyage qui, dans un régime de fortes puissances, ont un moyenne temporelle non nulle et provoquent la création d'un régime convectif. Ces forces, d'origine acoustique, entraînent les particules présentes à la surfaces des éléments à nettoyer soit par effet direct, soit par effet de vortex ; les forces générées par les vibrations transmises au fluide sont d'autant plus grandes que l'amplitude et la fréquence des ondes émises sont élevées; Le fait de travailler avec des fréquences élevées, de préférence supérieure à 1 Mhz, permet d'éviter les problèmes de cavitation susceptibles de provoquer l'érosion et/ou la fracture des éléments à nettoyer, puisque le seuil de cavitation est d'autant plus élevé que la fréquence des ondes est élevé. Afin de permettre une transmission optimale des ondes dites "ultrasonores ou mégasonores" vers le fluide de nettoyage contenu dans le bac, au travers de l'épaisseur de quartz constituant la paroi de fond du bac, le système acoustique global (céramique + quartz) est adapté en impédance et en épaisseur à une fréquence donnée ; ainsi, l'épaisseur du quartz résonne sur un de ses modes propres pour permettre une transmission optimale, y compris dans les régimes transitoires ; afin d'éviter des problèmes de couplage entre les transducteurs céramiques (par propagation dans le quartz), la distance entre les transducteurs céramiques est optimisée. Selon un autre aspect principal de l'invention, le bac comporte un diffuseur d'ondes radio (dites "mégasoniques") qui est intégré à la paroi de fond du bac, et qui est de préférence essentiellement constitué par au moins un réseau de rainures aménagées sur la face supérieure de la paroi de fond du bac, lesquelles rainures sont parallèles entre elles et non équidistantes ; le diffuseur est par exemple constitué par deux réseaux de rainures : un premier réseau de premières rainures qui sont parallèles entre elles, et un deuxième réseau de deuxièmes rainures parallèles entre elles et inclinées par rapport aux premières rainures, par exemple perpendiculaires aux premières rainures. Le rainurage de la paroi de fond du bac sur sa face interne consiste en fait à prévoir un réseau de Fresnel en rainurant de façon apériodique cette paroi de fond ; ce réseau est réalisé de telle façon que l'on crée en sortie du réseau une onde divergente. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'élément diffuseur est logé dans le bac, est de forme plane et mince, c'est-à-dire s'détendant essentiellement selon deux directions parallèles au fond du bac, et par exemple constitué par une grille ou une plaque perforée solidarisée à la paroi supérieure ou interne du fond du bac, ou bien disposée au dessus de celui-ci. L'ajout d'un élément diffusant à proximité du fond du bac constitue une variante de réalisation d'un réseau de Fresnel servant à diffuser les ondes transmises par la paroi de fond du bac, mais dans cette variante, la diffraction est obtenue grâce à une pièce rapportée, par exemple une plaque trouée ou perforée, ou bien une grille disposée parallèlement à la paroi de fond du bac. Les paramètres acoustiques de la pièce rapportée, par exemple la densité, la taille des trous ou la maille de la grille sont calculés pour optimiser les performances du diffuseur. Ces deux techniques proposées selon l'invention pour permettre la diffusion des ondes émises par les transducteurs permet d'étaler le faisceau d'ondes générées dans la liquide pour améliorer l'homogénéité du champ vibratoire ou sonore dans le liquide et en particulier à proximité des éléments à nettoyer ; en effet, du fait de la fréquence de fonctionnement des transducteurs et de la distance entre ceux ci, les faisceaux "ultrasonores" générés sont collimatés ; il faut donc étaler ces faisceaux ou les diffuser pour améliorer l'homogénéité du champ ; du fait de la géométrie, l'étalement du faisceau n'est nécessaire que dans une direction parallèle à la surface des tranches de silicium à nettoyer, dans ce cas. Selon un autre aspect principal de l'invention, le dispositif comporte des transducteurs céramiques collés sur la face externe des parois latérales du bac. Ceci permet de faire interagir deux faisceaux (dits ultrasonores ou mégasonores) perpendiculaires , qui sont générés par les céramiques prévues sur la paroi du fond du bac d'une part, et par les céramiques prévues sur au moins une des parois latérales d'autre part, ce qui permet de créer un mouvement particulaire circulaire, même à bas niveau de puissance ; ce mouvement particulaire est à l'échelle du micromètre et à la fréquence de fonctionnement ; on crée donc une plus grande agitation avec des échelles de longueur courte. Avec un niveau de puissance plus élevé, la composition des deux mouvements particulaires perpendiculaires résultant des deux faisceaux, amplifie le phénomène dit de "streaming" et permet un nettoyage amélioré. Selon un autre aspect principal, l'invention consiste à procurer un dispositif dans lequel plusieurs transducteurs céramiques de forme rectangulaire ou circulaire, sont régulièrement disposés, de préférence en ligne et/ou en colonne, sur la face externe de la paroi de fond et/ou d'au moins une paroi latérale du bac. Par optimisation des formes des transducteurs céramiques, de la distance entre deux transducteurs céramiques, de la fréquence de fonctionnement des transducteurs, et du découplage entre les éléments, on augmente la surface d'émission, par exemple en utilisant des céramiques de forme rectangulaire, disposées pour former un pavage régulier ; ceci permet de créer un champ vibratoire ou "ultrasonore" vertical dont la densité de puissance est constante sur torte la surface des éléments à nettoyer (particulièrement dans le cas des tranches de silicium) et sur toute la longueur du panier ; cette caractéristique permet d'améliorer les résultats obtenus par des systèmes connus qui utilisent une onde divergente et une onde convergente due à la réflexion sur la surface libre du liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit d'exciter les transducteurs céramiques par des signaux délivrés par un générateur dont les phases sont différentes. En excitant avec des signaux déphasés les céramiques, par exemple en utilisant un déphasage de 180 degrés entre deux céramiques adjacentes, on crée un effet de cisaillement à l'interface des faisceaux respectivement produits par les deux transducteurs céramiques, ce qui a pour conséquence d'amplifier le phénomène de "streaming". Selon une autre caractéristique de 1 ' invention, le générateur alimentant les transducteurs céramiques comportent des moyens pour faire varier la fréquence des signaux délivrés aux transducteurs, de manière de préférence continue, c'est-à-dire permet un balayage en fréquence. Afin d'obtenir une puissance "ultrasonore" maximale dans le bac, avec un rendement optimal, on utilise des transducteurs céramiques présentant un fort coefficient de surtension ; les céramiques piézoélectriques présentent toujours une légère dispersion de leurs caractéristiques, ce qui décale légèrement la fréquence de résonance de chaque élément ; l'excitation à fréquence fixe ne permet donc pas d'obtenir la puissance maximale pour chaque céramique et crée par ailleurs des héterogenéités dans le champ "ultrasonore" global. Pour palier ce problème , on réalise une excitation à balayage de fréquence, centrée sur la fréquence de résonance ; cette excitation permet d'accrocher la résonance de chaque transducteur céramique pendant une durée donnée dépendante du temps de balayage et de la plage de fréquence balayée autour de la fréquence de résonance ; le balayage en fréquence permet également d'obtenir un champ homogène statistiquement ; pour obtenir un niveau de déplacement maximal des transducteurs céramiques, en prenant en compte les effets non linéaires apparaissant au voisinage de la fréquence de résonance, le balayage est de préférence continu, c'est-à-dire que la fréquence des signaux délivrés aux transducteurs par le générateur varie (augmente et diminue) sans discontinuité. Selon une caractéristique préférentielle de réalisation, on utilise les transducteurs céramiques qui génèrent le faisceau d'ondes transmis par les parois du bac, pour en outre mesurer le niveau du liquide de nettoyage, avant ou pendant le nettoyage. Pour ce faire, on envoie à chaque transducteur céramique une impulsion courte en tension et l'on mesure le temps s'écoulant entre l'émission et la réception, par le même transducteur céramique ; le temps de transit de l'onde dans le fluide (onde directe et onde réfléchie) permet de déterminer le niveau en fonction de la vitesse du son dans le fluide ; l'utilisation d'une technique similaire à celle-ci peut en outre permettre de reconnaître le fluide présent dans le bac et/ou sa température. Selon une autre caractéristique préférée du dispositif, on fixe une plaque de quartz sur le bac (ou panier), par une liaison mécanique d'emboîtement par téton par exemple, afin de convertir la surpression existant à la surface libre du liquide en une vitesse, pour favoriser le transport des particules dans le fluide et le phénomène de "streaming" à cet effet, une plaque de quartz peut fermer la partie supérieure du bac à la manière d'un couvercle. Les avantages procurés par 1 invention apparaissent en outre clairement au travers des figures annexées aux présentes, dans lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale par un plan vertical d'un dispositif conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de dessous du bac de la figure 1 - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un bac selon un mode préférentiel de réalisation. Par référence aux figures, le dispositif comporte un bac 2 comportant une paroi de fond 11 munie d'une face externe ou inférieure 12, et d'une face interne ou supérieure 13 ; le bac comporte en outre des parois latérales 16 munies d'un face externe 17. Les transducteurs céramiques 1 sont fixés sur les faces externes 12 et 17 des parois de fond 11 et/ou latérales 16, par collage à l'aide d'une colle 5. Les électrodes 3 et 4 de chaque transducteur 1 sont reliées à un générateur 19 de signaux à hautes fréquences (supérieures à 1 Mhz). Le bac 2 est rempli d'un liquide 6 de traitement dans lequel sont immergés des tranches ou disques 7 (de silicium par exemple) pour leur nettoyage. Dans la réalisation illustrée figure 1, une grille diffusante 8 est prévue à l'intérieur du bac au dessus de la paroi 11 de fond, alors que dans le mode réalisation représenté figure 3, le diffuseur 8 d'ondes est constitué par un premier réseau de premières rainures 14 parallèles entre elles et par un deuxième réseau de deuxième rainures 15 parallèles entre elles et perpendiculaires aux rainures 14, lesquelles rainures sont aménagées sur la face supérieure ou interne 13 de la paroi de fond. Par référence à la figure 2, les transducteurs 1 sont disposés selon deux lignes 18 parallèles entre elles, sur la paroi externe 12 du fond du bac. REVENDICATIONS 1. Dispositif de nettoyage d'éléments (7) électroniques par immersion dans un liquide (6) contenu dans un bac (2) comportant une paroi (11) de fond, lequel dispositif comporte un transducteur susceptible de vibrer à haute fréquence, dans lequel ledit transducteur (1) est mécaniquement solidarisé, et de préférence collé, sous la paroi de fond du bac, c'est-à-dire sur sa face externe (12). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le bac comporte un diffuseur d'ondes qui est intégré à la paroi de fond du bac, et qui est de préférence essentiellement constitué par au moins un réseau de rainures (14,15). 3. Dispositif selon la revendication 1 qui comporte un élément (8) diffuseur logé dans le bac qui est de forme plane et mince, c'est-àdire s'étendant essentiellement selon deux directions parallèles au fond du bac, et par exemple constitué par une grille ou une plaque perforée. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3 qui comporte des transducteurs céramiques collés sur la face externe (17) des parois (16) latérales du bac. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel plusieurs transducteurs céramiques de forme rectangulaire ou circulaire, sont régulièrement disposés sur la face externe de la paroi de fond et/ou d'une paroi latérale du bac. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 qui comporte un générateur (19) apte à délivrer des signaux déphasés aux transducteurs. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 qui comporte un générateur (19) alimentant les transducteurs céramiques, qui comporte des moyens pour faire varier la fréquence des signaux délivrés aux transducteurs, de manière de préférence continue, c'est-à-dire qui permet un balayage en fréquence. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 qui comporte des moyens (19) pour envoyer à chaque transducteur céramique une impulsion courte en tension et pour mesurer le temps s'écoulant entre l'émission et la réception, par le même transducteur céramique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 qui comporte une plaque de quartz apte à fermer la partie supérieure du bac à la manière d'un couvercle. 10. Procédé de nettoyage d'éléments électroniques dans lequel on utilise un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.