Brevet FR2788701A1 — publié le 20000728

Description DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une innovation de la technologie de traitement de surfaces des tranches de silicium dans la fabrication de circuits intégrés et de matériaux semi- conducteurs. L'industrie de la microélectronique requiert l'utilisation de nettoyages par voie humide et donc de moyens de séchage à fin d'améliorer la qualité des puces et donc le rendement des dispositifs. SUPPORT DE L'INVENTION La microélectronique utilise des solutions chimiques soit par voie humide soit par voie assistée de plasma pour traiter les tranches de substrats semi-conducteurs et de fait il est nécessaire de sécher les tranches ou plutôt retirer la couche de liquide sur la surface des substrats. Plusieurs techniques de séchage existent et utilisent des propriétés spécifiques à savoir l'effet centrifuge, une solution azéotropique, un produit aux propriétés de volatilisation comme les solvants. L'effet centrifuge est utilisé dans des appareils qui font tourner soit un lot de tranches soit une tranche seule à des vitesses de rotation assez élevées, mais ce procédé a des inconvénients comme le stress des plaquettes, la contamination particulaire et le fait qu'il est difficile d'utiliser cet outil pour faire le traitement chimique antérieur, d'o une augmentation des coûts d'exploitation. Un solvant peut être utilisé pour déplacer des couches de liquides tels que de l'eau par évaporation de ce solvant. Mais cette technique pose des problèmes de conditionnement, d'importants rejets dus à l'évaporation et surtout la délicate opération de qualification nécessaire dans un processus industriel. L'utilisation d'une solution azéotropique composée généralement d'un solvant et d'eau permet de sécher les plaques avec une bonne efficacité mais requiert le plus souvent une instrumentation particulière par la manipulation des plaques. Cette technique reste basée sur l'utilisation d'un solvant, ce qui est à la base de défauts engendrés par toutes ces techniques comme une contamination organique due au solvant, des tâches après le séchage dues au déplacement de l'eau par le solvant et qui pose des problèmes en terme de rendements des dispositifs électroniques intégrés sur les tranches. D'autre part toutes ces techniques de séchage sont pratiquées sur des outils de traitement différents des outils de nettoyage et donc de rincçage, ce qui a pour conséquence de contaminer les tranches à leur passage à l'interface air liquide. Etant donné le problème de contamination et de tâches engendrées par l'utilisation d'un solvant dans des solutions azéotropiques, il est nécessaire de définir une technique de retrait de la couche d'eau dans le même outil de nettoyage en n'utilisant pas de solvant. Cette technique peut être réalisée sur un appareil qui est présenté dans une autre application et ne fait pas l'objet de la présente invention. La présente invention a pour objet de définir un procédé basé sur l'utilisation de l'eau ultra pure sans que les tranches soient séchées par l'environnement extérieur de l'outil de réalisation et autrement que par des rinçages en eau ultra pure à différentes températures et sans manipulation des substrats et sans injection de quelconque surfactant. L'eau ultra pure ne se solidifie pas à 0 C. Les tranches après traitement chimique subissent des rincçages. C'est en utilisant des rinçages successifs que la surface des tranches est asséchée. Le caractère de mouillabilité d'un liquide dépend de sa tension de surface, laquelle varie en sens inverse avec la température du liquide. Un caractère de forte mouillabilité d'un liquide signifie une basse tension de surface de ce liquide lequel traduit sur la surface d'un solide une faible mouillabilité. Un caractère de faible mouillabilité d'un liquide signifie une haute tension de surface de ce liquide lequel traduit sur la surface solide une forte mouillabilité. Une déplétion de la couche d'un liquide donné ne peut être opérée que si la couche inférieure de liquide est de faible mouillabilité et la couche supérieure de liquide de forte mouillabilité. La technique faisant l'objet de la présente invention décrit un procédé de séchage caractérisée en ce qu'elle consiste à sécher la surface de substrats en créant une déplétion de deux couches superposées au caractère opposé de mouillabilité d'un même liquide. La déplétion de couches superposées d'un liquide donné caractérisée en ce qu'elle se réalise par la couche étalée d'un liquide au caractère de mouillabilité donné sur une couche du même liquide au caractère opposé de mouillabilité recouvrant la surface de substrat à traiter. Le procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la surface des substrats une couche d'un liquide de faible mouillabilité. Le liquide de faible mouillabilité caractérisé en ce qu'il est composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C. Le procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la couche d'un liquide de faible mouillabilité une couche d'un liquide de forte mouillabilité. Le dit liquide de forte mouillabilité caractérisé en ce qu'il soit composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 80 C et 100 C. Le procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à une déplétion simultanée de la couche de liquide de faible mouillabilité sur la surface des substrats et de la couche de liquide de forte mouillabilité. Une réalisation de ce procédé est assurée dans un appareil composé d'une chambre de traitement de forme cylindrique qui reçoit les substrats. La chambre de traitement est reliée à un dispositif de distribution de deux injections du liquide et à un dispositif d'écoulement. Le dispositif de distribution de deux injections se compose d'une injection au-dessus des substrats posés verticalement et d'une injection latérale dans le plan horizontal des substrats. Ce dispositif d'écoulement est composé d'une vanne à diaphragme laquelle permet de contrôler la cinétique de l'écoulement opéré. Un écoulement dit ouvert signifie que la vanne à diaphragme est ouverte complètement. Un écoulement dit arrêté signifie que la vanne à diaphragme est fermée complètement. Le traitement d'écoulement opéré signifie l'ouverture contrôlée par assistance pneumatique du diaphragme de la vanne pour en fixer le débit souhaité. Différents capteurs comme des sondes de température ou des capteurs de bullage sont utilisés dans une réalisation. Des dispositifs d'alimentation en liquide à une température donnée sont utilisés à savoir un échangeur de chaleur pour refroidir l'eau ultra pure à la température désirée et un chauffe-eau pour monter la température de l'eau ultra pure à la température de vaporisation. Les paramètres de réalisation opérée sur ce type d'appareil sont - eau ultra pure à 99 C, - eau ultra pure à It C, - débit de rinçage fixé à 22 I/min pour étapes a et b - débit de rinçage fixé à 100 ml/min pour étape c - débit durant le traitement d'écoulement fixé à 1 rmn/s mesuré par rapport à la surface des substrats Le procédé de séchage de substrats caractérisé en ce qu'il se réalise dans une chambre de traitement recevant les substrats en plusieurs étapes successives et indivisibles suivantes: -a - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement ouvert, -b - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement arrêté, -c - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 80 C et 100 C et une alimentation en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement ouvert selon un traitement d'écoulement du liquide, Le dit traitement d'écoulement du liquide caractérisé en ce qu'il consiste à un écoulement selon une gravitation dans le plan vertical des substrats et une cinétique comprise entre 500 micromètres par seconde et 5 centimètres par seconde. REVENDICATIONS 1 - Procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à sécher la surface de substrats en créant une déplétion de deux couches superposées au caractère opposé de mouillabilité d'un même liquide. 2 - Procédé selon la revendication n 1 caractérisé en ce que la déplétion de couches superposées d'un liquide donné se réalise par la couche étalée d'un liquide de mouillabilité donné sur une couche du même liquide au caractère opposé de mouillabilité recouvrant la surface de substrat à traiter. 3 Procédé de séchage selon la revendication I ou 2 caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la surface des substrats une couche d'un liquide de faible mouillabilité. 4 - Procédé selon la revendication n 3 caractérisé en ce que le liquide de faible mouillabilité est composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C. 5 - Procéde selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la couche d'un liquide de faible mouillabilité une couche d'un liquide de forte mouillabilité. 6 - Procédé selon la revendication n 5 caractérisé en que le dit liquide de forte mouillabilité est composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 80 C et 100 C. 7 - Procédé de séchage selon les revendications n 3, 4, 5, 6 caractérisé en ce qu'il consiste en une déplétion simultanée de la couche de liquide de faible mouillabilité sur la surface des substrats et de la couche de liquide de forte mouillabilité. 8 - Le procédé de séchage de substrats selon la revendication n I caractérisé en ce qu'il se réalise dans une chambre de traitement recevant les substrats en plusieurs étapes successives et indivisibles suivantes: -a - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement ouvert, -b - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement arrêté, -c - Pendant une période temporelle prédéterminée les substrats subissent un cycle de rinçage par une alimentation continue en eau ultra pure à une température comprise entre 80 C et 100 C et une alimentation en eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 5 C dans une chambre de traitement à écoulement ouvert selon un traitement d'écoulement du liquide opéré par une vanne à diaphragme, 9 - Procédé selon la revendication n 8 caractérisé en que le dit traitement d'écoulement du liquide consiste en un écoulement selon une gravitation dans le plan vertical des substrats et une cinétique comprise entre 500 micromètres par seconde et 5 centimètres par seconde.