Brevet FR2802625A1 — publié le 20010622

Description DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une innovation de la technologie de traitement de surfaces d'un substrat pour les applications suivantes et définies à titre non exhaustif comme la fabrication de circuits intégrés, de matériaux semi-conducteurs, de nanostructures, de disques durs, de disques optiques, de dispositifs optiques et magnétiques. SUPPORT DE L'INVENTION Les industries des produits visés ci-dessus par la présente invention utilisent des solutions chimiques soit par voie humide soit par voie assistée de plasma pour traiter des substrats dont il est nécessaire de les sécher ou plus exactement de diminuer la couche de liquide la surface. plusieurs techniques de séchage existent et utilisent des propriétés spécifiques à savoir l'effet centrifuge ou une solution azéotropique qui peut être adjointe à l'effet centrifuge. Un solvant peut etre utilisé pour déplacer des couches de liquides tels que de l'eau étant donné les propriétés de certains solvants dans des solutions azéotropiques. Mais cette technique pose des problèmes de conditionnement, d'importants rejets dus à l'évaporation du solvant qui doit être injecté à l'état de vaporisation . D'autre part le traitement des substrats se faisant de plus en plus à l'unité, il est nécessaire de prévoir une intégration des procédés de séchage sur des dispositifs comme des bacs prévus pour recevoir un seul substrat sans que pour autant ce dispositif soit muni d'un système de rotation pour assurer la centrifugation à la surface du substrat étant donné que des options différentes peuvent être envisagées selon l'étape d'élaboration concernée pour les produits visés par la présente invention. 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 réduction de la couche d'eau dans le même outil de nettoyage en n'utilisant pas de solvant. Dans le de répartition par lot de production et donc d'élaboration commune à l'ensemble des substrats du lot, une invention du même auteur présentée dans l'application FR9900978 offre une alternative aux techniques déjà utilisées. La technique de la présente invention se borne à des applications de séchage double face de la surface d'un seul substrat lorsque l'option de traitement vise à opérer à l'unité et le procédé de séchage de la présente invention peut être réalisée sur un dispositif standard tel qu'un bac muni d'une source de génération d'ondes acoustiques mais lequel bac 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 le substrat soit séché 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. L'eau ultra pure ne se solidifie pas à 0 C et ne se vaporise pas à 100 C. Un substrat après traitement chimique subit des rinçages en eau ultra pure. C'est en utilisant des rinçages successifs que la surface du substrat 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. La figure n 1 présente ce phénomène appliqué à la tension de surface y de l'eau ultra pure pour une gamme de température variant de 0 C à 100 C. 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 d'un substrat sur ses deux faces et de façon simultanée en dispersant deux couches superposées au caractère opposé de mouillabilite 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. L'étalement d'un liquide donné sur un autre liquide ne peut se faire que si coefficient d'étalement est positif à savoir que ce paramètre est défini par la tension de surface de chaque couche de liquide. Le coefficient d'étalement ne peut être positif que si une couche de forte mouillabilité est déposée sur une couche de faible mouillabilité par définition . Le procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la surface du substrat une couche d'un liquide de faible mouillabilité . Le liquide de faible mouillabilité caractérisé en ce qu'il composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 10 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 90 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 du substrat et de la couche de liquide de forte mouillabilité. Le coefficient d'étalement S dans le cas de la présente invention se définit par e ( 90'C- 1 00 c 7 / cou à t omc - l o c ]) - y(. e I o c -1 0 c I) - Y( eau à [ 90 c - I 00 c ]) - 'Y( eau e t 90'c-1 oo ct eau à ( o c- I o c 1) La figure n 3 présente les variations de ce coefficient pour l'application de la présente invention en fonction des choix de températures opérés pour réaliser la technique. Un exemple de détermination du coefficient d'étalement de cette application est proposé par les compromis entre le coefficient d'étalement le plus élevé possible et l'assurance du maintien de la température de l'eau de chaque couche par des dispositifs adaptés à cet effet et proposés sur le marché. La présente invention suppose une bonne maîtrise de l'hydrodynamique de l'interface entre la couche de faible mouillabilité et celle de forte mouillabilité. Par ailleurs le contrôle fin de la pureté de l'eau est indispensable pour atteindre l'efficacité optimale recherchée sans quoi l'énergie d'adhésion ou les paramètres tels que Y peuvent varier de façon anormale. D'autre part il est nécessaire de définir un protocole judicieux de telle manière que l'énergie d'adhésion de la couche d'eau ultra pure de y basse sur la couche d'eau ultra pure de y élevée soit la plus élevée possible ce qui sous-entend que les tensions de surface bi-phase soient négligeables et donc que la pression osmotique n` soit la plus élevée possible. Une attention délicate sera portée sur la technique à inventer pour que le phénomène de déplétion des deux couches en contact par l'interface de Gibbs se réalise en réduisant au maximum le paramètre temporel t. Cette condition doit donc répondre au modèle de vélocité défini théoriquement par la distance d'étalement des couches de liquide de viscosité dynamique 1 et de densité p par X = (3*S/4)ir2 * (p'tl) * e14 L'intérêt de la présente invention est de fournir un procédé de séchage double face d'un substrat en évitant l'utilisation de solvant et donc de solution azéotropique d'une part et d'autre part de maîtriser l'interface des couches d'eau et de fait l'effet Marangoni induit par la parfaite adhésion des couches de Gibbs grâce au mécanisme mis en jeu par le dispositif (4) et l'optimisation de la cinétique de déplacement de l'interface. C'est pourquoi un dispositif pouvant s'intégrer aisément sur un appareil de nettoyage d'un seul substrat est décrit par les figures n 4,5,6,7,8. Le dispositif (1) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (4) dédoublé et mobile qui balaye les faces avant et arrière de façon simultanée du substrat (2) lequel substrat est maintenu par des grippes (3) dans un (5) dans le plan horizontal comme décrit à la figure n 7 ou dans le plan vertical comme décrit à figure n 8 selon le choix de l'utilisateur. Chaque dispositif (4) caractérisé en ce qu'il comporte deux tubes parsemés d'orifices et solidaires l'un de l'autre par (9) correspondant à X dont les orifices (6) permettent la dispersion de l'eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 10 C à un débit inférieur à 25 litres par minute et les orifices (7) permettant la dispersion ce l'eau ultra pure à une température comprise entre 90 C et 100 C à un débit inférieur à 25 litres par minute et les orifices (8) permettant l'injection d'un gaz rare choisi parmi l'azote ou l'argon à une pression inférieure à 60 bar. Le procédé de séchage utilisant le dispositif (1) caractérisé en ce qu'il consiste en un balayage successif et simultané des surfaces du substrat (2) par un dispositif (4) dédoublé et mobile dans le plan vertical ou horizontal selon une cinétique de déplacement des dispositifs (4) solidaires l'un à l'autre inférieure à 1 centimètre par seconde. Le procédé de séchage caractérisé en ce que le balayage successif consiste par ordre de balayage en une dispersion par (6) du liquide de faible mouillabilité suivi d'une dispersion par (7) du liquide de forte mouillabilité suivi d'une dispersion par (8) d'un gaz inerte. L'avantage de cette technique permet d'additionner des effets tels que l'effet thermophoresis du au gradient de température dans le sens du déplacement du dispositif (4) permettant donc de soulever des particules qui peuvent adhérer par des forces de Keesom, London et capillaire dont cette dernière est réduite d'une part par le passage d'une eau de basse tension de surface et à l'effet de déplétion par le maintien de phase stable des deux couches de liquide d'autre part. REVENDICATIONS 1 - Dispositif (1) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (4) dédoublé et mobile qui balaye de façon simultanée dans le plan horizontal ou dans le plan vertical les faces avant et arrière du substrat (2) maintenu par des grippes (3) dans un bac (5). 2 - Dispositif (1) selon la revendication n 1 caractérisé en ce que chaque dispositif (4) comporte deux tubes parsemés d'orifices et solidaires l'un de l'autre par (9) correspondant X dont les orifices (6) permettent la dispersion de l'eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 10 C à un débit inférieur à 25 litres par minute et les orifices (7) permettant la dispersion de l'eau ultra pure â une température comprise entre 90 C et 100 C à un débit inférieur à 25 litres par minute et les orifices (8) permettant l'injection d'un gaz rare choisi parmi l'azote ou l'argon à une pression inférieure à 60 bar. 3 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il consiste à sécher la surface d'un substrat en créant une déplétion de deux couches superposées au caractère opposé de mouillabilité d'un même liquide. 4 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il consiste étaler sur la surface des substrats une couche d'un liquide de faible mouillabilité. 5 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon la revendication n 4 caractérisé en ce que le liquide de faible mouillabilité est composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 0 C et 10 C. 6 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon les revendications 3,4,5,6 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. 7 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon la revendication n 6 caractérisé en ce que le dit liquide de forte mouillabilité est composé d'une eau ultra pure à une température comprise entre 90 C et 100 C. 8 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon les revendications n 3, 4, 5, 6, 7 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. 9 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste en un balayage successif et simultané des surfaces du substrat (2) par un dispositif (4) dédoublé et mobile dans le plan vertical ou horizontal selon une cinétique de déplacement des dispositifs (4) solidaires l'un l'autre inférieure à 1 centimètre par seconde. 10 - Procédé de séchage utilisant le dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le balayage successif consiste par ordre de balayage en une dispersion par (6) du liquide de faible mouillabilité suivie d'une dispersion par (7) du liquide de forte mouillabilité suivie d'une dispersion par (8) d'un gaz inerte choisi parmi l'azote ou l'argon.