Brevet FR2829712A1 — publié le 20030321

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 à 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 être 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 cas 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 de retrait de couches de liquides à la surface d'un substrat à semi-conducteur ayant ou n'ayant pas une nanostructure élaborée en surface. Ce procédé de séchage est basé sur l'utilisation des propriétés de l'eau ultra pure et par là même des déformations de films ultra minces de liquide engendrées par soit un champ électrique soit un champ magnétique soit un champ électrique et un champ magnétique soit des micro-ondes 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 et sans manipulation des substrats. Le dit procédé de séchage est caractérisé en ce qu'il consiste à la formation de films ultra minces mono moléculaire bi phases à effet d'instabilité de Marangoni par une onde de capillarité amphiphile à des fins de séchage d'un substrat à nanostructure. 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. 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 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. Une déplétion de couches superposées d'un liquide comme l'eau ultra pure est provoquée par une instabilité de Marangoni à l'interface de chaque film ultra mince du liquide dont trois couches superposées sont formées. La présente invention a pour objet de définir une technique de retrait des films ultra minces constitués d'eau ultra pure subdivisée en trois couches en température par la création d'une onde de capillarité amphiphile ce qui provoque une instabilité de surface et d'interface dite de Marangoni. Etant donné les contraintes industrielles des semi-conducteurs, la technique de séchage des tranches de silicium doit être rapide et très efficace suivant des critères tel que l'oxydation localisée des surfaces provoquant des tâches observables sous lumière rasante et caractéristique d'un défaut électrique comme une contamination particulaire. Afin de fournir au système un déséquilibre supplémentaire sans entraver le processus de déplétion de couches superposées au caractère de mouillabilité opposée, la présente invention répond par une technique pertinente d'utilisation conjuguée d'une source extérieure au processus de déplétion par l'emploi d'une source servant de catalyseur du processus physico-chimique selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de mouillabilité à savoir l'utilisation soit d'un champ électrique continue ou variable, soit d'un champ magnétique continue ou variable, soit d'un champ électrique continue ou variable et d'un champ magnétique continue ou variable soit de micro-ondes. Le procédé de séchage caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une source selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de mouillabilité soit d'un champ électrique continue ou variable, soit d'un champ magnétique continue ou variable, soit d'un champ électrique continue ou variable et d'un champ magnétique continue ou variable soit de micro-ondes. En effet ces différents types de sources conduisent à modifier un liquide au caractère spécifique et permettent de provoquer des forces électromotrices en surface des films de liquide. 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 est composé d'une eau ultra pure proche de l'état de solidification. 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 proche de l'état de vaporisation. 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. Les trois figures présentées dans la feuille (1/1) présentent le dispositif de mise en oeuvre du dit procédé. Un dispositif (1) de mise en oeuvre du dit procédé de séchage caractérisé en ce qu'il comporte deux tubes parsemés d'orifices et solidaires l'un de l'autre par (9) dont les orifices (6) permettent la dispersion de l'eau ultra pure proche de l'état de solidification à un débit supérieur à 1 litre par minute et les orifices (7) permettant la dispersion de l'eau ultra pure proche de l'état de vaporisation à un débit supérieur à 1 litre par minute et les orifices (8) permettant l'injection d'un gaz choisi parmi l'azote, l'argon, le Xénon, l'Astate à une pression supérieur à 1 bar et d'une source (10) de génération mouillabilité soit d'un champ électrique continue ou variable, soit d'un champ magnétique continue ou variable, soit d'un champ électrique continue ou variable et d'un champ magnétique continue ou variable soit de micro ondes servant de catalyseur au processus. 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) maintenu par des grippes (3) dans un bac (5), par un dispositif (4) dédoublé et mobile dans le plan vertical ou horizontal selon une cinétique de déplacement supérieure a 5 millimètres par seconde des dispositifs (4) solidaires l'un a l'autre. 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 choisi parmi l'azote, l'argon, le Xénon, l'Astate à une pression supérieur a 1 bar et à utiliser une source (10) selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de mouillabilité soit d'un champ électrique continue ou variable, laquelle dite source est soit un champ magnétique continue ou variable, soit un champ électrique continue ou variable et un champ magnétique continue ou variable soit des micro-ondes. REVENDICATIONS 1-Dispositif (1) de séchage d'un substrat 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) dont les orifices (6) permettent la dispersion d'eau ultra pure proche de l'état de solidification à un débit supérieur à 1 litre par minute et les orifices (7) permettant la dispersion d'eau ultra pure proche de l'état de vaporisation à un débit supérieur à 1 litre par minute et les orifices (8) permettant l'injection d'un gaz choisi parmi l'azote, l'argon, le xénon, l'astate a une pression supérieure à 1 bar et d'une source (10) de génération soit d'un champ électrique continue ou variable, soit d'un champ magnétique continue ou variable, soit d'un champ électrique continue ou variable et d'un champ magnétique continue ou variable soit de micro-ondes servant de catalyseur au processus. 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 et à utiliser de façon conjuguée une source extérieure au processus de déplétion, ladite source extérieure servant de catalyseur du processus physico-chimique selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de 1 1 mouillabilité, ladite source extérieure générant soit un champ électrique continue ou variable, soit un champ magnétique continue ou variable, soit un champ électrique continue ou variable et un champ magnétique continue ou variable, soit des micro-ondes.. 4-Procédé de séchage selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il consiste à étaler sur la surface des substrats une couche d'un liquide de faible mouillabilité. 5-Procédé de séchage selon la revendication n 4 caractérisé en ce que le liquide de faible mouillabilité est composé d'une eau ultra pure proche de l'état de solidification 6-Procédé de séchage selon les revendications 3,4, 5 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 selon la revendication n 6 caractérisé en ce que le dit liquide de forte mouillabilité est composé d'une eau ultra pure proche de l'état de vaporisation 8-Procédé de séchage selon les revendications 3 a 7 caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de mouillabilité soit un champ électrique continu ou variable, soit un champ magnétique continu ou variable, soit un champ électrique continu ou variable et un champ magnétique continu ou variable, soit des micro-ondes. 9-Procédé de séchage 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 supérieure à 5 millimètres par seconde de déplacement des dispositifs (4) solidaires l'un à l'autre. 10-Procédé de séchage selon la revendication précédente caractérisé en ce que le balayage successif consiste par ordre de balayage : - en une dispersion par des orifices (6) appartenant à un premier dispositif (4) du liquide de faible mouillabilité - suivie d'une dispersion par des orifices (7) appartenant à un second dispositif (4) du liquide de forte mouillabilité - suivie d'une dispersion par des orifices (8) appartenant au second dispositif d'un gaz choisi parmi l'azote, l'argon, le Xénon, l'Astate à une pression supérieur à 1 bar - et en ce qu'on utilise une source (10) selon les axes tangentiels aux interfaces de couches superposées du même liquide au caractère opposé de mouillabilité, ladite source (10) étant soit un champ magnétique continue ou variable, soit un champ électrique continue ou variable et un champ magnétique continue ou variable soit des micro-ondes.