Brevet FR2857283A1 — publié le 20050114

L'invention concerne un dispositif de nettoyage de plaquettes en matériau semi-conducteur par traitement chimique. L'invention concerne plus particulièrement la mise sous une solution chimique de rinçage d'un dispositif de nettoyage de plaquettes, et notamment la mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration chargé de surveiller la concentration de la solution chimique utilisée dans un tel dispositif. Les opérations de nettoyage de plaquettes de semi-conducteur comprennent un traitement chimique de surface et permettent notamment d'éliminer les ions métalliques et les matériaux organiques présents sur la surface des plaquettes. Ces opérations de nettoyage sont réalisées à différentes étapes dans le processus- de fabrication de plaquettes en matériau semiconducteur. Et, selon le type de nettoyage à mettre en oeuvre, des solutions chimiques spécifiques sont utilisées. Les plaquettes de semi-conducteur peuvent ainsi être nettoyées en les plongeant par exemple dans l'un des bains chimiques suivant: Solution SC1 constituée d'ammoniaque (NH4OH), d'eau oxygénée (H2O2) et d'eau (H2O) ; É Solution SC2 constituée d'acide chlorhydrique (HCI), d'eau oxygénée 20 (H2O2) et d'eau (H2O) ; É Solution HF constituée d'acide fluorhydrique (HF) et d'eau désionisée (EDI) ; É Solution d'ozone (03) dissous dans de l'eau désionisée (EDI). Ces solutions pour le nettoyage de plaquettes, indiquées ci-dessus à 25 titre d'exemples non limitatifs, seront également dénommées par la suite chimie de nettoyage . La concentration de la solution de nettoyage, c'est-à-dire la concentration des différents éléments composant le bain chimique contenant la solution de nettoyage, se doit d'être constante. Cette concentration influe effectivement directement sur les contaminations particulaires, les contaminations métalliques et l'état de la surface (i. e. la rugosité) des plaquettes. Il est donc nécessaire de contrôler constamment et avec une grande précision la concentration des éléments chimiques dans les solutions utilisées pour le nettoyage des plaquettes. Des moniteurs de concentration sont pour cela utilisés afin de mesurer très précisément, en temps réel, les concentrations des différentes espèces chimiques et de détecter si la concentration du bain chimique dans lequel baignent les plaquettes est correcte et stable. La figure 1 représente le schéma d'un dispositif classique de nettoyage comprenant un bain chimique 1 apte à recevoir, en mode de fonctionnement dudit dispositif de nettoyage, la solution chimique de nettoyage dans laquelle les plaquettes sont plongées. Une pompe de circulation 2 pompe continûment ladite solution chimique du bain chimique 1 pour la faire circuler le long d'un circuit de circulation 3 où elle est filtrée (par des filtres 4) et sa température régulée (par un régulateur de température 5) avant de retourner dans ledit bain chimique 1. Un moniteur de concentration 6 apte à surveiller la concentration des différents éléments constituant la solution chimique de nettoyage est classiquement installé sur ledit circuit de circulation 3 en parallèle de ladite pompe de circulation 2 (comme c'est le cas sur la figure 1) ou en parallèle desdits filtres 4 et dudit régulateur de température 5. La solution chimique circule dans le circuit de circulation 3 dans le sens indiqué par les flèches 13a, 13b, 13c et 13d. Elle circule à travers le moniteur de concentration 6 dans le sens indiqué par les flèches 16a et 16b, ce sens de circulation étant imposé par la dépression générée par la pompe 2 pour la circulation de la solution chimique. Une entrée de solution chimique de rinçage 7 (généralement de l'eau désionisée EDI), ainsi qu'une canalisation de vidange 8 sont prévues afin de permettre le rinçage du bain chimique 1, du circuit de circulation 3 et ainsi 2857283 3 concomitamment du moniteur de concentration 6. Et plusieurs cycles de rinçage sont nécessaires pour réaliser le changement de régime du dispositif de nettoyage de plaquettes correspondant au passage chimie de nettoyage/chimie de rinçage. On précise ici que l'on entend par solution de rinçage toute solution chimique permettant en particulier de réaliser l'une, ou toute combinaison susceptible d'être retenue, des opérations suivantes: É le rinçage d'un moniteur de concentration afin d'en éliminer toute trace de produits chimiques de la solution de nettoyage; É l'étalonnage d'un moniteur de concentration; É le rinçage d'un moniteur de concentration afin de permettre l'intervention d'un opérateur sur celui-ci; É le rinçage d'un moniteur de concentration afin d'en éliminer toute trace de contaminants; É le nettoyage d'un moniteur de concentration, et en particulier le nettoyage de la cellule de mesure d'un tel moniteur, afin d'en éliminer toute trace de salissures. Un moniteur de concentration est un appareil très sensible qui requiert d'être étalonné régulièrement, en particulier pour en vérifier les zéros ou d'autres valeurs données. Il est nécessaire que le moniteur de concentration soit rincé, préalablement à toute opération d'étalonnage, afin d'éliminer toute trace de produits chimiques de la solution chimique de nettoyage. Une opération de maintenance sur un moniteur de concentration 25 nécessite également la mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration. Dans ce cas, la solution de rinçage est adaptée pour permettre d'assurer la sécurité de l'opérateur en charge d'une telle opération de maintenance. Or comme on l'a vu précédemment, afin d'effectuer le changement de régime du dispositif de nettoyage de plaquettes correspondant au passage chimie de nettoyage/chimie de rinçage et mettre ainsi sous solution de rinçage le moniteur de concentration, il est nécessaire de rincer efficacement le bain chimique, le circuit de circulation et le moniteur de concentration. Plusieurs cycles de rinçage doivent donc être opérés. Il est de plus nécessaire, suite à une opération d'étalonnage ou à une opération de maintenance d'un moniteur de concentration, et afin de remettre le dispositif de nettoyage de plaquettes en état opérationnel (c'est-à-dire d'effectuer le changement de régime du dispositif de nettoyage de plaquettes correspondant au passage chimie de rinçage/chimie de nettoyage), de réaliser plusieurs changements de bain supplémentaires. Or de telles opérations sont particulièrement coûteuses en temps puisqu'il est nécessaire d'opérer préalablement plusieurs rinçages du bain de chimie pour effectuer le passage chimie de rinçage/chimie de nettoyage et postérieurement plusieurs changements de bain de chimie pour effectuer le passage chimie de nettoyage/chimie de rinçage. Une trentaine de minutes est effectivement nécessaire pour effectuer chaque passage. Et la mise sous solution de rinçage d'un moniteur de concentration nécessite de plus nécessairement le remplacement à perte des produits chimiques composant le bain chimique. En outre, l'introduction dans le circuit de circulation du dispositif de nettoyage de plaquettes d'un nouveau moniteur de concentration (par exemple lors d'une opération de maintenance visant à remplacer un moniteur usagé ou défectueux) peut avoir pour conséquence d'injecter des particules dans le circuit de circulation et donc de polluer les plaquettes à nettoyer. II est ainsi nécessaire de mettre sous solution de rinçage le circuit de circulation suite à l'introduction du nouveau moniteur, afin d'éviter qu'il ne contamine les plaquettes à nettoyer. Et une telle mise sous solution de rinçage est, comme on l'a vu précédemment, particulièrement coûteuse en temps. L'invention a pour objectif de pallier aux inconvénients des dispositifs de nettoyage de plaquettes mis en évidence ci-dessus. Un but de l'invention 2857283 5 est ainsi notamment de réduire le temps nécessaire pour mettre sous solution de rinçage le moniteur de concentration d'un dispositif de nettoyage de plaquettes. Et un autre but de l'invention est d'éviter d'avoir à remplacer inutilement les produits chimiques composant le bain chimique pour effectuer les opérations précitées qui ne concernent que le moniteur de concentration. A cet effet, l'invention propose un dispositif de nettoyage de plaquettes en matériau semi-conducteur par traitement chimique comprenant un bain chimique adapté pour contenir une solution chimique de nettoyage dans laquelle les plaquettes sont plongées, une pompe de circulation pompant ladite solution chimique dudit bain chimique pour la faire circuler dans un circuit de circulation où elle est filtrée et sa température régulée avant de retourner dans ledit bain chimique, un moniteur de concentration apte à surveiller la concentration des différents éléments constituant la solution chimique de nettoyage installé sur ledit circuit de circulation, caractérisé en ce qu'il comporte une voie de circulation additionnelle adaptée pour rincer ledit moniteur de concentration sans circulation de solution de rinçage dans ledit bain chimique et dans ledit circuit de circulation. De telle sorte, il est possible de rincer le moniteur de concentration 2o sans avoir à vider inutilement le bain chimique de la solution chimique de nettoyage et à rincer ledit bain chimique et ledit circuit de circulation. Le temps nécessaire pour mener à bien les opérations d'étalonnage ainsi que les opérations de maintenance du moniteur de concentration est ainsi réduit. Ce gain de temps permet en outre de s'assurer d'un meilleur suivi des équipements et de simplifier leurs qualifications. De manière avantageuse, la voie de circulation additionnelle traverse le moniteur de concentration indépendamment du circuit de circulation et le dispositif comporte en outre des moyens aptes à commander lequel du circuit de circulation ou de la voie de circulation additionnelle traverse ledit moniteur de concentration. Le moniteur de concentration est ainsi écarté du parcours du circuit de circulation et ainsi isolé du reste du dispositif lorsqu'il est traversé par la voie de circulation additionnelle. De manière préférentielle, la voie de circulation additionnelle comporte à l'une de ses extrémités une entrée de solution de rinçage et à l'autre des 5 ses extrémités une canalisation de vidange. Finalement, lors d'opérations nécessitant la mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration telles que des opérations d'étalonnage ou des opérations de maintenance, le moniteur de concentration est rincé sans circulation de solution de rinçage dans le bain chimique et dans le 1 o circuit de circulation par circulation de la solution de rinçage dans la voie de circulation additionnelle. Et de manière avantageuse, le moniteur de concentration est mis sous solution de rinçage sans remplacement à perte des produits chimiques composant le bain chimique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1, déjà commentée, représente le schéma d'un dispositif classique de nettoyage de plaquettes de matériaux semi- conducteurs; - la figure 2, illustre le dispositif de nettoyage de plaquettes de matériaux semi-conducteurs objet de l'invention. Le dispositif de nettoyage de plaquettes de matériaux semi-conducteurs objet de l'invention, représenté sur la figure 2, est similaire au dispositif classique de la figure 1 sauf en ce qu'il comporte une voie de circulation additionnelle 11 sur laquelle le moniteur de concentration 6 est installé. Ladite voie de circulation additionnelle 11 est disposée dans le dispositif de nettoyage de plaquettes indépendamment du circuit de circulation 3 de manière adaptée pour permettre le rinçage du moniteur de concentration 6 sans qu'il soit nécessaire de faire circuler une solution de rinçage dans le bain chimique 1 et dans le circuit de circulation 3. Des vannes 12, 13 à trois voies sont prévues afin d'assurer la commutation du branchement du moniteur de concentration 6 sur le circuit de circulation 3 ou sur la voie de circulation additionnelle 11. Lesdites vannes 12, 13 permettent ainsi l'isolation du moniteur de concentration 6 du reste du dispositif de nettoyage de plaquettes lorsque celui-ci est branché sur ladite voie de circulation additionnelle 11. Lors du régime de fonctionnement normal, les vannes 12, 13 sont 1 o commandées pour que le moniteur de concentration 6 soit branché sur le circuit de circulation 3. Ledit moniteur de concentration 6 contrôle la concentration des différents éléments constituant la solution chimique de nettoyage, ladite solution circulant effectivement, comme cela a déjà été présenté précédemment, à travers ledit circuit de circulation 3 dans le sens indiqué par les flèches 13a, 13b, 13c et 13d et à travers le moniteur de concentration 6 dans le sens indiqué par les flèches 16a, 16c et 16b. Lors du régime de rinçage, les vannes 12, 13 sont commandées pour que le moniteur de concentration 6 soit branché sur la voie de circulation additionnelle 11. Ledit moniteur de concentration 6 peut alors être mis sous solution de rinçage indépendamment du reste du dispositif de nettoyage de plaquettes. La mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration peut ainsi s'opérer sans qu'il ne soit nécessaire de mettre dans le même temps sous solution de rinçage le bain chimique 1 et le circuit de circuit de circulation 3. Et comme on l'a vu précédemment les vannes 12, 13 permettent de faire commuter la structure du dispositif de nettoyage de plaquettes entre la structure correspondant au régime fonctionnement normal (moniteur de concentration 6 branché sur le circuit de circulation 3) et la structure correspondant au régime de rinçage (moniteur de concentration 6 branché sur la voie de circulation additionnelle 11 et isolé du reste du dispositif). 2857283 8 La voie de circulation additionnelle comporte à l'une de ses extrémités une entrée 9 de solution de rinçage et à l'autre de ses extrémités une canalisation de vidange reliée à un drain 10 adapté pour collecter et évacuer la solution de rinçage. La solution de rinçage s'écoule dans la voie de circulation additionnelle 11 permettant de la sorte de mettre le moniteur de concentration 6 sous solution de rinçage. Le sens de circulation de la solution de rinçage dans la voie de circulation additionnelle et à travers le moniteur de concentration 6 est représenté sur la figure 2 par les flèches 11 a, 16c et 11 b. La solution de rinçage est avantageusement la même que celle classiquement utilisée pour mettre le bain chimique 1 sous solution de rinçage. La solution de rinçage peut ainsi être de l'eau désionisée (EDI). Mais la solution de rinçage peut également être toute solution permettant d'étalonner le moniteur de concentration (que ce soit pour effectuer une vérification des zéros ou d'autres valeurs particulières), c'est-à-dire une solution étalon comprenant un ou plusieurs éléments chimiques de concentration bien établie. La solution de rinçage peut également être toute solution adaptée pour rincer le moniteur de concentration, en particulier afin d'en éliminer toute trace de produits chimiques de la solution chimique de nettoyage, ou de permettre à un opérateur d'effectuer sans risque une opération de maintenance, ou encore d'en éliminer toute trace de contaminants. La solution de rinçage peut également être toute solution adaptée pour nettoyer le moniteur de concentration (en particulier la cellule de mesure d'un tel moniteur) et/ou la voie de circulation additionnelle afin d'en éliminer toute trace de salissure. De telle sorte leur usure peut être limitée et les opérations de maintenance réduites. De plus, il est bien entendu possible, lors du régime de rinçage, lorsque la voie de circulation additionnelle traverse le moniteur de concentration, de faire circuler successivement dans ladite voie de circulation additionnelle des solutions de rinçage différentes selon le type et la combinaison d'opérations que l'on souhaite réaliser sur ledit moniteur de concentration. On peut, à titre d'exemple, indiquer l'utilisation suivante de la voie additionnelle consistant, une fois le moniteur de concentration isolé du reste du dispositif, à y faire circuler dans un premier temps de l'EDI (afin de rincer le moniteur de concentration pour en éliminer toute trace des produits de la chimie de nettoyage), puis, dans un second temps, une solution étalon 1 o donnée ou une succession de solutions étalons données (afin de mettre le moniteur de concentration successivement sous ces solutions étalons et de réaliser son étalonnage par vérification de valeurs de référence particulières) puis, éventuellement, dans un troisième temps, à y refaire circuler de l'EDI, avant de remettre le moniteur en fonctionnement normal sur le circuit de circulation 3. Comme cela a déjà été présenté précédemment, les opérations d'étalonnage et de maintenance d'un moniteur de concentration doivent s'effectuer sous solution de rinçage. Dans le cadre de l'invention, la mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration s'effectue sans qu'il soit nécessaire de mettre la totalité du dispositif de nettoyage de plaquettes sous solution de rinçage. La commutation des vannes 12, 13 permet effectivement d'isoler le moniteur de concentration 6 du reste du dispositif de nettoyage et l'alimentation en solution de rinçage de la voie de circulation additionnelle 11 permet alors de placer rapidement le moniteur de concentration 6 sous solution de rinçage, indépendamment du reste du dispositif. En particulier, il n'est pas nécessaire d'opérer plusieurs rinçages puis plusieurs changements du bain chimique 1 lors de telles opérations d'étalonnage et de maintenance du moniteur de concentration ce qui permet notamment de rendre ces opérations particulièrement moins coûteuses en temps. 2857283 10 La conduite de ce type d'opérations dans le cadre de l'invention nécessite ainsi une durée réduite d'environ un facteur trois par rapport au dispositif de l'art antérieur. De plus, la mise sous solution de rinçage du moniteur de concentration ne nécessite aucunement le remplacement à perte des produits chimiques composant le bain chimique, le dispositif de nettoyage de plaquettes restant effectivement en état opérationnel lors d'une telle mise sous solution de rinçage. L'invention permet en outre de rincer un moniteur de concentration nouvellement introduit dans le circuit de circulation 3 du dispositif de nettoyage de plaquettes afin d'en éliminer toute trace de polluant et cela sans qu'il soit nécessaire de passer l'ensemble du dispositif sous solution de rinçage, procurant un nouveau gain de temps comparativement au dispositif de l'art antérieur. Bien entendu, la présence de ladite voie de circulation additionnelle 11 permettant d'isoler le moniteur de concentration 6 du reste du dispositif et de le mettre ainsi indépendamment sous solution de rinçage n'altère en aucune manière le mode de fonctionnement du dispositif de nettoyage de plaquettes. Le changement de la solution chimique de nettoyage pour l'utilisation de produits différents se réalise par exemple classiquement en opérant plusieurs rinçages de bain pour effectuer le passage chimie de nettoyage/chimie de rinçage puis plusieurs changements de bain pour effectuer le passage chimie de rinçage/chimie de nettoyage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation 25 particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier, lors du régime de fonctionnement normal, le branchement du moniteur de concentration 6 sur le circuit de circulation 3 n'est pas limité à celui présenté dans le cadre de la description précédente et des figures 1 et 2 (i.e. en parallèle de la pompe 2) mais s'étend à tout branchement autorisant un fonctionnement correct du dispositif de nettoyage de plaquettes. En régime de rinçage, le moniteur de concentration 6 est en revanche isolé du reste du dispositif de nettoyage par branchement sur la voie de circulation additionnelle 11. 2857283 12 REVENDICATIONS 1. Dispositif de nettoyage de plaquettes en matériau semi-conducteur par traitement chimique comprenant un bain chimique (1) adapté pour contenir une solution chimique de nettoyage dans laquelle les plaquettes sont plongées, une pompe de circulation (2) pompant ladite solution chimique dudit bain chimique (1) pour la faire circuler dans un circuit de circulation (3) où elle est filtrée et sa température régulée avant de retourner dans ledit bain chimique (1), un moniteur de concentration (6) apte à surveiller la concentration des différents éléments constituant la solution chimique de nettoyage installé sur ledit circuit de circulation (3), caractérisé en ce qu'il comporte une voie de circulation additionnelle (11) adaptée pour rincer ledit moniteur de concentration (6) sans circulation de solution de rinçage dans ledit bain chimique (1) et dans ledit circuit de circulation (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite voie de circulation additionnelle (11) traverse ledit moniteur de concentration (6) indépendamment dudit circuit de circulation (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (12, 13) aptes à commander lequel du circuit de circulation (3) ou de la voie de circulation additionnelle (11) traverse ledit moniteur de concentration (6). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moniteur de concentration (6) est écarté du parcours dudit circuit de circulation (3) et ainsi isolé du reste du dispositif lorsqu'il est traversé par la voie de circulation additionnelle (11). 2857283 13 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite voie de circulation additionnelle (11) comporte à l'une de ses extrémités une entrée de solution de rinçage (9) et à l'autre des ses extrémités une canalisation de vidange (10). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moniteur de concentration (6) est mis sous solution de rinçage 1 o sans circulation de solution de rinçage dans ledit bain chimique (1) et dans ledit circuit de circulation (3) par circulation de la solution de rinçage dans ladite voie de circulation additionnelle (11) lors d'opérations d'étalonnage dudit moniteur de concentration. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution de rinçage est une solution étalon dont la concentration du ou des éléments la constituant est bien établie. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moniteur de concentration (6) est mis sous solution de rinçage sans circulation de solution de rinçage dans ledit bain chimique (1) et dans ledit circuit de circulation (3) par circulation de la solution de rinçage dans ladite voie de circulation additionnelle (11) lors d'opérations de maintenance. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution de rinçage est une solution adaptée pour permettre à un opérateur d'effectuer sans risque ladite opération de maintenance. 2857283 14 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de rinçage est de l'eau désionisée (EDI). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moniteur de concentration (6) est rincé par circulation de la solution de rinçage dans ladite voie de circulation additionnelle (11) sans remplacement à perte des produits chimiques composant le bain chimique (1).