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Center of MicroNanoTechnology CMi

Chapelle chimique pour le nettoyage RCA

Responsables

Philippe.Langlet@epfl.ch

Guy.Clerc@epfl.ch

Table des matières

Introduction

Principe Physique

Capacité de l’équipement

Restriction d'accès

Caractéristiques techniques

Informations

Introduction

La chapelle chimique RCA permet d'effectuer le nettoyage des plaques de silicium avant leur introduction dans un four d'oxydation, de diffusion ou de dépôt par LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition).

La procédure de nettoyage a été élaborée par W. Kern et D.A. Puotinen, "Cleaning Solution Based on Hydrogen Peroxide for use in semiconductor technology", RCA review, June 1970, p. 187. Elle permet le nettoyage de deux classes principales de contaminants: les résidus organiques et les résidus métalliques.

Le nettoyage RCA ne sert ni à graver chimiquement  une couche d'oxyde, de polymère ou de métal ni à décaper la couche de résine après une étape de photolithographie.

Un nettoyage préliminaire des plaques est obligatoire si une couche de résine photosensible est présente sur les plaques.

Le nettoyage RCA se fait en quatre étapes principales :

·         nettoyage préliminaire des plaques (remover, plasma O2, piranha).

·         nettoyage des résidus organiques (1er bain RCA: ammoniaque + eau oxygénée + eau DI).

·         dissolution de l'oxyde natif formé au cours de l'étape précédente (2ème bain RCA: acide fluorhydrique + eau DI).

·         nettoyage des résidus métalliques (3ème bain RCA: acide chlorhydrique + eau oxygénée + eau DI).

Chaque étape est suivie d'un rinçage à l'eau DI (déionisée). Les plaques sont finalement centrifugées et séchées sous un flux d'azote chaud.


Principe Physique

Le premier bain (RCA 1) est un mélange d'eau DI (déionisée), d'ammoniaque à 28% et d'eau oxygénée à 30% dont les proportions sont notées:

H2O : NH4OH : H2O2    5:1:1.

Il est constitué de :

·          5.5 litres d'eau DI.

·          1.1 litre d'ammoniaque (NH4OH) à 28%.

·          1.1 litre d'eau oxygénée (H2O2) à 30%.

Ce bain n'est actif que 4 à 6 heures. Il doit être préparé avant chaque utilisation.

La température d'utilisation est de 75°C.

La durée du nettoyage est de 15 minutes pour garantir le retrait des résidus organiques.

La durée du rinçage est de 1 minute.

Le second bain (HF) est un mélange d'eau DI (déionisée) et d'acide fluorhydrique à 49% dont les proportions sont notées:

H2O : HF   10:1

Il est constitué de 21.3 litres d'eau DI, de 2.1 litres d'acide fluorhydrique 49%.

Ce bain est régulièrement remplacé par un membre du CMI.

La température d'utilisation est de 20°C.

La durée du nettoyage est de 15 secondes pour garantir le retrait de l'oxyde natif

Vitesse d'attaque d'un oxyde thermique = 280 Å/mn soit 70 Å en 15s.

Cette étape n'est pas nécessaire si les plaques sont entièrement recouvertes d'un oxyde thermique.

La durée du rinçage est de 30 secondes pour limiter la croissance de l'oxyde natif au contact de l'eau.

Le troisième bain (RCA 2) est un mélange d'eau DI (déionisée), d'acide chlorhydrique à 37% et d'eau oxygénée à 30% dont les proportions sont notées:

H2O : HCl : H2O2     6:1:1

Il est constitué de :

·          6 litres d'eau DI.

·          1 litre d'acide chlorhydrique (HCl) à 37%.

·          1 litre d'eau oxygénée (H2O2) à 30%.

Ce bain n'est actif que 4 à 6 heures. Il doit être préparé avant chaque utilisation.

La température d'utilisation est de 75°C.

La durée du nettoyage est de 15 minutes pour garantir le retrait des résidus métalliques (ions et atomes inorganiques, métaux lourds, ...).

La durée du rinçage est de 10 à 15 minutes. Le rinçage est terminé lorsque la résistivité de l'eau est supérieure à 12 MW.cm.

Le bain de rinçage FFR (Fast Fill Rinse) permet d'obtenir un rinçage efficace et rapide grâce aux trois modes de fonctionnement disponibles. Le bain de rinçage est constitué d'un bac avec une alimentation en eau DI venant par le fond du bac. Un flux d'azote est injecté à la base par des petits trous permettant de générer des bulles et d'agiter le bain. Le bac est percé d'orifices sur sa partie supérieure permettant la vidange par débordement dans le plenum de la chapelle chimique puis dans les bacs de neutralisation. De plus, il est équipé d'une vanne latérale à mi-hauteur  pouvant être ouverte ou fermée. Lorsque la vanne est en position ouverte, une partie de l'eau de rinçage est récupérée via une boucle dite de "recirculation" dans laquelle la mesure de résistivité est effectuée. Le débit d'eau peut être rapide "Fast Fill", correspondant à 16 litres/mn ou lent "Slow Fill", correspondant à 2 litres/mn. Un flux d'azote en surface permet de limiter la dissolution du dioxyde de carbone (CO2) dans l'eau qui augmente artificiellement la résistivité.

Le premier cycle de rinçage fonctionne en flux rapide "Fast Fill" et vanne fermée "Dump". L'état du bain est "ON". La totalité de l'eau de rinçage est vidangée, ce qui permet d'évacuer rapidement la plus grande partie du produit chimique sur le panier et les plaques. La boucle de "recirculation" et le résistivimètre sont isolés lors de cette phase. Le premier cycle dure 300 secondes.

Le second cycle de rinçage fonctionne en flux rapide "Fast Fill" et vanne ouverte "Recirculation". L'état du bain est "ON". Le flux rapide garantit un bon rinçage. Une partie de l'eau est récupérée ce qui limite la consommation. La résistivité de l'eau augmente progressivement. Le second cycle est programmé pour 300 secondes. La résistivité atteint alors 16 MW.cm si le bain est utilisé correctement, c'est à dire si le cycle de rinçage est initialisé dès que le panier est immergé et si le couvercle du bain est fermé pour éviter la dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau.

Le troisième cycle de rinçage fonctionne en flux lent "Slow Fill" et vanne ouverte "Recirculation". L'état du bain est "OFF". La consommation d'eau est minimale.

Le bain de rinçage TT (Trickle Tank) est un bain "ultra pur". Il est réservé aux paniers nettoyés et rincés jusqu'à résistivité correcte qui sont en attente d'être séchés (au cas où la centrifugeuse ne serait pas libre).

Le séchage est effectué dans la centrifugeuse SRD (spin rinse dryer) sous un flux d’azote chaud.


Capacité de l’équipement

·         Produits chimiques nécessaires:

·         2.1 litres d’H2O2 (Eau oxygénée 30%)

·         1.1 litre de NH4OH (Ammoniaque 28%)

·         1 litre de HCl (Acide Chlorhydrique 37%)

·         25 plaques de 100mm ou 150mm par panier.

·         4 paniers disponibles permettant une rotation sans interruption de lots de plaques à nettoyer.

·         1h de préparation des bains.

·         1h de nettoyage pour le premier panier + 15mn par panier supplémentaire (13 paniers en 4h00).

·         2h à 3h de refroidissement.

·         20 mn pour vidanger les bains, les remplir d'eau DI, rincer et sécher le plan de travail.

·         Changement de configuration de la centrifugeuse pour les plaques de 100mm à 150mm : environ 30mn.

Restriction d'accès

·         Pour éviter les problèmes de contamination croisée avec les autres équipements, il est impératif d'utiliser les brucelles à vide adéquates pour manipuler les plaques.

·         L'utilisation de produits chimiques corrosifs et toxiques exige un équipement et un comportement adaptés.

·         Les paniers et les boîtes de transport.

·         Charger les plaquettes à nettoyer dans les paniers "RCA". Ces paniers sont normalement rangés dans les boîtes "boîte de transport – plaques propres - rca".

·         Une fois posé sur le plan de travail de la chapelle chimique, le panier ne peut en sortir qu'après rinçage dans le bain FFR, rinçage dans le bain TT, rinçage et séchage dans le séchoir automatique.

·         Le panier propre doit rester dans la boîte "boîte de transport – plaques propres - rca".

·         Un panier a quatre emplacements : dans sa boîte fermée, sur la table en inox pour le chargement des plaquettes, sur le plan de travail de la chapelle chimique, dans la centrifugeuse SEMITOOL.

En cas de doute, renseignez-vous !

Avertissement : Toute intervention dans la chapelle chimique se fait uniquement par un membre du CMI.


Caractéristiques techniques.

Ammoniaque (NH4OH 28%):

C: Corrosif.

N: Dangereux pour l'environnement.

R34: Provoque des brûlures.

R50: Très toxique pour les organismes aquatiques.

Acide Fluorhydrique (HF 49%):

T+: Très toxique.

C: Corrosif.

R26/27/28: Très toxique par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion.

R35: Provoque de graves brûlures.

Acide Chlorhydrique (HCl 37%):

C: Corrosif.

R34: Provoque des brûlures.

R37: Irritant pour les voies respiratoires.

Produits de décomposition dangereux : Chlore (Cl2).

Eau Oxygénée (H2O2 30%):

C: Corrosif.

R34: Provoque des brûlures.

Produits de décomposition dangereux : Oxygène (O2).

Risque de projections suite à  la réaction exothermique du mélange de l'ammoniaque et de l'acide chlorhydrique.

Informations.

Parcours d’un panier

Temps

Panier

 

1. Boîte de transport

 

2. Table inox

00 :00 :00

3. NH4OH : H2O2 : H20 – 15 min

00 :15 :00

4. FFR –1 min.

00 :16 :00

5. HF : H2O – 15 sec.

00 :16 :15

6. FFR –30 sec.

00 :16 :45

7. HCl : H2O2 : H2O – 15 minutes

00 :32 :00

8. FFR – jusque 12 Mohm.cm

00 :42 :00

9. TT - 1 minute

00 :43 :00

10. Centrifugeuse Semitool

00 :58 :00

11. Boîte de transport


Parcours de deux paniers

Temps

Panier 1

Panier 2

 

1. Boîte de transport

1. Boîte de transport

 

2. Table inox

2. Table inox

00 :00 :00

3. NH4OH : H2O2 : H20 – 15 min

 

00 :15 :00

4. FFR – 1 min.

3. NH4OH : H2O2 : H20 – 15 min

00 :16 :00

5. HF : H2O – 15 sec.

 

00 :16 :15

6. FFR – 30 sec.

 

00 :16 :45

7. HCl : H2O2 : H2O – 15 minutes

 

00 :30 :00

 

4. FFR – 1 min.

00 :31 :00

 

5. HF : H2O – 15 sec.

00 :31 :15

 

6. FFR – 30 sec.

00 :31 :45

 

6.b Plan de travail – Chapelle chimique

00 :32 :00

8. FFR – jusque 12 Mohm.cm

7. HCl : H2O2 : H2O – 15 minutes

00 :42 :00

9. TT - 1 minute

 

00 :43 :00

10. Centrifugeuse Semitool

 

00 :47 :00

 

8. FFR – jusque 12 Mohm.cm

00 :57 :00

 

9. TT - 1 minute

00 :58 :00

11. Boîte de transport

10. Centrifugeuse Semitool

01 :13 :00

 

11. Boîte de transport

Bibliographie :

·         "Cleaning Solution Based on Hydrogen Peroxide for use in semiconductor technology", W. Kern et D.A. Puotinen, RCA review, June 1970, p. 187.

·          "Silicon Processing for the VLSI era" , Volume 1 - Process Technology, S. Wolf and R.N. Tauber, Lattice Press, 1986.