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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 matires

Introduction

Principe Physique

Capacit de lquipement

Restriction d'accs

Caractristiques 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 dpt par LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition).

La procdure de nettoyage a t labore 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 rsidus organiques et les rsidus mtalliques.

Le nettoyage RCA ne sert ni graver chimiquement une couche d'oxyde, de polymre ou de mtal ni dcaper la couche de rsine aprs une tape de photolithographie.

Un nettoyage prliminaire des plaques est obligatoire si une couche de rsine photosensible est prsente sur les plaques.

Le nettoyage RCA se fait en quatre tapes principales :

         nettoyage prliminaire des plaques (remover, plasma O2, piranha).

         nettoyage des rsidus organiques (1er bain RCA: ammoniaque + eau oxygne + eau DI).

         dissolution de l'oxyde natif form au cours de l'tape prcdente (2me bain RCA: acide fluorhydrique + eau DI).

         nettoyage des rsidus mtalliques (3me bain RCA: acide chlorhydrique + eau oxygne + eau DI).

Chaque tape est suivie d'un rinage l'eau DI (dionise). Les plaques sont finalement centrifuges et sches sous un flux d'azote chaud.


Principe Physique

Le premier bain (RCA 1) est un mlange d'eau DI (dionise), d'ammoniaque 28% et d'eau oxygne 30% dont les proportions sont notes:

H2O : NH4OH : H2O2 5:1:1.

Il est constitu de :

          5.5 litres d'eau DI.

          1.1 litre d'ammoniaque (NH4OH) 28%.

          1.1 litre d'eau oxygne (H2O2) 30%.

Ce bain n'est actif que 4 6 heures. Il doit tre prpar avant chaque utilisation.

La temprature d'utilisation est de 75C.

La dure du nettoyage est de 15 minutes pour garantir le retrait des rsidus organiques.

La dure du rinage est de 1 minute.

Le second bain (HF) est un mlange d'eau DI (dionise) et d'acide fluorhydrique 49% dont les proportions sont notes:

H2O : HF 10:1

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

Ce bain est rgulirement remplac par un membre du CMI.

La temprature d'utilisation est de 20C.

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

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

Cette tape n'est pas ncessaire si les plaques sont entirement recouvertes d'un oxyde thermique.

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

Le troisime bain (RCA 2) est un mlange d'eau DI (dionise), d'acide chlorhydrique 37% et d'eau oxygne 30% dont les proportions sont notes:

H2O : HCl : H2O2 6:1:1

Il est constitu de :

          6 litres d'eau DI.

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

          1 litre d'eau oxygne (H2O2) 30%.

Ce bain n'est actif que 4 6 heures. Il doit tre prpar avant chaque utilisation.

La temprature d'utilisation est de 75C.

La dure du nettoyage est de 15 minutes pour garantir le retrait des rsidus mtalliques (ions et atomes inorganiques, mtaux lourds, ...).

La dure du rinage est de 10 15 minutes. Le rinage est termin lorsque la rsistivit de l'eau est suprieure 12 MW.cm.

Le bain de rinage FFR (Fast Fill Rinse) permet d'obtenir un rinage efficace et rapide grce aux trois modes de fonctionnement disponibles. Le bain de rinage est constitu d'un bac avec une alimentation en eau DI venant par le fond du bac. Un flux d'azote est inject la base par des petits trous permettant de gnrer des bulles et d'agiter le bain. Le bac est perc d'orifices sur sa partie suprieure permettant la vidange par dbordement dans le plenum de la chapelle chimique puis dans les bacs de neutralisation. De plus, il est quip d'une vanne latrale mi-hauteur pouvant tre ouverte ou ferme. Lorsque la vanne est en position ouverte, une partie de l'eau de rinage est rcupre via une boucle dite de "recirculation" dans laquelle la mesure de rsistivit est effectue. Le dbit d'eau peut tre rapide "Fast Fill", correspondant 16 litres/mn ou lent "Slow Fill", correspondant 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 rsistivit.

Le premier cycle de rinage fonctionne en flux rapide "Fast Fill" et vanne ferme "Dump". L'tat du bain est "ON". La totalit de l'eau de rinage est vidange, ce qui permet d'vacuer rapidement la plus grande partie du produit chimique sur le panier et les plaques. La boucle de "recirculation" et le rsistivimtre sont isols lors de cette phase. Le premier cycle dure 300 secondes.

Le second cycle de rinage fonctionne en flux rapide "Fast Fill" et vanne ouverte "Recirculation". L'tat du bain est "ON". Le flux rapide garantit un bon rinage. Une partie de l'eau est rcupre ce qui limite la consommation. La rsistivit de l'eau augmente progressivement. Le second cycle est programm pour 300 secondes. La rsistivit atteint alors 16 MW.cm si le bain est utilis correctement, c'est dire si le cycle de rinage est initialis ds que le panier est immerg et si le couvercle du bain est ferm pour viter la dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau.

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

Le bain de rinage TT (Trickle Tank) est un bain "ultra pur". Il est rserv aux paniers nettoys et rincs jusqu' rsistivit correcte qui sont en attente d'tre schs (au cas o la centrifugeuse ne serait pas libre).

Le schage est effectu dans la centrifugeuse SRD (spin rinse dryer) sous un flux dazote chaud.


Capacit de lquipement

         Produits chimiques ncessaires:

         2.1 litres dH2O2 (Eau oxygne 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 nettoyer.

         1h de prparation des bains.

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

         2h 3h de refroidissement.

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

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

Restriction d'accs

         Pour viter les problmes de contamination croise avec les autres quipements, il est impratif d'utiliser les brucelles vide adquates pour manipuler les plaques.

         L'utilisation de produits chimiques corrosifs et toxiques exige un quipement et un comportement adapts.

         Les paniers et les botes de transport.

         Charger les plaquettes nettoyer dans les paniers "RCA". Ces paniers sont normalement rangs dans les botes "bote de transport plaques propres - rca".

         Une fois pos sur le plan de travail de la chapelle chimique, le panier ne peut en sortir qu'aprs rinage dans le bain FFR, rinage dans le bain TT, rinage et schage dans le schoir automatique.

         Le panier propre doit rester dans la bote "bote de transport plaques propres - rca".

         Un panier a quatre emplacements : dans sa bote ferme, 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.


Caractristiques techniques.

Ammoniaque (NH4OH 28%):

C: Corrosif.

N: Dangereux pour l'environnement.

R34: Provoque des brlures.

R50: Trs toxique pour les organismes aquatiques.

Acide Fluorhydrique (HF 49%):

T+: Trs toxique.

C: Corrosif.

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

R35: Provoque de graves brlures.

Acide Chlorhydrique (HCl 37%):

C: Corrosif.

R34: Provoque des brlures.

R37: Irritant pour les voies respiratoires.

Produits de dcomposition dangereux : Chlore (Cl2).

Eau Oxygne (H2O2 30%):

C: Corrosif.

R34: Provoque des brlures.

Produits de dcomposition dangereux : Oxygne (O2).

Risque de projections suite la raction exothermique du mlange de l'ammoniaque et de l'acide chlorhydrique.

Informations.

Parcours dun panier

Temps

Panier

 

1. Bote 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. Bote de transport


Parcours de deux paniers

Temps

Panier 1

Panier 2

 

1. Bote de transport

1. Bote 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. Bote de transport

10. Centrifugeuse Semitool

01 :13 :00

 

11. Bote 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.