Elisabeth Charlaix (LipHy), Elise Lorenceau (Liphy), Alain Cartellier (LEGI)
Les procédés de fabrication en microélectronique comportent plusieurs centaines d’étapes incluant notamment le nettoyage des surfaces des wafers qu’il faut débarrasser d’impuretés, et notamment de particules à base de silicium et silicates produites lors de certaines étapes de fabrication. En effet, lorsque ces particules sont de l’ordre ou supérieures à la taille des transistors, elles induisent un taux de perte sur les puces. Or, la réduction de la taille des circuits électroniques impose une diminution des dimensions des particules critiques à éliminer : la cible actuelle porte sur des particules d’une dizaine de nanomètres. Les travaux de thèse d’Adeline Lallart (sous convention CIFRE avec ST Microélectronics, thèse de l’UGA soutenue en 2019) ont porté sur la compréhension des conditions de détachement de particules nanométriques d’un substrat de silicium sous l’impact d’un jet liquide atomisé. Ces conditions n’étaient ni comprises, ni maitrisées au démarrage de l’étude. Nous avons montré que le détachement provient du comportement singulier de la contrainte visqueuse au voisinage de la ligne triple d’une goutte qui s’étale. En outre, le vieillissement des échantillons a pu être pris en compte en incorporant une correction à la force d’adhésion. Le modèle final pour une surface hydrophile lisse et pour des particules sphériques comporte 13 paramètres : 11 d’entre eux ont pu être variés lors des expériences et la confrontation entre modèle et expérience s’est avérée très satisfaisante (Lallart et al., JFM, 2024). A noter que toutes les campagnes d’essais ont été menées sur une ligne de production de ST Microélectronics - Crolles, en exploitant un diffractomètre laser. D’autres pistes qui ont été à peine explorées durant la thèse (présence de reliefs, hydrophobicité, utilisation de revêtements polymères…) constituent autant de possibilités d’études futures.
Exemple de cartographies de surface : wafer contaminé avec une densité de 2,8 particules au mm2 (a), et trace (blanche) de la zone nettoyée par le spray dans laquelle la densité est de 0,3 particules au mm2.
Cinétique typique d’un nettoyage par spray. Dans la zone d’action du spray, à temps long, le nombre de particules ôtées tend vers le nombre de particules initial.