TRAITEMENT PHOTOCHI MIQUE INTEGRE DES GAZ
DOMAI NE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne les procédés de l'industrie des semi-conducteurs, dans lesquels on usine et on traite des tranches de semi-conducteur dans des chambres de procédés et de traitement.
Les procédés comprennent notamment des étapes d'application d'une couche photorésistante, des étapes de développement de la couche photorésistante, des étapes de gravure ou de dépôt sur les zones de substrat non recouvertes par un masque.
Ces différentes étapes sont effectuées dans les chambres de procédés et de traitement qui sont raccordées à des moyens de pompage pour extraire les gaz ou vapeurs de traitement et les gaz de résidu. Dans ces procédés, certaines étapes consistent notamment à éliminer les couches photorésistantes, dans des chambres de stripping.
Dans les procédés de l'industrie des semi-conducteurs, certaines étapes de procédé, notamment les étapes d'application d'une couche photorésistante à base de solvant, les étapes de développement de la couche photorésistante, les étapes d'élimination ultérieure des couches photorésistantes (stripping), les étapes de dépôt utilisant des organo-métalliques (MOCVD = metal-organic chemical vapor déposition) , émettent des effluents contenant des vapeurs de solvant.
Ces gaz et vapeurs contiennent notamment des solvants tels que l'alcool isopropylique, l'acétone, la n méthyle pyrrolidone.
Ces gaz et vapeurs sont pompés par les moyens de pompage, et doivent être traités avant rejet dans l'atmosphère.
Le traitement des gaz et vapeurs extraits des enceintes de stripping ou des enceintes de dépôt d'organo-métalliques consiste actuellement à laver les gaz et vapeurs dans une tour de lavage, pour traiter ensuite les effluents sous forme liquide.
Dans une tour de lavage, le flux des effluents est dirigé de bas en haut, contre un flux de liquide de dilution pulvérisé et se dirigeant de haut en bas. Le liquide dissout les gaz et vapeurs, pour pouvoir être ensuite traité.
La dimension verticale des tours de lavage doit être suffisante pour permettre un temps de présence commune des gouttelettes de liquide et des gaz et vapeurs à dissoudre.
I l en résulte des installations de traitement de gaz relativement encombrantes, qui sont impossibles à intégrer à proximité des enceintes de stripping et des chambres de procédés, et sont notamment trop hautes pour être intégrées dans le faux-plancher d'une salle blanche contenant les chambres de procédés et de traitement.
Un autre inconvénient des installations connues est que les effluents sont traités après dilution, ce qui réduit l'efficacité du traitement.
Dans des domaines d'application autres que les semiconducteurs, on a déjà proposé, par exemple dans le document JP 2000/079322 A, de dépolluer des gaz à solvants en les faisant passer dans une enceinte de traitement des gaz par VUV suivie d'un réacteur à biomembrane ayant des moyens pour maintenir humide la biomembrane. Un ventilateur assure la recirculation des gaz de la sortie du réacteur vers l'entrée de l'enceinte de traitement par VUV. Il s'agit d'un traitement de gaz à pression atmosphérique. Le document ne comporte aucune suggestion pour une application à la fabrication de semi-conducteurs, et le dispositif ne serait pas adapté à une telle application à cause de l'encombrement excessif résultant de la présence du réacteur à biomembrane.
Dans le domaine du traitement de liquides tels que l'eau extraite du sol, le document DE 297 07 912 U enseigne de pulvériser l'eau dans une tour de lavage avec un contre-courant d'air. L'air est ensuite traité par une installation de traitement d'air comprenant des émetteurs ultraviolets à excimère, et comprenant une installation de lavage par la soude. Les dispositifs décrits dans les documents ci-dessus sont complexes et encombrants, et ne sont donc pas adaptés pour résoudre le problème d'une intégration à proximité d'enceintes de stripping ou de chambres de procédés.
Le document DE 43 07 204 A décrit un appareil de décontamination de liquides et/ou de gaz dans un réacteur à flux continu utilisant une source de lumière ultraviolette de type laser à excimère. Le fluide qui s'écoule dans le réacteur est exposé à la lumière laser qui
passe à travers une fenêtre. Il n'est pas suggéré d'application à la fabrication de semi-conducteurs, ni d'utilisation de lampes à excimère.
EXPOSE DE L'I NVENTION L'invention vise à éviter les inconvénients des systèmes de l'art antérieur dans le domaine de la fabrication des semi-conducteurs, en particulier en permettant de réduire de façon très sensible la taille des ensembles de traitement des effluents, tout en assurant un traitement plus efficace des effluents. Ainsi, on cherche à limiter l'encombrement au sol, à diminuer les risques de pollution de l'installation, et à améliorer le traitement des effluents.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'idée essentielle de l'invention est de réaliser au moins un traitement partiel des gaz et vapeurs dès leur sortie des chambres de stripping, des chambres de dépôt d'organo-métalliques, et de façon générale des chambres de procédés dans lesquelles se produisent des procédés émettant des effluents contenant des vapeurs de solvant, en les soumettant à une irradiation dans l'ultraviolet lointain. Ainsi, l'invention prévoit un dispositif d'usinage ou de traitement des tranches de semi-conducteurs, comprenant une chambre de procédés ou de traitement raccordée par une canalisation à des moyens de pompage pour extraire les gaz ou vapeurs de traitement et les gaz de résidu, et dans lequel une ou plusieurs lampes à excimère produisent un rayonnement dans l'ultraviolet lointain dans le flux des gaz ou vapeurs de traitement et de gaz de résidu à proximité de la chambre de procédés ou de traitement.
Les lampes à excimère peuvent être placées dans le flux des gaz ou vapeurs en amont de moyens de pompage. Dans le cas de moyens de pompage comprenant une pompe primaire et une pompe secondaire, des lampes à excimère peuvent être placées dans le flux des gaz ou vapeurs en amont de la pompe primaire et/ou en amont de la pompe secondaire.
Selon un premier mode de réalisation, la ou les lampes à excimère sont placées dans une chambre spécifique de traitement.
Selon un second mode de réalisation, la ou les lampes à excimère sont placées dans la canalisation d'extraction des gaz et vapeurs hors d'une chambre de procédés ou de traitement.
Selon un troisième mode de réalisation, la ou les lampes à excimère sont placées autour de la canalisation d'extraction des gaz et vapeurs hors d'une chambre de procédés ou de traitement.
Les excimères sont des complexes d'atomes ou de molécules à l'état excité qui, dans des conditions normales, ne possèdent pas d'état fondamental stable. Des exemples typiques sont constitués par des associations entre deux atomes de gaz rare, par exemple XeXe, ArAr, ou une association moléculaire électroniquement excitée entre un atome de gaz rare et un atome d'halogène, par exemple XeCI. Dans ce dernier cas, il s'agit plus exactement d'une molécule exciplexe. Cependant, pour généraliser, selon l'invention on utilise le terme général d'excimère pour désigner aussi bien les excimères que les exciplexes.
De préférence, pour les applications envisagées selon l'invention, la ou les lampes produisent un rayonnement selon une longueur d'onde comprise entre 100 et 200 nm environ.
De bons résultats sont obtenus avec des lampes comprenant au moins une lampe à excimère de type XeXe.
On peut avantageusement prévoir que la lampe à excimère est de forme tubulaire, émettant vers son espace extérieur lui-même parcouru par le flux des effluents gazeux.
De préférence, le dispositif comprend en outre des moyens pour injecter de l'oxygène sous forme d'oxygène gazeux ou de vapeur d'eau dans le flux des gaz ou vapeurs en amont des lampes à excimère.
L'invention prévoit également un procédé de traitement des effluents de type vapeurs de solvants provenant des procédés de fabrication de semi-conducteurs, comprenant une étape préalable de traitement des vapeurs ou gaz par réaction photochimique au moyen d'un rayonnement dans l'ultraviolet lointain aussitôt que possible dès la sortie des vapeurs ou gaz hors d'une chambre de procédés ou de traitement.
L'irradiation peut avantageusement être réalisée par une ou plusieurs lampes à excimère de type XeXe.
De préférence, on injecte de l'oxygène sous forme d'oxygène gazeux ou de vapeur d'eau dans les vapeurs ou gaz à traiter en amont du rayonnement d'ultraviolet lointain.
Un ajout d'oxygène ou de vapeur d'eau permet d'assurer un meilleur traitement des effluents que l'on rencontre habituellement dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs. Cet ajout permet de combiner par oxydation les radicaux résultant de la dissociation par traitement photochimique. A défaut, les radicaux pourraient dans certains cas se recombiner, de sorte que le traitement serait insuffisant. A cet égard, on peut prévoir l'ajout d'oxygène ou de vapeur d'eau, ou d'un autre corps oxygéné.
DESCRIPTION SOMMAI RE DES DESSINS D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
- la figure 1 est une vue de côté en coupe montrant le schéma de principe d'une lampe à excimère de forme cylindrique ;
- la figure 2 est une vue schématique de côté d'un système de traitement d'effluent selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est une vue schématique de côté d'un système de traitement d'effluent selon un second mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 4 est une coupe transversale selon le plan A-A de la figure 3 ; et
- la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif d'usinage ou de traitement des tranches de semi-conducteurs selon un mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES La figure 1 est un schéma de principe d'une lampe à excimère, de forme cylindrique. Un espace de décharge 1 est constitué par l'intérieur d'un tube en quartz 2 dont la surface externe est métallisée pour constituer deux électrodes 3 et 4. L'électrode 4 est en forme de grille pour laisser passer le rayonnement 5. Les électrodes 3, 4 sont polarisées par un générateur 6 approprié.
Sur la figure 2, une ou plusieurs lampes à excimère 7 peuvent être placées dans les canalisations 8 d'extraction des gaz et vapeurs hors d'une chambre 9 de traitement ou de procédés, et génèrent dans le flux 1 0 des effluents gazeux un rayonnement 5 qui produit la
décomposition des gaz et vapeurs de solvants en gaz carbonique et eau ou autres éléments.
La nature de la lampe à excimère 7 peut être choisie en fonction des gaz et vapeurs à traiter. On a constaté qu'une lam pe à excimère de type XeXe donne d'excellents résultats, avec une longueur d'onde de l'ordre de 172 nm, pour les gaz et vapeurs habituellement produits par les procédés de l'industrie du semi-conducteur.
Grâce au positionnement des lampes à excimère 7 à proximité de la chambre 9 de traitement ou de procédés produisant le flux 1 0 de gaz ou vapeurs à traiter, on traite les gaz et vapeurs avant leur dilution, et avant qu'ils aient eu le temps de produire des dépôts sur les canalisations 8 d'extraction des gaz et vapeurs.
On peut ajuster la géométrie du réacteur pour améliorer l'efficacité et l'intégration du système. Par exemple, sur la figure 2, la lampe à excimère est une lampe tubulaire émettant vers l'extérieur.
Sur les figures 3 et 4, la lampe à excimère 7 est une lampe tubulaire émettant vers son espace intérieur 1 1 . L'espace de décharge 1 est situé entre deux tubes de quartz 2a et 2b concentriques, avec l'électrode 3 sur la surface externe du tube de quartz 2a externe, et avec l'électrode 4 en forme de grille sur la surface interne du tube de quartz
2b interne. Ainsi, le flux 10 des effluents gazeux circule directement dans l'espace intérieur 1 1 de la lampe à excimère 7, et est soumis au rayonnement 5 qui assure sa décomposition en gaz carbonique et eau ou autres éléments. La ou les lampes à excimère 7 peuvent être placées dans une chambre spécifique de traitement, ou elles peuvent être placées simplement dans ou autour d'une canalisation 8 d'extraction des gaz et vapeurs.
Un rayonnement selon une longueur d'onde comprise entre 1 00 et 200 nm environ est avantageux, car il permet d'obtenir un taux de dissociation satisfaisant des gaz et vapeurs, sans présence d'un catalyseur.
Le traitement photochimique réalisé par la présente invention est avantageux, en ce sens qu'il n'utilise aucun réactif étranger particulièrement onéreux, dangereux et/ou toxique, tel que les PFC et
NF3.
La figure 5 illustre schématiquement la structure générale d'un dispositif d'usinage ou de traitement de tranches de semi-conducteurs selon un mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif com prend une chambre 9 de procédés ou de traitement raccordée par une canalisation 8 à des moyens de pompage comprenant, par exemple, une pompe primaire 13 et une pompe secondaire 12 connectées en série l'une derrière l'autre pour extraire les gaz ou vapeurs de traitement et les gaz de résidu hors de la chambre 9 et pour les refouler par un orifice de refoulement 14. Le flux 10 des gaz ou vapeurs de traitement et de gaz de résidu s'écoule dans toute la ligne de vide constituée par la canalisation 8 et les pompes 12 et 13. Une vanne de régulation ou d'isolement 1 5 est généralement interposée entre la chambre 9 de procédés ou de traitement et l'entrée de la canalisation 8.
On a illustré sur la figure le positionnement de lampes à excimère 7b dans le flux 10 des gaz ou vapeurs en amont de la pompe primaire 1 3.
On a également illustré, sur la figure, des lampes à excimère 7a placées dans le flux 10 des gaz ou vapeurs en amont de la pompe secondaire 12. De façon inattendue, le traitement photochimique des gaz est efficace même dans les conditions de pression faible qui régnent dans la canalisation 8 non seulement en amont de la pompe primaire 13, mais également en amont de la pompe secondaire 12.
Une meilleure efficacité du traitement est obtenue en prévoyant des moyens pour injecter de l'oxygène sous forme d'oxygène gazeux ou de corps oxygéné tel que la vapeur d'eau dans le flux 10 des gaz ou vapeurs en amont des lampes à excimère. Par exemple, sur la figure 5, on a illustré une source d'oxygène 16 qui introduit de l'oxygène gazeux par une canalisation d'introduction d'oxygène 1 7 en amont de la lampe à excimère 7b.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier.