MICRO-NETTOYAGE PAR JET DE NEIGE CARBONIQUE

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Marie-Christine Gilbert
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9 Rue de la Gare 78640 Villiers Saint Frédéric Tel : + 33 1 34 89 68 68 Fax : + 33 1 34 89 69 79 FR15/81841691 MICRO-NETTOYAGE PAR JET DE NEIGE CARBONIQUE Un

1 9 Rue de la Gare Villiers Saint Frédéric Tel : Fax : FR15/ MICRO-NETTOYAGE PAR JET DE NEIGE CARBONIQUE Un des modèles de pistolet de nettoyage par jet de neige carbonique. Exemples de résultats obtenus en nettoyage de microstructures applicables aux structures optiques

2 Nettoyage par neige carbonique Introduction Le nettoyage par CO2 (neige CO2, nettoyage par neige sèche) est connu depuis les années 60. Son importance s est accrue depuis, grâce aux aspects économiques, à sa facilité de mise en oeuvre, sa sécurité et son efficacité dans le domaine du nettoyage des contaminants de surface, principalement dans l industrie du semi-conducteur. En fait le nettoyage par neige carbonique ne se cantonne plus à ce domaine d activité mais est largement utilisé en optique, médical et aéronautique. Principe Une bouteille remplie de CO2 liquide à température ambiante a une pression d environ 800psi. Le diagramme de phase du CO2 comporte 3 phases (vapeur, solide, liquide). Lorsque le liquide sous pression est éjecté par un orifice, des bulles de gaz se forment et le pourcentage de gaz s accroît jusqu à franchir la limite gaz-solide. Le CO2 liquide est transformé en solide (à un taux d environ 45% de neige carbonique). Le pourcentage de neige carbonique obtenue dépend de la pression de sortie et de la température. La taille des particules de neige carbonique et leur vitesse sont dépendantes également de la forme de l orifice de sortie de la buse. Dans les conditions normales de température et de pression, la phase stable du CO2 est la phase gazeuse ; ce qui signifie que le produit final sera du CO2 gazeux quelque soit le mode de production, le type de nettoyage effectué, ou le mécanisme en cause. Toute particule de CO2 solide se sublimera. Les propriétés de solvant du système CO2 sont excellentes pour les composants organiques non polaires. En utilisant des géométries appropriées pour les buses, le jet de neige carbonique obtenu peut avoir une vitesse et une efficacité lui permettant d éliminer à la fois les particules et les contaminants organiques non polaires. ( Figure 1 ) L élimination des particules et des résidus organiques grâce à un jet de neige carbonique peut s expliquer de deux façons.

A. Particules FR15/81841691 Le mécanisme d élimination des particules implique une combinaison de forces aérodynamiques (relatives au mouvement du gaz à grande vitesse) et au transfert de moment

Le gaz en mouvement exerce sur la particule une force d entraînement dont la magnitude est proportionnelle à la surface de la particule (proportionnelle au carré du diamètre).

3 A. Particules FR15/ Le mécanisme d élimination des particules implique une combinaison de forces aérodynamiques (relatives au mouvement du gaz à grande vitesse) et au transfert de moment entre la neige sèche et la contamination de surface. Généralement un gaz projeté à grande vitesse sur une surface peut éliminer des particules de taille importante. Le gaz en mouvement exerce sur la particule une force d entraînement dont la magnitude est proportionnelle à la surface de la particule (proportionnelle au carré du diamètre). Lorsque cette force d entraînement est supérieure à la force d adhésion de surface, cette particule est décollée et entraînée par le jet en mouvement. Par la présence de neige sèche dans le gaz en mouvement, un nouveau phénomène se produit; la particule en surface reçoit les impacts de particules de neige sèche et il y a transfert de moment entre les deux particules. Ce moment peut être supérieur à la force d adhésion, une fois la particule décollée de la surface le flux de gaz peut aisément l entraîner. L efficacité de l élimination des particules ne diminue pas avec la taille des particules comme c est la cas avec les forces d entraînement seules. Il apparaît donc que la capacité à éliminer les particules contaminantes de surface par transfert de moment est indépendante des la taille des particules. (Voir Figure.2) ( Figure 2 ) B. Contamination organique L élimination des résidus organiques non polaires est liée encore à deux phénomènes, l un impliquant la présence de CO2 liquide dans le jet impactant la surface à nettoyer. Le CO2 liquide est un excellent solvant pour tous les hydrocarbures et autres produits non polaires. ( Voir Figure 3 ) ( Figure 3 )

Il faut se souvenir que le CO2 liquide est instable à température ambiante et pression atmosphérique, mais est présent dans le jet impactant la surface (Voir Figure 3).

4 Il faut se souvenir que le CO2 liquide est instable à température ambiante et pression atmosphérique, mais est présent dans le jet impactant la surface (Voir Figure 3). Pendant la durée de l impact, la pression augmente à l interface neige/surface, cette pression pouvant atteindre les conditions du point triple (78 psi) Alors la particule se liquéfie partiellement et agit comme un solvant en contact avec la surface. La contamination est dissoute et reste piégée par cette phase liquide. Lorsque la particule de neige carbonique se décolle de la surface, la pression décroît et elle se solidifie à nouveau, emmenant avec elle la contamination. Nettoyage de particules de silice sur silicium. Des particules comprises entre et 0.1 µm sont éliminées de la surface du wafer pour observation en MBE.

5 Nettoyage de nano tubes sur Au pour observation AFM

6 Nettoyage de contact Au avant soudure L analyse XPS montre une forte proportion de contamination carbonée en surface du contact avant nettoyage. Le pic Au est très faible comparativement. La même analyse après nettoyage neige carbonique montre un pic Au en surface très élevé, laissant prévoir une soudure efficace.

Nettoyage de polymère FR15/81841691 Analyse XPS et images MBE d un cathéter polyuréthane contaminé par une cire avec radicaux

7 Nettoyage de polymère FR15/ Analyse XPS et images MBE d un cathéter polyuréthane contaminé par une cire avec radicaux «amide». Présence de particules (MBE) et pic «amide» (XPS) avant nettoyage par CO2 snow. Disparition après nettoyage CO2 snow.

Nettoyage d un wafer de silicium avec résidus organiques Applications & Avantages Applications Nettoyage de la

GaAs ) Chips ( CMOS Image Sensor ) Cartes à pointes (pointes des aiguilles) Verres ( TFT - LCD ) Optiques (

.) Quartz Céramiques Métaux ; Analyse de surface ( Auger, XPS, SIMS, AFM ) Avantages Sécurité Efficacité Mise

8 Nettoyage d un wafer de silicium avec résidus organiques Applications & Avantages Applications Nettoyage de la surface avant dépôt, montage d optiques, observation MBE ou AFM, analyse de surface sur : Wafers ( Si, InP, GaAs ) Chips ( CMOS Image Sensor ) Cartes à pointes (pointes des aiguilles) Verres ( TFT - LCD ) Optiques ( Lentilles,miroirs..) Quartz Céramiques Métaux ; Analyse de surface ( Auger, XPS, SIMS, AFM ) Avantages Sécurité Efficacité Mise en oeuvre aisée Bas coût Applications multiples Sans pollution Equipements disponibles PCST Unité standard avec manomètre et filtre. Disponible avec connexion bouteille de 1.5m ou 3m. PCST avec différentes buses

9 PCHP Modèle haute pureté avec vanne manuelle. PCHP-30S PCHP- avec électrovanne PCHP-30S avec commande de la vanne par pédale. Exemples de modèle de buses Buse dia

10 Buse dia Buse dia Buse pour nettoyage grande surface D autres types de buses peuvent être réalisés suivant demande clients.

11 Options Filtres : pour éliminer les particules provenant des bouteilles de gaz F2 F3 Acier inox filtre à 0.5µ m Acier inox filtre à 0.003µ m Manomètre de pression : de 0 à 2000 psi peut être indispensable pour des raisons de sécurité. Vous indique également la pression dans la ligne et vous avertit lorsque la bouteille est presque vide Support à vide : pour le maintien de l échantillon pendant le nettoyage Le modèle présenté est prévu pour un échantillon plat, d autres formes peuvent être conçues en fonction de la demande client. Peut être posé directement sur la plaque chauffante (non fournie). Pompe : Pompe à vide sèche pour connecter au support à vide Pour tout renseignement complémentaire concernant votre problème particulier de nettoyage, n hésitez pas à nous contacter. Des essais sont réalisables dans notre laboratoire. Demandez notre liste de prix.

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