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HAL Id: jpa-00244872 https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00244872 Submitted on 1 Jan 1980 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Problèmes pratiques posés par la production du vide dans les systèmes d’attaques sous plasma et L.P.C.V.D. P. Duval To cite this version: P. Duval. Problèmes pratiques posés par la production du vide dans les systèmes d’attaques sous plasma et L.P.C.V.D.. Revue de Physique Appliquée, 1980, 15 (9), pp.1479-1487. 10.1051/rphysap:019800015090147900. jpa-00244872 479 Problèmes pratiques posés par la production du vide dans les systèmes d’attaques sous plasma et L.P.C.V.D. (*) P. Duval CIT-ALCATEL, 98, avenue de Brogny, 74000 Annecy, France (Reçu le 3 juin 1980, accepté le 9 juin 1980) Résumé. 2014 Le développement, à l’échelle industrielle, des nouveaux procédés de production des micro-circuits pose de nouveaux problèmes pour l’obtention du vide qui leur est nécessaire. Ces problèmes résultent des fluides corrosifs et dangereux mis en oeuvre ainsi que des grandes quantités de particules abrasives que les pompes à vide doivent absorber. On examine les modifications qu’il faut faire subir aux systèmes de pompage, les nouveaux fluides de lubrification à utiliser, ainsi que les précautions à prendre pour assurer la sécurité des installations, et les impératifs de maintenance nécessités par cette nouvelle chimie sous vide. Abstract. 2014 Semiconductor manufacturing trends have initiated industrial scale implementation of processes (L.P.C.V.D., L.T.O., Plasma Etching, Plasma Deposition, etc.) employing corrosive or dangerous gases. The operating range of these systems (0.5 to 100 Pa) is bracketed by the application limits of oil-sealed vane or oscillat- ing-piston vacuum pumps. Creating a vacuum in these new machines poses unprecendented problems for the designer, however. The development of vacuum pumps and their auxiliary equipment is traced, emphasizing the need for a good seal and the elimination under high-corrosion conditions of solid particles generated either in the process itself or by secondary reactions in the pump. Selection of correct lubricating oils for mechanical pumps ensures their proper function and protects operating personnel. Revue Phys. Appl. 15 (1980) 1479-1487 SEPTEMBRE 1980, P Classification Physics Abstracts 81.15H Les applications classiques du vide à l’industrie des semi-conducteurs (évaporation, sputtering), si 1 elles nécessitent des pompes performantes, ne sont ( que peu contraignantes, car il s’agit de pomper des fluides inertes et propres. Cette situation est en train ( d’évoluer rapidement et assez radicalement, et l’on e voit apparaître des méthodes de production des cir- t cuits à semi-conducteur dans lesquelles il est fait s appel à une « chimie sous vide » en remplacement des t méthodes dites physiques. Ces méthodes, L.P.C.V.D. 1 [14, 12, 15, 24] L.T.O. [20], Attaque sous plasma, 1 (Plasma-Etching, R.I.E.) [18-36], C.V.D. Plasma [23, 29] et autres, ont en commun l’utilisation de gaz actifs, dangereux, et souvent corrosifs. La plupart sont des substances halogénées telles que : - r 1(B 1 1 ci Il faut ajouter à cela que l’implantation ionique net en oeuvre des substances (arsine, phosphine...) pi ne sont guère plus sympathiques ! Tous ces corps sont introduits dans l’enceinte de lépôts, seuls ou mélangés à d’autres (oxygène par xemple en plasma-etching) et c’est de leur décomposi- ion que résultent les effets recherchés. Les réactions ont complexes [7, 27, 8] et les produits de décomposi- ion que les pompes doivent évacuer sont nombreux : produits initiaux, acides (HCl), radicaux halogénés ibres (F+ Cl+), oxygène... Il se pose donc maintenant, tant à l’utilisateur iu’au constructeur de pompes à vide, des problèmes iouveaux de : - Sécurité pour le personnel. - Corrosion des pompes et de leurs périphériques. - Maintenance. - Fiabilité. .,es problèmes varient d’un procédé à l’autre [9], t nous avons tenté de les résumer dans le tableau I. Une installation de dépôt, ou de traitements sous ide, n’est pas pompée par une pompe à vide, mais )ar un système de pompage plus ou moins complexe 96 Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:019800015090147900 1480 Tableau I. - Les principaux problèmes nouveaux pour le pompage en L.P.C.V.D. Attaque sous plasma. Implan- tation ionique. selon le problème à traiter, et les critères que nous venons d’énoncer, s’appliquent, bien évidemment, à la totalité de ce système. A quoi sert en effet d’uti- liser une pompe à vide inusable, anti-corrosion et parfaitement étanche, si elle est connectée à des filtres qui fuient au moyen de tubes en matériaux non appropriés ? C’est donc toute la ligne de pompage, de l’enceinte de dépôt au scrubber final, qui doit faire l’objet d’une construction de qualité. 1. La sécurité. - 1 .1 ETANCHÉITÉ. SÉCURITÉ. - Beaucoup des gaz mentionnés ci-dessus sont toxi- ques, certains sont des poisons violents (arsine), d’autres sont susceptibles de constituer des mélanges détonnants avec l’air (silane, hydrogène), tous sont suffisamment dangereux pour qu’une attention parti- culière soit portée à l’étanchéité de tout le circuit de pompage, dans sa partie haute pression (refoulement), qui est généralement celle à laquelle on apporte le moins de soins. Une attention particulière doit être apportée au robinet de lest d’air lors du pompage de silane ou d’hydrogène et aux opérations de vidange et remplissage d’huile durant lesquelles il est mal- heureusement aisé de créer des fuites; il est donc recommandé de mécaniser ces opérations en instal- lant des vannes d’arrêt sur les canalisations corres- pondantes. On pensera également à l’étanchéité de tous les circuits auxiliaires. Il faut se souvenir qu’il s’agit autant d’empêcher les gaz de procédé de sortir dans l’atmosphère que d’interdire aux composants dangereux de celle-ci (oxygène et vapeur d’eau), de pénétrer dans le sys- tème de pompage. 1. 2 LE POMPAGE DE L’OXYGÈNE. - L’attaque sous plasma (Plasma-etching, R.I.E.) utilise des mélanges Fig. 1. - Montage normal d’un piège à azote liquide assurant la sécurité en cas de réchauffage. [Monting a relief valve on N21 trap to prevent it against over pressure when accidental heating.] contenant de l’oxygène à une concentration qui peut être élevée, et quelquefois de l’oxygène pur. Il est indispensable d’avoir présent à l’esprit en permanence que les huiles d’origine minérale sont des combustibles. Ceci implique : 1481 a) qu’elles sont oxydées pendant le pompage et que, corrélativement, elles perdent rapidement leurs qualités lubrifiantes, b) qu’il peut se constituer dans la pompe les condi- tions d’une explosion ! Il ne faut pas pour autant exagérer l’importance du problème, il y a tout de même 20 % d’oxygène dans l’air que nous respirons ! Les précautions doivent donc être prises dès que l’on dépasse sensiblement cette concentration : certains utilisateurs mettent la frontière à 30 % de concentration d’oxygène dans le mélange. En dessous de cette valeur, il est quand même conseillé de mettre en pratique les précautions décrites à propos de la corrosion (voir ci-dessous). Au-delà de cette limite, il faut proscrire l’usage d’huiles minérales et utiliser des fluides synthétiques tels que : - fluides chlorocarbonés : INLAND 41, HALOCARBON 100 ALCATEL 100 et surtout : - perfluoroéther : FOMBLIN L VAC 25-05, ALCATEL 113, DU PONT KRYTOX 143 AY (voir ci-après l’influence sur les caractéristiques). Il est déconseillé d’utiliser des fluides tels que les Tri-Aryl phosphates esters (FYRQUEL 220) qui ont déjà provoqué de graves accidents [32]. 1.3 UTILISATION DES PIÈGES. - On peut penser à protéger les pompes mécaniques en équipant leur circuit d’aspiration de pièges refroidis chargés de retenir les produits corrodants (ou indésirables) ou de piège à fixation à matériaux absorbants (charbon actif, tamis moléculaires,...) destinés au même usage. Il faut alors réfléchir sérieusement aux problèmes de sécurité que pose l’emploi de ces pièges. Il est néces- saire à ce sujet, de rappeler quelques caractéristiques des pièges : a) un piège refroidi n’est efficace que tant qu’il est froid ; b) lors d’un réchauffement, qui peut être accidentel, comme lors d’un défaut d’alimentation en fluide frigorigène, les produits condensés s’évaporent et il peut en résulter une élévation considérable de la pression dans le circuit de pompage. Or la plupart des pièges à azote liquide ne sont pas munis de sou- papes de sécurité et cette élévation de pression peut provoquer des fuites vers l’extérieur (voir plus haut)..., c) le mélange de charbon actif, d’hydrocarbures, d’oxygène ou d’autres produits oxydants (radicaux fluorés par exemple) peut également conduire à des mélanges détonants ; d) dans un système utilisé à la fois pour faire des dépôts et de la gravure, on est conduit à mettre en oeuvre successivement des gaz incompatibles entre eux (exemple silane puis oxygène). Il est alors dan- gereux d’en retenir un sur le piège qui ressemble un peu à un cocktail Molotov. Des considérations de sécurité conduisent donc certains utilisateurs à proscrire l’usage de pièges dans leurs installations ; le résultat est que les pompes à vide et leurs périphériques doivent uploads/Industriel/ ajp-rphysap-1980-15-9-1479-0.pdf