LETI3S C. Charrier - C. Castellana - D. Renaud - E. Rouchouze - JF Teissier 11/05/2016 REFROIDISSEURS CERN - BILAN LOTS.

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1 LETI3S C. Charrier - C. Castellana - D. Renaud - E. Rouchouze - JF Teissier 11/05/2016 REFROIDISSEURS CERN - BILAN LOTS

2 | 2 SOMMAIRE HISTORIQUE LOTS CERN NA62 LETI3S (AE125P D15C0002 D15C0121) PERSPECTIVES PLAN D’ACTION LOT EN COURS D16F0010 FOCUS LOT D15C0121 LETI 3S CERN 11 Mai 2016

3 | 3 REFROIDISSEURS NA62 LETI 3S CERN D15C0121 | 11 Mai 2016 Fabrication de µrefroidisseurs sur substrats 200mm 2 refroidisseurs par wafers Lot 1 : AE125P ( 2014) - 3 wafers Lot 2 : D15C0002 (2015) - 4 wafers Lot 3 : D15C0121 (2016) - 1 wafer Lot 4 : D16F0010 (2016) : 12 wafers en cours

4 | 4 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRATS Si BULK 1 er lot AE125P – Double piscine 2 Wafers Si bulk collés amincis Ep totale 550µm 415 µm 135 µm Wafer 2 Wafer 1 Optimisation procédés collage Si/Si Profil gravure piscine Caro + traitement Hydrophile F2 B1 LETI 3S CERN 11 Mai 2016

5 | 5 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRATS Si BULK 1 er lot AE125P – Double piscine Issue lot 1Action lot 2 Profil piscineBSOI Pillars piscineGravure SF6 Décollement Al (F2) Supprimé Surgravure AuEp 500nm Bord de wafers dentelés Protection lithograv. LETI 3S CERN 11 Mai 2016

6 | 6 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 2 ème lot D15C0002 : Simple piscine Wafer 1 Bottom BSOI 170µm Wafer 2 Top Si bulk 200µm Ep totale 800µm Wafer 1 Wafer 2 170 µm 430 µm 100 µm Wafer 1 Bottom BSOI 170µm Wafer 2 Top BSOI 200µm Ep totale 800µm Collage BSOI/BSOI Okmetic Collage BSOI/Si Sugravure INLET P12 170 µm 200 µm 430 µm LETI 3S CERN 11 Mai 2016

7 | 7 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 2 ème lot D15C0002 : Simple piscine Issue lot 2Actions lot 2 / lot 3 Collage plaque BSOI/BSOI -Livraison 4 wafers capot Bulk Si sur BSOI (Simple piscine) -Short loops pour lot 3 -Stratégie A(SP)+B(DP) Surgravure INLET Augmentation de l’épaisseur d’oxyde de collage à 1µm Issue LOT 1Actions lot 2Statut Profil piscineBSOIOK mais… PillarsGravure SF6OK (mieux) Décollement Al (f2) SuppriméOK Surgravure AuEp 500nmOK Bord de wafers dentelés Protection lithograv. Amélioration LETI 3S CERN 11 Mai 2016

8 | 8 SOMMAIRE HISTORIQUE LOTS CERN NA62 LETI3S (AE125P D15C0002 D15C0121) PERSPECTIVES PLAN D’ACTION LOT EN COURS D16F0010 FOCUS LOT D15C0121 LETI 3S CERN 11 Mai 2016

9 | 9 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121: Simple piscine « option A » 140 µm 135 µm 430 µm Wafer 1 Wafer 2 Wafer 1 Bottom BSOI 140µm Wafer 2 Top Si bulk 135µm Ep totale 705µm 0- Short Loops collage BSOI/Si 1- Fabrication Substrats BSOI : 12 étapes 2- Briques canal + Chambre : 42 étapes 3- Briques Collage capot + métallisation + cavité : 53 étapes 107 étapes - 4 mois 1 plaque livrée : P05 LETI 3S CERN 11 Mai 2016

10 | 10 RESULTATS SHORT LOOP D15C0132 run 4 Optimisation Préparation de surface CMP avant collage PLAQUES TOP : OXYDATION WET 950DEG 150nm + nettoyage PLAQUES BOTTOM : CMP Mirra 1 : développement procédé NETTOYAGE SC1 + BROSSAGE Mesures AFM ( Ra) & contamination particulaire SP2 COLLAGE TOP/BOTTOM Observations Acoustique avant et après Recuit 500°C 2h 10/12/2015 – LETI3S CERN D15C0132 Rms 100µm² Conta SP2 >0,16µm Collage Av Recuit Collage Ap recuit 500°C 0,25nm<100 partOKRAS REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121: Simple piscine « A »

11 | 11 AVANT RECUIT Waf 01 Waf 02 Waf 03 Waf 04 APRES RECUIT 10/12/2015 – LETI3S CERN D15C0132 Conditions et répétabilité (pl/pl) RESULTATS SHORT LOOP D15C0132 run 4 Images acoustiques : répétabilité Collage Wafer/Wafer

12 | 12 1- Fabrication SUBSTRAT BSOI – 12 wafers 12 étapes - 5 semaines ( Short loop en // inclus) 1 scrap : casse plaque étape 12 - Planarisation post grinding (CMP) 2- Briques CANAL + CHAMBRE – 11 wafers 42 étapes - 5 semaines (10 jours arrêt Salle Blanche Noël) Process : Décollement des grandes lignes de résine zone tests étape photo chambre Scrap wafers P01 (étape 18 – stripping Canal) : décollement sur 1cm². Défaut de collage ou choc P08 (étape 20 – photo chambre ) : grosse ébréchure en bord de plaque P09 (étape 36 – décontamination) : plaque cassée en sortie d’équipement Restes Résine REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121: Simple piscine « A » LETI 3S CERN 11 Mai 2016

13 | 13 3- Briques COLLAGE + METAL + CAVITE - 8 wafers 53 étapes – 8 semaines Process Défauts de collages localisés sur refroidisseurs Eliminés par pyrolyse REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121: Simple piscine « A » Rework pyrolyse polymères LETI 3S CERN 11 Mai 2016

14 | 14 PLAQUES P04 P05 P06 – 1 er COLLAGE P04 post collage P05 post collage P06 post collage

15 | 15 PLAQUES P04 P05 P06 – Après REWORK COLLAGE et POST RECUIT P04 post collage et recuit 1100°C P05 post collage et recuit 1100°C P06 post collage et recuit 1100°C

16 | 16 SYNTHESE SUR LES DÉFAUTS DE COLLAGE FOCUS DEFAUTS DE COLLAGE Origine probable : résidus type polymères  présents sur les canaux des refroidisseurs,  générés lors de la gravure CANAL / CHAMBRE  non éliminés ou décollés/déplacés par les traitements réalisés (pyrolyse, nettoyage,..) Actions Gravure stripping : Stripping renforcés Ajout steps PM3 Strip CF4 ( élim polymère) après gravures chambre et canal + chambre Ajout step PM1 SF6 (élim défauts herbes-pillars) après gravure canal Doubler le temps des stripping matrix N202CF4 Augmenter le temps retrait polymère RAIDER 4B Contrôle 100% des refroidisseurs en sortie de stripping Action Collage : Contrôle 100% des refroidisseurs juste avant collage Contrôle du collage des capots sur SAMAUT0 avant recuit (100% des plaques). Pyrolyse optionnelle suivant résultats pour rework. LETI 3S CERN 11 Mai 2016

17 | 17 3- Briques COLLAGE + METAL + CAVITE - 8 wafers Scrap wafers P02 (étape 30 – Strip photo repère ) : décollement des 2 motifs test hauts et bas * Passage des autres plaques sur paillasse sans US et sans bullage pour tout stripping à venir P07 (étape 37 – dépôt métal TiNiAu) : Casse sur équipement P04 (étape 38 – étuvage après gravure) plaque coincée dans nacelle Quartz P06 (dernière étape - découpe) REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121: Simple piscine « A » * Décollement motifs tests LETI 3S CERN 11 Mai 2016 Total scrap sur lot - 8 plaques sur 12 Fragilité des wafers amincis Bords de plaques

18 | 18 SYNTHESE SCRAP MECANIQUES FOCUS SCRAP & CASSE Origine probable: Bord de plaques Etapes process: grinding, stripping, collage Structures tests (design) Action Design : Elimination les 2 motifs tests grandes lignes haut et bas Action Process : Profil bord de plaques wafers 550µ plus adapté Contrôle du collage des plaques BSOI sur SAMAUT0 après recuit (100% des plaques) Passage en paillasse P112 sans US vs Semi 2 après collage capot

19 | 19 SYNTHESE SCRAP MECANIQUES FOCUS SCRAP & CASSE Origine probable: Bord de plaques Etapes process: grinding, stripping, collage Structures tests (design) Action Process : Actions Grinding BSOI Largeur de détourage 3mm  2,5mm Grinding Plaques Top en 2 fois, détourage intermédiaire avec épaisseurs cibles ajustées : Grinding grossier 200µm Détourage 220µm Grinding fin 141µm Détourage trimming DISCO1-> DISCO7 Capot Largeur de détourage 3mm Grinding Plaques Top en 2 fois, détourage intermédiaire avec épaisseurs cibles ajustées : Grinding grossier 300µm sur Disco5 Détourage 340µm Grinding fin 136 µm Détourage trimming DISCO1-> DISCO7

20 | 20 SOMMAIRE LOTS CERN NA62 (AE125P D15C0002 D15C0121) PERSPECTIVES ( 6 modules /an) PLAN D’ACTION LOT EN COURS ( avancement option A/B - Fonctionnement) BILAN LOT D15C0121 LETI 3S CERN D15C0121 | 11 Mai 2016

21 | 21 REFROIDISSEURS NA62 SUBSTRAT BSOI 3 ème lot D15C0121 : Simple piscine LETI 3S CERN D15C0121 | 11 Mai 2016 Issue LOT 2Actions sur lot 3Statut/lot3 Collage wafers BSOI/BSOI et BSOI/Si -short loops collage -Stratégie A (SP.)+B (DP.) OK BSOI/Si pleine plaque En place Surgravure INLET Augmentation de l’épaisseur d’oxyde de collage OK Issue LOT 3Actions sur lot 4 Casse multiple -Etude Bevel -substrat BSOI 550µm (bottom) -Détourage par triming Défauts de collage refroidisseurs Actions ciblées sur les polymères - Stripping renforcés - Pyrolise optionnelle Décollement motif tests Suppression grands motifs Design masque LETI 3S CERN D15C0121 | 11 Mai 2016

22 | 22 SOMMAIRE LOTS CERN NA62 (AE125P D15C0002 D15C0121) PERSPECTIVES ( 6 modules /an) PLAN D’ACTION LOT EN COURS ( avancement option A/B - Fonctionnement) BILAN LOT D15C0121 LETI 3S CERN D15C0121 | 11 Mai 2016

23 | 23 12 wafers lancés Lot à l’étape 42 sur 110. Toutes les plaques sont encore là. Collage critique = étape 60 STATUT - PREVISIONS LETI 3S CERN | 11 Mai 2016 4 ème lot D16F0010 Wafer 1 Bottom BSOI 140µm Wafer 2 Capot : TOP Si bulk option A ou BSOI option B

24 | 24 PLANNING  AUJOURD’HUI LETI 3S CERN 11 Mai 2016

25 | 25 PLANNING  LA SUITE… N° d'étapeETAPE W18 W19 W20 W21 W22 W23 W24 W25 30/04/201601/05/201602/05/201603/05/201604/05/201605/05/201606/05/201607/05/201608/05/201609/05/201610/05/201611/05/201612/05/201613/05/201614/05/201615/05/201616/05/201617/05/201618/05/201619/05/201620/05/201621/05/201622/05/201623/05/201624/05/201625/05/201626/05/201627/05/201628/05/201629/05/201630/05/201631/05/201601/06/201602/06/201603/06/201604/06/201605/06/201606/06/201607/06/201608/06/201609/06/201610/06/201611/06/201612/06/201613/06/201614/06/201615/06/201616/06/201617/06/201618/06/201619/06/201620/06/201621/06/201622/06/201623/06/201624/06/201625/06/2016 39M.CHAMBRE.DECONTA_1 X 40M.CHAMBRE.TRANSF_BHT_41 X 41M.CHAMBRE.DECONTA_2 X 42M.CHAMBRE.DECONTA_3 X 43M.CHAMBRE.RET_POLYM_1 PPPPPPPPP 44M.CHAMBRE.RET_POLYM_2 P 45M.CHAMBRE.TRANSF2_41_BHT PP 46M.CHAMBRE.GRAVURE_4 PP 47M.CHAMBRE.GRAVURE_5 PP 48M.CHAMBRE.STRIP_2 PP 49M.CHAMBRE.DECONTA_4 PP 50M.CHAMBRE.TRANSF2_BHT_41 PP 51M.CHAMBRE.DECONTA_5 PP 52M.CHAMBRE.DECONTA_6 P 53M.CHAMBRE.RET_POLYM_3 PP 54M.CHAMBRE.RET_POLYM_4 PP 55M.COLLAGE.MESURE1 PP 56M.COLLAGE.GRAVURE PP 57M.COLLAGE.MESURE2 PP 58M.COLLAGE.DESOX_ PP 59M.COLLAGE.INSERTION_PLS PP 60M.COLLAGE.NETT PP 61M.COLLAGE.COLLAGE P 62M.COLLAGE.OBSERVATION_1 PP 63M.COLLAGE.RECUIT PP 63M.COLLAGE.OBSERVATION PP 64M.GRINDING.GRINDING_GROSSIER PP 65M.GRINDING.DETOURAGE PP 66M.GRINDING.GRINDING.FIN PP 67M.GRINDING.GRINDING.FIN-2 PP 68M.GRINDING.DECONTA1 P 69M.GRINDING.DECONTA2 PP 70M.GRINDING.STRESS_REL PP 71M.MARQ_FAV.TRANSF_41_BHT PP 72M.MARQ_FAV.PHOTO PP 73M.MARQ_FAV.GRAVURE_ PP 74M.MARQ_FAV.STIP_ PP 75M.REPERES.PHOTO PP 76M.REPERES.GRAVURE_ P 77M.REPERES.STRIP_ PP 78M.METAL.DEP_PROT PP 79M.METAL.RETOURN_PLAQ PP 80M.METAL.GRAV_PROT PP 81M.METAL.GRAV_PROT_2 PP 82M.METAL.DESOX__ PP 83M.METAL.DEPOT-1 PP 84M.METAL.PHOTO P 85M.METAL.FLASH_O2 PP 86M.METAL.GRAVURE_1 PP 87M.METAL.GRAVURE_2 PP 88M.METAL.GRAVURE_3 PP 89M.METAL.STRIP_ PP 90M.ENCAPS.DEPOT PP LETI 3S CERN 11 Mai 2016

26 | 26 PLANNING  LA FIN Livraison > entre mi juillet et fin juillet : redémarrage salle blanche en cours + estimation temps de collage = 1W LETI 3S CERN 11 Mai 2016

27 | 27 12 wafers lancés Lot à l’étape 42 sur 110. Toutes les plaques sont encore là. Collage critique = étape 60 STATUT - PREVISIONS LETI 3S CERN | 11 Mai 2016 4 ème lot D16F0010 Wafer 1 Bottom BSOI 140µm Wafer 2 Capot : TOP Si bulk option A ou BSOI option B OPTION A vs OPTION B? Décision à prendre d’ici quelques jours On peut tout faire en A (piscine unique) On peut faire jusqu’à 5 B (double piscine)

28 | 28 SOMMAIRE LOTS CERN NA62 (AE125P D15C0002 D15C0121) PERSPECTIVES ( 6 modules /an) PLAN D’ACTION LOT EN COURS ( avancement option A/B - Fonctionnement) BILAN LOT D15C0121

29 | 29 6 modules = > 3 wafers out => 1 lot start (10-12 wafers) Temps de cycle P5 priorité standard: 27 semaines ~ 6 mois P2 priorité haute: 14 semaines ~ 3 mois Disponibilité des cooling plates Toujours un lot d’avance disponible au CERN Ajustement des starts en fonction de ce stock et de la consommation Poursuite du programme d’amélioration … Important d’avoir des lancements réguliers pour maintenir la techno en salle blanche INPUTS LETI LETI 3S CERN 11 Mai 2016

30 Leti, technology research institute Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Minatec Campus | 17 rue des Martyrs | 38054 Grenoble Cedex | France www.leti.fr