Salles blanches dans l'industrie des semi-conducteurs : « Gardiens de l'ultra-propreté » et cœur de l'innovation technologique dans les procédés avancés

I. Normes techniques fondamentales pour les salles blanches de semi-conducteurs : exigences extrêmement strictes en matière de contrôle environnemental

Les salles blanches pour semi-conducteurs sont conformes à la norme ISO 14644-1. Le niveau de propreté s'améliore avec l'optimisation des procédés. Les principaux indicateurs techniques s'articulent autour de quatre axes : le contrôle des particules, la régulation de la température et de l'humidité, l'organisation des flux d'air, ainsi que le contrôle des charges électrostatiques et des vibrations, garantissant un environnement stable tout au long du processus de fabrication.

(I) Niveaux de propreté : De la classe ISO 3 à la classe ISO 1 – Progrès vers une propreté ultra-performante

Les différents procédés correspondent à des normes de propreté spécifiques : les particules inférieures à 7 nm requièrent la classe ISO 3, tandis que celles de 5 nm et moins requièrent les classes ISO 1 et 2, soit le plus haut niveau d’environnement ultra-propre. Afin de répondre aux exigences extrêmes de contrôle des poussières, un système de filtration en quatre étapes a été mis en place : préfiltre, filtre à moyenne efficacité, filtre HEPA et filtre ULPA. Les médias filtrants de fabrication locale ont permis d’atteindre un niveau de substitution élevé aux importations.

(II) Paramètres environnementaux : contrôle de haute précision de la température, de l'humidité et de la pression

La fabrication de semi-conducteurs exige une précision rigoureuse du contrôle de la température et de l'humidité. La température doit être stable à 22 ± 0,5 °C (± 0,1 °C pour les procédés avancés) et l'humidité relative entre 40 % et 60 %. Les salles blanches doivent maintenir un gradient de pression positif ≥ 10 Pa et les vibrations, notamment dans les zones de lithographie EUV, doivent être maîtrisées à 0,05 µm/s près afin de garantir la précision de la lithographie.

(III) Organisation du flux d'air : Conception d'un flux unidirectionnel à haute fréquence

La zone centrale adopte une conception à flux unidirectionnel vertical, utilisant des unités de traitement d'air (UTA) entièrement réparties pour une circulation d'air uniforme. Le taux de renouvellement d'air dans la salle blanche de classe 100 est ≥ 500 fois/heure, avec un taux de couverture des UTA ​​≥ 60 % et la possibilité d'ajuster la vitesse par zone afin de répondre aux besoins en flux d'air des différents procédés.

II. Équipements essentiels pour salles blanches de semi-conducteurs : un système de protection ultra-propre personnalisé

Les équipements des salles blanches pour semi-conducteurs sont conçus autour d'un contrôle optimal des poussières, d'une régulation précise et d'une maintenance intelligente, formant ainsi un système entièrement personnalisé. Les performances de ces équipements déterminent directement la qualité de production et le rendement des puces.

(I) Système de purification d'air : filtration ultra-efficace et alimentation en air précise

Filtre progressif à quatre étages : Ligne de filtration principale pour la capture des polluants, utilisant en dernier lieu des filtres ULPA à ultra-haute efficacité pour une capture optimale des particules de 0,1 µm. La production locale de matériaux filtrants a permis de remplacer les importations.

Unité de filtration intelligente : intègre les fonctions de ventilation et de filtration, utilise un moteur à haut rendement et à faible consommation d’énergie, prend en charge la surveillance à distance et l’alerte précoce en cas de panne, réduisant considérablement les temps d’arrêt imprévus.

Système d'alimentation et de retour d'air dédié : conduits à faible résistance associés à une conception de plancher surélevé, avec des joints hautement étanches pour empêcher l'infiltration de polluants extérieurs.

(II) Système de contrôle environnemental : contrôle de haute précision de la température, de l’humidité et du microenvironnement

Climatisation de salle blanche haute précision : intègre de multiples fonctions, utilise la technologie de régulation PID et est équipée d'unités redondantes pour garantir la stabilité des paramètres.

Système de contrôle d'environnement étendu (LMC) : Crée un environnement local plus propre pour les équipements critiques tels que la lithographie EUV, assurant la stabilité des processus de base.

Équipements de contrôle électrostatique et vibratoire : des ventilateurs ioniques éliminent l’électricité statique et des équipements d’amortissement de haute précision contrôlent les vibrations pour répondre aux exigences du processus de lithographie.

(III) Système de purification du personnel/des matériaux : prévient la contamination à la source.

Douche d'air/Douche de chargement : Passage essentiel pour le personnel et le matériel ; flux d'air à grande vitesse éliminant la poussière ; verrouillage à double porte empêchant la contamination croisée ; certains modèles incluent une fonction d'élimination électrostatique.

Fenêtre de transfert stérile : stérilisation UV + isolation par rideau d’air ; les modèles haut de gamme intègrent une surveillance des particules pour garantir un transfert de matériel propre.

Équipements antistatiques pour salles blanches : fabriqués à partir de matériaux antistatiques et sans poussière ; les zones à haute propreté nécessitent un ensemble complet d’équipements scellés afin de réduire la contamination d’origine humaine à la source.

(IV) Système de surveillance et de maintenance : Gestion intelligente tout au long du cycle de vie.

Équipements de surveillance à paramètres complets : compteurs de particules, capteurs de température et d’humidité forment un réseau de surveillance complet.

Système d'alerte précoce et de contrôle basé sur l'IA : un système LCM basé sur l'IoT permet la prédiction des risques de pollution et un ajustement automatique, réduisant considérablement les coûts d'exploitation et de maintenance ainsi que les risques d'indisponibilité.

Équipements de nettoyage dédiés : Nettoyage haute fréquence avec des équipements tels que des aspirateurs sans poussière ; des contrôles réguliers des fuites des filtres garantissent les performances.

III. Principes fondamentaux de l'exploitation et de la maintenance des salles blanches pour semi-conducteurs : Gestion complète du processus axée sur la prévention

L'exploitation et la maintenance des salles blanches pour semi-conducteurs reposent sur les principes de « prévention, surveillance en temps réel et intervention rapide ». Toute négligence peut entraîner une baisse de rendement ou un arrêt de la production. L'accent est mis sur la résolution des problèmes tels que la contamination particulaire, les fluctuations de température et d'humidité, et les déséquilibres de pression.

(I) Problèmes et solutions courants liés à l'exploitation et à la maintenance

Contamination particulaire excessive : surveiller et remplacer régulièrement les filtres, standardiser les opérations du personnel et optimiser les plans de nettoyage des zones à forte fréquence d’utilisation.

Température et humidité instables : calibrer les capteurs, optimiser la logique de réglage, équiper l’appareil d’unités de secours et renforcer l’étanchéité de la structure du boîtier.

Déséquilibre de pression : calibrer les capteurs, optimiser la conception du flux d’air, limiter l’accès du personnel et remplacer rapidement les composants obstrués.

Temps d'arrêt dû aux pannes d'équipement : Élaborez des plans de maintenance préventive, constituez des stocks de pièces de rechange et adoptez des conceptions redondantes afin de réduire l'impact des pannes.