Avec le développement des marchés de l'informatique, des télécommunications et de l'électronique automobile et militaire, l’industrie de la microélectronique et des semi-conducteurs a connu une croissance considérable. Or, elle met en oeuvre des procédés complexes et utilise des produits très divers. Étant donné la taille souvent microscopique des composants fabriqués, toute contamination, même minime, peut avoir des conséquences lourdes. Les méthodes avancées de production en microélectronique requièrent donc d'utiliser des fluides (eau, produits chimiques, air, gaz) d'une extrême propreté. Et cette exigence augmente sans cesse avec la miniaturisation. Le contrôle et la prévention des micro-contaminations sont donc des préoccupations constantes dans la fabrication des dispositifs semi-conducteurs.

 

Des sources de pollution multiples

Ces contaminations ont des origines diverses et des effets multiples sur la production. Les contaminants organiques peuvent par exemple endommager les substrats, avec une répercussion négative sur les rendements de production. La contamination moléculaire aéroportée (AMC) est elle aussi désormais un enjeu majeur pour tous les sites de production de microélectronique de pointe. La présence d’insolubles submicroniques dans les produits chimiques doit aussi être évitée car ces résidus peuvent rayer les plaques de semi-conducteurs.

Des particules de taille submicronique présentes dans les gaz inertes et de spécialités utilisées pour les recouvrements « à sec » (dépôt par couche atomique, dépôt en phase vapeur par procédé physique), la diffusion, l'oxydation et les procédés de déposition de métaux peuvent atterrir sur le substrat à traiter et créer des défauts critiques. Dans la gravure au plasma, on utilise des gaz corrosifs et réactifs à ultra-haute pureté (UHP) pour graver ou éliminer le silicium, les polymères ou certains métaux, qui requièrent donc une filtration préalable.

Globalement, tous ces contaminants peuvent affecter les rendements de production et la qualité des produits finis élaborés, via des effets :

  • mécaniques : rayures, obstruction du flux d’air, brouillage des pièces mobiles ou optiques, déformation des surfaces
  • chimiques : corrosion des composants électriques
  • électriques : variations d’impédance et modification des propriétés des circuits électroniques

La filtration des éléments submicroniques est donc un élément clé pour la réduction des défauts qui limitent la qualité tout au long des processus des industries microélectroniques. Des réponses variées pour des applications industrielles nombreuses.

 

Les filtres doivent donc être mis en place dans les sites de production de :

  • tranches de silicium
  • transistors
  • puces pour ordinateurs et tablettes
  • puces pour téléphones portables
  • puces pour capteurs IoT (internet des objets) et dispositifs de contrôle
  • systèmes microélectromécaniques (MEMS)
  • disques durs 

Les médias poreux utilisés dans ces industries sont disponibles avec une vaste gamme de tailles de pores et dans différents matériaux : Teflon™, PES , fibres ou poudre de métal fritté en acier inoxydable 316, fibres et poudre de nickel fritté, poudre d'Hastelloy® C22 fritté.

Fabriquer de l'eau ultrapure

L’industrie microélectronique requiert de très grandes quantités d’eau ultrapure (UPW, Ultra Pure Water) dans le cadre de ses procédés de production. Le nettoyage, le rinçage et la gravure des plaques (aussi appelées wafers) de semi-conducteurs et de substrats consomment des milliers de mètres cubes d’UPW par jour dans la plupart des installations.

Pour répondre aux niveaux de qualité de l’eau ultrapure dans le secteur de la microélectronique, le traitement de l’eau brute suit une procédure comportant plusieurs étapes, notamment celle de filtration. Les normes et spécifications, utilisées pour évaluer la pureté de l’eau dans la fabrication des semi-conducteurs, sont essentiellement fondées sur la mesure de particules et sur la contamination par le Carbone Organique Total (TOC).

Les eaux ultrapures utilisées dans l’industrie des semi-conducteurs sont similaires aux eaux pharmaceutiques. Téléchargez le livre blanc sur les eaux ultrapures

 

Traditionnellement, la plupart des systèmes d’eau ultrapure destinés à la microélectronique étaient équipés de filtres à membrane plissée, avec une finesse de filtration comprise entre 0,04 et 0,02 µm. Mais la technologie à fibres creuses offre désormais des performances inégalées en la matière. Des tests expérimentaux ont en effet montré que des filtres à fibres creuses (0,05 µm) en polysulfone (PS) installés en sortie des osmoseurs inverses sont aussi, voire plus, performants que des filtres à membranes plissées de 0,02 et 0,03 µm en polyéthersulfone (PES) ou polysulfone (PS).

Pour en savoir plus sur la production d'eau ultra pure pour la microélectronique

 

Conseil de l'expert :

Les filtres à fibres creuses possèdent, en outre, et contrairement aux autres filtres, la capacité de réduire le Carbone Organique Total à travers la rétention des endotoxines dans l’eau. 

 

 ;"Obtenir des produits chimiques de haute pureté

Des produits chimiques sont utilisés dans de nombreux traitements : gravure, texturation, polissage mécano chimique (CMP, ou Chemical Mechanical Polishing), couches minces. Ils doivent être de la plus haute pureté. On utilise pour cela des filtres à médias PTFE qualifiés, des fibres creuses et des éléments externes (cages, noyaux, embouts, etc…) PFA haute pureté. Le choix du filtre industriel le plus adapté au process se fait en fonction des compatibilités chimique et thermique souhaitées.

  

Prévenir les contaminations aéroportées en salle blanche

La contamination moléculaire aéroportée (AMC) produit une grande variété d’effets et influe significativement sur la productivité. La corrosion des puces, des disques durs ou des wafers par de l’acide, les dépôts organiques condensables sur des surfaces sensibles ou encore l’exposition à de faibles niveaux d’ammoniac vont par exemple affecter le process de production. Il suffit de quelques particules ou molécules de gaz, comme l'ozone, pour occasionner des pertes de rendement sur les productions. 

Sur certains sites de production, les wafers peuvent passer un mois entier dans l'usine et subir des centaines d'opérations avant d'être intégrés à un produit final. Toute contamination, même minime,  dans cette chaîne de traitements peut avoir des conséquences graves sur le rendement global de production. Pour la filtration de l'air des salles blanches, on utilise principalement deux types de filtres : les filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air) et les filtres ULPA (Ultra Low Penetration Air) en fonction des conditions requises pour la classe souhaitée de la salle blanche.

 

En savoir plus sur les centrales de traitements d'air 

 

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