Les indicateurs de performance des FFU utilisés dans le domaine des semi-conducteurs déterminent directement s'ils peuvent répondre aux exigences strictes de la fabrication des puces en matière d'ultra-propreté, de stabilité élevée et de faible interférence. Ces indicateurs peuvent être classés en trois grandes catégories : les indicateurs fonctionnels de base (directement liés au contrôle de la propreté), les indicateurs de stabilité opérationnelle (garantissant un fonctionnement fiable à long terme) et les indicateurs de compatibilité environnementale (adaptés aux scénarios particuliers des usines de semi-conducteurs), comme indiqué ci-dessous :
I. Indicateurs fonctionnels de base : Déterminer directement le niveau de propreté
Ces indicateurs constituent le "cœur de la compétitivité" de la FFU et ont une incidence directe sur le rendement du processus de fabrication des plaquettes de semi-conducteurs (comme les défauts des puces causés par la contamination par les particules).
1. Efficacité de la filtration
Définition : Il mesure la capacité d'un filtre à éliminer les particules de l'air et constitue l'indicateur de base pour le contrôle de la propreté par les FFU.
Exigences dans le domaine des semi-conducteurs :
Le filtre ULPA (filtre à air à ultra-haute efficacité) doit être adopté à la place du filtre HEPA (filtre à air à haute efficacité) couramment utilisé dans les scénarios industriels.
L'efficacité de filtration des particules d'un diamètre de 0,1μm est ≥99,999% (norme ULPA classe 14) ;
Les procédés haut de gamme (tels que la fabrication de plaquettes de 3nm/2nm) doivent atteindre **≥99,9995%** (norme ULPA Class 150), voire plus, afin d'éliminer les particules "submicroniques" et "nanométriques" (ces particules sont les principales sources de pollution pour les procédés avancés).
Importance clé : La largeur de ligne des puces semi-conductrices est entrée dans le niveau du nanomètre (par exemple, une largeur de ligne de 3 nm n'est équivalente qu'aux diamètres de quelques atomes), et des particules de 0,1μm sont suffisantes pour couvrir plusieurs transistors, ce qui conduit directement à la défaillance de la puce.
2. Performance du flux d'air
Il comprend trois dimensions : la vitesse du vent, l'uniformité du flux d'air et la direction du flux d'air, qui déterminent conjointement si le flux d'air propre peut effectivement "isoler la pollution".
I. Indicateurs fonctionnels de base : Déterminer directement le niveau de propreté
Ces indicateurs constituent le "cœur de la compétitivité" de la FFU et ont une incidence directe sur le rendement du processus de fabrication des plaquettes de semi-conducteurs (comme les défauts des puces causés par la contamination par les particules).
1. Efficacité de la filtration
Définition : Il mesure la capacité d'un filtre à éliminer les particules de l'air et constitue l'indicateur de base pour le contrôle de la propreté par les FFU.
Exigences dans le domaine des semi-conducteurs :
Le filtre ULPA (filtre à air à ultra-haute efficacité) doit être adopté à la place du filtre HEPA (filtre à air à haute efficacité) couramment utilisé dans les scénarios industriels.
L'efficacité de filtration des particules d'un diamètre de 0,1μm est ≥99,999% (norme ULPA classe 14) ;
Les procédés haut de gamme (tels que la fabrication de plaquettes de 3nm/2nm) doivent atteindre **≥99,9995%** (norme ULPA Class 150), voire plus, afin d'éliminer les particules "submicroniques" et "nanométriques" (ces particules sont les principales sources de pollution pour les procédés avancés).
Importance clé : La largeur de ligne des puces semi-conductrices est entrée dans le niveau du nanomètre (par exemple, une largeur de ligne de 3 nm n'est équivalente qu'aux diamètres de quelques atomes), et des particules de 0,1μm sont suffisantes pour couvrir plusieurs transistors, ce qui conduit directement à la défaillance de la puce.
2. Performance du flux d'air
Il comprend trois dimensions : la vitesse du vent, l'uniformité du flux d'air et la direction du flux d'air, qui déterminent conjointement si le flux d'air propre peut effectivement "isoler la pollution".
Vitesse de l'air à la sortie
La vitesse du vent doit être stable entre 0,3 et 0,5 m/s (norme générale dans l'industrie des semi-conducteurs) et la fluctuation ne doit pas dépasser ±0,1 m/s (lors d'un fonctionnement à long terme).
Signification : Si la vitesse du vent est trop faible, il est impossible de former un "rideau d'air pur" efficace et les particules sont susceptibles de refluer. Une vitesse de vent trop élevée peut entraîner un désordre dans l'écoulement de l'air (génération de tourbillons), ce qui peut au contraire attirer les contaminants environnants dans la zone propre.
Uniformité du flux d'air
L'écart de vitesse du vent au niveau de la section de sortie de la FFU ne doit pas être supérieur à 15% afin de garantir que le flux d'air est "vertical et uniforme" vers le bas (formant une "zone de propreté laminaire").
Signification : Éviter les angles morts locaux du flux d'air et empêcher les particules de se déposer sur la surface de la plaquette.
Direction du flux d'air
Exigences : Flux d'air strictement vertical vers le bas (avec un écart de ±2°), les flux d'air horizontaux ou inclinés ne sont pas autorisés.
Signification : Associé au système d'échappement des équipements semi-conducteurs, il forme une circulation d'air "ascendante et descendante", éliminant de force les contaminants autour de l'équipement et des wafers.
3. Classe de propreté (Cleanliness Class)
Définition : La propreté de l'air de la zone couverte par le FFU est généralement mesurée par la norme du " nombre de particules ≥0,1μm par pied cube d'air ".
Exigences dans le domaine des semi-conducteurs :
Fabrication de plaquettes en amont (processus de base tels que la photolithographie et la gravure) : Il est nécessaire de prendre en charge des zones propres de classe 1 à classe 10 (c'est-à-dire ≤1 à 10 particules de 0,1μm par pied cube).
Emballage et essais en aval : Il doit prendre en charge des zones propres allant de la classe 100 à la classe 1000.
Importance clé : Le niveau de propreté correspond directement au rendement du processus - par exemple, dans la fabrication de plaquettes de 12 pouces, le taux de défauts dans un environnement de classe 1 peut être réduit de plus de 90% par rapport à un environnement de classe 100.
Ii. Indicateurs de stabilité opérationnelle : Assurer une production continue à long terme
Les usines de semi-conducteurs doivent fonctionner en continu pendant 24 heures (un arrêt d'une heure peut entraîner des pertes de plusieurs millions de dollars), de sorte que la "fiabilité" et la "stabilité" des FFU sont d'une importance vitale.
1. Performances et fiabilité des ventilateurs
Capacité de régulation de la pression du vent : Le ventilateur doit être doté d'une fonction de régulation de la pression statique stable, capable de compenser automatiquement la vitesse du vent en fonction des variations de la résistance du filtre (par exemple, la résistance augmente lorsque le filtre accumule de la poussière) afin de garantir un débit d'air stable (en évitant une diminution de la vitesse du vent due à l'augmentation de la résistance).
Durée de vie continue : Le MTBF (Mean Time Between Failures) du ventilateur doit être ≥50 000 heures (environ 5,7 ans), et il doit permettre un fonctionnement continu 24 heures sur 24.
Type de moteur : Les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) sont préférés aux moteurs à balais - les moteurs BLDC n'ont pas d'usure de balais de carbone, ce qui peut réduire la "pollution par les particules d'usure", et ont une durée de vie plus longue et une consommation d'énergie plus faible.
2. Capacités de suivi et de liaison
Fonction de surveillance en temps réel : Des capteurs intégrés sont nécessaires pour surveiller en temps réel des paramètres tels que la vitesse du vent, la différence de pression du filtre (pour déterminer la durée de vie), la température et l'humidité, et fournir des données par l'intermédiaire de l'écran d'affichage ou de l'interface de communication.
Liaison intelligente : Permet d'établir un lien avec le système MES (Manufacturing Execution System) de l'usine et le système de contrôle central de la salle blanche :
Avertissement sur la durée de vie du filtre (rappelle automatiquement le remplacement du filtre lorsque la différence de pression dépasse le seuil) ;
Alarme automatique (arrêt du ventilateur, vitesse anormale du vent) ;
Plusieurs unités de ventilation fonctionnent en coordination pour la régulation (afin d'éviter les conflits de flux d'air locaux).
Importance : Réduire les interventions manuelles et prévenir la perte de contrôle de la propreté causée par l'incapacité à détecter à temps les défaillances de l'UFA.
3. Indice de consommation d'énergie
Si les exigences en matière de vitesse du vent et d'efficacité de filtration sont respectées, la consommation électrique d'une seule unité devrait être comprise entre ≤100 et 150 W (en fonction de la taille de l'unité de filtration, par exemple une spécification de 1200×600 mm).
Importance : Les usines de semi-conducteurs déploient généralement des milliers de FFU. Une faible consommation d'énergie peut réduire considérablement les coûts d'exploitation globaux des salles blanches (la consommation d'énergie représente plus de 30% des coûts d'exploitation totaux des salles blanches).
Iii. Indicateurs de compatibilité environnementale : Adaptés aux scénarios particuliers des usines de semi-conducteurs
Les usines de semi-conducteurs sont soumises à des environnements particuliers tels que la corrosion chimique, la sensibilité aux vibrations et les interférences électromagnétiques. Les ffus doivent avoir des "capacités anti-interférences" correspondantes.
1. Résistance aux produits chimiques
Le boîtier du FFU (généralement en acier inoxydable ou en alliage d'aluminium), le cadre du filtre, le produit d'étanchéité et les autres composants doivent être résistants aux gaz corrosifs (tels que le fluor, le chlore, l'ammoniac, le silane, etc.) et aux agents de nettoyage (tels que l'alcool isopropylique) couramment utilisés dans les processus de fabrication des semi-conducteurs.
Signification : Empêcher la formation de "particules en suspension" (pollution secondaire) après la corrosion d'un composant ou l'infiltration d'air non filtré dans la zone propre en raison d'une défaillance du joint d'étanchéité.
2. Faibles vibrations
L'amplitude des vibrations pendant le fonctionnement doit être ≤0,5μm (dans la plage de fréquence de 10 à 1000Hz), ce qui est beaucoup plus faible que celle des FFU industriels ordinaires (généralement ≤2μm).
Les équipements de base des semi-conducteurs (tels que les machines de lithographie ASML) sont extrêmement sensibles aux vibrations - une amplitude supérieure à 0,1μm peut entraîner un décalage du motif de lithographie (en raison de l'exigence de précision de la largeur de ligne à l'échelle nanométrique). La faible vibration du FFU permet d'éviter les interférences avec les équipements périphériques.
3. Faible bruit
Exigence : Bruit de fonctionnement ≤55dB(A) (mesuré à une distance de 1 mètre), et dans certains scénarios haut de gamme, ≤50dB (A).
Signification : La zone propre d'une usine de semi-conducteurs est généralement un espace confiné. Un bruit excessif peut nuire au confort des opérateurs et peut même, à long terme, endommager par fatigue les composants de précision de l'équipement.
4. Contrôle électrostatique (ESD)
Le boîtier et le cadre du filtre de l'UFA doivent être antistatiques (résistance de surface de 10⁶ à 10¹¹Ω) et, dans certains cas, une "barre d'air ionique" doit être intégrée pour éliminer activement l'électricité statique dans le flux d'air.
Signification : Les plaquettes et les puces semi-conductrices sont sujettes à l'électricité statique, qui peut attirer des particules dans l'air (ce qui provoque une "pollution électrostatique") et même briser les circuits nanométriques des puces (dommages dus aux décharges électrostatiques).
Iv. Autres indicateurs clés : Les détails déterminent la fiabilité
1. Durée de vie du filtre et facilité de remplacement
La durée de vie du filtre est généralement de ≥12 à 18 mois (en fonction de la concentration de pollution de l'environnement d'utilisation).
Une "structure de remplacement rapide" (telle qu'un filtre à tiroir) doit être conçue pour empêcher l'air non filtré de pénétrer dans la zone propre pendant le processus de remplacement (c'est-à-dire un "remplacement sans fuite").
2. Taux de fuite
Le taux de fuite de l'ensemble de la FFU (y compris la zone d'étanchéité entre le filtre et le cadre, et la zone de joint de l'enveloppe) doit être ≤0,01% (testé conformément à la norme ISO 14644-3).
Signification : Empêcher l'air contaminé non filtré de s'infiltrer par les interstices et de nuire à la propreté de la zone nettoyée.
Résumé : La logique de base des indicateurs de performance pour les UFP à semi-conducteurs
Les exigences de performance des FFU dans le domaine des semi-conducteurs consistent essentiellement à "contrôler les paramètres à l'extrême et à éviter tout risque susceptible d'affecter le rendement des puces" - de l'"efficacité de la filtration" à la "stabilité du flux d'air", puis aux "faibles vibrations et à la résistance à la corrosion". Au fur et à mesure que le processus de fabrication progresse vers 1 nm et moins, les indicateurs de performance des FFU seront encore améliorés (tels que la filtration des nanoparticules et la régulation adaptative de la vitesse du vent par l'IA), devenant ainsi la "pierre angulaire invisible" soutenant la fabrication avancée de semi-conducteurs.
La vitesse du vent doit être stable entre 0,3 et 0,5 m/s (norme générale dans l'industrie des semi-conducteurs) et la fluctuation ne doit pas dépasser ±0,1 m/s (lors d'un fonctionnement à long terme).
Signification : Si la vitesse du vent est trop faible, il est impossible de former un "rideau d'air pur" efficace et les particules sont susceptibles de refluer. Une vitesse de vent trop élevée peut entraîner un désordre dans l'écoulement de l'air (génération de tourbillons), ce qui peut au contraire attirer les contaminants environnants dans la zone propre.
Uniformité du flux d'air
L'écart de vitesse du vent au niveau de la section de sortie de la FFU ne doit pas être supérieur à 15% afin de garantir que le flux d'air est "vertical et uniforme" vers le bas (formant une "zone de propreté laminaire").
Signification : Éviter les angles morts locaux du flux d'air et empêcher les particules de se déposer sur la surface de la plaquette.
Direction du flux d'air
Exigences : Flux d'air strictement vertical vers le bas (avec un écart de ±2°), les flux d'air horizontaux ou inclinés ne sont pas autorisés.
Signification : Associé au système d'échappement des équipements semi-conducteurs, il forme une circulation d'air "ascendante et descendante", éliminant de force les contaminants autour de l'équipement et des wafers.
3. Classe de propreté (Cleanliness Class)
Définition : La propreté de l'air de la zone couverte par le FFU est généralement mesurée par la norme du " nombre de particules ≥0,1μm par pied cube d'air ".
Exigences dans le domaine des semi-conducteurs :
Fabrication de plaquettes en amont (processus de base tels que la photolithographie et la gravure) : Il est nécessaire de prendre en charge des zones propres de classe 1 à classe 10 (c'est-à-dire ≤1 à 10 particules de 0,1μm par pied cube).
Emballage et essais en aval : Il doit prendre en charge des zones propres allant de la classe 100 à la classe 1000.
Importance clé : Le niveau de propreté correspond directement au rendement du processus - par exemple, dans la fabrication de plaquettes de 12 pouces, le taux de défauts dans un environnement de classe 1 peut être réduit de plus de 90% par rapport à un environnement de classe 100.
Ii. Indicateurs de stabilité opérationnelle : Assurer une production continue à long terme
Les usines de semi-conducteurs doivent fonctionner en continu pendant 24 heures (un arrêt d'une heure peut entraîner des pertes de plusieurs millions de dollars), de sorte que la "fiabilité" et la "stabilité" des FFU sont d'une importance vitale.
1. Performances et fiabilité des ventilateurs
Capacité de régulation de la pression du vent : Le ventilateur doit être doté d'une fonction de régulation de la pression statique stable, capable de compenser automatiquement la vitesse du vent en fonction des variations de la résistance du filtre (par exemple, la résistance augmente lorsque le filtre accumule de la poussière) afin de garantir un débit d'air stable (en évitant une diminution de la vitesse du vent due à l'augmentation de la résistance).
Durée de vie continue : Le MTBF (Mean Time Between Failures) du ventilateur doit être ≥50 000 heures (environ 5,7 ans), et il doit permettre un fonctionnement continu 24 heures sur 24.
Type de moteur : Les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) sont préférés aux moteurs à balais - les moteurs BLDC n'ont pas d'usure de balais de carbone, ce qui peut réduire la "pollution par les particules d'usure", et ont une durée de vie plus longue et une consommation d'énergie plus faible.
2. Capacités de suivi et de liaison
Fonction de surveillance en temps réel : Des capteurs intégrés sont nécessaires pour surveiller en temps réel des paramètres tels que la vitesse du vent, la différence de pression du filtre (pour déterminer la durée de vie), la température et l'humidité, et fournir des données par l'intermédiaire de l'écran d'affichage ou de l'interface de communication.
Liaison intelligente : Permet d'établir un lien avec le système MES (Manufacturing Execution System) de l'usine et le système de contrôle central de la salle blanche :
Avertissement sur la durée de vie du filtre (rappelle automatiquement le remplacement du filtre lorsque la différence de pression dépasse le seuil) ;
Alarme automatique (arrêt du ventilateur, vitesse anormale du vent) ;
Plusieurs unités de ventilation fonctionnent en coordination pour la régulation (afin d'éviter les conflits de flux d'air locaux).
Importance : Réduire les interventions manuelles et prévenir la perte de contrôle de la propreté causée par l'incapacité à détecter à temps les défaillances de l'UFA.
3. Indice de consommation d'énergie
Si les exigences en matière de vitesse du vent et d'efficacité de filtration sont respectées, la consommation électrique d'une seule unité devrait être comprise entre ≤100 et 150 W (en fonction de la taille de l'unité de filtration, par exemple une spécification de 1200×600 mm).
Importance : Les usines de semi-conducteurs déploient généralement des milliers de FFU. Une faible consommation d'énergie peut réduire considérablement les coûts d'exploitation globaux des salles blanches (la consommation d'énergie représente plus de 30% des coûts d'exploitation totaux des salles blanches).
Iii. Indicateurs de compatibilité environnementale : Adaptés aux scénarios particuliers des usines de semi-conducteurs
Les usines de semi-conducteurs sont soumises à des environnements particuliers tels que la corrosion chimique, la sensibilité aux vibrations et les interférences électromagnétiques. Les ffus doivent avoir des "capacités anti-interférences" correspondantes.
1. Résistance aux produits chimiques
Le boîtier du FFU (généralement en acier inoxydable ou en alliage d'aluminium), le cadre du filtre, le produit d'étanchéité et les autres composants doivent être résistants aux gaz corrosifs (tels que le fluor, le chlore, l'ammoniac, le silane, etc.) et aux agents de nettoyage (tels que l'alcool isopropylique) couramment utilisés dans les processus de fabrication des semi-conducteurs.
Signification : Empêcher la formation de "particules en suspension" (pollution secondaire) après la corrosion d'un composant ou l'infiltration d'air non filtré dans la zone propre en raison d'une défaillance du joint d'étanchéité.
2. Faibles vibrations
L'amplitude des vibrations pendant le fonctionnement doit être ≤0,5μm (dans la plage de fréquence de 10 à 1000Hz), ce qui est beaucoup plus faible que celle des FFU industriels ordinaires (généralement ≤2μm).
Les équipements de base des semi-conducteurs (tels que les machines de lithographie ASML) sont extrêmement sensibles aux vibrations - une amplitude supérieure à 0,1μm peut entraîner un décalage du motif de lithographie (en raison de l'exigence de précision de la largeur de ligne à l'échelle nanométrique). La faible vibration du FFU permet d'éviter les interférences avec les équipements périphériques.
3. Faible bruit
Exigence : Bruit de fonctionnement ≤55dB(A) (mesuré à une distance de 1 mètre), et dans certains scénarios haut de gamme, ≤50dB (A).
Signification : La zone propre d'une usine de semi-conducteurs est généralement un espace confiné. Un bruit excessif peut nuire au confort des opérateurs et peut même, à long terme, endommager par fatigue les composants de précision de l'équipement.
4. Contrôle électrostatique (ESD)
Le boîtier et le cadre du filtre de l'UFA doivent être antistatiques (résistance de surface de 10⁶ à 10¹¹Ω) et, dans certains cas, une "barre d'air ionique" doit être intégrée pour éliminer activement l'électricité statique dans le flux d'air.
Signification : Les plaquettes et les puces semi-conductrices sont sujettes à l'électricité statique, qui peut attirer des particules dans l'air (ce qui provoque une "pollution électrostatique") et même briser les circuits nanométriques des puces (dommages dus aux décharges électrostatiques).
Iv. Autres indicateurs clés : Les détails déterminent la fiabilité
1. Durée de vie du filtre et facilité de remplacement
La durée de vie du filtre est généralement de ≥12 à 18 mois (en fonction de la concentration de pollution de l'environnement d'utilisation).
Une "structure de remplacement rapide" (telle qu'un filtre à tiroir) doit être conçue pour empêcher l'air non filtré de pénétrer dans la zone propre pendant le processus de remplacement (c'est-à-dire un "remplacement sans fuite").
2. Taux de fuite
Le taux de fuite de l'ensemble de la FFU (y compris la zone d'étanchéité entre le filtre et le cadre, et la zone de joint de l'enveloppe) doit être ≤0,01% (testé conformément à la norme ISO 14644-3).
Signification : Empêcher l'air contaminé non filtré de s'infiltrer par les interstices et de nuire à la propreté de la zone nettoyée.
Résumé : La logique de base des indicateurs de performance pour les UFP à semi-conducteurs
Les exigences de performance des FFU dans le domaine des semi-conducteurs consistent essentiellement à "contrôler les paramètres à l'extrême et à éviter tout risque susceptible d'affecter le rendement des puces" - de l'"efficacité de la filtration" à la "stabilité du flux d'air", puis aux "faibles vibrations et à la résistance à la corrosion". Au fur et à mesure que le processus de fabrication progresse vers 1 nm et moins, les indicateurs de performance des FFU seront encore améliorés (tels que la filtration des nanoparticules et la régulation adaptative de la vitesse du vent par l'IA), devenant ainsi la "pierre angulaire invisible" soutenant la fabrication avancée de semi-conducteurs.
