Due to the fact that the environmental sensitivity of semiconductor processes (such as advanced 7nm and 5nm processes) increases exponentially as the process shrinks, the standards for cleanrooms are much higher than those for ordinary industrial or medical clean environments. The specific requirements can be broken down into the following six core dimensions:
I. Contrôle des particules d'air : Le cœur du cœur
Dans la fabrication des semi-conducteurs, même une particule d'un diamètre inférieur à 0,1μm (environ 1/500 du diamètre d'un cheveu humain) adhérant à la surface d'une plaquette peut entraîner la mise au rebut de la puce. Par conséquent, la concentration des particules est la base principale de la classification des salles blanches. L'industrie suit généralement la norme internationale ISO 14644-1 (Classification de la propreté de l'air), mais les normes réelles mises en œuvre dans l'industrie des semi-conducteurs sont généralement beaucoup plus élevées que le niveau général.
1. La classification de propreté est adaptée aux applications des semi-conducteurs.
La norme ISO 14644-1 utilise le "nombre de particules ≥ une taille de particule spécifique par mètre cube d'air" comme indice de classification. L'industrie des semi-conducteurs utilise principalement les classes ISO 1 à 5 (alors que les salles blanches industrielles ordinaires sont principalement de classe 8 à classe 9), et différents processus correspondent à différents niveaux :
I. Contrôle des particules d'air : Le cœur du cœur
Dans la fabrication des semi-conducteurs, même une particule d'un diamètre inférieur à 0,1μm (environ 1/500 du diamètre d'un cheveu humain) adhérant à la surface d'une plaquette peut entraîner la mise au rebut de la puce. Par conséquent, la concentration des particules est la base principale de la classification des salles blanches. L'industrie suit généralement la norme internationale ISO 14644-1 (Classification de la propreté de l'air), mais les normes réelles mises en œuvre dans l'industrie des semi-conducteurs sont généralement beaucoup plus élevées que le niveau général.
1. La classification de propreté est adaptée aux applications des semi-conducteurs.
La norme ISO 14644-1 utilise le "nombre de particules ≥ une taille de particule spécifique par mètre cube d'air" comme indice de classification. L'industrie des semi-conducteurs utilise principalement les classes ISO 1 à 5 (alors que les salles blanches industrielles ordinaires sont principalement de classe 8 à classe 9), et différents processus correspondent à différents niveaux :
| Classe de propreté (ISO 14644-1) | Particules de contrôle du noyau (taille des particules) |
Nombre maximal de particules par mètre cube |
Scénarios d'application typiques des semi-conducteurs |
| Classe 1 | 0,1μm、0,2μm | 0,1μm : ≤1 pièce ; 0,2μm : ≤0 pièce. | Procédés avancés de 5 nm et moins (tels que la lithographie EUV, le collage de plaquettes) |
| Classe 2 | 0,1μm、0,2μm | 0,1μm : ≤2 pièces ; 0,2μm : ≤1 pièce. | Procédés de 7 à 14 nm (tels que la gravure, le dépôt de couches minces) |
| Classe 5 | 0,1μm、0,5μm | 0,1μm : ≤1000 pièces ; 0,5μm : ≤29 pièces. | Procédés matures de 28 nm et plus (tels que le nettoyage et la diffusion) |
2. Contrôle des sources de particules
Le personnel est la plus grande source de particules (chaque personne génère de 1 à 10 millions de particules par minute). Il doit porter des combinaisons, des masques, des gants et des chaussures exempts de poussière. Avant d'entrer dans la salle blanche, ils passent par une douche d'air (flux d'air à haute pression pour éliminer les particules) et une salle de sas (pour équilibrer la pression et bloquer l'air extérieur).
Les équipements de production (tels que les machines de photolithographie et de gravure) doivent disposer d'une unité de nettoyage locale pour contenir les particules pendant leur fonctionnement. Scellez les connexions de l'équipement au sol et aux murs pour empêcher l'accumulation de poussière.
Contrôle des matériaux : Les plaquettes, les résines photosensibles et les autres matériaux doivent entrer dans la salle blanche par la "fenêtre de transfert sans poussière" (avec désinfection aux ultraviolets et purification du flux d'air), et l'emballage extérieur doit être retiré et nettoyé à l'extérieur de la salle blanche. Le chariot de transport des matériaux doit être équipé d'un moteur sans balai (pour empêcher la poudre de carbone de tomber) et les roues doivent être fabriquées dans des matériaux antistatiques et exempts de poussière.
Ii. Contrôle de la température et de l'humidité : Exigences de précision au niveau du micron
Les procédés semi-conducteurs, comme la photolithographie et le dépôt de couches minces, sont très sensibles aux variations de température et d'humidité. Les fluctuations de température peuvent entraîner une dilatation ou une contraction de la plaquette, ce qui affecte l'alignement (par exemple, une variation de 1℃ entraîne un écart de 0,1μm). Les variations d'humidité peuvent affecter l'adhérence de la résine photosensible ou du film métallique et provoquer une accumulation d'électricité statique.
1. Contrôle de la température
Plage de contrôle : En général, elle doit être de 23℃±0,1℃ à ±0,5℃ (±0,1℃ pour les processus avancés, et ±0,5℃ pour les processus matures), et la différence de température entre les différentes zones de la salle blanche (telles que la zone de photolithographie et la zone de gravure) doit être ≤0,3℃.
Mode de contrôle : Le système de climatisation à température et humidité constantes (MAU+AHU) est adopté. La température est contrôlée en temps réel par des capteurs de précision, et elle est régulée en combinaison avec des ventilateurs à fréquence variable et des serpentins de chauffage électrique/eau froide pour assurer une température uniforme du flux d'air (en évitant les points chauds locaux).
2. Contrôle de l'humidité
Plage de contrôle : En général, une humidité relative (RH) de 45%±5% est nécessaire (pour certains processus, tels que la métallisation de l'aluminium, une RH≤30% est nécessaire pour éviter l'oxydation de l'aluminium ; pour les processus de photolithographie, la stabilité de la RH est nécessaire pour éviter l'absorption de l'humidité par la résine photosensible).
Méthode de contrôle : Réduire l'humidité au moyen d'un déshumidificateur (déshumidification rotative ou déshumidification par réfrigération), ou ajuster l'humidité au moyen d'une humidification à la vapeur (en utilisant de l'eau purifiée pour éviter que les impuretés de l'eau ne pénètrent dans l'air), en veillant à ce que la fluctuation de l'humidité soit ≤2% par heure.
Iii. Organisation du flux d'air : Le flux unidirectionnel est dominant pour éviter les angles morts.
La conception du flux d'air d'une salle blanche doit garantir que "les particules sont évacuées en continu et ne restent pas ou ne circulent pas au-dessus des plaquettes". Le mode principal est le flux unidirectionnel vertical (flux laminaire), tandis que certaines zones auxiliaires adoptent le "flux unidirectionnel horizontal" ou le "flux non unidirectionnel (flux turbulent)".
Flux unidirectionnel vertical (zone de production principale)
Principe Le plafond de la salle blanche est équipé de "filtres à air à haute efficacité (HEPA)" ou de "filtres à air à ultra-haute efficacité (ULPA)". Après avoir traversé les filtres, l'air s'écoule verticalement vers le bas à une vitesse uniforme de 0,2 à 0,5 m/s (semblable à une "cascade d'air"), poussant les particules vers le sol, puis les évacuant par les trous de retour d'air au sol. Forme un "canal de circulation d'air unidirectionnel de haut en bas".
L'uniformité du flux d'air doit être ≥90% (c'est-à-dire que la différence de vitesse du flux d'air entre les différentes zones doit être ≤10%), et les "tourbillons de flux d'air" (qui peuvent entraîner la rétention de particules) doivent être évités. Le taux de couverture des filtres doit être ≥90% (100% pour les procédés avancés), et les filtres doivent être régulièrement inspectés (par exemple par des tests d'intégrité) pour éviter les fuites.
2. Zones auxiliaires (telles que les vestiaires, les zones de stockage temporaire de matériel)
Le "flux non unidirectionnel" est adopté, et l'air est purifié par des filtres HEPA montés au mur ou au plafond. La concentration de particules est contrôlée au niveau de la classe ISO 6 à 7, ce qui permet de répondre aux exigences des opérations du personnel et de la transition des matériaux.
Iv. Contrôle de la pression : Empêcher la contamination externe de pénétrer
La salle blanche doit maintenir une pression positive (par rapport à l'environnement extérieur) afin d'empêcher l'air impur de l'extérieur de s'infiltrer par des interstices tels que les portes et les joints de tuyauterie. Parallèlement, les zones de différents niveaux de propreté doivent maintenir un "gradient de pression" pour garantir que l'air circule de la zone de haute propreté (telle que la classe 1) vers la zone de faible propreté (telle que la classe 5), empêchant ainsi les particules de la zone de faible propreté de se répandre dans la zone de haute propreté.
1. Exigences en matière de différence de pression
Pression positive entre la salle blanche et l'atmosphère extérieure : ≥15Pa (environ 0,06 pouce de colonne d'eau) ;
Pression positive entre la zone de haute propreté (telle que la zone de lithographie) et la zone adjacente de faible propreté (telle que le couloir) : ≥5 à 10Pa ;
Les zones spéciales (telles que la salle de traitement des déchets chimiques liquides et la salle de stockage des photorésines) doivent maintenir une pression négative (≤-5Pa) afin d'éviter la propagation de gaz nocifs ou de composés organiques volatils (COV) dans la zone de production.
2. Mode de contrôle
Le volume d'air évacué est contrôlé par la "régulation à fréquence variable de la vanne d'air de retour" et, en combinaison avec la production stable du volume d'air d'admission, la pression est maintenue stable. Des capteurs de pression doivent être installés dans chaque zone pour surveiller la différence de pression en temps réel. En cas d'anomalie, une alarme automatique se déclenche et des ajustements sont effectués.
V. Contrôle des polluants chimiques : Surveillance au niveau des traces
Dans les processus de fabrication des semi-conducteurs, les polluants chimiques de niveau moléculaire présents dans l'air (tels que les ions métalliques, les composés organiques volatils (COV) et les gaz acides/alcalins) peuvent entraîner une contamination de la surface des plaquettes et affecter les circuits.
Le personnel est la plus grande source de particules (chaque personne génère de 1 à 10 millions de particules par minute). Il doit porter des combinaisons, des masques, des gants et des chaussures exempts de poussière. Avant d'entrer dans la salle blanche, ils passent par une douche d'air (flux d'air à haute pression pour éliminer les particules) et une salle de sas (pour équilibrer la pression et bloquer l'air extérieur).
Les équipements de production (tels que les machines de photolithographie et de gravure) doivent disposer d'une unité de nettoyage locale pour contenir les particules pendant leur fonctionnement. Scellez les connexions de l'équipement au sol et aux murs pour empêcher l'accumulation de poussière.
Contrôle des matériaux : Les plaquettes, les résines photosensibles et les autres matériaux doivent entrer dans la salle blanche par la "fenêtre de transfert sans poussière" (avec désinfection aux ultraviolets et purification du flux d'air), et l'emballage extérieur doit être retiré et nettoyé à l'extérieur de la salle blanche. Le chariot de transport des matériaux doit être équipé d'un moteur sans balai (pour empêcher la poudre de carbone de tomber) et les roues doivent être fabriquées dans des matériaux antistatiques et exempts de poussière.
Ii. Contrôle de la température et de l'humidité : Exigences de précision au niveau du micron
Les procédés semi-conducteurs, comme la photolithographie et le dépôt de couches minces, sont très sensibles aux variations de température et d'humidité. Les fluctuations de température peuvent entraîner une dilatation ou une contraction de la plaquette, ce qui affecte l'alignement (par exemple, une variation de 1℃ entraîne un écart de 0,1μm). Les variations d'humidité peuvent affecter l'adhérence de la résine photosensible ou du film métallique et provoquer une accumulation d'électricité statique.
1. Contrôle de la température
Plage de contrôle : En général, elle doit être de 23℃±0,1℃ à ±0,5℃ (±0,1℃ pour les processus avancés, et ±0,5℃ pour les processus matures), et la différence de température entre les différentes zones de la salle blanche (telles que la zone de photolithographie et la zone de gravure) doit être ≤0,3℃.
Mode de contrôle : Le système de climatisation à température et humidité constantes (MAU+AHU) est adopté. La température est contrôlée en temps réel par des capteurs de précision, et elle est régulée en combinaison avec des ventilateurs à fréquence variable et des serpentins de chauffage électrique/eau froide pour assurer une température uniforme du flux d'air (en évitant les points chauds locaux).
2. Contrôle de l'humidité
Plage de contrôle : En général, une humidité relative (RH) de 45%±5% est nécessaire (pour certains processus, tels que la métallisation de l'aluminium, une RH≤30% est nécessaire pour éviter l'oxydation de l'aluminium ; pour les processus de photolithographie, la stabilité de la RH est nécessaire pour éviter l'absorption de l'humidité par la résine photosensible).
Méthode de contrôle : Réduire l'humidité au moyen d'un déshumidificateur (déshumidification rotative ou déshumidification par réfrigération), ou ajuster l'humidité au moyen d'une humidification à la vapeur (en utilisant de l'eau purifiée pour éviter que les impuretés de l'eau ne pénètrent dans l'air), en veillant à ce que la fluctuation de l'humidité soit ≤2% par heure.
Iii. Organisation du flux d'air : Le flux unidirectionnel est dominant pour éviter les angles morts.
La conception du flux d'air d'une salle blanche doit garantir que "les particules sont évacuées en continu et ne restent pas ou ne circulent pas au-dessus des plaquettes". Le mode principal est le flux unidirectionnel vertical (flux laminaire), tandis que certaines zones auxiliaires adoptent le "flux unidirectionnel horizontal" ou le "flux non unidirectionnel (flux turbulent)".
Flux unidirectionnel vertical (zone de production principale)
Principe Le plafond de la salle blanche est équipé de "filtres à air à haute efficacité (HEPA)" ou de "filtres à air à ultra-haute efficacité (ULPA)". Après avoir traversé les filtres, l'air s'écoule verticalement vers le bas à une vitesse uniforme de 0,2 à 0,5 m/s (semblable à une "cascade d'air"), poussant les particules vers le sol, puis les évacuant par les trous de retour d'air au sol. Forme un "canal de circulation d'air unidirectionnel de haut en bas".
L'uniformité du flux d'air doit être ≥90% (c'est-à-dire que la différence de vitesse du flux d'air entre les différentes zones doit être ≤10%), et les "tourbillons de flux d'air" (qui peuvent entraîner la rétention de particules) doivent être évités. Le taux de couverture des filtres doit être ≥90% (100% pour les procédés avancés), et les filtres doivent être régulièrement inspectés (par exemple par des tests d'intégrité) pour éviter les fuites.
2. Zones auxiliaires (telles que les vestiaires, les zones de stockage temporaire de matériel)
Le "flux non unidirectionnel" est adopté, et l'air est purifié par des filtres HEPA montés au mur ou au plafond. La concentration de particules est contrôlée au niveau de la classe ISO 6 à 7, ce qui permet de répondre aux exigences des opérations du personnel et de la transition des matériaux.
Iv. Contrôle de la pression : Empêcher la contamination externe de pénétrer
La salle blanche doit maintenir une pression positive (par rapport à l'environnement extérieur) afin d'empêcher l'air impur de l'extérieur de s'infiltrer par des interstices tels que les portes et les joints de tuyauterie. Parallèlement, les zones de différents niveaux de propreté doivent maintenir un "gradient de pression" pour garantir que l'air circule de la zone de haute propreté (telle que la classe 1) vers la zone de faible propreté (telle que la classe 5), empêchant ainsi les particules de la zone de faible propreté de se répandre dans la zone de haute propreté.
1. Exigences en matière de différence de pression
Pression positive entre la salle blanche et l'atmosphère extérieure : ≥15Pa (environ 0,06 pouce de colonne d'eau) ;
Pression positive entre la zone de haute propreté (telle que la zone de lithographie) et la zone adjacente de faible propreté (telle que le couloir) : ≥5 à 10Pa ;
Les zones spéciales (telles que la salle de traitement des déchets chimiques liquides et la salle de stockage des photorésines) doivent maintenir une pression négative (≤-5Pa) afin d'éviter la propagation de gaz nocifs ou de composés organiques volatils (COV) dans la zone de production.
2. Mode de contrôle
Le volume d'air évacué est contrôlé par la "régulation à fréquence variable de la vanne d'air de retour" et, en combinaison avec la production stable du volume d'air d'admission, la pression est maintenue stable. Des capteurs de pression doivent être installés dans chaque zone pour surveiller la différence de pression en temps réel. En cas d'anomalie, une alarme automatique se déclenche et des ajustements sont effectués.
V. Contrôle des polluants chimiques : Surveillance au niveau des traces
Dans les processus de fabrication des semi-conducteurs, les polluants chimiques de niveau moléculaire présents dans l'air (tels que les ions métalliques, les composés organiques volatils (COV) et les gaz acides/alcalins) peuvent entraîner une contamination de la surface des plaquettes et affecter les circuits.
