The core objective is to ensure the directional flow of air within the cleanroom without dead corners or vortices, while efficiently filtering particles and controlling the diffusion of pollutants. The implementation logic should revolve around “where the airflow comes from, how it flows, and where it goes”, which can be specifically broken down into the following five key links:First, clarify: The core objective of air flow control in a cleanroom
Avant de mettre en œuvre la solution technique, il est nécessaire d'ancrer les trois objectifs fondamentaux du contrôle des flux d'air, et toutes les conceptions doivent s'articuler autour de ces objectifs :
Directionnalité : L'air circule le long de la trajectoire prédéfinie (verticalement vers le bas ou horizontalement vers l'avant), ce qui évite la formation de "tourbillons" au-dessus de la plaquette ou de l'équipement (les tourbillons peuvent retenir les particules et provoquer une pollution secondaire).
Uniformité : Il n'y a pas de fluctuation significative de la vitesse et de la direction du flux d'air dans la zone nettoyée (par exemple, un écart de vitesse du flux vertical de ≤10%), ce qui empêche l'accumulation de particules dans les zones locales.
Haute efficacité : Le flux d'air peut rapidement emporter les particules générées dans la zone propre (telles que celles émises par le personnel et les équipements) et les évacuer par le système de retour d'air, en évitant que le temps de séjour des particules ne dépasse la plage autorisée du processus (en général, le temps de séjour des particules dans la zone propre doit être inférieur à 1 seconde).
Ii. Étape principale 1 : Sélection du mode d'organisation du flux d'air (en fonction des exigences de propreté)
Les différentes zones de propreté (telles que les zones de production principales et les zones auxiliaires) ont des exigences différentes en matière de flux d'air. Il est nécessaire de déterminer d'abord le mode d'organisation du flux d'air correspondant - il s'agit de la "conception de haut niveau" du contrôle du flux d'air, qui détermine directement la sélection et l'agencement ultérieurs des équipements. Les principaux modèles de salles blanches pour semi-conducteurs adoptent les trois types suivants, avec le "flux unidirectionnel vertical" comme élément central :
Avant de mettre en œuvre la solution technique, il est nécessaire d'ancrer les trois objectifs fondamentaux du contrôle des flux d'air, et toutes les conceptions doivent s'articuler autour de ces objectifs :
Directionnalité : L'air circule le long de la trajectoire prédéfinie (verticalement vers le bas ou horizontalement vers l'avant), ce qui évite la formation de "tourbillons" au-dessus de la plaquette ou de l'équipement (les tourbillons peuvent retenir les particules et provoquer une pollution secondaire).
Uniformité : Il n'y a pas de fluctuation significative de la vitesse et de la direction du flux d'air dans la zone nettoyée (par exemple, un écart de vitesse du flux vertical de ≤10%), ce qui empêche l'accumulation de particules dans les zones locales.
Haute efficacité : Le flux d'air peut rapidement emporter les particules générées dans la zone propre (telles que celles émises par le personnel et les équipements) et les évacuer par le système de retour d'air, en évitant que le temps de séjour des particules ne dépasse la plage autorisée du processus (en général, le temps de séjour des particules dans la zone propre doit être inférieur à 1 seconde).
Ii. Étape principale 1 : Sélection du mode d'organisation du flux d'air (en fonction des exigences de propreté)
Les différentes zones de propreté (telles que les zones de production principales et les zones auxiliaires) ont des exigences différentes en matière de flux d'air. Il est nécessaire de déterminer d'abord le mode d'organisation du flux d'air correspondant - il s'agit de la "conception de haut niveau" du contrôle du flux d'air, qui détermine directement la sélection et l'agencement ultérieurs des équipements. Les principaux modèles de salles blanches pour semi-conducteurs adoptent les trois types suivants, avec le "flux unidirectionnel vertical" comme élément central :
| Modèle d'organisation du flux d'air | Principe de base | Zone concernée | Exigences relatives aux paramètres clés |
| Écoulement unidirectionnel vertical (écoulement laminaire) | L'air s'écoule verticalement depuis le haut de la salle blanche (remplie de filtres), couvrant toute la zone comme une "cascade d'air", puis est évacué par les trous de retour d'air au sol, formant un "canal unidirectionnel du haut vers le bas". | Zones de haute propreté (classe ISO 1 à 5) : telles que les zones de lithographie EUV, les zones de collage des plaquettes et les zones de gravure. |
Vitesse du flux d'air : 0,25-0,5 m/s (pour les processus avancés, elle doit être ≥0,3 m/s) ; Uniformité du flux d'air : ≥90% (différence de vitesse entre deux points ≤10%) Taux de couverture du filtre : ≥90% (une couverture totale de 100% est requise pour la zone de classe 1) |
| Écoulement unidirectionnel horizontal (laminaire) | L'air circule horizontalement d'un côté de la salle blanche (comme un réseau de filtres muraux) vers la zone de reprise d'air de l'autre côté, formant un "flux d'air unidirectionnel gauche-droite/avant-arrière" | Zones locales de grande propreté : telles que les tables de nettoyage des plaquettes, les zones de revêtement de résine photosensible (les points locaux du processus doivent être protégés). |
Vitesse du flux d'air : 0,3-0,6 m/s ; Largeur de la couverture du flux d'air : ≤3m (une largeur excessive entraînera une atténuation du flux d'air et une vitesse irrégulière) |
| Écoulement non unidirectionnel (turbulence) |
L'air est envoyé dans la salle blanche à travers des filtres montés au plafond ou au mur, sans direction de flux fixe, et est évacué de manière aléatoire par le système de retour d'air. La concentration de particules est réduite par "dilution de l'air" |
Zones auxiliaires de faible propreté : telles que les vestiaires, les zones de stockage temporaire des matériaux, les couloirs des salles blanches (classe ISO 6~8). |
Taux de renouvellement de l'air : ≥20 à 60 fois par heure (≥60 fois pour la classe 6 et ≥20 fois pour la classe 8). Éviter les angles morts locaux (tels que les angles des murs et les canaux de reprise d'air sous les équipements). |
Iii. Maillon central 2 : Composition de l'équipement du système de contrôle des flux d'air (support matériel)
Après avoir déterminé le mode d'organisation du flux d'air, un ensemble complet d'équipements "air soufflé - filtration - air repris" est nécessaire pour mettre en œuvre l'objectif de contrôle du flux d'air. Ce système est le "cœur matériel" du contrôle des flux d'air et comprend principalement cinq types d'équipements clés :
1. Système d'alimentation en air : Fournit une source d'air stable et propre
Unité de traitement de l'air (AHU/MAU)
Fonction : Tout d'abord, il effectue un "prétraitement" de l'air frais extérieur (ou de l'air de retour intérieur) - en filtrant les grosses particules (filtre primaire), en régulant la température et l'humidité (batterie de chauffage/refroidissement, module de déshumidification/humidification) et en éliminant les polluants chimiques (adsorption sur charbon actif, filtre chimique), afin de garantir que l'air envoyé dans la salle blanche est "propre, à température et à humidité constantes".
Principales exigences : Utiliser des ventilateurs à fréquence variable (qui peuvent ajuster dynamiquement la vitesse du vent en fonction des exigences de pression et de volume d'air de la salle blanche afin d'éviter le gaspillage d'énergie) ; Le ventilateur doit être un "moteur sans balais" (pour éviter que la poudre de carbone ne tombe et ne génère des particules). La précision du contrôle de la température et de l'humidité doit correspondre aux exigences du processus (par exemple ± 0,1℃ de température et ± 2%RH d'humidité).
Conduit d'alimentation en air et boîte de pression statique
Fonction : Acheminer uniformément l'air traité par la CTA vers le haut de la salle blanche. Le caisson de pression statique peut "tamponner le flux d'air", empêchant le flux d'air d'impacter directement le filtre et de provoquer une vitesse irrégulière.
Exigences en matière de matériaux : Paroi intérieure lisse (pour empêcher l'adhérence des particules), en acier inoxydable ou en tôle d'acier galvanisé (résistant à la corrosion et à la poussière).
2. Système de filtration : Intercepte les particules pour garantir un flux d'air propre
La filtration est la "barrière centrale" du contrôle du flux d'air. Il est nécessaire d'intercepter progressivement les particules de différentes tailles grâce à une "filtration en trois étapes" (efficacité primaire → efficacité moyenne → haute efficacité/ultra-haute efficacité) afin d'éviter que le filtre à haute efficacité ne se colmate prématurément.
Filtre primaire (situé à l'entrée de la CTA) : Intercepte les particules ≥5μm (telles que la poussière et les cheveux), protégeant ainsi le filtre à moyenne efficacité suivant. Le matériau est principalement constitué de tissu non tissé et doit être remplacé tous les 1 à 3 mois.
Filtre à moyenne efficacité (situé à l'intérieur de la CTA) : Intercepte les particules ≥1μm pour protéger le filtre à haute efficacité. Le matériau est principalement constitué de fibres de verre et doit être remplacé tous les 3 à 6 mois.
Filtres à haute/très haute efficacité (situés en haut de la salle blanche, à savoir la "couche filtrante du plafond") :
Filtre à haute efficacité (HEPA) : Intercepte les particules ≥0,3μm, avec une efficacité de filtration de ≥99,97%, adapté aux zones de classe ISO 5 à 8.
Filtre à ultra-haute efficacité (ULPA) : Intercepte les particules ≥0,12μm, avec une efficacité de filtration de ≥99,999%, adapté aux zones de classe ISO 1 à 4 (comme le procédé 5nm) ;
Conditions d'installation : Le filtre et le plafond doivent être scellés à l'aide d'un "mastic" ou d'une "rainure liquide" (pour éviter que l'air ne s'échappe par l'interstice et n'entraîne une non-conformité aux normes de propreté), et un "test d'intégrité" (tel que le test DOP) doit être effectué tous les trimestres pour vérifier qu'il n'y a pas de dommages.
3. Système de retour d'air : Assurer l'évacuation directionnelle du flux d'air pour former une circulation d'air.
Le système de reprise d'air est la clé de la "boucle fermée" du flux d'air et doit être coordonné avec le système d'alimentation en air pour garantir que le flux d'air "ne fait que sortir et ne revient pas", évitant ainsi la rétention de particules.
Conception du circuit d'air de retour.
Zone de flux unidirectionnel vertical : Des "grilles de reprise d'air" sont posées sur le sol (couvrant la totalité du sol ou disposées le long de la périphérie de l'équipement). Le flux d'air descend par le haut, transportant les particules à travers les grilles dans le conduit de retour d'air souterrain, puis retourne dans la CTA pour y être retraité.
Zone de flux unidirectionnel horizontal : La grille de reprise d'air est située en aval du flux d'air (par exemple au bas du mur opposé), ce qui garantit que le flux d'air couvre entièrement la zone de traitement dans le sens horizontal avant d'être évacué.
Zone de flux non unidirectionnel : La grille de reprise d'air est généralement située dans l'angle du mur ou du plafond. Il faut éviter qu'elle se trouve directement en face de la sortie d'air soufflé (pour éviter un court-circuit du flux d'air et des angles morts locaux).
Exigences relatives à l'équipement de reprise d'air
Le conduit de retour d'air doit être équipé d'un "filtre de retour d'air à efficacité moyenne" (pour intercepter les grosses particules soulevées par le sol et empêcher la contamination de la CTA).
Le ventilateur de reprise doit être "relié à la conversion de fréquence" pour le ventilateur de soufflage (en veillant à ce que le volume d'air soufflé = volume d'air repris + volume d'air frais pour maintenir une pression positive stable dans la salle blanche).
4. Équipement de rectification du flux d'air : Optimise l'uniformité du flux d'air et élimine les tourbillons.
Même avec un système de soufflage et de reprise d'air, des zones locales (comme sous les équipements ou dans les coins) peuvent encore présenter des tourbillons de flux d'air, qui doivent être optimisés au moyen d'équipements de rectification.
Plaque de diffusion du flux d'air (située sous le filtre) : Elle "disperse et homogénéise" le flux d'air envoyé par le filtre pour éviter l'impact direct du flux d'air sur la plaquette ou l'équipement, en formant un flux d'air vertical uniforme.
Plaques déflectrices (situées autour des équipements) : Lorsqu'il y a de gros équipements (tels que des machines de photolithographie) dans la zone propre, l'équipement bloque le flux d'air. Des plaques déflectrices doivent être installées sur le côté de l'équipement pour guider le flux d'air autour de l'équipement et empêcher la formation de tourbillons sous l'équipement.
Machine à rideau d'air (située à l'entrée ou à la fenêtre de transfert de la salle blanche) : Elle forme une "barrière horizontale de flux d'air" à l'entrée pour empêcher l'infiltration d'air de faible propreté provenant de l'extérieur, tout en n'affectant pas l'entrée et la sortie du personnel/matériel.
Iv. Maillon central 3 : Surveillance et régulation dynamique des paramètres de débit d'air (assurance logicielle)
Le contrôle du débit d'air n'est pas une "solution unique". Il nécessite une surveillance en temps réel et un ajustement dynamique pour faire face aux fluctuations du débit d'air causées par les mouvements du personnel, le fonctionnement des équipements, l'obstruction des filtres, etc. Cette étape repose sur l'interaction "capteurs + systèmes de contrôle" :
1. Surveillance des paramètres clés
Installez les capteurs suivants dans différentes zones de la salle blanche (telles que les sorties d'air d'alimentation, au-dessus de l'équipement de traitement et les sorties d'air de retour) afin de collecter des données en temps réel :
Capteur de vitesse du flux d'air : Contrôle la vitesse du flux d'air vertical/horizontal (précision ±0,02 m/s) pour garantir la conformité avec la valeur de conception (par exemple, 0,3 m/s±0,03 m/s) ;
Capteur de direction du flux d'air : Au moyen de l'"anémomètre à fil chaud" ou de la technologie de "vélocimétrie par images de particules (PIV)", il surveille l'existence de tourbillons ou de flux inversés dans le flux d'air (par exemple, s'il y a un flux d'air inversé vers le haut sous l'équipement).
Compteur de particules : Il surveille la concentration de particules ≥0,1μm et ≥0,5μm dans l'air en temps réel, et détermine indirectement l'efficacité du flux d'air à transporter les particules (si la concentration de particules augmente soudainement, cela peut être dû à une diminution de la vitesse du flux d'air ou à un filtre endommagé).
2. Logique de régulation dynamique
Les données du capteur sont transmises en temps réel au "système de contrôle central (BMS)". Le système ajuste automatiquement l'équipement en fonction du seuil prédéfini. La logique de régulation de base comprend
Régulation de la vitesse du flux d'air : Si la vitesse du flux d'air dans une zone donnée est inférieure à la valeur définie (par exemple en raison de l'obstruction d'un filtre), le système de gestion des bâtiments augmente automatiquement la fréquence du ventilateur de soufflage, augmente le volume d'air soufflé et rétablit la vitesse du flux d'air.
Régulation de l'équilibre de la pression : Si la pression positive entre la salle blanche et l'extérieur est insuffisante (par exemple en raison de l'ouverture fréquente des portes), le système de gestion des bâtiments réduit automatiquement le volume d'air de retour ou augmente le volume d'air frais afin de maintenir une pression positive stable (empêchant l'air extérieur de s'infiltrer).
Optimisation du flux d'air local : Si des tourbillons (concentration accrue de particules) se produisent autour de l'équipement, le système de gestion des bâtiments peut activer l'"unité locale de nettoyage" (comme un petit ventilateur HEPA) intégrée à l'équipement pour compléter le flux d'air directionnel et éliminer les tourbillons.
V. Maillon central 4 : conception auxiliaire (éviter les interférences avec les flux d'air)
Outre les systèmes susmentionnés, les conceptions auxiliaires, telles que l'agencement, les matériaux et les opérations du personnel dans la salle blanche, auront également une incidence directe sur l'effet de contrôle du flux d'air et doivent être optimisées simultanément.
Disposition des équipements : Les équipements grands et hauts (tels que les machines de photolithographie et les machines de gravure) doivent être disposés dans le sens du flux d'air (les zones de flux vertical doivent "atteindre le ciel et se tenir sur le sol" pour éviter de bloquer le flux d'air ; les zones de flux horizontal doivent être parallèles à la direction du flux d'air). Un "canal de circulation de l'air" de ≥1,2 m doit être réservé entre les équipements pour éviter que le flux d'air ne soit bloqué.
Matériau du sol et des murs : Le sol doit être constitué d'un "sol autonivelant en résine époxy" (lisse, sans joint, évitant l'accumulation de particules ; résistant à l'usure et antistatique), et la paroi doit être constituée d'une "plaque d'acier inoxydable" ou d'une "plaque d'acier de couleur" (paroi intérieure lisse, ne produisant pas de poussière, facile à nettoyer), réduisant les particules soulevées par le flux d'air.
Opérations concernant le personnel et le matériel : Le personnel doit se déplacer dans la "direction aval du flux d'air" (par exemple, dans les zones à flux vertical, il doit se déplacer du bord de la zone propre vers la zone centrale du processus pour éviter de perturber le flux d'air et de former des tourbillons). Les chariots de transport de matériaux doivent être équipés de roues "exemptes de marques de roues et peu bruyantes", et leurs trajectoires doivent éviter les zones sensibles au flux d'air (par exemple, au-dessus de la zone de photolithographie).
Résumé : L'essence du contrôle du débit d'air est la "gestion en boucle fermée de la chaîne complète".
Le contrôle du flux d'air dans une salle blanche n'est pas le résultat d'un seul dispositif, mais plutôt d'une chaîne complète en boucle fermée "objectif (directionnel, uniforme, efficace) → schéma (flux unidirectionnel/flux non unidirectionnel) → équipement (alimentation et retour d'air + filtration) → surveillance (capteurs) → régulation (BMS) → conception auxiliaire (agencement/matériel)". Si l'on prend l'exemple de la zone ISO Class 1 des semi-conducteurs (processus 5nm), sa logique de contrôle du flux d'air peut être simplifiée comme suit :
La CTA transforme l'air frais en air pur avec une température de "23℃±0.1℃ et RH45%±2%".
L'air est distribué uniformément dans le caisson de pression statique jusqu'au filtre ULPA supérieur et s'écoule verticalement vers le bas à une vitesse de 0,35 m/s.
Le flux d'air couvre la surface de la plaquette, transportant les particules générées par le personnel/l'équipement, et pénètre dans le conduit de retour d'air par la grille de retour d'air au sol.
L'air repris, après avoir traversé le filtre à moyenne efficacité, retourne à la CTA, se mélange à l'air frais et est retraité pour former une circulation.
Le capteur surveille la vitesse du flux d'air et la concentration de particules en temps réel, et le BMS ajuste automatiquement la fréquence du ventilateur pour assurer la stabilité des paramètres.
C'est précisément grâce à cette solution collaborative "matériel + logiciel + gestion" que les exigences strictes en matière de flux d'air dans les processus de fabrication de semi-conducteurs avancés peuvent être satisfaites, ce qui permet d'éviter fondamentalement les défauts des puces causés par la contamination par les particules.
Après avoir déterminé le mode d'organisation du flux d'air, un ensemble complet d'équipements "air soufflé - filtration - air repris" est nécessaire pour mettre en œuvre l'objectif de contrôle du flux d'air. Ce système est le "cœur matériel" du contrôle des flux d'air et comprend principalement cinq types d'équipements clés :
1. Système d'alimentation en air : Fournit une source d'air stable et propre
Unité de traitement de l'air (AHU/MAU)
Fonction : Tout d'abord, il effectue un "prétraitement" de l'air frais extérieur (ou de l'air de retour intérieur) - en filtrant les grosses particules (filtre primaire), en régulant la température et l'humidité (batterie de chauffage/refroidissement, module de déshumidification/humidification) et en éliminant les polluants chimiques (adsorption sur charbon actif, filtre chimique), afin de garantir que l'air envoyé dans la salle blanche est "propre, à température et à humidité constantes".
Principales exigences : Utiliser des ventilateurs à fréquence variable (qui peuvent ajuster dynamiquement la vitesse du vent en fonction des exigences de pression et de volume d'air de la salle blanche afin d'éviter le gaspillage d'énergie) ; Le ventilateur doit être un "moteur sans balais" (pour éviter que la poudre de carbone ne tombe et ne génère des particules). La précision du contrôle de la température et de l'humidité doit correspondre aux exigences du processus (par exemple ± 0,1℃ de température et ± 2%RH d'humidité).
Conduit d'alimentation en air et boîte de pression statique
Fonction : Acheminer uniformément l'air traité par la CTA vers le haut de la salle blanche. Le caisson de pression statique peut "tamponner le flux d'air", empêchant le flux d'air d'impacter directement le filtre et de provoquer une vitesse irrégulière.
Exigences en matière de matériaux : Paroi intérieure lisse (pour empêcher l'adhérence des particules), en acier inoxydable ou en tôle d'acier galvanisé (résistant à la corrosion et à la poussière).
2. Système de filtration : Intercepte les particules pour garantir un flux d'air propre
La filtration est la "barrière centrale" du contrôle du flux d'air. Il est nécessaire d'intercepter progressivement les particules de différentes tailles grâce à une "filtration en trois étapes" (efficacité primaire → efficacité moyenne → haute efficacité/ultra-haute efficacité) afin d'éviter que le filtre à haute efficacité ne se colmate prématurément.
Filtre primaire (situé à l'entrée de la CTA) : Intercepte les particules ≥5μm (telles que la poussière et les cheveux), protégeant ainsi le filtre à moyenne efficacité suivant. Le matériau est principalement constitué de tissu non tissé et doit être remplacé tous les 1 à 3 mois.
Filtre à moyenne efficacité (situé à l'intérieur de la CTA) : Intercepte les particules ≥1μm pour protéger le filtre à haute efficacité. Le matériau est principalement constitué de fibres de verre et doit être remplacé tous les 3 à 6 mois.
Filtres à haute/très haute efficacité (situés en haut de la salle blanche, à savoir la "couche filtrante du plafond") :
Filtre à haute efficacité (HEPA) : Intercepte les particules ≥0,3μm, avec une efficacité de filtration de ≥99,97%, adapté aux zones de classe ISO 5 à 8.
Filtre à ultra-haute efficacité (ULPA) : Intercepte les particules ≥0,12μm, avec une efficacité de filtration de ≥99,999%, adapté aux zones de classe ISO 1 à 4 (comme le procédé 5nm) ;
Conditions d'installation : Le filtre et le plafond doivent être scellés à l'aide d'un "mastic" ou d'une "rainure liquide" (pour éviter que l'air ne s'échappe par l'interstice et n'entraîne une non-conformité aux normes de propreté), et un "test d'intégrité" (tel que le test DOP) doit être effectué tous les trimestres pour vérifier qu'il n'y a pas de dommages.
3. Système de retour d'air : Assurer l'évacuation directionnelle du flux d'air pour former une circulation d'air.
Le système de reprise d'air est la clé de la "boucle fermée" du flux d'air et doit être coordonné avec le système d'alimentation en air pour garantir que le flux d'air "ne fait que sortir et ne revient pas", évitant ainsi la rétention de particules.
Conception du circuit d'air de retour.
Zone de flux unidirectionnel vertical : Des "grilles de reprise d'air" sont posées sur le sol (couvrant la totalité du sol ou disposées le long de la périphérie de l'équipement). Le flux d'air descend par le haut, transportant les particules à travers les grilles dans le conduit de retour d'air souterrain, puis retourne dans la CTA pour y être retraité.
Zone de flux unidirectionnel horizontal : La grille de reprise d'air est située en aval du flux d'air (par exemple au bas du mur opposé), ce qui garantit que le flux d'air couvre entièrement la zone de traitement dans le sens horizontal avant d'être évacué.
Zone de flux non unidirectionnel : La grille de reprise d'air est généralement située dans l'angle du mur ou du plafond. Il faut éviter qu'elle se trouve directement en face de la sortie d'air soufflé (pour éviter un court-circuit du flux d'air et des angles morts locaux).
Exigences relatives à l'équipement de reprise d'air
Le conduit de retour d'air doit être équipé d'un "filtre de retour d'air à efficacité moyenne" (pour intercepter les grosses particules soulevées par le sol et empêcher la contamination de la CTA).
Le ventilateur de reprise doit être "relié à la conversion de fréquence" pour le ventilateur de soufflage (en veillant à ce que le volume d'air soufflé = volume d'air repris + volume d'air frais pour maintenir une pression positive stable dans la salle blanche).
4. Équipement de rectification du flux d'air : Optimise l'uniformité du flux d'air et élimine les tourbillons.
Même avec un système de soufflage et de reprise d'air, des zones locales (comme sous les équipements ou dans les coins) peuvent encore présenter des tourbillons de flux d'air, qui doivent être optimisés au moyen d'équipements de rectification.
Plaque de diffusion du flux d'air (située sous le filtre) : Elle "disperse et homogénéise" le flux d'air envoyé par le filtre pour éviter l'impact direct du flux d'air sur la plaquette ou l'équipement, en formant un flux d'air vertical uniforme.
Plaques déflectrices (situées autour des équipements) : Lorsqu'il y a de gros équipements (tels que des machines de photolithographie) dans la zone propre, l'équipement bloque le flux d'air. Des plaques déflectrices doivent être installées sur le côté de l'équipement pour guider le flux d'air autour de l'équipement et empêcher la formation de tourbillons sous l'équipement.
Machine à rideau d'air (située à l'entrée ou à la fenêtre de transfert de la salle blanche) : Elle forme une "barrière horizontale de flux d'air" à l'entrée pour empêcher l'infiltration d'air de faible propreté provenant de l'extérieur, tout en n'affectant pas l'entrée et la sortie du personnel/matériel.
Iv. Maillon central 3 : Surveillance et régulation dynamique des paramètres de débit d'air (assurance logicielle)
Le contrôle du débit d'air n'est pas une "solution unique". Il nécessite une surveillance en temps réel et un ajustement dynamique pour faire face aux fluctuations du débit d'air causées par les mouvements du personnel, le fonctionnement des équipements, l'obstruction des filtres, etc. Cette étape repose sur l'interaction "capteurs + systèmes de contrôle" :
1. Surveillance des paramètres clés
Installez les capteurs suivants dans différentes zones de la salle blanche (telles que les sorties d'air d'alimentation, au-dessus de l'équipement de traitement et les sorties d'air de retour) afin de collecter des données en temps réel :
Capteur de vitesse du flux d'air : Contrôle la vitesse du flux d'air vertical/horizontal (précision ±0,02 m/s) pour garantir la conformité avec la valeur de conception (par exemple, 0,3 m/s±0,03 m/s) ;
Capteur de direction du flux d'air : Au moyen de l'"anémomètre à fil chaud" ou de la technologie de "vélocimétrie par images de particules (PIV)", il surveille l'existence de tourbillons ou de flux inversés dans le flux d'air (par exemple, s'il y a un flux d'air inversé vers le haut sous l'équipement).
Compteur de particules : Il surveille la concentration de particules ≥0,1μm et ≥0,5μm dans l'air en temps réel, et détermine indirectement l'efficacité du flux d'air à transporter les particules (si la concentration de particules augmente soudainement, cela peut être dû à une diminution de la vitesse du flux d'air ou à un filtre endommagé).
2. Logique de régulation dynamique
Les données du capteur sont transmises en temps réel au "système de contrôle central (BMS)". Le système ajuste automatiquement l'équipement en fonction du seuil prédéfini. La logique de régulation de base comprend
Régulation de la vitesse du flux d'air : Si la vitesse du flux d'air dans une zone donnée est inférieure à la valeur définie (par exemple en raison de l'obstruction d'un filtre), le système de gestion des bâtiments augmente automatiquement la fréquence du ventilateur de soufflage, augmente le volume d'air soufflé et rétablit la vitesse du flux d'air.
Régulation de l'équilibre de la pression : Si la pression positive entre la salle blanche et l'extérieur est insuffisante (par exemple en raison de l'ouverture fréquente des portes), le système de gestion des bâtiments réduit automatiquement le volume d'air de retour ou augmente le volume d'air frais afin de maintenir une pression positive stable (empêchant l'air extérieur de s'infiltrer).
Optimisation du flux d'air local : Si des tourbillons (concentration accrue de particules) se produisent autour de l'équipement, le système de gestion des bâtiments peut activer l'"unité locale de nettoyage" (comme un petit ventilateur HEPA) intégrée à l'équipement pour compléter le flux d'air directionnel et éliminer les tourbillons.
V. Maillon central 4 : conception auxiliaire (éviter les interférences avec les flux d'air)
Outre les systèmes susmentionnés, les conceptions auxiliaires, telles que l'agencement, les matériaux et les opérations du personnel dans la salle blanche, auront également une incidence directe sur l'effet de contrôle du flux d'air et doivent être optimisées simultanément.
Disposition des équipements : Les équipements grands et hauts (tels que les machines de photolithographie et les machines de gravure) doivent être disposés dans le sens du flux d'air (les zones de flux vertical doivent "atteindre le ciel et se tenir sur le sol" pour éviter de bloquer le flux d'air ; les zones de flux horizontal doivent être parallèles à la direction du flux d'air). Un "canal de circulation de l'air" de ≥1,2 m doit être réservé entre les équipements pour éviter que le flux d'air ne soit bloqué.
Matériau du sol et des murs : Le sol doit être constitué d'un "sol autonivelant en résine époxy" (lisse, sans joint, évitant l'accumulation de particules ; résistant à l'usure et antistatique), et la paroi doit être constituée d'une "plaque d'acier inoxydable" ou d'une "plaque d'acier de couleur" (paroi intérieure lisse, ne produisant pas de poussière, facile à nettoyer), réduisant les particules soulevées par le flux d'air.
Opérations concernant le personnel et le matériel : Le personnel doit se déplacer dans la "direction aval du flux d'air" (par exemple, dans les zones à flux vertical, il doit se déplacer du bord de la zone propre vers la zone centrale du processus pour éviter de perturber le flux d'air et de former des tourbillons). Les chariots de transport de matériaux doivent être équipés de roues "exemptes de marques de roues et peu bruyantes", et leurs trajectoires doivent éviter les zones sensibles au flux d'air (par exemple, au-dessus de la zone de photolithographie).
Résumé : L'essence du contrôle du débit d'air est la "gestion en boucle fermée de la chaîne complète".
Le contrôle du flux d'air dans une salle blanche n'est pas le résultat d'un seul dispositif, mais plutôt d'une chaîne complète en boucle fermée "objectif (directionnel, uniforme, efficace) → schéma (flux unidirectionnel/flux non unidirectionnel) → équipement (alimentation et retour d'air + filtration) → surveillance (capteurs) → régulation (BMS) → conception auxiliaire (agencement/matériel)". Si l'on prend l'exemple de la zone ISO Class 1 des semi-conducteurs (processus 5nm), sa logique de contrôle du flux d'air peut être simplifiée comme suit :
La CTA transforme l'air frais en air pur avec une température de "23℃±0.1℃ et RH45%±2%".
L'air est distribué uniformément dans le caisson de pression statique jusqu'au filtre ULPA supérieur et s'écoule verticalement vers le bas à une vitesse de 0,35 m/s.
Le flux d'air couvre la surface de la plaquette, transportant les particules générées par le personnel/l'équipement, et pénètre dans le conduit de retour d'air par la grille de retour d'air au sol.
L'air repris, après avoir traversé le filtre à moyenne efficacité, retourne à la CTA, se mélange à l'air frais et est retraité pour former une circulation.
Le capteur surveille la vitesse du flux d'air et la concentration de particules en temps réel, et le BMS ajuste automatiquement la fréquence du ventilateur pour assurer la stabilité des paramètres.
C'est précisément grâce à cette solution collaborative "matériel + logiciel + gestion" que les exigences strictes en matière de flux d'air dans les processus de fabrication de semi-conducteurs avancés peuvent être satisfaites, ce qui permet d'éviter fondamentalement les défauts des puces causés par la contamination par les particules.
