Cleanzone 2017 informe sur les salles blanches pour l'optique moderne

Messe Frankfurt Jean Luc Valentin

Les impulsions essentielles pour notre vie mobile proviennent du domaine du monde numérique, des procédés d'imagerie et de traitement d'image. Que ce soit la conduite autonome, la livraison de colis par drone ou l'exploration spatiale – une condition sine qua non pour les développements futurs dans ces domaines réside dans des systèmes optiques à haute résolution. La précision requise ne peut être assurée que par la fabrication en salles blanches. La manière dont les salles blanches doivent être conçues pour répondre aux exigences actuelles de l'optique moderne est illustrée par les fabricants lors du salon Cleanzone dédié aux salles blanches, les mardi et mercredi 17 et 18 octobre 2017, à Francfort-sur-le-Main.

Les exemples mentionnés illustrent la réalisation de rêves : la voiture devient de manière totalement nouvelle plus sûre et plus confortable. Mais pour imiter et dépasser la performance de l'œil humain, il faut des optiques d'une sensibilité et d'une finesse de détails inégalées, où la moindre contamination peut perturber le système. Cela est déjà important pour des tâches quotidiennes apparemment simples, comme dans la circulation routière. De nombreux objets en mouvement en font un phénomène complexe que seule une optique de précision peut saisir. Un autre exemple est le télescope spatial E-ELT au Chili (« European Extremely Large Telescope »). Une grande miroir, deux miroirs correcteurs – et il faut encore compenser les distorsions de la lumière provenant de l’espace par la minuscule déformation de la surface des miroirs, qui se situe dans une fourchette de dix-millièmes de millimètre.

Défi pour l’avenir : la technologie 7 nanomètres

La conception globale devient également plus importante. En effet, alors qu’auparavant, on concevait et fabriquait séparément les optiques, aujourd’hui, les fabricants doivent également résoudre la tâche suivante : chaque optique présente certains défauts. Ainsi, les rayons d’un faisceau lumineux ne se rejoignent pas exactement en un point après passage dans un système optique (aberration) ; s’ajoutent des distorsions, des aberrations chromatiques ou des erreurs de couleur. Strictement parlant, la reproduction parfaite d’un objet spatialement étendu n’est possible qu’avec des miroirs plans (James Clerk Maxwell, 1858 ; Constantin Carathéodory, 1926). En tenant compte du matériel utilisé ultérieurement, il faut concevoir un logiciel adapté pour compenser ces défauts. Et l’ensemble du système ne doit pas devenir trop volumineux, car même une voiture offre un espace limité pour l’électronique et l’optique.

Pour l’optique, une règle prime : lors de la fabrication des lentilles comme dans les étapes ultérieures, il faut éviter scrupuleusement toute contamination. Cela concerne par exemple le collage (« bonding ») de plusieurs lentilles ou de lentille et capteur. Dans la fabrication de puces, ces exigences mènent rapidement à la technologie 7 nanomètres actuelle. Il s’agit d’une forme de lithographie utilisant des longueurs d’onde dans le spectre de l’ultraviolet extrême, avec des structures produites sous vide. On fabrique dans des environnements miniatures de classe 1, par exemple de huit mètres cubes. Des structures de sept nanomètres correspondent à cinq atomes de carbone alignés. Pour la technologie des salles blanches, cela signifie que même des contaminants de la taille de molécules deviennent une préoccupation. Cela inclut à la fois les contaminants moléculaires transportés par l’air (AMC, « airborne molecular contamination ») et les contaminants moléculaires de surface (SMC, « surface molecular contamination »).

Contaminants dans la salle blanche

Dans l’optique et l’électronique, par exemple, l’ammoniac peut perturber gravement le processus de fabrication. Il peut provenir notamment du personnel ou de solvants contenant de l’isopropanol. Les processus de collage et de cuisson réagissent de manière sensible aux substances gazeuses telles que le chlore et le tétrabromure de silicium (SiBr4). Parmi les « contaminants » connus des salles blanches figurent également, entre autres, l’acétone (source : personnel), le bromure d’hydrogène et l’hydrogène chloré, l’eau et l’acide sulfurique (source : processus), le solvant PGMEA (propylène glycol monométhyle éther acétate), l’agent de silylisation HMDS (hexaméthyldisilazan) et le TEOS (Tétrathéthylorthosilicate), utilisé dans les procédés Sol-Gel.

Alors que ces substances peuvent être détectées analytiquement, la surveillance des hydrocarbures, époxydes et siloxanes omniprésents constitue un sujet de recherche en aéronautique, microélectronique et optique.

Nouvelles approches pour les systèmes de surveillance chimiques-analytiques

« La mesure précise de ces trois classes de substances – hydrocarbures, époxydes et siloxanes – s’est avérée très difficile et n’est pas encore résolue de manière satisfaisante », résume Markus Thamm, responsable des ventes et du marketing chez cleanroom.de, Heidelberg. « Mais il existe des approches prometteuses qui, selon moi, pourraient aboutir à des succès dès cette année. Ce qui est crucial pour moi, c’est de ne pas se limiter à la mesure ponctuelle, mais d’établir un système de surveillance continue pour ces trois classes de substances. »

Outre les contaminants chimiques possibles lors du fonctionnement, il faut également détecter les erreurs mécaniques dans le contrôle qualité. « Pour cela, nous devons mesurer les surfaces de systèmes optiques complexes ou de wafers, en détectant des particules et des rayures de taille bien inférieure à 100 nanomètres », indique Volker Knorz, KLA-Tencor, Weilburg. « Cela fait également partie des conditions pour une optique destinée à une utilisation dans un véhicule autonome ou dans un vaisseau spatial. »

Une visite ciblée lors du salon Cleanzone en octobre 2017 permet au visiteur de faire le point sur les dernières avancées en technologie de salles blanches, essentielles pour le secteur en pleine croissance qu’est l’« optique ». Peut-être que, lors de leur visite, certains se rapprocheront un peu plus d’un voyage dans l’espace.