Les Fabs combattent la guerre sans fin contre la contamination

Fabs combattent la guerre sans fin contre la contamination

Par Sarah Fister Gale

Dans la fabrication de wafers, peu importe à quel point vous luttez, il y a certains combats que vous ne gagnerez jamais. Le mieux que vous puissiez faire est de repousser votre ennemi—la contamination moléculaire—le plus longtemps possible.

Depuis le début de la fabrication de wafers, les opérateurs en salle blanche mènent une guerre contre les contaminants, s’appuyant sur une collection croissante de filtres, de moniteurs et d’environnements confinés pour empêcher les particules de réduire leurs rendements. Mais pour chaque avancée qu’ils réalisent dans le contrôle de la contamination, l’industrie recule de deux pas, car la réduction des géométries rend les matériaux délicats et les étapes de traitement de plus en plus vulnérables à des contaminants encore plus petits présents dans l’environnement.

Dans la salle de fabrication d’aujourd’hui, les contaminants moléculaires autrefois inoffensifs peuvent désormais endommager les surfaces et interagir avec l’énergie, l’humidité et d’autres produits chimiques de l’environnement pour créer des brumes sur les optiques, se fixer aux wafers, et même contaminer les micro-environnements conçus pour les protéger.

« C’est un domaine en évolution, » admet Mark Camenzind, conseiller technique principal au bureau de Balazs Analytical Services basé à Fremont, CA, filiale d’Air Liquide Electronics, un groupe industriel international spécialisé dans les gaz, produits chimiques, équipements et services liés aux semi-conducteurs, à l’industrie et à la médecine. « À mesure que la contamination moléculaire aéroportée (AMC) est mieux contrôlée et analysée, nous réalisons qu’il est difficile de la contrôler complètement. C’est comme éplucher un oignon. Sous chaque couche se trouve une autre couche, et encore quelque chose à apprendre. »

Malheureusement, alors que les avancées dans la fabrication permettent aux fabricants de réduire la taille de leur technologie et de produire des composants plus complexes à l’échelle microscopique, les outils utilisés pour lutter contre les contaminants dans ces environnements de fabrication n’évoluent pas aussi rapidement.

« Une solution complète et universelle pour l’AMC reste encore insaisissable, » explique Steven Rowley, responsable de la ligne de produits de contamination moléculaire chez Particle Measuring Systems, fabricant de compteurs de particules d’air, de gaz et de liquides à Boulder, CO, « mais les entreprises examinent de plus en plus sérieusement les stratégies de surveillance et de contrôle de la contamination moléculaire pour atténuer les risques. »

Jitze Stienstra, directeur du marketing produit au bureau de San Diego, CA, d’Entegris, dont l’unité d’affaires de solutions de contrôle de la contamination se spécialise dans ces questions, est d’accord. « Le contrôle de la contamination devient de plus en plus important à mesure que la réduction de la taille des lignes affecte davantage de processus, » dit-il.

Stienstra pense qu’une approche à plusieurs niveaux du « contrôle total de la contamination » offre la meilleure solution. La combinaison de pré-filtres pour l’air ambiant propre, de filtres chimiques au niveau de l’outil, et de purificateurs à l’usage pour les gaz de purge dans des environnements confinés très sensibles qui ne peuvent pas entrer en contact avec l’air ambiant, conduit au système le plus robuste. « Cela commence par l’environnement ambiant de la salle blanche, puis passe au niveau de l’outil et au micro-niveau, » explique-t-il.

Les opérateurs de salle blanche s’appuient également de plus en plus sur la surveillance en temps réel pour mieux comprendre ce qui, où et quand la contamination pose problème dans la salle, en particulier autour des outils de photolithographie.

« Chaque solution doit être adaptée aux besoins de la salle blanche afin que les opérateurs puissent gérer la contamination et résoudre les problèmes dans un environnement abordable, » affirme Stienstra.

La photolithographie trace la voie

L’industrie de la fabrication de wafers atteint rapidement un point où l’air ambiant, même filtré, ne peut plus être contrôlé suffisamment pour éviter la perte de rendement en salle blanche, c’est pourquoi on se tourne de plus en plus vers des outils en cluster, des environnements confinés, des FOUP (front-opening unified pod) et des gaz de purge pour éviter complètement l’exposition à l’AMC. « Le gaz de purge peut être rendu très propre par purification, ce qui signifie que vous n’avez pas besoin de le tester aussi souvent, contrairement à l’air ambiant, qui change toutes les heures et doit idéalement être surveillé en permanence, » explique Camenzind. Cependant, une surveillance continue aux faibles niveaux requis par la Feuille de route technologique pour les semi-conducteurs (ITRS) n’est pas toujours disponible, par exemple pour les oxydes de soufre à des niveaux de pptv. ...

Ne soyez pas FOUPé

Lorsque les matériaux ne sont pas en cours de traitement, les FOUP, pods et boîtes à masques sont de plus en plus utilisés comme moyen d’empêcher que des wafers et masques délicats ne entrent en contact avec des contaminants dans l’air ambiant, mais ils risquent aussi de créer de nouveaux problèmes de contamination par dégazage de l’enveloppe et transfert de résidus issus de processus antérieurs, qui doivent être soigneusement contrôlés.

Camenzind souligne que tout dans la salle blanche, des matériaux et lubrifiants utilisés sur les outils et contenants aux étapes du processus lui-même, a le potentiel de créer une contamination pouvant impacter le rendement.

« Chaque fois que vous trouvez une solution, vous devez vous assurer que la cure n’est pas pire que la maladie, » dit-il. ...

Suivez le flux

En plus des environnements confinés, les opérateurs de salle blanche doivent également surveiller de près leur environnement global, en prêtant une attention particulière à la circulation de l’air, explique Keith Kibbee, ingénieur mécanicien au bureau de Portland, OR, de CH2M HILL, une société d’ingénierie, de construction et d’exploitation. Kibbee, qui réalise des modélisations de flux d’air en 3D pour ses clients en salle blanche, note que des changements dans la salle blanche (comme l’ajout d’un nouvel équipement) peuvent perturber la circulation de l’air, provoquer des blocages ou des effets de vague, affectant le débit d’air des unités de filtration de ventilateurs, et limiter la recirculation optimale de l’air. ...

Un œil ouvert

Quelle que soit la solution ou la combinaison de solutions qu’un fabricant utilise pour prévenir, contrôler ou atténuer la contamination, tout repose sur la surveillance. Et alors que des niveaux plus faibles et plus petits de contaminants posent des risques plus importants, la surveillance en temps réel en ligne devient la norme—du moins autour des étapes critiques de traitement et de manipulation.

« Il faut surveiller quelque chose pour savoir que c’est là, » explique Rowley de Particle Measuring Systems, qui prévoit un déplacement continu de la surveillance périodique vers une surveillance en temps réel à haute sensibilité dans les zones critiques de la salle blanche. « Une fois que vous surveillez, vous pouvez faire le lien entre ces données et votre rendement de processus, vos exigences de garantie, le coût des arrêts, et les coûts de maintenance. Si les entreprises peuvent maîtriser ces données, elles voient la valeur de la surveillance. » ...

Trouver l’équilibre

« C’est un avantage concurrentiel pour les entreprises de savoir comment gérer et traiter la contamination moléculaire en salle blanche, » affirme Rowley, qui pense que l’industrie n’a pas encore fait tout ce qu’elle devrait. « La plupart des entreprises gardent leurs techniques et stratégies de surveillance et de contrôle de l’AMC très secrètes, car celles qui le font bien obtiennent des gains critiques de quelques dixièmes à quelques pourcents en rendement, » ce qui fait une énorme différence dans une industrie aussi compétitive. »

« En fin de compte, atteindre l’extrême de l’absence totale de contamination n’a pas de sens financier, » dit Camenzind. « La gestion la plus pratique du contrôle de contamination consiste à déterminer la limite raisonnable pour chaque étape en fonction du processus, puis à maintenir ces niveaux en dessous de cette limite et à surveiller pour s’assurer de l’atteindre. » ...