Une salle blanche seule ne garantit pas la propreté

Exigences de propreté modifiées en termes de type et de quantité nécessitent d'autres méthodes d'inspection. Outre des procédés techniquement complexes et chronophages (par exemple, XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS, etc.), la méthode rapide de l'inspection à la lumière UV s'est avérée efficace, car elle rend visibles même les plus petites particules ou fibres. (Photo/Graphique : LPW)

Aperçu du TDZ : Le nettoyage des pièces avant ou dans la salle blanche est devenu une routine ces dernières années. (Photo/Graphique : LPW)

Aucun matériau n'entre dans la salle blanche sans nettoyage préalable, afin d'éviter toute contamination. (Photo/Graphique : LPW)

L'unité de distribution d'eau pure LPW pour les rinçages finaux dans le TDZ constitue un élément supplémentaire essentiel pour garantir la qualité du processus. (Photo/Graphique : LPW)

L'unité de production d'eau ultrapure LPW pour le rinçage final dans le TDZ constitue un élément clé supplémentaire pour garantir la qualité du processus. (Photo/graphique : LPW)

La qualité de l'air dans la salle blanche en ce qui concerne la charge particulaire et la fréquence de renouvellement est assurée par un système de filtres en circuit et contrôlée via une surveillance des données du processus (notamment par un compteur de particules). (Photo/Graphique : LPW)

L'installation de nettoyage peut contribuer à une nouvelle contamination, non seulement lors du processus de nettoyage lui-même, mais aussi dans la zone de maintenance, qui est souvent une source de contamination. C'est pourquoi, dans les systèmes LPW, cette zone est toujours placée en dehors de la salle blanche. (Photo/Graphique : LPW)

Diagramme (Foto/Graphik: LPW)

Lorsqu'il s'agit de technologie de nettoyage industriel, on parle désormais de plus en plus d'applications en amont ou en aval des salles blanches — et pas seulement dans les segments médical et semi-conducteur. Il peut toutefois parfois donner l'impression que la seule combinaison d'une installation de nettoyage avec une salle blanche constitue la solution aux exigences croissantes en matière de propreté technique. Ce n'est pas le cas. Une salle blanche seule ne rend pas propre. Elle n'est qu'une composante d'une conception globale complexe.

Le secteur est en pleine mutation. Bien que certaines solutions de nettoyage semblent encore suffisantes aujourd'hui, elles atteignent progressivement leurs limites, car elles ne prennent pas en compte certains approches logico-analytique. En clair, cela signifie qu'elles ne sont pas adaptées, en termes de flux et de capacités, à la chaîne de processus globale et à ses conditions ambiantes sous l'angle des spécifications de propreté respectives. Et ce, à chaque étape, même la plus petite.

Changement à tous les niveaux

Pour comprendre cela, un bref retour en arrière est utile : autrefois, il existait d'une part des tâches classiques, par exemple dans le domaine de la construction mécanique ainsi que de l'industrie automobile de la transmission de puissance. Et d'autre part, celles avec les exigences de propreté les plus strictes, associées à des réglementations et des exigences de validation (par exemple pour les dispositifs médicaux, les systèmes optiques et la fabrication de wafers). Cependant, ces deux branches de la technologie de nettoyage industriel ont quasiment fusionné ces dernières années. En particulier 2019/2020, cette évolution a connu une progression rapide à travers une restructuration dans presque tous les secteurs industriels mondiaux. Cela conduit à ce que toute l'industrie doive désormais faire face à ces nouvelles exigences technologiques et cherche, avec les utilisateurs, une orientation. Parfois aussi en lien avec le désir de solutions rapides.

Mais la rapidité ne suffit pas. Les nouveaux produits et méthodes de fabrication exigent une vision modifiée et plus consciente de la propreté technique dans tous les processus de production. Si, par le passé, les particules et fibres étaient au centre de l'attention, aujourd'hui, on trouve notamment des pollutions organiques ou inorganiques moléculaires, toxiques, avec des impacts sur la qualité des conditions ambiantes ainsi que sur les méthodes de détection. De plus, la complexité géométrique des composants dans le segment de nettoyage fin et ultra-fin a considérablement augmenté. Par ailleurs, la taille des pièces varie, allant des micro-aux XXL pour les systèmes de lithographie de l'industrie des semi-conducteurs. Et alors qu'il s'agissait autrefois principalement de grandes séries, on traite aujourd'hui plutôt de petites séries ou de pièces uniques.

De plus, les paramètres-cadres ont changé :

– Les composants sont souvent beaucoup plus propres à l'entrée qu'à la qualité de sortie des applications connues jusqu'ici (par exemple dans l'industrie automobile classique).
– Les nouvelles contaminations ne sont souvent pas rapidement détectables ou visibles.
– Les médias de processus (gazeux ou liquides) ainsi que les conditions ambiantes ont une influence directe sur la qualité du composant dans l'ensemble du processus et peuvent notamment entraîner une recontamination ou une contamination croisée.

Exigences pour la fabrication et la manipulation

Pour répondre aux exigences actuelles de propreté en fabrication et manipulation dans l'environnement de haute pureté, il faut éviter au maximum, dès le début, et de manière systématique, les contaminations indésirables dans la chaîne de processus avant le nettoyage final. Concrètement, cela signifie que, en plus du choix de la solution de nettoyage appropriée, il faut prendre en compte de manière approfondie les pré-processus, les conditions environnementales, les médias utilisés ainsi que les applications suivantes lors de la planification. Cela suppose un changement de mentalité dans la gestion de la problématique et une conception globale adaptée. Car une simple combinaison de capacités techniques, comme la liaison d'une installation de nettoyage avec un traitement d'eau et un environnement « propre », ne suffit pas. Il faut plutôt une coordination fine des aspects individuels, visant à obtenir une surface propre à l'endroit final d'utilisation.

La machine de nettoyage elle-même doit être considérée comme un lien entre le pré-processus et le lieu d'utilisation, avec des conditions ambiantes appropriées (par exemple, en salle blanche ou dans un emballage adapté). En plus de garantir un niveau de propreté supérieur, elle doit assurer le transfert progressif d'un environnement de plus en plus propre dans les étapes suivantes, en évitant toute contamination croisée ou de recontamination. Avec l'augmentation du niveau de propreté durant le processus de nettoyage, la qualité de l'environnement et des médias doit également être ajustée pour éviter toute dégradation — jusqu'à la salle blanche. Celle-ci a alors pour tâche, tant sur le plan technique qu'organisationnel, de maintenir le standard atteint du composant jusqu'au lieu d'utilisation.

En pratique

Les Pays-Bas sont un site clé de la haute technologie européenne. Parmi eux, le groupe ASML fabrique notamment des systèmes de lithographie EUV pour l'industrie des semi-conducteurs. Deux fournisseurs de ce secteur ont contacté LPW, car la transition de la production du grade 4 actuel (comparables aux tâches classiques de nettoyage fin particulaire) vers le grade 2 (avec option pour le grade 1) était en cours. Cela signifie que les conditions de film et de particules fines dans le cadre du nettoyage fin et ultra-fin doivent répondre à des exigences élevées en matière de pureté des paramètres ambiants.

Chez le client LowersHanique, il s'agissait de composants en verre et en métal de haute qualité. Chez AAE, d'une multitude de pièces structurales (principalement en aluminium) avec une grande variabilité et une complexité énorme. Dans le second cas, l'accent était mis sur des formes géométriques difficiles, des trous traversants et borgnes de 2 à 6 mm de diamètre (avec ou sans filetage), ainsi que sur des surfaces sensibles. Les deux clients souhaitaient dans un premier temps vérifier si la qualité du nettoyage pouvait être assurée sans endommager les composants, et comment éviter la recontamination ou la contamination croisée. Des essais préliminaires chez d'autres fabricants de machines n'avaient jusqu'ici pas donné de résultats satisfaisants à ce sujet.

Comment procéder alors ? Dès le départ, un co-engineering intensif a été mis en place. De tels projets ne sont pas autonomes pour les deux parties et nécessitent des discussions approfondies sur, entre autres, les processus, les matériaux et leurs propriétés, la manipulation et l’évaluation de la qualité. Chaque étape du nettoyage, c’est-à-dire la mécanique de lavage, le rinçage et surtout le séchage, doit être testée et évaluée quant à ses influences positives et négatives sur le résultat attendu. S’y ajoutent la liaison avec les pré- et post-processus. La transition vers la salle blanche doit être planifiée à l’avance. Et cela bien avant la décision d’achat effective. La transparence et la confiance envers les personnes impliquées et leur environnement sont donc indispensables. Il ne s’agit pas seulement d’une nouvelle installation de nettoyage, mais bien de la mise en œuvre d’un niveau de qualité supérieur en production.

Après des essais intensifs dans le centre d’essais et de services basé en salle blanche (TDZ) de LPW, comprenant également un nettoyage sous contrat et la conception de processus globaux adaptés aux tâches, LowersHanique et AAE ont finalement passé commande. Des solutions spécifiques à chaque client ont été mises en œuvre. Mais la tâche de transfert était finalement la même pour les deux projets : produire le niveau de propreté requis pour les applications en salle blanche suivantes, tout en réduisant constamment les influences extérieures dues aux conditions ambiantes et aux médias utilisés (air, eau, produits chimiques).

Les missions de demain

Les systèmes d’installation ont déjà aujourd’hui pour mission d’assurer ce transfert dans la forme décrite. À l’avenir, ils devront toutefois encore davantage garantir la qualité des pré-processus (variations dans la nature et la quantité de contamination), de leurs propres processus (nettoyage/rinçage/séchage) ainsi que des paramètres ambiants pertinents. Cela sera possible grâce à une surveillance et une documentation continues, orientées vers la qualité et basées sur la traçabilité. Toute déviation doit être immédiatement signalée et, si possible, corrigée instantanément, par l’opérateur/responsable qualité ou, dans des limites définies, par le système lui-même.

LPW relève déjà ce défi de la haute pureté depuis plus de 15 ans et est l’un des pionniers dans ce domaine. La technologie de nettoyage fin et ultra-fin de géométries complexes constitue l’une de ses compétences clés, avec des installations présentes chez des utilisateurs dans le monde entier. Outre les systèmes adaptés, les spécialistes de Riederich disposent également de périphériques pour assurer la tâche de transfert. En 2019, un centre d’essais et de services basé en salle blanche (TDZ) a été créé spécialement à cet effet, où l’équipe d’ingénieurs et techniciens d’application LPW accompagne les clients dans la mise en œuvre et l’optimisation de leurs processus. Des travaux de recherche et développement y sont également menés, même dans des conditions de salle blanche. Car, même si une salle blanche ne rend pas propre en soi, elle garantit qu’après un processus global adapté aux exigences, le résultat laborieusement obtenu peut être livré en toute sécurité à son lieu d’utilisation.

Encadré : Exigences hier et aujourd’hui

Jusqu’à présent, l’industrie de l’usinage se concentrait principalement sur les contaminations particulaires (métalliques/non métalliques), les fibres et les résidus d’huile ou d’émulsions. La vérification se faisait par le poids (gravimétrie) ou par la taille via une analyse microscopique pour les particules et fibres. Pour les huiles et graisses, on utilisait généralement la tension de surface ou la mesure par fluorescence.

Aujourd’hui, il s’agit notamment de résidus organiques ou inorganiques, de pollutions pigmentaires, de contaminations filmogènes générales, de résidus toxiques ou biologiques, ou encore de pollutions au niveau moléculaire ou atomique. Ceux-ci peuvent apparaître à la surface ou dans les couches supérieures du composant. Par conséquent, les méthodes d’analyse pour déterminer la propreté ont également évolué. On parle, par exemple, de taux de dégazage, de taux de croissance pour les micro-organismes, et dans certains cas, de techniques d’analyse telles que XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS. Toutefois, l’analyse par lumière UV peut également fournir les informations nécessaires pour une évaluation qualitative.