Comment relever les 10 principaux défis de la filtration des semi-conducteurs ? Partie 2 : accélérer la récupération de l'humidité et réduire les temps de séchage excessifs.

Sous chaque usine de fabrication de puces électroniques se trouve une sous-usine contenant des kilomètres de tubes en acier inoxydable transportant une multitude de gaz différents utilisés dans la production de puces semi-conductrices. Certains de ces gaz sont hautement toxiques, même à très faible concentration, tandis que d'autres sont hautement corrosifs. La tuyauterie de l'usine doit non seulement être étanche et résistante à la corrosion, mais aussi préserver l'intégrité globale du système.

Dans la fabrication de semi-conducteurs, contrôler les niveaux d'humidité dans les systèmes d'alimentation en produits chimiques n'est pas une option : c'est essentiel. En effet, lorsque l'eau réagit avec les gaz utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs, elle peut corroder les surfaces mouillées des composants et des équipements de distribution de gaz, générer des particules gênantes et impacter les performances des outils de traitement. De plus, une défaillance des systèmes peut entraîner des problèmes de sécurité importants et endommager les systèmes.

Examinons comment les filtres appropriés peuvent aider ou entraver la qualité des équipements de manipulation des gaz semi-conducteurs et des processus.

Lorsque l’humidité envahit votre système, le temps est un facteur essentiel.

L'humidité est insidieuse et, si elle n'est pas stoppée, elle peut facilement s'infiltrer dans les équipements de semi-conducteurs, notamment lors de la construction initiale de l'usine, lorsque les soudeurs connectent les nombreux kilomètres de tubes de haute pureté. Mais elle peut également survenir à différents moments de la fabrication, comme au démarrage de l'outil, lors du changement de gaz ou lors de la maintenance du système.

La construction d'une usine nécessite des milliers de soudures de très haute pureté. Ce procédé implique l'utilisation de gaz de protection (argon, hélium ou les deux) pour protéger la zone de soudure de l'oxygène et de la vapeur d'eau. Ce blindage est essentiel pour éviter la décoloration de la soudure, signe évident d'une résistance à la corrosion compromise. Dans ce cas, des particules de métal oxydé peuvent se détacher pendant le fonctionnement du système, compromettant ainsi d'autres composants et instruments coûteux et, dans le pire des cas, se retrouver à la surface de la plaquette. Par conséquent, les soudeurs doivent veiller à ce que l'assemblage soit soumis à une purge continue jusqu'à la fin du soudage.

Pour ce faire, les soudeurs expérimentés utilisent un appareil de gaz de purge, parfois appelé « saut de purge ». Selon les normes internationales SEMI, le gaz de purge doit être certifié pour une teneur en humidité totale, oxygène et autres contaminants inférieure à 3 ppm. La filtration du gaz de purge est essentielle pour garantir une soudure de qualité, car les bouteilles contenant de l'argon et de l'hélium comprimés contiennent souvent des particules submicroniques.

Mais les filtres peuvent présenter leurs propres défis. Si le filtre a une affinité avec l'humidité, cela peut ralentir le processus de soudage pendant le séchage du système. Alors, comment choisir le filtre le plus adapté à une application aussi critique ? Pour un séchage rapide, le métal est le meilleur choix. En effet, les données montrent que les filtres métalliques peuvent sécher jusqu'à moins de 10 ppb en moins de 60 minutes. À l'inverse, les filtres à base de polymère, comme ceux en Téflon, peuvent mettre jusqu'à 24 à 48 heures pour sécher jusqu'à un niveau d'humidité inférieur à 3 ppb.

Les nombreux avantages des médias filtrants en fibres métalliques

Le séchage rapide offre aux soudeurs la possibilité de démarrer et d'arrêter les opérations de gaz de protection plusieurs fois par jour. En résumé, l'utilisation d'un filtre métallique constitue le moyen le plus rapide et le plus économique de filtrer les gaz de protection.

Ces dernières années, Mott a développé des filtres métalliques utilisant des fibres métalliques comme matériau filtrant. Ce matériau a permis de réduire considérablement la surface et la densité du matériau filtrant, permettant ainsi un séchage encore plus rapide en cas de pic d'humidité. Les installateurs avertis utilisent également un traçage thermique sur le boîtier du filtre, ce qui leur permet de sécher le filtre en moins de 10 minutes.

Les filtres en fibre ultra-pure Mott sont spécialement conçus pour éliminer l'humidité. Compte tenu des milliers de soudures réalisées lors de la construction d'une usine de semi-conducteurs, un filtre Mott offre des avantages considérables en termes de coûts, notamment de gain de temps.

Cette même performance de récupération rapide de l'humidité permet aux propriétaires d'outils de fabrication de semi-conducteurs de réduire le temps de mise en service des outils lors du démarrage initial ou après la maintenance périodique. Le gain de disponibilité du système peut être significatif.

Cohérence – du début à la fin.

La fabrication de semi-conducteurs est une question de précision et de régularité. Grâce à nos techniques de fabrication exclusives, nous fournissons filtres métalliques en fibres frittées incroyablement cohérents De la première à la dernière unité et d'un lot à l'autre. En réalité, les variations de débit et de perte de charge du gaz sont extrêmement minimes, surtout en comparaison avec d'autres médias filtrants en métal et en céramique, dont les variations d'une pièce à l'autre et d'un lot à l'autre peuvent atteindre 30 %. Concevoir un système de traitement des gaz avec un tel niveau de variation peut s'avérer complexe, notamment dans les usines modernes où l'automatisation et les systèmes de contrôle distribués peuvent être impactés par des variations trop importantes de débit ou de pression.

En règle générale, les filtres métalliques ont une chute de pression plus élevée que les autres types de supports, mais les supports métalliques en fibre de Mott ont une chute de pression différentielle inférieure à celle des filtres fabriqués à l'aide d'un support en Téflon.

Lorsque l’humidité est tout simplement inévitable, minimisez ses effets.

Dans certaines régions du monde, où l'humidité est difficile ou l'accès à des gaz relativement secs est limité, les systèmes de purification de gaz coûteux sont souvent mis à rude épreuve par les exigences d'élimination de l'humidité. Chez Mott, nous comprenons que, si vous ne parvenez pas à éliminer l'humidité d'un système, vous devez prendre des mesures pour protéger ses composants de la corrosion. C'est là que la compatibilité des matériaux entre en jeu.

Nous savons par expérience que les espèces de fluor, de brome et de chlore, en présence d'eau, peuvent corroder l'acier inoxydable. Plus la teneur en eau est élevée, plus la corrosion est importante. Bien que les filtres en nickel et en acier inoxydable 316L offrent une résistance adéquate à la corrosion pour certains gaz de fluor, les fabricants de circuits intégrés contenant du chlore peuvent obtenir une résistance optimale à la corrosion grâce à des filtres fabriqués avec du matériel et un matériau filtrant en Hastelloy C-22. Des études ont d'ailleurs démontré que l'utilisation d'Hastelloy (alliage nickel-chrome-molybdène-tungstène) pour la fabrication de filtres constitue la solution la plus fiable pour une protection durable contre la corrosion.

Choisir le filtre adapté à vos besoins.

Traditionnellement, le média filtrant le plus utilisé pour les cavaliers de gaz de purge, les armoires à gaz, les boîtes à vannes ou les systèmes de distribution de gaz intégrés est soit le Téflon, soit un élément en poudre métallique frittée. Si les médias à base de polymère offrent une efficacité de filtration acceptable, leur réponse aux pics d'humidité varie. Les filtres traditionnels en poudre métallique présentent une densité plus élevée, ce qui peut également augmenter le temps de séchage. Les nouveaux filtres en fibres métalliques de Mott atteignent un niveau inédit d'efficacité (0.0015 µm), de perte de charge et de récupération d'humidité. Le média en fibres métalliques Mott devient rapidement la nouvelle référence pour les applications de distribution de gaz ultra-pur.

Nul besoin d'être un expert pour comprendre qu'un filtre métallique résiste bien mieux aux températures élevées et aux pressions différentielles que les filtres à base de polymère. Les résultats montrent que les filtres à base de polymère résistent à des températures supérieures à 100 °C, tandis que les filtres en métal fritté de Mott supportent des températures allant jusqu'à 450 °C. Leur capacité à supporter des pressions différentielles supérieures à 1 000 psid garantit l'inviolabilité du média filtrant métallique, tandis que les médias filtrants à base de polymère peuvent tomber en panne à des pressions différentielles aussi faibles que 10 psid. Par conséquent, les filtres métalliques actuels étant souvent comparables en termes de coût à ceux à base de polymère, il est peu judicieux d'utiliser des filtres qui ne résistent pas aux températures et pressions extrêmes ou qui nécessitent de longs cycles de récupération d'humidité.

Apportez-nous votre défi.

Depuis des décennies, nos ingénieurs et scientifiques travaillent avec des sociétés de semi-conducteurs dans tous les coins du monde pour aider les fabricants d'outils, les fabricants de plaquettes et les fournisseurs de boîtes à gaz à surmonter les défis complexes posés par les avancées de cette industrie en évolution rapide.

Nos clients de longue date comme nos nouveaux clients comptent sur notre centre d'innovation client de pointe pour les accompagner dans le développement de nouveaux produits et leur permettre d'identifier les problèmes ou les préoccupations dès le début du processus de conception ou de fabrication.

De plus, nos capacités d'impression 3D, en instance de brevet, nous permettent d'imprimer sur mesure des filtres poreux dans pratiquement toutes les configurations. Nous avons même conçu des pièces intégrant des composants poreux et solides.

Si vous souhaitez discuter d'un défi actuel ou explorer une idée révolutionnaire que vous aimeriez concrétiser, nous sommes là pour vous. Nous serons ravis d'organiser des ateliers de filtration avec votre équipe pour vous présenter les dernières avancées en matière de filtration haute pureté. Utilisez le bouton ci-dessous pour vous inscrire à un atelier.

Créé par: Kevin McGuffin

Titre: Vice-président des produits de haute pureté