Pourquoi contrôler strictement l’humidité dans les salles blanches

L’humidité relative est une condition de contrôle environnemental couramment utilisée lors des opérations en salle blanche. Les objectifs d'humidité relative typiques dans les salles blanches de semi-conducteurs sont contrôlés dans une plage approximative de 30 à 50 %, avec des tolérances dans une plage étroite de ± 1 %, comme dans les zones de photolithographie, ou encore plus dans les zones de traitement par ultraviolet profond (DUV). Petit – alors qu’ailleurs, il peut être assoupli à ± 5 % près. L'humidité relative présente une série de facteurs susceptibles de dégrader les performances globales d'un salle blanche , comprenant : 1. croissance bactérienne; 2. la plage dans laquelle le personnel se sent à l'aise à température ambiante ; 3. l'apparition de charges statiques ; 4. corrosion des métaux; 5. condensation de vapeur d'eau; 6. Dégradation de la lithographie ; 7. Absorption d'eau. Au fil des années, le contrôle de l’humidité de l’air dans la plage spécifiée nous a obligé à supporter les coûts d’investissement et d’exploitation. Mais pourquoi vaut-il la peine de dépenser autant d’argent pour contrôler l’humidité relative dans un salle blanche pharmaceutique ? Les bactéries et autres contaminations biologiques (moisissures, virus, champignons, acariens) peuvent se développer dans des environnements dont l'humidité relative est supérieure à 60 %. Certaines flores peuvent se développer lorsque l'humidité relative dépasse 30 %. Les effets des bactéries et des infections respiratoires sont minimisés lorsque l'humidité relative est comprise entre 40 % et 60 %. Une humidité relative comprise entre 40 % et 60 % constitue également une plage modérée pour le confort humain. Une humidité élevée peut rendre les gens étouffants, tandis qu'une humidité inférieure à 30 % peut provoquer une sensation de peau sèche et gercée, une gêne respiratoire et un inconfort émotionnel. Une humidité élevée réduit en fait l’accumulation de charge statique sur les surfaces des salles blanches – un résultat souhaité. Une humidité plus faible est plus adaptée à l’accumulation de charges et constitue une source potentiellement dommageable de décharge électrostatique. Les charges statiques commencent à se dissiper rapidement lorsque l'humidité relative dépasse 50 %, mais elles peuvent persister sur les isolants ou les surfaces non mises à la terre pendant de longues périodes lorsque l'humidité relative est inférieure à 30 %. Une humidité relative comprise entre 35 % et 40 % est confortable, et les salles blanches pour semi-conducteurs utilisent généralement des contrôles supplémentaires pour limiter l'accumulation de charges statiques. La vitesse de nombreuses réactions chimiques, y compris les processus de corrosion, augmente avec l’augmentation de l’humidité relative. Toutes les surfaces exposées à l’air environnant la salle blanche sont rapidement recouvertes d’au moins une monocouche d’eau. Lorsque ces surfaces sont composées de fines couches métalliques susceptibles de réagir avec l’eau, une humidité élevée peut accélérer la réaction. Heureusement, certains métaux, comme l'aluminium, peuvent former une couche d'oxyde protectrice avec l'eau et empêcher d'autres réactions d'oxydation ; mais l'autre cas, comme l'oxyde de cuivre, n'est pas protecteur, donc dans les environnements très humides, les surfaces en cuivre sont plus sensibles à la corrosion. Dans un environnement à humidité relative élevée, les forces capillaires sous forme d’eau concentrée forment des liaisons entre les particules et la surface, ce qui peut augmenter l’adhésion des particules à la surface siliceuse. Cet effet - la concentration en Kelvin - n'est pas significatif lorsque l'humidité relative est inférieure à 50 pour cent, mais devient la force dominante pour l'adhésion de particule à particule lorsque l'humidité relative est d'environ 70 pour cent. Le besoin de loin le plus urgent en matière de contrôle modéré dans les salles blanches de semi-conducteurs est la sensibilité des photorésists. En raison de la nature extrêmement sensible de la résine photosensible à l’humidité relative, sa plage de contrôle de l’humidité relative est la plus stricte. En fait, l’humidité relative et la température sont essentielles à la stabilité de la résine photosensible et à un contrôle dimensionnel précis. Même dans des conditions de température constante, la viscosité de la résine photosensible diminue rapidement à mesure que l'humidité relative augmente. Bien entendu, la modification de la viscosité modifie l'épaisseur du film protecteur formé par le revêtement à composants fixes. En se référant à deux villes, un test a confirmé qu'une variation de 3% de l'humidité relative modifierait l'épaisseur de la protection de 59,2A. De plus, dans des environnements à humidité relative élevée, le gonflement de la résine photosensible est aggravé après les cycles de cuisson en raison de l'absorption d'humidité. L’adhésion des photorésists peut également être affectée négativement par une humidité relative plus élevée ; une humidité relative plus faible (environ 30 %) facilite l'adhésion de la résine photosensible, même sans avoir recours à des modificateurs polymères tels que l'hexaméthyldisiloxane Azane (HMDS).

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