نظرة عامة إلى العملية

وصف معالجة جهاز أشباه الموصلات السليكونية ، إما أجهزة منفصلة (أشباه موصلات تحتوي على جهاز نشط واحد فقط ، مثل الترانزستور) أو الدوائر المتكاملة (صفائف مترابطة من العناصر النشطة والسلبية داخل ركيزة واحدة من أشباه الموصلات قادرة على أداء وظيفة دائرة إلكترونية واحدة على الأقل) ، يتضمن العديد من العمليات الفنية والمحددة للغاية. القصد من هذا الوصف هو توفير إطار عمل أساسي وشرح لخطوات المكون الأساسي المستخدمة في تصنيع جهاز أشباه الموصلات السيليكونية والقضايا المرتبطة بالبيئة والصحة والسلامة (EHS).

يتضمن تصنيع IC سلسلة من العمليات التي يمكن تكرارها عدة مرات قبل اكتمال الدائرة. تستخدم الدوائر المتكاملة الأكثر شيوعًا 6 أقنعة أو أكثر لإكمال عمليات الزخرفة ، مع وجود 10 إلى 24 قناعًا نموذجيًا. يبدأ تصنيع الدائرة المصغرة برقاقة سيليكون عالية النقاء بقطر 4 إلى 12 بوصة. السيليكون النقي تماما هو تقريبا عازل ، ولكن تسمى بعض الشوائب منشطات، المضافة بكميات من 10 إلى 100 جزء في المليون ، تجعل السيليكون موصل للكهرباء.

يمكن أن تتكون الدائرة المتكاملة من ملايين الترانزستورات (أيضًا الثنائيات والمقاومات والمكثفات) المصنوعة من السيليكون المخدر ، وكلها متصلة بنمط مناسب من الموصلات لإنشاء منطق الكمبيوتر أو الذاكرة أو أي نوع آخر من الدوائر. يمكن عمل مئات الدوائر الدقيقة على رقاقة واحدة.

ست خطوات معالجة تصنيع رئيسية عالمية لجميع أجهزة أشباه الموصلات السيليكونية: الأكسدة ، والطباعة الحجرية ، والحفر ، والمنشطات ، وترسب البخار الكيميائي ، والمعدنة. ويلي ذلك التجميع والاختبار ووضع العلامات والتعبئة والشحن.

أكسدة

بشكل عام ، تتضمن الخطوة الأولى في معالجة جهاز أشباه الموصلات أكسدة السطح الخارجي للرقاقة لتكوين طبقة رقيقة (حوالي ميكرون واحد) من ثاني أكسيد السيليكون (SiO)₂). هذا يحمي السطح في المقام الأول من الشوائب ويعمل كقناع لعملية الانتشار اللاحقة. هذه القدرة على تنمية رقاقة واقية مستقرة كيميائيًا من ثاني أكسيد السيليكون على السيليكون تجعل رقاقات السيليكون أكثر ركائز أشباه الموصلات استخدامًا.

الأكسدة ، التي تسمى عادة الأكسدة الحرارية ، هي عملية دفعية تحدث في فرن نشر عالي الحرارة. تتم زراعة طبقة ثاني أكسيد السيليكون الواقية في أجواء تحتوي إما على الأكسجين (O₂) (أكسدة جافة) أو أكسجين مع بخار الماء (H₂س) (أكسدة رطبة). تتراوح درجات الحرارة في الفرن من 800 إلى 1,300^oيمكن أيضًا إضافة مركبات الكلور على شكل كلوريد الهيدروجين (HCl) للمساعدة في السيطرة على الشوائب غير المرغوب فيها.

الاتجاه في مرافق التصنيع الحديثة نحو أفران الأكسدة الرأسية. تلبي الأفران العمودية بشكل أفضل الحاجة إلى مزيد من التحكم في التلوث ، وحجم أكبر للرقائق ، ومعالجة أكثر اتساقًا. إنها تتيح مساحة أصغر للمعدات تحافظ على مساحة أرضية غرف الأبحاث الثمينة.

أكسدة جافة

يتم أولاً تنظيف رقائق السيليكون المراد أكسدة ، باستخدام منظف ومحلول مائي ، وشطف المذيب بالزيلين أو كحول الأيزوبروبيل أو المذيبات الأخرى. يتم تجفيف الرقائق التي تم تنظيفها وتحميلها في حامل بسكويت كوارتز يسمى أ قارب وتحميلها في نهاية المشغل (نهاية التحميل) من أنبوب أو خلية فرن نشر الكوارتز. نهاية مدخل الأنبوب (نهاية المصدر) تزود خليط الأكسجين أو الأكسجين / النيتروجين عالي النقاء. يتم التحكم في تدفق الأكسجين "الجاف" في أنبوب الكوارتز ويضمن توفر فائض من الأكسجين لنمو ثاني أكسيد السيليكون على سطح رقاقة السيليكون. التفاعل الكيميائي الأساسي هو:

سي + O₂ → SiO₂

أكسدة رطبة

تُستخدم أربع طرق لإدخال بخار الماء بشكل شائع عندما يكون الماء هو العامل المؤكسد - قابل للاشتعال ، عالي الضغط ، فوار وفلاش. التفاعلات الكيميائية الأساسية هي:

الاشتعال والضغط العالي: Si + 2O₂ + 2 COXNUMX₂ → SiO₂ + 2H+₂O

الفلاش والفوار: Si + 2H₂O _→ شافي₂ + 2H+₂

أكسدة الاشتعال يتضمن إدخال واحتراق خليط غاز الهيدروجين / الأكسجين. تسمى هذه الأنظمة بشكل عام الهيدروجين المحروق or شعلة الأنظمة. ينتج بخار الماء عند إدخال كميات مناسبة من الهيدروجين والأكسجين في نهاية مدخل الأنبوب والسماح له بالتفاعل. يجب التحكم في الخليط بدقة لضمان الاحتراق المناسب ومنع تراكم غاز الهيدروجين المتفجر.

أكسدة الضغط العالي (HiPox) يسمى تقنيًا نظام التخليق الحراري المائي ويولد بخار الماء من خلال تفاعل الهيدروجين والأكسجين عالي النقاء. يُضخ البخار بعد ذلك في غرفة الضغط العالي ويتم ضغطه حتى 10 أجواء ، مما يسرع عملية الأكسدة الرطبة. يمكن أيضًا استخدام الماء غير المتأين كمصدر للبخار.

In أكسدة الفقاعات يتم وضع الماء غير المتأين في وعاء يسمى أ الفوار ويتم الحفاظ عليها عند درجة حرارة ثابتة أقل من نقطة غليانها البالغة 100 درجة مئوية من خلال استخدام غطاء تدفئة. يدخل غاز النيتروجين أو الأكسجين إلى جانب مدخل الفقاعة ، ويصبح مشبعًا ببخار الماء أثناء صعوده عبر الماء ، ويخرج من خلال المخرج إلى فرن الانتشار. يبدو أن أنظمة الفقاعات هي الطريقة الأكثر استخدامًا للأكسدة.

In أكسدة الفلاش يتم تقطير الماء غير المتأين باستمرار في السطح السفلي المسخن لحاوية كوارتز ويتبخر الماء بسرعة بمجرد أن يصطدم بالسطح الساخن. يتدفق الغاز الحامل للنيتروجين أو الأكسجين فوق الماء المتبخر ويحمل بخار الماء إلى فرن الانتشار.

طباعة الحجرية

الطباعة الحجرية ، المعروفة أيضًا باسم الطباعة الحجرية الضوئية أو الإخفاء ببساطة ، هي طريقة لتشكيل أنماط بدقة على الرقاقة المؤكسدة. تُبنى الدائرة الإلكترونية الدقيقة طبقة تلو طبقة ، تتلقى كل طبقة نمطًا من قناع موصوف في تصميم الدائرة.

طورت مهن الطباعة السوابق الحقيقية لعمليات التصنيع الدقيق لأجهزة أشباه الموصلات اليوم. تتعلق هذه التطورات بتصنيع ألواح الطباعة ، عادة من المعدن ، حيث ينتج عن إزالة المواد من خلال النقش الكيميائي نمط تنفيس السطح. يتم استخدام نفس التقنية الأساسية في الإنتاج أقنعة رئيسية تستخدم في تصنيع كل طبقة من طبقات معالجة الجهاز.

يقوم مصممو الدوائر برقمنة الدوائر الأساسية لكل طبقة. يسمح هذا التخطيط المحوسب بتوليد سريع لدائرة القناع ويسهل أي تغييرات قد تكون مطلوبة. تُعرف هذه التقنية بالتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). باستخدام خوارزميات الكمبيوتر القوية ، تتيح أنظمة التصميم عبر الإنترنت هذه للمصمم تخطيط الدوائر وتعديلها مباشرةً على شاشات عرض الفيديو مع إمكانات الرسوم التفاعلية.

يتم إنشاء الرسم النهائي ، أو القناع ، لكل طبقة من الدوائر بواسطة آلة تصوير ضوئي يحركها الكمبيوتر ، أو مولد نمط. يتم بعد ذلك تقليل هذه الرسومات المرقطة ضوئيًا إلى الحجم الفعلي للدائرة ، وهو قناع رئيسي يتم إنتاجه على الزجاج مع نقش الكروم ، ويتم إعادة إنتاجه على لوحة عمل تُستخدم إما لطباعة الاتصال أو الإسقاط على الرقاقة.

تحدد هذه الأقنعة نمط المناطق الموصلة والعازلة التي يتم نقلها إلى الرقاقة من خلال الليثوغرافيا الضوئية. لا تنتج معظم الشركات الأقنعة الخاصة بها ، ولكنها تستخدم تلك التي يوفرها منتج الأقنعة.

سوائل التنظيف

تتطلب الحاجة إلى سطح رقاقة خارجي خالٍ من الجسيمات والتلوث تنظيفًا متكررًا. الفئات الرئيسية هي:

• تنقية المياه المتأينة والمنظفات

• المذيب: كحول الأيزوبروبيل (IPA) ، الأسيتون ، الإيثانول ، التربينات

• حمض: الهيدروفلوريك (HF) ، الكبريتيك (H₂SO₄) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) ، الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) ، النيتريك (HNO₃) ومخاليط

• مادة كاوية: هيدروكسيد الأمونيوم (NH₄يا).

 

مقاومة التطبيق

الرقائق مغطاة بمادة مقاومة من البوليمر المذيب وتدور بسرعة على أ الغزال، والتي تنتشر طبقة رقيقة موحدة. ثم تتبخر المذيبات ، تاركة غشاء بوليمري. تعتمد جميع مواد المقاومة على التغيرات الناتجة عن الإشعاع (الأشعة فوق البنفسجية بشكل أساسي) في قابلية ذوبان البوليمر العضوي الاصطناعي في شطف مطور محدد. تصنف المواد المقاومة على أنها مقاومة سلبية أو إيجابية ، اعتمادًا على ما إذا كانت قابلية الذوبان في المطور تنخفض (سلبية) أو تزيد (إيجابية) عند التعرض للإشعاع. يحدد الجدول 1 التركيب المكون لأنظمة مقاومة الضوء المختلفة.

الجدول 1. أنظمة مقاومة الضوء

PB = قاعدة بوليمر ؛ S = مذيب ؛ د = المطور.

نظرًا لأن معظم مقاومات الضوء حساسة للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، فإن منطقة المعالجة مضاءة بأضواء صفراء خاصة تفتقر إلى أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية الحساسة (انظر الشكل 1).

الشكل 1. معدات التصوير الليثوغرافي "الغرفة الصفراء"

يتم استخدام مقاومات الأشعة فوق البنفسجية السلبية والإيجابية بشكل أساسي في الصناعة. ومع ذلك ، تكتسب الأشعة الإلكترونية والأشعة السينية المقاومة للحصة السوقية نظرًا لدقتها العالية. تحدث المخاوف الصحية في الطباعة الحجرية بشكل أساسي عن المخاطر الإنجابية المحتملة المرتبطة بمقاومات إيجابية مختارة (على سبيل المثال ، إيثيلين جلايكول أحادي إيثيل أسيتات كحامل) والتي يتم التخلص التدريجي منها حاليًا من قبل الصناعة. تؤدي الروائح العارضة الناتجة عن المقاومة السلبية (مثل الزيلين) أيضًا إلى مخاوف الموظفين. بسبب هذه المخاوف ، يقضي خبراء الصحة الصناعية في صناعة أشباه الموصلات قدرًا كبيرًا من الوقت في أخذ عينات من عمليات مقاومة الضوء. في حين أن هذا مفيد في توصيف هذه العمليات ، فإن التعرض الروتيني أثناء عمليات الدوار والمطور عادة ما يكون أقل من 5٪ من المعايير المحمولة جواً للتعرض المهني للمذيبات المستخدمة في العملية (Scarpace et al. 1989).

تم العثور على تعرض لمدة ساعة واحدة لخلات الإيثيلين جلايكول أحادي الإيثيل من 1 جزء في المليون أثناء تشغيل نظام الدوار. كان هذا التعرض ناتجًا بشكل أساسي عن ممارسات العمل السيئة أثناء عملية الصيانة (بالدوين ، روبين وهورويتز 6.3).

التجفيف والخبز المسبق

بعد تطبيق المقاومة ، يتم تحريك الرقاقات على مسار أو نقلها يدويًا من الدوار إلى فرن يتم التحكم في درجة حرارته مع جو من النيتروجين. تؤدي درجة الحرارة المعتدلة (70 إلى 90 درجة مئوية) إلى معالجة مقاوم الضوء (خبز ناعم) وتبخر المذيبات المتبقية.

لضمان التصاق الطبقة المقاومة بالرقاقة ، يتم تطبيق مادة أولية ، hexamethyldisilizane (HMDS) ، على الرقاقة. يربط التمهيدي الماء الجزيئي على سطح الرقاقة. يتم تطبيق HMDS إما مباشرة في عملية الغمر أو الدوران أو من خلال بخار رئيسي يوفر مزايا العملية والتكلفة على الطرق الأخرى.

محاذاة القناع والتعرض

يتم تقريب القناع والرقاقة معًا باستخدام قطعة دقيقة من المعدات البصرية / الميكانيكية ، ويتم محاذاة الصورة الموجودة على القناع مع أي نمط موجود بالفعل في الرقاقة أسفل طبقة المقاوم للضوء. بالنسبة للقناع الأول ، لا يلزم المحاذاة. في التقنيات القديمة ، أصبحت المحاذاة للطبقات المتتالية ممكنة عن طريق استخدام biscope (مجهر مزدوج العدسة) وأدوات تحكم دقيقة لتحديد موضع الرقاقة فيما يتعلق بالقناع. في التقنيات الحديثة ، تتم المحاذاة تلقائيًا باستخدام النقاط المرجعية على الرقائق.

بمجرد الانتهاء من المحاذاة ، يضيء بخار الزئبق فوق البنفسجي عالي الكثافة أو مصدر المصباح القوسي عبر القناع ، مما يعرض المقاومة في الأماكن غير المحمية بواسطة مناطق غير شفافة من القناع.

تشمل الطرق المختلفة لمحاذاة الرقاقة والتعرض للفيضانات فوق البنفسجية (التلامس أو القرب) ، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية من خلال عدسة الإسقاط لتقليل (الإسقاط) ، وخطوة الأشعة فوق البنفسجية والتعرض المتكرر (الإسقاط) ، وفيضان الأشعة السينية (القرب) ومسح شعاع الإلكترون التعرض (الكتابة المباشرة). تتضمن الطريقة الأساسية المستخدمة التعرض للأشعة فوق البنفسجية من بخار الزئبق والمصابيح القوسية من خلال محاذاة التقارب أو الإسقاط. تم تصميم مقاومة الأشعة فوق البنفسجية إما للتفاعل مع طيف واسع من الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية ، أو تمت صياغتها لتتفاعل بشكل تفضيلي مع واحد أو أكثر من خطوط الطيف الرئيسية المنبعثة من المصباح (على سبيل المثال ، خط g عند 435 نانومتر ، خط h عند 405 نانومتر وخط i عند 365 نانومتر).

الأطوال الموجية السائدة للأشعة فوق البنفسجية المستخدمة حاليًا في القناع الضوئي هي 365 نانومتر أو أعلى ، لكن أطياف مصباح الأشعة فوق البنفسجية تحتوي أيضًا على طاقة كبيرة في منطقة الطول الموجي ذات الأهمية الصحية ، المنطقة الشعاعية التي تقل عن 315 نانومتر. عادة ، تكون شدة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الجهاز أقل من كل من ما هو موجود من ضوء الشمس في المنطقة الشعاعية والمعايير الموضوعة للتعرض المهني للأشعة فوق البنفسجية.

من حين لآخر أثناء الصيانة ، تتطلب محاذاة مصباح الأشعة فوق البنفسجية تنشيطه خارج خزانة المعدات أو بدون مرشحات واقية عادية. يمكن أن تتجاوز مستويات التعرض أثناء هذه العملية حدود التعرض المهني ، ولكن ملابس غرف الأبحاث القياسية (على سبيل المثال ، البناطيل والقفازات المصنوعة من الفينيل وأقنعة الوجه ونظارات السلامة المصنوعة من البولي كربونات مع مثبط للأشعة فوق البنفسجية) عادة ما تكون كافية لتخفيف ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى أقل من حدود التعرض (Baldwin and Stewart 1989 ).

في حين أن الأطوال الموجية السائدة للمصابيح فوق البنفسجية المستخدمة في الطباعة الحجرية الضوئية هي 365 نانومتر أو أكثر ، فإن البحث عن ميزات أصغر في الدوائر المتكاملة المتقدمة يؤدي إلى استخدام مصادر التعرض ذات الأطوال الموجية الأصغر ، مثل الأشعة فوق البنفسجية العميقة والأشعة السينية. إحدى التقنيات الجديدة لهذا الغرض هي استخدام ليزر الإكسيمر الكريبتون-فلوريد المستخدم في السائر. تستخدم هذه السائر طول موجة 248 نانومتر مع مخرجات طاقة ليزر عالية. ومع ذلك ، تحتوي حاويات هذه الأنظمة على الحزمة أثناء التشغيل العادي.

كما هو الحال مع المعدات الأخرى التي تحتوي على أنظمة ليزر عالية الطاقة المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات ، فإن الشاغل الرئيسي هو عندما يجب التغلب على التعشيق في النظام أثناء محاذاة الحزمة. تعد أشعة الليزر عالية الطاقة أيضًا واحدة من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة. يغطي Escher، Weathers and Labonville (1993) ضوابط واعتبارات تصميم السلامة لهذه الأنظمة.

أحد مصادر التعرض ذات التقنية المتقدمة المستخدمة في الطباعة الحجرية هو الأشعة السينية. قد تؤدي مستويات الانبعاث من مصادر الطباعة الحجرية بالأشعة السينية إلى معدلات جرعة تقترب من 50 مللي سيفرت (5 ريم) سنويًا في وسط الجهاز. يوصى بتقييد الوصول إلى المناطق داخل الجدار المحمي لتقليل التعرض (Rooney and Leavey 1989).

النامية

أثناء خطوة التطوير ، يتم إذابة وإزالة المناطق غير المبلمرة من المقاومة. يتم تطبيق المطور المعتمد على المذيبات على سطح الرقاقة المغطى بالمقاومة عن طريق الغمر أو الرش أو الانحلال. يتم تحديد حلول المطورين في الجدول 1. شطف بالمذيب (n- أسيتات البوتيل ، كحول الأيزوبروبيل ، الأسيتون ، إلخ) عادة ما يتم تطبيقه بعد المطور لإزالة أي مادة متبقية. المقاومة المتبقية بعد التطوير تحمي الطبقات الفردية أثناء المعالجة اللاحقة.

الخَبز

بعد محاذاة وكشف وتطوير المقاومة ، تنتقل الرقاقات بعد ذلك إلى فرن آخر يتم التحكم في درجة حرارته بجو من النيتروجين. يتسبب الفرن ذو درجة الحرارة المرتفعة (120 إلى 135 درجة مئوية) في معالجة مقاوم الضوء وبلمرة كاملة على سطح الرقاقة (الخبز الصلب).

تجريد مقاوم للضوء

ثم يتم حفر الرقاقة المطورة بشكل انتقائي باستخدام مواد كيميائية رطبة أو جافة (انظر "الحفر" أدناه). يجب تجريد مقاوم الضوء المتبقي من الرقاقة قبل إجراء مزيد من المعالجة. يتم ذلك إما باستخدام المحاليل الكيميائية الرطبة في الحمامات التي يتم التحكم في درجة حرارتها أو من خلال استخدام بلازما آشر أو مادة كيميائية جافة. يحدد الجدول 2 كلاً من المكونات الكيميائية الرطبة والجافة. يتبع مناقشة النقش الكيميائي الجاف للبلازما - باستخدام نفس المعدات ومبادئ التشغيل مثل رماد البلازما -.

---

الجدول 2. أدوات التعري المقاومة للضوء

مادة كيميائية رطبة

 حامض

كبريتات (H₂SO₄) والكروم (CrO₃)

كبريتات (H₂SO₄) وبرسلفات الأمونيوم ((NH₄)₂S₂O₈)

كبريتات (H₂SO₄) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)

تفاح عضوي

الفينولات ، أحماض الكبريتيك ، ثلاثي كلورو البنزين ، بيركلورو إيثيلين

إيثرات الجليكول ، الإيثانولامين ، ثلاثي إيثانول أمين

هيدروكسيد الصوديوم وسيليكات (مقاومة إيجابية)

مادة كيماوية جافة

رماد البلازما (تجريد)

مصدر طاقة RF (تردد الراديو) - تردد 13.56 ميجا هرتز أو 2,450 ميجا هرتز

الأكسجين (O₂) مصدر الغاز

أنظمة ضخ الفراغ

- زيت مشحم بمصيدة نيتروجين سائل (تقنية قديمة)
- مشحم بسوائل بيرفلورو بولي إيثر خاملة (تقنية أحدث)
—مضخة جافة (أحدث التقنيات)

---

النقش

يزيل النقش طبقات من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) ، والمعادن والبولي سيليكون ، وكذلك يقاوم ، وفقًا للأنماط المرغوبة التي تحددها المقاومة. الفئتان الرئيسيتان من النقش هما مادة كيميائية رطبة وجافة. يستخدم النقش الرطب في الغالب ويتضمن محاليل تحتوي على مؤثرات (عادة خليط حامض) عند نقاط القوة المرغوبة ، والتي تتفاعل مع المواد المراد إزالتها. يتضمن التنميش الجاف استخدام الغازات التفاعلية تحت التفريغ في حجرة عالية الطاقة ، والتي تزيل أيضًا الطبقات المرغوبة غير المحمية بالمقاومة.

مادة كيميائية رطبة

توجد محاليل النقش الكيميائي الرطب في أحواض حفر يمكن التحكم بدرجة حرارتها ومصنوعة من مادة البولي بروبيلين (بولي برو) أو البولي بروبيلين المقاوم للهب (FRPP) أو البولي فينيل كلوريد (PVC). تم تجهيز الحمامات عمومًا إما بتهوية عادم من النوع الدائري أو عادم مشقوق في الجزء الخلفي من محطة الحفر الكيميائي الرطب. توفر أغطية التدفق الصفحي الرأسي هواء خالٍ من الجسيمات مصفى بشكل موحد إلى السطح العلوي لحمامات الحفر. يتم عرض المحاليل الكيميائية الرطبة الشائعة في الجدول 3 ، فيما يتعلق بالطبقة السطحية التي يتم حفرها.

الجدول 3. الخامات الكيميائية الرطبة

 

يمكن لأغطية إمداد التدفق الرأسية ، عند استخدامها بالاقتران مع واقيات الرش وتهوية العادم ، أن تخلق مناطق من اضطراب الهواء داخل محطة الحفر الكيميائي الرطب. نتيجة لذلك ، من الممكن حدوث انخفاض في فعالية تهوية العادم المحلي في التقاط وتوجيه ملوثات الهواء المتسربة من حمامات الحفر المستخدمة.

الشاغل الرئيسي للحفر الرطب هو إمكانية ملامسة الجلد للأحماض المركزة. في حين أن جميع الأحماض المستخدمة في الحفر يمكن أن تسبب حروقًا حمضية ، فإن التعرض لحمض الهيدروفلوريك (HF) يثير قلقًا خاصًا. يمكن أن يؤدي الفاصل الزمني بين ملامسة الجلد والألم (حتى 24 ساعة للمحاليل الأقل من 20٪ HF ومن 1 إلى 8 ساعات من 20 إلى 50٪ من المحاليل) إلى تأخير العلاج وحروق أكثر خطورة مما هو متوقع (Hathaway et al.1991) .

تاريخيا كانت الحروق الحمضية مشكلة خاصة في الصناعة. ومع ذلك ، فقد انخفض حدوث ملامسة الجلد للأحماض في السنوات الأخيرة. يرجع بعض هذا الانخفاض إلى التحسينات المتعلقة بالمنتج في عملية الحفر ، مثل التحول إلى الحفر الجاف ، واستخدام المزيد من الروبوتات وتركيب أنظمة توزيع المواد الكيميائية. يمكن أيضًا أن يُعزى الانخفاض في معدل الحروق الحمضية إلى تقنيات المناولة الأفضل ، والاستخدام الأكبر لمعدات الحماية الشخصية ، والأسطح الرطبة المصممة بشكل أفضل والتدريب الأفضل - وكلها تتطلب اهتمامًا مستمرًا إذا كان المعدل ينخفض ​​أكثر (Baldwin and Williams 1996 ).

مادة كيماوية جافة

يعد الحفر الكيميائي الجاف مجالًا ذا اهتمام متزايد واستخدامًا نظرًا لقدرته على التحكم بشكل أفضل في عملية الحفر وتقليل مستويات التلوث. تقوم المعالجة الكيميائية الجافة بحفر الطبقات المرغوبة بشكل فعال من خلال استخدام الغازات المتفاعلة كيميائيًا أو من خلال القصف المادي.

تم تطوير أنظمة النقش بالبلازما التفاعلية كيميائيًا والتي يمكنها حفر السيليكون وثاني أكسيد السيليكون ونتريد السيليكون والألمنيوم والتنتالوم ومركبات التنتالوم والكروم والتنغستن والذهب والزجاج بشكل فعال. يتم استخدام نوعين من أنظمة مفاعل النقش بالبلازما - البرميل أو الأسطواني واللوح المتوازي أو المستوي. كلاهما يعمل على نفس المبادئ ويختلفان بشكل أساسي في التكوين فقط.

تشبه البلازما الغازات باستثناء أن بعض ذرات أو جزيئات البلازما متأينة وقد تحتوي على عدد كبير من الجذور الحرة. يتكون المفاعل النموذجي من حجرة مفاعل تفريغ تحتوي على رقاقة ، وعادة ما تكون مصنوعة من الألومنيوم أو الزجاج أو الكوارتز ؛ مصدر طاقة بتردد راديوي (RF) —عادةً عند 450 كيلو هرتز أو 13.56 ميجا هرتز أو 40.5 ميجا هرتز ووحدة تحكم للتحكم في وقت المعالجة وتكوين الغاز المتفاعل ومعدل تدفق الغاز ومستوى طاقة التردد اللاسلكي. بالإضافة إلى ذلك ، يتماشى مصدر فراغ مضخة التخشين بالزيت (تقنية قديمة) أو جاف (تقنية أحدث) مع غرفة المفاعل. يتم تحميل الرقاقات في المفاعل ، إما بشكل فردي أو في أشرطة ، وتقوم مضخة بإخلاء الغرفة ويتم إدخال غاز الكاشف (عادةً رباعي فلوريد الكربون). يشكل تأين الغاز بلازما النقش ، والتي تتفاعل مع الرقائق لتشكيل منتجات متطايرة يتم ضخها بعيدًا. يحافظ إدخال غاز متفاعل جديد في الغرفة على نشاط الحفر. يحدد الجدول 4 المواد وغازات البلازما المستخدمة في حفر طبقات مختلفة.

الجدول 4. غازات التنميش بالبلازما والمواد المحفورة

 

هناك طريقة أخرى يتم تطويرها حاليًا للحفر وهي الميكروويف في اتجاه مجرى النهر. إنه يستخدم تفريغ ميكروويف عالي الكثافة للطاقة لإنتاج ذرات مستقرة ذات أعمار طويلة تحفر المواد كما لو كانت مغمورة في الحمض.

تشبه عمليات الحفر الفيزيائية عملية السفع الرملي في أن ذرات غاز الأرجون تستخدم لقصف الطبقة المراد حفرها فعليًا. يستخدم نظام مضخة التفريغ لإزالة المواد المخلوعة. يتضمن النقش الأيوني التفاعلي مزيجًا من النقش الجاف الكيميائي والفيزيائي.

عملية الرش هي عملية نقل الطاقة وتأثير الأيونات. يشتمل النقش بالرش على نظام رش ، حيث يتم توصيل الرقاقة المراد حفرها بقطب كهربي سالب أو هدف في دائرة تفريغ التوهج. تتطاير المواد من الرقاقة عن طريق القصف بالأيونات الموجبة ، عادة الأرجون ، وينتج عن ذلك تمزق ذرات السطح. يتم توفير الطاقة من خلال مصدر RF بتردد 450 كيلو هرتز. يتم استخدام نظام تفريغ داخلي للتحكم في الضغط وإزالة المواد المتفاعلة.

النقش والطحن بالشعاع الأيوني هو عملية حفر لطيفة تستخدم شعاعًا من الأيونات منخفضة الطاقة. يتكون نظام الشعاع الأيوني من مصدر لتوليد الحزمة الأيونية ، وهي غرفة عمل يحدث فيها الحفر أو الطحن ، ويتم تثبيتها بلوحة مستهدفة لعقد الرقاقات في الحزمة الأيونية ، ونظام مضخة تفريغ ، وإلكترونيات داعمة وأدوات. يتم استخراج شعاع الأيونات من غاز مؤين (الأرجون أو الأرجون / الأكسجين) أو البلازما ، والتي يتم إنشاؤها بواسطة التفريغ الكهربائي. يتم الحصول على التفريغ عن طريق تطبيق جهد بين كاثود الشعيرة الساخنة الباعث للإلكترون وأسطوانة الأنود الموجودة في القطر الخارجي لمنطقة التفريغ.

يتم إجراء طحن الشعاع الأيوني في نطاق منخفض الطاقة للقصف الأيوني ، حيث تحدث التفاعلات السطحية فقط. هذه الأيونات ، عادة في نطاق 500 إلى 1,000 فولت ، تضرب الهدف و تبخر ذرات السطح عن طريق كسر القوى التي تربط الذرة بجارتها. يتم إجراء حفر الشعاع الأيوني في نطاق طاقة أعلى قليلاً ، والذي ينطوي على إزاحة أكثر دراماتيكية لذرات السطح.

النقش الأيوني التفاعلي (RIE) هو مزيج من الرش الفيزيائي والأنواع الكيميائية التفاعلية التي تنقش عند ضغوط منخفضة. يستخدم RIE القصف الأيوني لتحقيق النقش الاتجاهي وأيضًا غاز تفاعلي كيميائيًا ، رباعي فلوريد الكربون (CF₄) أو رابع كلوريد الكربون (CCl₄) ، للحفاظ على انتقائية طبقة محفورة جيدة. يتم وضع رقاقة في غرفة ذات جو من مركب غاز متفاعل كيميائيًا عند ضغط منخفض يبلغ حوالي 0.1 تور (1.3 × 10)^-4 الغلاف الجوي). ينتج عن التفريغ الكهربائي بلازما من "الجذور الحرة" التفاعلية (أيونات) بطاقة تبلغ بضع مئات من الإلكترونات فولت. تضرب الأيونات سطح الرقاقة عموديًا ، حيث تتفاعل لتشكل أنواعًا متطايرة يتم إزالتها بواسطة نظام تفريغ داخلي منخفض الضغط.

تحتوي أجهزة الحفر الجافة أحيانًا على دورة تنظيف تُستخدم لإزالة الرواسب التي تتراكم في داخل غرف التفاعل. تشمل المركبات الرئيسية المستخدمة في دورة التنظيف البلازما النيتروجين ثلاثي فلوريد (NF₃) ، سداسي فلورو الإيثان (C.₂F₆) و octafluoropropane (C₃F₈).

هذه الغازات الثلاثة المستخدمة في عملية التنظيف ، والعديد من الغازات المستخدمة في الحفر ، هي حجر الزاوية في قضية بيئية تواجه صناعة أشباه الموصلات التي ظهرت في منتصف التسعينيات. تم تحديد العديد من الغازات عالية الفلورة على أنها ذات قدرة كبيرة على الاحترار العالمي (أو تأثير الاحتباس الحراري). (يشار إلى هذه الغازات أيضًا بمركبات الكربون المشبعة بالفلور ، والمركبات المشبعة بالفلور.) العمر الطويل في الغلاف الجوي ، وإمكانية الاحترار العالمي العالية والاستخدام المتزايد بشكل كبير لمركبات الكربون المشبعة بالفلور مثل NF₃C₂F₆C₃F₈، CF₄، ثلاثي فلورو الميثان (CHF₃) وسداسي فلوريد الكبريت (SF₆) كانت صناعة أشباه الموصلات تركز على طرق تقليل انبعاثاتها.

ترجع انبعاثات الهيدروكربونات المشبعة بالفلور من صناعة أشباه الموصلات في الغلاف الجوي إلى ضعف كفاءة الأدوات (استهلكت العديد من الأدوات 10 إلى 40٪ فقط من الغاز المستخدم) وعدم كفاية معدات الحد من انبعاثات الهواء. أجهزة الغسل الرطب ليست فعالة في إزالة مركبات الكربون المشبعة بالفلور ، وقد وجدت الاختبارات التي أجريت على العديد من وحدات الاحتراق كفاءة تدمير ضعيفة لبعض الغازات ، وخاصة CF₄. العديد من وحدات الاحتراق هذه تحطمت C₂F₆ و ج₃F₈ في CF₄. كما أن التكلفة المرتفعة لامتلاك أدوات التخفيف هذه ، والطلب على الطاقة بها ، وإطلاقها لغازات الاحتباس الحراري الأخرى ونواتج احتراقها من ملوثات الهواء الخطرة تشير إلى أن الحد من الاحتراق لم يكن طريقة مناسبة للتحكم في انبعاثات البيروفلوروكربون.

جعل أدوات العملية أكثر كفاءة ، وتحديد وتطوير بدائل أكثر صداقة للبيئة لهذه الغازات الجافة ، واستعادة / إعادة تدوير غازات العادم ، كانت التركيز على البيئة المرتبطة بالحفر الجاف.

كان التركيز الرئيسي على الصحة المهنية للحفر الجاف على التعرضات المحتملة لأفراد الصيانة العاملين في غرف التفاعل والمضخات والمعدات الأخرى المرتبطة التي قد تحتوي على بقايا منتج التفاعل. إن تعقيد أدوات حفر البلازما المعدنية وصعوبة توصيف الروائح المرتبطة بصيانتها جعلها موضوعًا للعديد من التحقيقات.

تكون نواتج التفاعل المتكونة في آلات الحفر المعدنية البلازمية عبارة عن خليط معقد من المركبات المكلورة والمفلورة. غالبًا ما تتضمن صيانة آلات الحفر المعدنية عمليات قصيرة المدة تولد روائح قوية. تم العثور على Hexachloroethane ليكون السبب الرئيسي للرائحة في نوع واحد من حفر الألومنيوم (Helb et al. 1983). وفي حالة أخرى ، كان كلوريد السيانوجين هو المشكلة الرئيسية: فقد كانت مستويات التعرض 11 ضعف حد التعرض المهني 0.3 جزء في المليون (Baldwin 1985). في أنواع أخرى من الحفر ، يرتبط كلوريد الهيدروجين بالرائحة ؛ كان أقصى تعرض تم قياسه 68 جزء في المليون (بالدوين ، روبين وهورويتز 1993). للحصول على معلومات إضافية حول هذا الموضوع انظر Mueller and Kunesh (1989).

أدى تعقيد المواد الكيميائية الموجودة في عوادم الحفر المعدنية إلى قيام الباحثين بتطوير طرق تجريبية لفحص سمية هذه المخاليط (باور وآخرون 1992 أ). يشير تطبيق هذه الطرق في دراسات القوارض إلى أن بعض هذه المخاليط الكيميائية يشتبه في أنها مطفرة (باور وآخرون 1992 ب) والسموم الإنجابية المشتبه بها (شميدت وآخرون 1995).

نظرًا لأن أجهزة الحفر الجافة تعمل كنظم مغلقة ، فإن التعرض للمواد الكيميائية لمشغلي المعدات لا يحدث عادةً أثناء إغلاق النظام. أحد الاستثناءات النادرة لهذا هو عندما لا تكون دورة التطهير الخاصة بأجهزة الحفر الأقدم للدفعة طويلة بما يكفي لإزالة الغازات الخبيثة بشكل مناسب. تم الإبلاغ عن تعرضات موجزة ولكن مزعجة لمركبات الفلور التي تقل عن حد الكشف لإجراءات مراقبة الصحة الصناعية النموذجية عند فتح أبواب هذه الحفارات. عادة يمكن تصحيح هذا ببساطة عن طريق زيادة طول دورة التطهير قبل فتح باب غرفة الحفر.

يأتي الشاغل الرئيسي لتعرض المشغل لطاقة التردد اللاسلكي أثناء الحفر بالبلازما والرماد (Cohen 1986؛ Jones 1988). عادةً ما يكون سبب تسرب طاقة التردد اللاسلكي هو:

• أبواب منحرفة
• الشقوق والثقوب في الخزانات
• طاولات معدنية وكابلات كهربائية تعمل كهوائيات بسبب التأريض غير الصحيح للحفارة
• لا توجد شاشة مخففة في نافذة عرض الرسام (جونز 1988 ؛ هورويتز 1992).

 

يمكن أن يحدث التعرض للترددات اللاسلكية أيضًا أثناء صيانة أجهزة الحفر ، خاصة إذا تمت إزالة خزانة المعدات. التعرض 12.9 ميغاواط / سم² تم العثور عليها في الجزء العلوي من نموذج قديم لطبقة البلازما مع إزالة الغطاء للصيانة (Horowitz 1992). كان التسرب الفعلي لإشعاع التردد اللاسلكي في المنطقة التي يقف فيها المشغل أقل من 4.9 ميجاوات / سم².

المنشطات

تشكيل مفترق كهربائي أو حدود بين p و n تعتبر المناطق الموجودة في رقاقة سيليكون بلورية واحدة عنصرًا أساسيًا لتشغيل جميع أجهزة أشباه الموصلات. تسمح التقاطعات للتيار بالتدفق في اتجاه واحد بسهولة أكبر بكثير من الاتجاه الآخر. أنها توفر الأساس لتأثيرات الصمام الثنائي والترانزستور في جميع أشباه الموصلات. في دائرة متكاملة ، يجب إدخال عدد متحكم فيه من الشوائب الأولية أو الشوائب ، في مناطق محفورة مختارة من ركيزة السيليكون ، أو الرقاقة. يمكن القيام بذلك إما عن طريق الانتشار أو تقنيات زرع الأيونات. بغض النظر عن التقنية المستخدمة ، يتم استخدام نفس الأنواع أو dopants لإنتاج تقاطعات أشباه الموصلات. يحدد الجدول 5 المكونات الرئيسية المستخدمة في المنشطات وحالتها الفيزيائية ونوعها الكهربائي (p or n) وتقنية الوصلة الأولية المستخدمة - الانتشار أو غرس الأيونات.

الجدول 5. منشطات تشكيل التقاطع للانتشار وغرس الأيونات

 

إن التعرضات الكيميائية الروتينية لمشغلي كل من أفران الانتشار وغرسات الأيونات منخفضة - وعادة ما تكون أقل من حد الكشف لإجراءات أخذ عينات الصحة المهنية القياسية. مخاوف كيميائية مع مركز العملية حول إمكانية إطلاق غازات سامة.

في وقت مبكر من سبعينيات القرن الماضي ، بدأ مصنعو أشباه الموصلات التدريجي في تركيب أول أنظمة مراقبة مستمرة للغازات للغازات القابلة للاشتعال والسامة. كان التركيز الرئيسي لهذا الرصد هو الكشف عن الإطلاق العرضي لأكثر الغازات المشبعة سمية مع عتبات رائحة أعلى من حدود التعرض المهني (على سبيل المثال ، الزرنيخ والديبوران).

تُستخدم معظم أجهزة مراقبة الهواء الخاصة بالصحة الصناعية في صناعة أشباه الموصلات للكشف عن تسرب الغازات السامة والقابلة للاشتعال. ومع ذلك ، فإن بعض المرافق تستخدم أيضًا أنظمة المراقبة المستمرة من أجل:

• تحليل انبعاثات مجاري الهواء (المكدس)
• تحديد تركيزات المواد الكيميائية المتطايرة في الهواء المحيط
• تحديد وقياس الروائح في المناطق الجاهزة.

 

التقنيات الأكثر استخدامًا في صناعة أشباه الموصلات لهذا النوع من المراقبة هي الكشف عن الغازات اللونية (على سبيل المثال ، كاشف الغاز المستمر MDA) ، وأجهزة الاستشعار الكهروكيميائية (على سبيل المثال ، شاشات sensydyne) وتحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال ، Telos ACM) (Baldwin and Williams 1996) .

التوزيع

التوزيع هو مصطلح يستخدم لوصف حركة المنشطات بعيدًا عن المناطق ذات التركيز العالي في نهاية مصدر فرن الانتشار إلى المناطق ذات التركيز المنخفض داخل رقاقة السيليكون. الانتشار هو الطريقة الأكثر رسوخًا لتشكيل الوصلات.

تتضمن هذه التقنية تعريض رقاقة لجو ساخن داخل فرن الانتشار. يحتوي الفرن على المنشطات المرغوبة في شكل بخار وينتج عنه أيضًا إنشاء مناطق من النشاط الكهربائي المخدر p or n. أكثر المنشطات شيوعًا هي البورون من النوع p ؛ والفوسفور (P) والزرنيخ (As) أو الأنتيمون (Sb) للنوع n (انظر الجدول 5).

عادة ، يتم تكديس الرقائق في حامل الكوارتز أو القارب وتوضع في فرن الانتشار. يحتوي فرن الانتشار على أنبوب كوارتز طويل وآلية للتحكم الدقيق في درجة الحرارة. يعد التحكم في درجة الحرارة أمرًا مهمًا للغاية ، حيث أن معدلات انتشار المواد السليكونية المختلفة هي أساسًا دالة على درجة الحرارة. تتراوح درجات الحرارة المستخدمة من 900 إلى 1,300 ^oC ، اعتمادًا على المنشطات والعملية المحددة.

يسمح تسخين رقاقة السيليكون إلى درجة حرارة عالية لذرات الشوائب بالانتشار ببطء عبر التركيب البلوري. تتحرك الشوائب بشكل أبطأ من خلال ثاني أكسيد السيليكون مقارنة بالسيليكون نفسه ، مما يمكّن الأكسيد الرقيق يعمل كقناع وبالتالي يسمح للمخدر بدخول السيليكون فقط عندما يكون غير محمي. بعد تراكم كمية كافية من الشوائب ، تتم إزالة الرقائق من الفرن ويتوقف الانتشار بشكل فعال.

لتحقيق أقصى قدر من التحكم ، يتم تنفيذ معظم عمليات النشر على خطوتين -الموضع و حملة في. يعتبر الترسيب المسبق ، أو الانتشار بمصدر ثابت ، الخطوة الأولى ويحدث في فرن يتم فيه اختيار درجة الحرارة لتحقيق أفضل تحكم في كميات الشوائب. تحدد درجة الحرارة قابلية الذوبان في المنشطات. بعد المعالجة المسبقة القصيرة نسبيًا ، يتم نقل الرقاقة فعليًا إلى فرن ثان ، عادةً عند درجة حرارة أعلى ، حيث تدفع المعالجة الحرارية الثانية في dopant إلى عمق الانتشار المطلوب في شبكة رقاقة السيليكون.

المصادر المخففة المستخدمة في الخطوة السابقة للإيداع هي في ثلاث حالات كيميائية متميزة: الغاز والسائل والصلب. يحدد الجدول 5 أنواعًا مختلفة من منشطات مصدر الانتشار وحالاتها الفيزيائية.

يتم توفير الغازات بشكل عام من أسطوانات الغاز المضغوط مع أدوات تحكم أو منظمات ضغط ، وصمامات إغلاق ومرفقات تطهير مختلفة ويتم الاستغناء عنها من خلال أنابيب معدنية ذات قطر صغير.

يتم الاستغناء عن السوائل بشكل طبيعي من الفقاعات ، والتي تشبع تيار الغاز الحامل ، عادة النيتروجين ، بأبخرة سائلة ، كما هو موصوف في القسم الخاص بالأكسدة الرطبة. شكل آخر من أشكال الاستغناء عن السوائل من خلال استخدام تدور على إشابة جهاز. يستلزم ذلك وضع مادة صلبة في محلول مع حامل مذيب سائل ، ثم تقطير المحلول على الرقاقة والغزل ، بطريقة مشابهة لتطبيق مقاومات الضوء.

قد تكون المصادر الصلبة على شكل رقاقة نيتريد البورون ، والتي تكون محصورة بين رقيقتين من السليكون لتخديرها ثم توضع في فرن نشر. أيضا ، يمكن وضع المواد الصلبة ، في شكل مسحوق أو حبة ، في أ قنبلة كوارتز حاوية (ثالث أكسيد الزرنيخ) ، يتم إلقاؤها يدويًا في نهاية المصدر لأنبوب الانتشار أو يتم تحميلها في فرن مصدر منفصل بما يتماشى مع فرن الانتشار الرئيسي.

في حالة عدم وجود ضوابط مناسبة ، يزيد التعرض للزرنيخ عن 0.01 مجم / م³ تم الإبلاغ عنها أثناء تنظيف فرن الترسيب (Wade et al. 1981) وأثناء تنظيف غرف مبيت المصدر لغرسات الأيونات ذات المصدر الصلب (McCarthy 1985؛ Baldwin، King and Scarpace 1988). حدثت حالات التعرض هذه عندما لم يتم اتخاذ احتياطات للحد من كمية الغبار في الهواء. ومع ذلك ، عندما ظلت البقايا رطبة أثناء التنظيف ، تم تقليل التعرض إلى أقل بكثير من حد التعرض المحمول بالهواء.

في تقنيات الانتشار القديمة ، توجد مخاطر تتعلق بالسلامة أثناء إزالة أنابيب الفرن وتنظيفها وتركيبها. تشمل المخاطر حدوث جروح محتملة من أدوات الكوارتز المكسورة والحروق الحمضية أثناء التنظيف اليدوي. في التقنيات الحديثة يتم تقليل هذه المخاطر فى الموقع تنظيف الأنبوب الذي يلغي الكثير من المناولة اليدوية.

يواجه مشغلو أفران الانتشار أعلى درجات التعرض الروتيني في غرف الأبحاث لمجالات كهرومغناطيسية منخفضة التردد للغاية (على سبيل المثال ، من 50 إلى 60 هرتز) في صناعة أشباه الموصلات. تم الإبلاغ عن متوسط ​​تعرضات أكبر من 0.5 ميكرو سلا (5 مللي غوس) أثناء التشغيل الفعلي للأفران (كروفورد وآخرون 1993). أشارت هذه الدراسة أيضًا إلى أن العاملين في غرف الأبحاث الذين يعملون بالقرب من أفران الانتشار كان لديهم متوسط ​​تعرضات مُقاسة أعلى بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بعمال غرف الأبحاث الآخرين. كانت هذه النتيجة متوافقة مع قياسات النقاط التي أبلغ عنها روزنتال وعبد الله زاده (1991) ، اللذان وجدا أن أفران الانتشار تنتج قراءات تقارب (على بعد 5 سم أو 2 بوصة) تصل إلى 10 إلى 15 ميكروتسلا ، مع انخفاض الحقول المحيطة بشكل تدريجي مع المسافة. من معدات غرف الأبحاث الأخرى التي تمت دراستها ؛ حتى على بعد 6 أقدام من أفران الانتشار ، كانت كثافة التدفق المبلغ عنها من 1.2 إلى 2 ميكرو سلاز (كروفورد وآخرون 1993). مستويات الانبعاث هذه أقل بكثير من حدود التعرض الصحي الحالية التي وضعتها منظمة الصحة العالمية وتلك التي حددتها البلدان الفردية.

زرع الأيونات

غرس الأيونات هو أحدث طريقة لإدخال عناصر الشوائب في درجة حرارة الغرفة في رقائق السيليكون لتشكيل الوصلات. يتم تسريع الذرات المؤينة المؤينة (أي الذرات التي تم تجريدها من واحد أو أكثر من إلكتروناتها) إلى طاقة عالية عن طريق تمريرها من خلال فرق جهد بعشرات الآلاف من الفولتات. في نهاية طريقهم ، يصطدمون بالرقاقة ويغوصون في أعماق مختلفة ، اعتمادًا على كتلتهم وطاقتهم. كما هو الحال في الانتشار التقليدي ، تخفي طبقة أكسيد منقوشة أو نمط مقاوم للضوء بشكل انتقائي الرقاقة من الأيونات.

يتكون نظام غرس الأيونات النموذجي من مصدر أيوني (مصدر إشباع غازي ، عادةً في زجاجات محاضرات صغيرة) ، ومعدات تحليل ، ومُسرِّع ، وعدسة تركيز ، ومصيدة شعاع محايد ، وغرفة عملية الماسح ونظام تفريغ (عادةً ثلاث مجموعات منفصلة من في الخط) مضخات التخشين وانتشار الزيت). يتولد تيار الإلكترونات من خيوط ساخنة عن طريق المقاومة أو تفريغ القوس أو حزمة إلكترون مهبطية باردة.

بشكل عام ، بعد غرس الرقائق ، يتم تنفيذ خطوة التلدين بدرجة حرارة عالية (900 إلى 1,000 درجة مئوية) عن طريق تلدين شعاع الليزر أو التلدين النبضي بمصدر شعاع إلكتروني. تساعد عملية التلدين في إصلاح الأضرار التي لحقت بالسطح الخارجي للرقاقة المزروعة بسبب قصف الأيونات المشوبة.

مع ظهور نظام توصيل آمن لأسطوانات غاز الأرسين والفوسفين والبورون ثلاثي فلوريد المستخدمة في غرسات الأيونات ، تم تقليل احتمالية الإطلاق الكارثي لهذه الغازات بشكل كبير. تمتلئ أسطوانات الغاز الصغيرة هذه بمركب يتم فيه امتصاص الزرنيخ ، والفوسفين ، وثلاثي فلوريد البورون. يتم سحب الغازات من الاسطوانات باستخدام فراغ.

تعتبر غرسات الأيونات من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل جهاز الزرع. هناك ما يبرر إجراء مراجعة دقيقة لعمليات الصيانة والمخاطر الكهربائية لجميع المعدات المثبتة حديثًا ، ولكن بشكل خاص لمعدات غرسات الأيونات.

تم العثور على تعرضات للهيدرات (ربما خليط من الزرنيخ والفوسفين) تصل إلى 60 جزء في البليون أثناء صيانة مضخة التبريد لزراعة الأيونات (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993). أيضًا ، يمكن لتركيزات عالية من كل من الزرنيخ والفسفين أن تنبعث من أجزاء الزرع الملوثة التي يتم إزالتها أثناء الصيانة الوقائية (Flipp و Hunsaker و Herring 1992).

تُستخدم المكانس الكهربائية المحمولة المزودة بمرشحات عالية الكفاءة لمخفف الجسيمات (HEPA) لتنظيف أسطح العمل الملوثة بالزرنيخ في مناطق غرس الأيونات. تعرض أكثر من 1,000 ميكروغرام / م³ تم قياسها عندما تم تنظيف المكانس HEPA بشكل غير صحيح. يمكن لمكانس HEPA ، عند تفريغها إلى مساحة العمل ، أن توزع بكفاءة الرائحة المميزة التي تشبه الهيدريد المرتبطة بتنظيف خط شعاع مزروع الأيونات (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993).

على الرغم من القلق ، لم تكن هناك تقارير منشورة عن تعرض كبير للغاز المشوب أثناء تغيير الزيت لمضخات التفريغ المستخدمة مع المنشطات - ربما لأن هذا يتم عادة كنظام مغلق. قد يكون نقص التعرض المبلغ عنه نتيجة لمستويات منخفضة من الغازات المنبعثة من الهيدريدات من الزيت المستخدم.

نتيجة دراسة ميدانية حيث تم تسخين 700 مل من زيت مضخة التخشين المستخدم من غرس أيون يستخدم كل من الزرنيخ والفوسفين ، حيث أظهرت تركيزات يمكن اكتشافها للهيدريدات المحمولة جواً في حيز رأس المضخة عندما تجاوز زيت المضخة 70^oج (بالدوين ، كينج وسكارباس 1988). نظرًا لأن درجات حرارة التشغيل العادية لمضخات التخشين الميكانيكية تتراوح من 60 إلى 80^oC ، لم تشر هذه الدراسة إلى احتمالية التعرض بشكل كبير.

أثناء غرس الأيونات ، تتشكل الأشعة السينية عرضية للعملية. تم تصميم معظم الغرسات بغطاء خزانة كافٍ (والذي يتضمن صفائح الرصاص الموضوعة بشكل استراتيجي حول مبيت مصدر الأيونات وأبواب الوصول المجاورة) للحفاظ على تعرض الموظفين أقل من 2.5 ميكروسيفرت (0.25 مليريم) في الساعة (Maletskos and Hanley 1983). ومع ذلك ، تم العثور على نموذج قديم من أجهزة الزرع يحتوي على تسرب للأشعة السينية يزيد عن 20 ميكرو سيفرت في الساعة (μSv / hr) على سطح الوحدة (Baldwin، King and Scarpace 1988). تم تقليل هذه المستويات إلى أقل من 2.5 ميكرو سيفرت / ساعة بعد تثبيت درع إضافي من الرصاص. تم العثور على نموذج قديم آخر لزرع الأيونات به تسرب للأشعة السينية حول باب الوصول (حتى 15 ميكرو سيفرت / ساعة) وفي منفذ عرض (حتى 3 ميكرو سيفرت / ساعة). تمت إضافة درع إضافي للرصاص لتقليل التعرض المحتمل (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993).

بالإضافة إلى التعرض للأشعة السينية من غرسات الأيونات ، فقد تم افتراض إمكانية تكوين النيوترونات إذا تم تشغيل الغرسة فوق 8 ملايين إلكترون فولت (MeV) أو تم استخدام غاز الديوتيريوم كمصدر أيوني (روجرز 1994). ومع ذلك ، فإن الغرسات عادةً مصممة للعمل عند أقل بكثير من 8 MeV ، ولا يستخدم الديوتيريوم بشكل شائع في الصناعة (Baldwin and Williams 1996).

ترسيب البخار الكيميائي

يتضمن ترسيب البخار الكيميائي (CVD) وضع طبقات من المواد الإضافية على سطح رقاقة السيليكون. تعمل وحدات CVD عادة كنظام مغلق مما يؤدي إلى تعرض المشغلين لمواد كيميائية قليلة أو معدومة. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث التعرض القصير لكلوريد الهيدروجين فوق 5 جزء في المليون عند تنظيف بعض أجهزة تنظيف الأمراض القلبية الوعائية (Baldwin and Stewart 1989). هناك فئتان عريضتان من الترسبات شائعة الاستخدام - الفوقي والفئة الأكثر عمومية من الأمراض القلبية الوعائية غير الفوقية.

ترسب بخار كيميائي فوق المحاور

النمو الفوقي هو ترسيب يتم التحكم فيه بشكل صارم لفيلم بلوري واحد رفيع من مادة تحافظ على نفس التركيب البلوري مثل طبقة الويفر الموجودة في الركيزة. إنه بمثابة مصفوفة لتصنيع مكونات أشباه الموصلات في عمليات الانتشار اللاحقة. تزرع معظم الأغشية فوق المحورية على ركائز من نفس المادة ، مثل السيليكون على السيليكون ، في عملية يشار إليها باسم homoepitaxy. يسمى تزايد طبقات المواد المختلفة على الركيزة ، مثل السيليكون على الياقوت ، بمعالجة جهاز IC heteroepitaxy.

تُستخدم ثلاث تقنيات أولية لتنمية الطبقات فوق المحورية: مرحلة البخار ، والمرحلة السائلة ، والحزمة الجزيئية. تُستخدم مادة epitaxy ذات الطور السائل والجزيئي بشكل أساسي في معالجة الأجهزة III-V (على سبيل المثال ، GaAs). تمت مناقشة هذه في مقالة "تصنيع أشباه الموصلات III-V".

يتم استخدام epitaxy الطور البخاري لزراعة فيلم بواسطة CVD للجزيئات عند درجة حرارة من 900 إلى 1,300^oجيم - الأبخرة التي تحتوي على السيليكون وكميات مضبوطة من dopants من النوع p أو n في غاز حامل (عادة الهيدروجين) يتم تمريرها فوق رقاقات ساخنة لترسيب طبقات مخدرة من السيليكون. يتم تنفيذ العملية بشكل عام تحت الضغط الجوي.

يحدد الجدول 6 الأنواع الأربعة الرئيسية من epitaxy طور البخار والمعلمات والتفاعلات الكيميائية التي تحدث.

الجدول 6. الفئات الرئيسية من epitaxy طور بخار السيليكون

 

يتضمن تسلسل الترسيب المتبع عادة في عملية فوقية:

• تنظيف الركيزة- الغسل الفيزيائي وإزالة الشحوم بالمذيبات والتنظيف الحمضي (الكبريتيك والنتريك والهيدروكلوريك والهيدروفلوريك هو تسلسل شائع) وعملية التجفيف

• تحميل الرقاقة

• يسخن- تطهير النيتروجين وتسخينه إلى ما يقرب من 500 درجة مئوية ، ثم يتم استخدام غاز الهيدروجين وتسخين الرقائق الحثية لمولدات التردد اللاسلكي

• حفر كلوريد الهيدروجين (HCl) -عادة ما يتم صرف 1 إلى 4٪ تركيز حمض الهيدروكلوريك في غرفة المفاعل

• ترسيب- يتم قياس مصدر السيليكون والغازات الشائبة وترسب على سطح الرقاقة

• ترطيب-تحول غاز الهيدروجين إلى النيتروجين مرة أخرى عند 500 درجة مئوية

• التفريغ.

 

ترسب البخار الكيميائي غير الفوقي

في حين أن النمو فوق المحور هو شكل محدد للغاية من الأمراض القلبية الوعائية حيث يكون للطبقة المترسبة نفس اتجاه الهيكل البلوري مثل طبقة الركيزة ، فإن CVD غير الفوقي هو تكوين مركب مستقر على ركيزة ساخنة عن طريق التفاعل الحراري أو تحلل المركبات الغازية.

يمكن استخدام CVD لإيداع العديد من المواد ، ولكن في معالجة أشباه الموصلات السيليكونية ، فإن المواد التي نواجهها عمومًا ، بالإضافة إلى السيليكون الفوقي ، هي:

• سيليكون متعدد الكريستالات (بولي سي)

• ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂- كلاهما مخدر وغير مخدر ؛ زجاج مخدر)

• نيتريد السيليكون (Si₃N₄).

 

يمكن إيداع كل مادة من هذه المواد بعدة طرق ، ولكل منها العديد من التطبيقات.

يحدد الجدول 7 الفئات الثلاث الرئيسية للأمراض القلبية الوعائية باستخدام درجة حرارة التشغيل كآلية للتمييز.

الجدول 7. الفئات الرئيسية لترسيب البخار الكيميائي للسيليكون (CVD)

* ملاحظة: ردود الفعل ليست متوازنة متكافئة.

** أسماء عامة أو مملوكة أو علامات تجارية لأنظمة مفاعلات CVD

 

توجد المكونات التالية في جميع أنواع معدات أمراض القلب والأوعية الدموية تقريبًا:

• غرفة التفاعل
• قسم التحكم بالغاز
• التحكم في الوقت والتسلسل
• مصدر الحرارة للركائز
• معالجة النفايات السائلة.

 

بشكل أساسي ، تستلزم عملية CVD توفير كميات خاضعة للرقابة من السيليكون أو غازات مصدر النيتريد ، بالتزامن مع غازات حامل النيتروجين و / أو الهيدروجين ، وغاز مخدر إذا رغبت في ذلك ، للتفاعل الكيميائي داخل غرفة المفاعل. يتم تطبيق الحرارة لتوفير الطاقة اللازمة للتفاعل الكيميائي بالإضافة إلى التحكم في درجات حرارة سطح المفاعل والرقائق. بعد اكتمال التفاعل ، يتم استنفاد غاز المصدر غير المتفاعل بالإضافة إلى الغاز الحامل من خلال نظام معالجة النفايات السائلة ويتم تنفيسه في الغلاف الجوي.

التخميل هو نوع وظيفي من أمراض القلب والأوعية الدموية. إنه ينطوي على نمو طبقة أكسيد واقية على سطح رقاقة السيليكون ، بشكل عام كخطوة تصنيع أخيرة قبل معالجة عدم التصنيع. توفر الطبقة ثباتًا كهربائيًا عن طريق عزل سطح الدائرة المتكاملة عن الظروف الكهربائية والكيميائية في البيئة.

التأيض

بعد تصنيع الأجهزة في ركيزة السيليكون ، يجب توصيلها معًا لأداء وظائف الدائرة. تُعرف هذه العملية بالمعادن. يوفر التعدين وسيلة لتوصيل الأسلاك أو ربط الطبقات العلوية للدوائر المتكاملة عن طريق ترسيب أنماط معقدة من المواد الموصلة ، والتي توجه الطاقة الكهربائية داخل الدوائر.

يتم التمييز بين عملية المعدنة الواسعة وفقًا لحجم وسمك طبقات المعادن والمواد الأخرى التي يتم ترسيبها. وهذه هي:

• رقيقة- سمك الفيلم التقريبي ميكرون واحد أو أقل

• فيلم سميكة- سمك الفيلم التقريبي 10 ميكرون أو أكثر

• تصفيحتختلف سماكات الفيلم من الرقيق إلى السميك ، ولكن الأغشية السميكة بشكل عام.

 

المعادن الأكثر شيوعًا المستخدمة في معادن أشباه الموصلات السيليكونية هي: الألومنيوم والنيكل والكروم أو سبيكة تسمى النيكروم والذهب والجرمانيوم والنحاس والفضة والتيتانيوم والتنغستن والبلاتين والتنتالوم.

يمكن أيضًا تبخير أو ترسيب الأغشية الرقيقة أو السميكة على ركائز خزفية أو زجاجية مختلفة. بعض الأمثلة على هذه الركائز هي: الألومينا (96٪ Al₂0₃) ، البريليا (99٪ BeO) ، زجاج البورسليكات ، البيركيرام والكوارتز (SiO₂).

رقيقة

غالبًا ما يتم تطبيق معدنة الأغشية الرقيقة من خلال استخدام تقنية الترسيب أو التبخر بالفراغ العالي أو الفراغ الجزئي. الأنواع الرئيسية للتبخر بالفراغ العالي هي شعاع الإلكترون ، الفلاش والمقاوم ، بينما يتم ترسيب الفراغ الجزئي بشكل أساسي عن طريق الرش.

لأداء أي نوع من المعادن بالفراغ الرقيق ، يتكون النظام عادة من المكونات الأساسية التالية:

• غرفة يمكن إخلاؤها لتوفير فراغ كافٍ للترسيب

• مضخة تفريغ (أو مضخات) لتقليل الغازات المحيطة في الغرفة

• أجهزة لرصد مستوى الفراغ والمعلمات الأخرى

• طريقة لترسيب أو تبخير طبقات مادة المعدن.

 

تبخر الحزمة الإلكترونية، وغالبا ما تسمى شعاع البريد، يستخدم حزمة مركزة من الإلكترونات لتسخين مادة المعدن. يتم إنشاء حزمة من الإلكترونات عالية الكثافة بطريقة مماثلة لتلك المستخدمة في أنبوب الصورة التلفزيونية. يتم تسريع تيار من الإلكترونات من خلال مجال كهربائي من 5 إلى 10 كيلو فولت نموذجيًا ويركز على المادة التي سيتم تبخيرها. تعمل الحزمة المركزة من الإلكترونات على إذابة المادة الموجودة في كتلة مبردة بالماء مع انخفاض كبير يسمى الموقد. ثم تتبخر المادة المذابة داخل حجرة التفريغ وتتكثف على الرقائق الباردة وكذلك على سطح الحجرة بالكامل. ثم يتم إجراء عمليات مقاومة الضوء القياسية والتعرض والتطوير وعمليات الحفر الرطب أو الجاف لتحديد الدوائر المعدنية المعقدة.

التبخر السريع هي تقنية أخرى لترسيب الأغشية المعدنية الرقيقة. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي عندما يتم تبخير خليط من مادتين (سبائك) في وقت واحد. بعض الأمثلة على أغشية مكونة هي: النيكل / الكروم (نيتشروم) ، الكروم / أول أكسيد السيليكون (SiO) والألمنيوم / السيليكون.

في التبخر الومضي ، يتم تسخين قضيب السيراميك بواسطة المقاومة الحرارية ويتم توصيل بكرة من الأسلاك التي يتم تغذيتها باستمرار ، أو تيار من الكريات أو المسحوق الموزع اهتزازيًا مع الفتيل الساخن أو الشريط. ثم تقوم المعادن المتبخرة بتغطية الحجرة الداخلية وأسطح البسكويت.

مقاومة التبخر (المعروف أيضًا باسم التبخر الخيطي) هو أبسط أشكال الترسيب وأقلها تكلفة. يتم التبخر عن طريق زيادة التيار المتدفق عبر الفتيل تدريجيًا لإذابة حلقات المادة المراد تبخرها أولاً ، وبالتالي ترطيب الفتيل. بمجرد أن يتم ترطيب الفتيل ، يزداد التيار خلال الفتيل حتى يحدث التبخر. الميزة الأساسية للتبخر المقاوم هي مجموعة متنوعة من المواد التي يمكن تبخيرها.

تتم أعمال الصيانة أحيانًا على السطح الداخلي لغرف ترسيب مبخر الحزمة الإلكترونية التي تسمى الجرس. عندما يضع فنيي الصيانة رؤوسهم داخل الجرس ، يمكن أن تحدث تعرضات كبيرة. قد تؤدي إزالة البقايا المعدنية التي تترسب على السطح الداخلي لجرار الجرس إلى مثل هذه التعرضات. على سبيل المثال ، تم قياس تعرضات الفنيين أعلى بكثير من حد التعرض المحمول جواً للفضة أثناء إزالة البقايا من المبخر المستخدم لإيداع الفضة (Baldwin and Stewart 1989).

يمكن أن يؤدي تنظيف بقايا الجرس بمذيبات التنظيف العضوية أيضًا إلى التعرض العالي للمذيبات. حدث تعرض فني للميثانول أعلى من 250 جزء في المليون أثناء هذا النوع من التنظيف. يمكن التخلص من هذا التعرض باستخدام الماء كمذيب للتنظيف بدلاً من الميثانول (Baldwin and Stewart 1989).

• ترسب الاخرق تحدث العملية في جو غاز منخفض الضغط أو مفرغ جزئيًا ، باستخدام إما تيار كهربائي مباشر (DC ، أو رشاش كاثود) أو جهد RF كمصدر عالي الطاقة. في عملية الرش ، يتم إدخال أيونات غاز الأرجون الخامل في غرفة التفريغ بعد الوصول إلى مستوى تفريغ مرضٍ من خلال استخدام مضخة التخشين. يتشكل المجال الكهربائي عن طريق تطبيق جهد عالٍ ، عادةً 5,000 فولت ، بين لوحين مشحونين بشكل معاكس. يؤين هذا التفريغ عالي الطاقة ذرات غاز الأرجون ويجعلها تتحرك وتتسارع إلى إحدى الصفائح الموجودة في الغرفة تسمى الهدف. عندما تصطدم أيونات الأرجون بالهدف المصنوع من المادة المراد ترسيبها ، فإنها تزيح هذه الذرات أو الجزيئات أو تتطاير منها. يتم بعد ذلك ترسيب الذرات المنزوعة من مادة المعدنة في فيلم رقيق على ركائز السيليكون التي تواجه الهدف.

وجد أن تسرب الترددات الراديوية من الجوانب والخلف في العديد من وحدات الرش القديمة يتجاوز حد التعرض المهني (Baldwin and Stewart 1989). يُعزى معظم التسرب إلى تشققات في الخزانات ناتجة عن الإزالة المتكررة لألواح الصيانة. في الموديلات الأحدث من قبل نفس الشركة المصنعة ، تمنع الألواح المزودة بشبكة سلكية بطول اللحامات حدوث تسرب كبير. يمكن تعديل أدوات الرش الأقدم بشبكة سلكية أو ، بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام شريط نحاسي لتغطية اللحامات لتقليل التسرب.

فيلم سميكة

لا يتوافق هيكل وأبعاد معظم الأفلام السميكة مع تعدين الدوائر المتكاملة للسيليكون ، ويرجع ذلك أساسًا إلى قيود الحجم. تُستخدم الأغشية السميكة في الغالب لمعدن الهياكل الإلكترونية الهجينة ، كما هو الحال في تصنيع شاشات LCD.

عملية الغربلة الحريرية هي الطريقة السائدة لتطبيق الأغشية السميكة. مواد الأفلام السميكة المستخدمة عادةً هي البلاديوم ، والفضة ، وثاني أكسيد التيتانيوم والزجاج ، والذهب والبلاتين والزجاج ، والزجاج الذهبي ، والزجاج الفضي.

عادةً ما يتم ترسيب الأغشية السميكة المقاومة وتنميطها على ركيزة خزفية باستخدام تقنيات الغربلة الحريرية. سيرميت هو شكل من أشكال فيلم سميك مقاوم يتكون من تعليق جزيئات معدنية موصلة في مصفوفة خزفية مع راتينج عضوي كمواد مالئة. تتكون الهياكل النموذجية للسيرميت من الكروم أو الفضة أو أكسيد الرصاص في أول أكسيد السيليكون أو مصفوفة ثاني أكسيد السيليكون.

تصفيح

يتم استخدام نوعين أساسيين من تقنيات الطلاء في تشكيل الأغشية المعدنية على ركائز أشباه الموصلات: الطلاء الكهربائي والطلاء غير الكهربائي.

In الكهربائي، يتم وضع الركيزة المراد طلاؤها عند الكاثود ، أو الطرف المشحون سالبًا ، لخزان الطلاء ومغمورًا في محلول إلكتروليتي. يعمل القطب الكهربائي المصنوع من المعدن المراد طلاؤه كأنود أو طرف موجب الشحنة. عندما يتم تمرير تيار مباشر من خلال المحلول ، فإن أيونات المعادن موجبة الشحنة ، التي تذوب في المحلول من الأنود ، تهاجر وتنتشر على الكاثود (الركيزة). تستخدم طريقة الطلاء هذه لتشكيل أغشية موصلة من الذهب أو النحاس.

In الطلاء بالكهرباء، يتم استخدام الاختزال والأكسدة المتزامنة للمعدن المراد طلاؤه في تكوين ذرة معدنية أو جزيء حر. نظرًا لأن هذه الطريقة لا تتطلب التوصيل الكهربائي أثناء عملية الطلاء ، فيمكن استخدامها مع ركائز من النوع العازل. النيكل والنحاس والذهب هي المعادن الأكثر شيوعًا التي تترسب بهذه الطريقة.

صناعة السبائك / التلدين

بعد أن يتم ترسيب وحفر الوصلات البينية الممعدنة ، يمكن إجراء خطوة أخيرة في صناعة السبائك والتلدين. تتكون السبائك من وضع ركائز ممعدنة ، عادة بالألمنيوم ، في فرن نشر منخفض الحرارة لضمان اتصال منخفض المقاومة بين معدن الألمنيوم وركيزة السيليكون. أخيرًا ، إما أثناء خطوة السبيكة أو بعدها مباشرة ، غالبًا ما تتعرض الرقاقات لمزيج غاز يحتوي على الهيدروجين في فرن نشر عند 400 إلى 500 درجة مئوية. تم تصميم خطوة التلدين لتحسين واستقرار خصائص الجهاز من خلال الجمع بين الهيدروجين والذرات غير الملتزمة في أو بالقرب من واجهة ثاني أكسيد السيليكون والسيليكون.

الخلفية والتعدين المؤخر

هناك أيضًا خطوة اختيارية لمعالجة المعدنة تسمى backlapping. قد يتم لف الجزء الخلفي من الرقاقة أو طحنها باستخدام محلول كاشط مبلل والضغط. يمكن ترسيب معدن مثل الذهب على الجانب الخلفي من الرقاقة عن طريق الرش. هذا يجعل إرفاق القالب المنفصل بالحزمة أسهل في التجميع النهائي.

التجميع والاختبار

عادةً ما يتم إجراء المعالجة غير التصنيعية ، والتي تشمل التغليف الخارجي والمرفقات والتغليف والتجميع والاختبار ، في منشآت إنتاج منفصلة ويتم إجراء العديد من المرات في دول جنوب شرق آسيا ، حيث تكون هذه الوظائف كثيفة العمالة أقل تكلفة في الأداء. بالإضافة إلى ذلك ، تختلف متطلبات التهوية للتحكم في العمليات والجسيمات بشكل عام (غير غرف الأبحاث) في مناطق المعالجة غير المصنّعة. تتضمن هذه الخطوات النهائية في عملية التصنيع عمليات تشمل اللحام وإزالة الشحوم والاختبار بالمواد الكيميائية ومصادر الإشعاع والتشذيب والنقش بالليزر.

عادة لا يؤدي اللحام أثناء تصنيع أشباه الموصلات إلى تعرضات عالية للرصاص. لمنع التلف الحراري للدائرة المتكاملة ، يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة اللحام أقل من درجة الحرارة حيث يمكن أن يحدث تكوين كبير لدخان الرصاص المنصهر (430 درجة مئوية). ومع ذلك ، فإن تنظيف معدات اللحام عن طريق كشط البقايا المحتوية على الرصاص أو تنظيفها بالفرشاة يمكن أن يؤدي إلى تعرضات للرصاص تزيد عن 50 ميكروغرام / م³ (بالدوين وستيوارت 1989). أيضا ، التعرض للرصاص 200 ميكروغرام / م³ حدثت عند استخدام تقنيات غير مناسبة لإزالة الخبث أثناء عمليات اللحام الموجي (Baldwin and Williams 1996).

أحد المخاوف المتزايدة بشأن عمليات اللحام هو تهيج الجهاز التنفسي والربو بسبب التعرض لمنتجات الانحلال الحراري لتدفقات اللحام ، خاصة أثناء عمليات اللحام اليدوي أو عمليات اللمس ، حيث لم يتم استخدام تهوية العادم المحلية بشكل شائع تاريخيًا (على عكس عمليات اللحام الموجي ، والتي على مدى العقود القليلة الماضية عادة ما يتم وضعها في خزانات مستنفدة) (Goh and Ng 1987). راجع مقالة "لوحة الدوائر المطبوعة وتجميع الكمبيوتر" لمزيد من التفاصيل.

نظرًا لأن الكولوفوني في تدفق اللحام هو محسس ، يجب تقليل جميع حالات التعرض إلى أدنى مستوى ممكن ، بغض النظر عن نتائج أخذ عينات الهواء. يجب أن تشتمل تركيبات اللحام الجديدة بشكل خاص على تهوية عادم محلية عند إجراء اللحام لفترات طويلة من الوقت (على سبيل المثال ، أكثر من ساعتين).

سترتفع الأبخرة الناتجة عن اللحام اليدوي عموديًا على التيارات الحرارية ، لتدخل منطقة تنفس الموظف بينما يميل الشخص فوق نقطة اللحام. يتم التحكم عادة عن طريق تهوية عادم محلية عالية السرعة وفعالة ومنخفضة الحجم عند طرف اللحام.

قد تتسبب الأجهزة التي تعيد الهواء المصفى إلى مكان العمل ، إذا كانت كفاءة الترشيح غير كافية ، في حدوث تلوث ثانوي يمكن أن يؤثر على الأشخاص في غرفة العمل بخلاف أولئك الذين يقومون باللحام. لا ينبغي إعادة الهواء المصفى إلى غرفة العمل إلا إذا كانت كمية اللحام صغيرة وكانت الغرفة مزودة بتهوية تخفيف عامة جيدة.

فرز واختبار الرقاقة

بعد اكتمال تصنيع الرقاقة ، تخضع كل رقاقة منتهية جوهريًا لعملية فرز الرقاقة حيث يتم اختبار الدوائر المتكاملة على كل قالب محدد كهربائيًا باستخدام مجسات يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. قد تحتوي الرقاقة الفردية على مائة إلى عدة مئات من القوالب أو الرقائق المنفصلة التي يجب اختبارها. بعد الانتهاء من نتائج الاختبار ، يتم تمييز القوالب جسديًا باستخدام راتنج إيبوكسي مكون واحد يتم صرفه تلقائيًا. يتم استخدام الأحمر والأزرق لتحديد وفرز القوالب التي لا تلبي المواصفات الكهربائية المطلوبة.

فصل يموت

مع الأجهزة أو الدوائر الموجودة على الرقاقة التي تم اختبارها وتمييزها وفرزها ، يجب فصل الشخص الذي يموت على الرقاقة ماديًا. تم تصميم عدد من الطرق لفصل القوالب الفردية - نقش الماس ، والكشط بالليزر ، والنشر بعجلة الماس.

يعد الخربشة الماسية أقدم طريقة مستخدمة وتتضمن رسم طرف ماسي الشكل بدقة عبر الرقاقة على طول خط الناسخ أو "الشارع" الذي يفصل القوالب الفردية على سطح الرقاقة. النقص في التركيب البلوري الناجم عن الخربشة يسمح للرقائق بالانحناء والكسر على طول هذا الخط.

النقش بالليزر هي تقنية حديثة نسبيًا لفصل القوالب. يتم إنشاء شعاع الليزر بواسطة ليزر النيوديميوم الإيتريوم النبضي عالي الطاقة. تولد الحزمة أخدودًا في رقاقة السيليكون على طول خطوط الناسخ. يعمل الأخدود كخط تنكسر على طوله الرقاقة.

الطريقة المستخدمة على نطاق واسع لفصل القوالب هي النشر الرطب - قطع الركائز على طول الشارع بمنشار دائري عالي السرعة. يمكن للنشر إما أن يقطع جزئيًا (كاتب) أو يقطع بالكامل (نرد) من خلال ركيزة السيليكون. يتم إنشاء ملاط ​​مبلل من المواد المزالة من الشارع عن طريق النشر.

يموت نعلق والترابط

يجب إرفاق القالب أو الشريحة الفردية بحزمة حامل وإطار معدني من الرصاص. وعادة ما تكون المواد الحاملة مصنوعة من مادة عازلة ، إما من السيراميك أو البلاستيك. عادة ما تكون المواد الحاملة للسيراميك مصنوعة من الألومينا (Al₂O₃) ، ولكن يمكن أن تتكون من البريليا (BeO) أو الحجر الصابوني (MgO-SiO₂). المواد الحاملة للبلاستيك هي إما من نوع راتينج لدن بالحرارة أو بالحرارة.

يتم عادةً ربط القالب الفردي بواحد من ثلاثة أنواع مختلفة من التعلق: سهل الانصهار ، والتشكيل ، والإيبوكسي. يتضمن ربط القالب سهل الانصهار استخدام سبيكة لحام سهلة الانصهار ، مثل الذهب والسيليكون. في هذه الطريقة ، يتم وضع طبقة من المعدن الذهبي مسبقًا على الجانب الخلفي من القالب. عن طريق تسخين العبوة فوق درجة حرارة الانصهار (370 درجة مئوية للذهب والسيليكون) ووضع القالب عليها ، يتم تكوين رابطة بين القالب والحزمة.

يتضمن الترابط المسبق استخدام قطعة صغيرة من مادة التركيب الخاصة التي ستلتصق بكل من القالب والحزمة. يتم وضع التشكيل على منطقة إرفاق القالب ويسمح له بالذوبان. ثم يتم حك القالب عبر المنطقة حتى يتم إرفاق القالب ، ثم يتم تبريد العبوة.

يتضمن الترابط الإيبوكسي استخدام غراء إيبوكسي لربط القالب بالحزمة. توضع قطرة من الايبوكسي على العبوة ويوضع القالب فوقها. قد تحتاج العبوة إلى الخبز في درجة حرارة مرتفعة لعلاج الإيبوكسي بشكل صحيح.

بمجرد إرفاق القالب فعليًا بالحزمة ، يجب توفير التوصيلات الكهربائية بين الدائرة المتكاملة وأسلاك الحزمة. يتم تحقيق ذلك عن طريق استخدام تقنيات الضغط الحراري أو الموجات فوق الصوتية أو تقنيات الترابط الحراري لربط أسلاك الذهب أو الألومنيوم بين مناطق التلامس على شريحة السيليكون وأسلاك الحزمة.

غالبًا ما يستخدم الربط بالضغط الحراري مع الأسلاك الذهبية ويتضمن تسخين العبوة إلى ما يقرب من 300^oC وتشكيل الرابطة بين السلك ومنصات الترابط باستخدام كل من الحرارة والضغط. هناك نوعان رئيسيان من الترابط الحراري قيد الاستخدام -الرابطة الكروية و الرابطة الوتدية. يقوم الترابط الكروي ، الذي يستخدم فقط مع الأسلاك الذهبية ، بتغذية السلك من خلال أنبوب شعري ، ويضغطه ، ثم يذوب لهب الهيدروجين السلك. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل هذا كرة جديدة في نهاية السلك لدورة الربط التالية. يتضمن الترابط الإسفيني أداة ربط على شكل إسفين ومجهر يستخدم لوضع رقاقة السيليكون وحزمها بدقة فوق وسادة الترابط. يتم تنفيذ العملية في جو خامل.

يستخدم الترابط بالموجات فوق الصوتية نبضًا من الطاقة فوق الصوتية عالية التردد لتوفير إجراء تنقية يشكل رابطة بين السلك ولوحة الترابط. يستخدم الربط بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي مع أسلاك الألمنيوم وغالبًا ما يُفضل على الربط بالضغط الحراري ، لأنه لا يتطلب تسخين شريحة الدائرة أثناء عملية الربط.

الترابط الحراري هو تغيير تكنولوجي حديث في ربط الأسلاك الذهبية. إنه ينطوي على استخدام مزيج من الطاقات بالموجات فوق الصوتية والحرارة ويتطلب حرارة أقل من الترابط بالضغط الحراري.

التغليف

الغرض الأساسي من التغليف هو وضع دائرة متكاملة في حزمة تلبي المتطلبات الكهربائية والحرارية والكيميائية والفيزيائية المرتبطة بتطبيق الدائرة المتكاملة.

أكثر أنواع الحزم استخدامًا هي نوع الرصاص الشعاعي والحزمة المسطحة والحزمة المزدوجة في الخط (DIP). تُصنع العبوات من النوع الشعاعي الرصاصي في الغالب من Kovar ، وهي سبيكة من الحديد والنيكل والكوبالت ، مع أختام زجاجية صلبة وأسلاك Kovar. تستخدم العبوات المسطحة إطارات معدنية من الرصاص ، وعادة ما تكون مصنوعة من سبائك الألومنيوم مع مكونات السيراميك والزجاج والمعدن. تعتبر العبوات ثنائية الخط هي الأكثر شيوعًا وغالبًا ما تستخدم السيراميك أو البلاستيك المصبوب.

يتم إنتاج عبوات أشباه الموصلات البلاستيكية المقولبة بشكل أساسي من خلال عمليتين منفصلتين -نقل صب و صب الحقن. قولبة النقل هي طريقة تغليف البلاستيك السائدة. في هذه الطريقة ، يتم تثبيت الرقائق على إطارات من الرصاص غير مقصوصة ثم يتم تحميلها على دفعات في قوالب. يتم صهر أشكال المسحوق أو الحبيبات لمركبات صب البلاستيك بالحرارة في وعاء ساخن ثم يتم إجبارها (نقلها) تحت الضغط إلى القوالب المحملة. يمكن استخدام أنظمة مركبات تشكيل البلاستيك على شكل مسحوق أو حبيبات على راتنجات الإيبوكسي أو السيليكون أو السيليكون / الإيبوكسي. يتكون النظام عادة من مزيج من:

• راتنجات بالحرارة- إيبوكسي أو سيليكون أو سيليكون / إيبوكسي

• مقويات- الإيبوكسي نوفولاكس والأنهيدريد الإيبوكسي

• الحشو- ثاني أكسيد السليكون المنصهر أو البلوري (SiO₂) والألومينا (Al₂O₃) ، بشكل عام 50-70٪ بالوزن

• الحرائق- ثالث أكسيد الأنتيمون (Sb₂O₃) بشكل عام 1-5٪ بالوزن.

 

يستخدم قولبة الحقن إما مركب قولبة لدن بالحرارة أو بالحرارة يتم تسخينه إلى نقطة انصهاره في أسطوانة عند درجة حرارة مضبوطة وإجبارها تحت الضغط من خلال فوهة في القالب. يتجمد الراتينج بسرعة ، ويتم فتح القالب وإخراج عبوة التغليف. تُستخدم مجموعة متنوعة من المركبات البلاستيكية في القولبة بالحقن ، مع راتنجات الإيبوكسي والبوليفينلين كبريتيد (PPS) وهي أحدث المدخلات في تغليف أشباه الموصلات.

يتم تصنيف العبوة النهائية لجهاز أشباه الموصلات السليكونية وفقًا لمقاومتها للتسرب أو قدرتها على عزل الدائرة المتكاملة عن بيئتها. يتم تمييزها على أنها محكمة الإغلاق (محكمة الإغلاق) أو غير محكمة الإغلاق.

اختبار التسرب وحرقه

اختبار تسرب هو إجراء تم تطويره لاختبار قدرة الختم الفعلية أو المحكم للجهاز المعبأ. هناك نوعان شائعان من اختبار التسرب قيد الاستخدام: كشف تسرب الهليوم واكتشاف تسرب التتبع الإشعاعي.

في الكشف عن تسرب الهيليوم ، يتم وضع الحزم المكتملة في جو من ضغط الهيليوم لفترة من الزمن. الهليوم قادر على اختراق العيوب في العبوة. بعد إزالتها من غرفة ضغط الهيليوم ، يتم نقل الحزمة إلى غرفة مطياف الكتلة واختبار تسرب الهيليوم من العيوب الموجودة في العبوة.

يتم استبدال غاز التتبع المشع ، عادة كريبتون 85 (Kr-85) ، بالهيليوم في الطريقة الثانية ، ويتم قياس الغاز المشع المتسرب من العبوة. في ظل الظروف العادية ، يكون تعرض الأفراد من هذه العملية أقل من 5 ميلي سيفرت (500 مليريم) سنويًا (بالدوين وستيوارت 1989). عادةً ما تتضمن ضوابط هذه الأنظمة ما يلي:

• العزلة في غرف مع وصول يقتصر فقط على الأفراد الضروريين

• وضع علامات التحذير من الإشعاع على أبواب الغرف التي تحتوي على Kr-85

• أجهزة مراقبة الإشعاع المستمرة مع أجهزة الإنذار والإغلاق / العزل التلقائي

• نظام العادم المخصص وغرفة الضغط السلبي

• مراقبة التعرضات باستخدام قياس الجرعات الشخصية (على سبيل المثال ، شارات الأفلام الإشعاعية)

• الصيانة الدورية لأجهزة الإنذار والأقفال

• فحوصات منتظمة لتسرب المواد المشعة

• تدريب السلامة للمشغلين والفنيين

• ضمان إبقاء التعرض للإشعاع منخفضًا قدر الإمكان (ALARA).

 

أيضًا ، يتم مسح المواد التي تتلامس مع Kr-85 (على سبيل المثال ، الدوائر المتكاملة المكشوفة وزيت المضخة المستخدم والصمامات والحلقات O) للتأكد من أنها لا تصدر مستويات زائدة من الإشعاع بسبب الغاز المتبقي فيها قبل إزالتها من المنطقة الخاضعة للرقابة. يوفر Leach-Marshal (1991) معلومات مفصلة عن حالات التعرض والضوابط من أنظمة الكشف عن التسرب الدقيق Kr-85.

حرق في هي عملية ضغط حراري وكهربائي لتحديد موثوقية الجهاز النهائي المعبأ. يتم وضع الأجهزة في فرن يتم التحكم في درجة حرارته لفترة طويلة من الوقت باستخدام إما الجو المحيط أو جو خامل من النيتروجين. تتراوح درجات الحرارة من 125 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية (150 درجة مئوية متوسط) ، والفترات الزمنية من بضع ساعات إلى 1,000 ساعة (48 ساعة في المتوسط).

الاختبار النهائي

للتوصيف النهائي لأداء جهاز أشباه الموصلات السليكونية المعبأة ، يتم إجراء اختبار كهربائي نهائي. نظرًا للعدد الكبير من الاختبارات المطلوبة وتعقيدها ، يقوم الكمبيوتر بإجراء وتقييم اختبار العديد من المعلمات المهمة للتشغيل النهائي للجهاز.

مارك وحزم

يتم التعريف المادي للجهاز المعبأ النهائي باستخدام مجموعة متنوعة من أنظمة الوسم. الفئتان الرئيسيتان لتمييز المكونات هما طباعة جهات الاتصال والطباعة بدون جهات اتصال. تشتمل الطباعة الملامسة عادةً على تقنية إزاحة دوارة باستخدام أحبار تعتمد على المذيبات. تتضمن الطباعة غير الملامسة ، التي تنقل العلامات دون ملامسة جسدية ، طباعة رأس نفث الحبر أو طباعة مسحوق الحبر باستخدام أحبار تعتمد على المذيبات أو نقش بالليزر.

عادةً ما تتكون المذيبات المستخدمة كناقل لأحبار الطباعة وكمنظف مسبق من خليط من الكحول (الإيثانول) والإسترات (أسيتات الإيثيل). تستخدم معظم أنظمة تعليم المكونات ، بخلاف الوسم بالليزر ، الأحبار التي تتطلب خطوة إضافية للضبط أو المعالجة. طرق المعالجة هذه هي المعالجة بالهواء والمعالجة الحرارية (الحرارية أو بالأشعة تحت الحمراء) والمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. لا تحتوي أحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على مذيبات.

تستخدم أنظمة الوسم بالليزر إما ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة (CO₂) ليزر ، أو نيوديميوم عالي الطاقة: ليزر إتريوم. عادةً ما يتم تضمين هذه الليزرات في الجهاز ولها خزانات متشابكة تحيط بمسار الحزمة والنقطة التي يتصل فيها الشعاع بالهدف. هذا يزيل خطر شعاع الليزر أثناء العمليات العادية ، ولكن هناك قلق عند هزيمة أقفال الأمان. العملية الأكثر شيوعًا حيث يكون من الضروري إزالة حاويات الحزمة والتغلب على التشابك هي محاذاة شعاع الليزر.

أثناء عمليات الصيانة هذه ، من الناحية المثالية ، يجب إخلاء الغرفة التي تحتوي على الليزر ، باستثناء فنيي الصيانة الضروريين ، مع إغلاق أبواب الغرفة وتعليقها بعلامات أمان ليزر مناسبة. ومع ذلك ، غالبًا ما توجد أجهزة الليزر عالية الطاقة المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات في مناطق تصنيع كبيرة ومفتوحة ، مما يجعل من غير العملي نقل الأفراد الذين لا يحتاجون إلى الصيانة أثناء الصيانة. لهذه الحالات ، عادة ما يتم إنشاء منطقة تحكم مؤقتة. تتكون مناطق التحكم هذه عادةً من ستائر ليزر أو شاشات لحام قادرة على تحمل التلامس المباشر مع شعاع الليزر. عادة ما يكون الدخول إلى منطقة التحكم المؤقتة من خلال مدخل المتاهة الذي يتم نشره بعلامة تحذير كلما تم التغلب على تعشيق الليزر. تتشابه احتياطات السلامة الأخرى أثناء محاذاة الحزمة مع تلك المطلوبة لتشغيل ليزر عالي الطاقة مفتوح الشعاع (على سبيل المثال ، التدريب وحماية العين والإجراءات المكتوبة وما إلى ذلك).

تعد أشعة الليزر عالية الطاقة أيضًا واحدة من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل الخزانة.

إلى جانب مخاطر الحزمة والمخاطر الكهربائية ، يجب أيضًا توخي الحذر عند إجراء الصيانة على أنظمة الوسم بالليزر بسبب احتمالية التلوث الكيميائي من ثالث أكسيد الأنتيمون المثبط للحريق والبريليوم (سيتم تمييز عبوات السيراميك التي تحتوي على هذا المركب). يمكن إنشاء أبخرة أثناء وضع العلامات باستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة وإنشاء بقايا على أسطح المعدات ومرشحات شفط الدخان.

تم استخدام مزيلات الشحوم في الماضي لتنظيف أشباه الموصلات قبل تمييزها برموز التعريف. يمكن أن يحدث التعرض للمذيبات فوق حد التعرض المهني المنقولة جواً بسهولة إذا تم وضع رأس المشغل أسفل ملفات التبريد التي تتسبب في إعادة تكثيف الأبخرة ، كما يمكن أن يحدث عندما يحاول المشغل استرداد الأجزاء المتساقطة أو عندما يقوم الفني بتنظيف البقايا من أسفل الوحدة (بالدوين وستيوارت 1989). تم تقليل استخدام مزيلات الشحوم بشكل كبير في صناعة أشباه الموصلات بسبب القيود المفروضة على استخدام المواد المستنفدة للأوزون مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية والمذيبات المكلورة.

تحليل الفشل وضمان الجودة

عادةً ما تقوم مختبرات تحليل الفشل وتحليل الجودة بإجراء عمليات مختلفة تستخدم لضمان موثوقية الأجهزة. تقدم بعض العمليات التي يتم إجراؤها في هذه المختبرات إمكانية تعرض الموظفين. وتشمل هذه:

• اختبارات الوسم استخدام مخاليط مختلفة من المذيبات والمسببة للتآكل في أكواب ساخنة على ألواح التسخين. هناك حاجة إلى تهوية العادم المحلي (LEV) على شكل غطاء معدني بسرعات وجه كافية للتحكم في الانبعاثات المتسربة. يمكن أن تؤدي محاليل مونو إيثانولامين إلى تعرضات تزيد عن حد التعرض الجوي (Baldwin and Williams 1996).

• اختبار الفقاعات / التسرب استخدام مركبات الكربون الفلورية عالية الوزن الجزيئي (الاسم التجاري الفلورينت)

• وحدات التعبئة والتغليف بأشعة x-ray.

 

يستخدم الكوبالت 60 (حتى 26,000 كوري) في المشععات لاختبار قدرة الدوائر المتكاملة على تحمل التعرض لإشعاع غاما في التطبيقات العسكرية والفضائية. في ظل الظروف العادية ، يكون تعرض الأفراد من هذه العملية أقل من 5 مللي سيفرت (500 مللي سيفرت) سنويًا (بالدوين وستيوارت 1989). الضوابط لهذه العملية المتخصصة إلى حد ما مماثلة لتلك المستخدمة في أنظمة Kr-85 للتسرب الدقيق (على سبيل المثال ، غرفة معزولة ، وأجهزة مراقبة الإشعاع المستمرة ، ومراقبة تعرض الأفراد وما إلى ذلك).

يتم استخدام مصادر ألفا الصغيرة "ذات الترخيص المحدد" (على سبيل المثال ، ميكرو- ومليكورات من الأميريسيوم -241) في عملية تحليل الفشل. هذه المصادر مغطاة بطبقة رقيقة واقية تسمى نافذة تسمح بانبعاث جسيمات ألفا من المصدر لاختبار قدرة الدائرة المتكاملة على العمل عند قصفها بجزيئات ألفا. عادةً ما يتم فحص المصادر بشكل دوري (على سبيل المثال ، نصف سنوي) بحثًا عن تسرب المواد المشعة الذي يمكن أن يحدث في حالة تلف نافذة الحماية. عادة ما يؤدي أي تسرب يمكن اكتشافه إلى إزالة المصدر وشحنه مرة أخرى إلى الشركة المصنعة.

تُستخدم أنظمة أشعة x-ray للخزانة للتحقق من سماكة الطلاءات المعدنية وتحديد العيوب (على سبيل المثال ، فقاعات الهواء في عبوات مركبات القوالب). على الرغم من أنها ليست مصدرًا مهمًا للتسرب ، إلا أنه يتم فحص هذه الوحدات عادةً على أساس دوري (على سبيل المثال ، سنويًا) باستخدام مقياس مسح يدوي لتسرب الأشعة السينية ويتم فحصها للتأكد من أن أقفال الأبواب تعمل بشكل صحيح.

الشحن

الشحن هو نقطة النهاية لمشاركة معظم مصنعي أجهزة أشباه الموصلات السليكونية. يبيع مصنعو أشباه الموصلات التجارية منتجاتهم إلى منتجي المنتجات النهائية الآخرين ، بينما يستخدم المصنعون الأسير الأجهزة لمنتجاتهم النهائية.

دراسة صحية

تستخدم كل خطوة عملية مجموعة معينة من المواد الكيميائية والأدوات التي تؤدي إلى مخاوف محددة بشأن البيئة والصحة والسلامة. بالإضافة إلى المخاوف المرتبطة بخطوات عملية محددة في معالجة جهاز أشباه الموصلات السليكونية ، قامت دراسة وبائية بالتحقيق في الآثار الصحية بين العاملين في صناعة أشباه الموصلات (Schenker et al.1992). انظر أيضًا المناقشة في مقالة "الآثار الصحية وأنماط المرض".

كان الاستنتاج الرئيسي للدراسة هو أن العمل في مرافق تصنيع أشباه الموصلات يرتبط بزيادة معدل الإجهاض التلقائي (SAB). في المكون التاريخي للدراسة ، كان عدد حالات الحمل التي تمت دراستها في موظفي التصنيع وغير التصنيعي متساويًا تقريبًا (447 و 444 على التوالي) ، ولكن كان هناك المزيد من حالات الإجهاض التلقائي في التصنيع (ن = 67) من حالات عدم التصنيع (ن = 46) . عند تعديل العوامل المختلفة التي يمكن أن تسبب التحيز (العمر ، والعرق ، والتدخين ، والإجهاد ، والحالة الاجتماعية والاقتصادية ، وتاريخ الحمل) كان الاختطار النسبي (RR) للتصنيع مقابل عدم التصنيع 1.43 (فاصل الثقة 95٪ = 0.95-2.09) .

ربط الباحثون زيادة معدل SAB مع التعرض لبعض إيثرات الجليكول القائمة على الإيثيلين (EGE) المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات. إيثرات الجليكول المحددة التي شاركت في الدراسة والتي يشتبه في أنها تسبب آثارًا إنجابية ضارة هي:

• 2-ميثوكسي إيثانول (رقم المختصر الكيميائي: 109-86-4)

• 2-ميثوكسي إيثيل أسيتات (CAS 110-49-6)

• 2-إيثوكسي إيثيل أسيتات (رقم المختصر الكيميائي: 111-15-9).

 

على الرغم من عدم وجود جزء من الدراسة ، فإن اثنين من إيثرات الجليكول الأخرى المستخدمة في الصناعة ، وهما 2-إيثوكسي إيثانول (CAS 110-80-5) وثنائي إيثيلين جليكول ثنائي ميثيل الأثير (CAS 111-96-6) لهما تأثيرات سامة مماثلة وقد تم حظرهما من قبل البعض. مصنعي أشباه الموصلات.

بالإضافة إلى زيادة معدل SAB المرتبط بالتعرض لبعض إيثرات الجليكول ، خلصت الدراسة أيضًا إلى:

• يوجد ارتباط غير متسق بين التعرض للفلورايد (في الحفر) و SAB.

• كان الإجهاد المبلغ عنه ذاتيًا عامل خطر قويًا ومستقلًا لـ SAB بين النساء العاملات في مناطق التصنيع.

• استغرقت النساء العاملات في منطقة التصنيع وقتًا أطول للحمل مقارنة بالنساء في المناطق غير التصنيعية.

• كانت هناك زيادة في أعراض الجهاز التنفسي (تهيج العين والأنف والحنجرة والصفير) لعمال التصنيع مقارنة بعمال التصنيع غير المصنّعين.

• ارتبطت الأعراض العضلية الهيكلية للطرف العلوي البعيد ، مثل آلام اليد والرسغ والكوع والساعد ، بعمل غرفة التصنيع.

• تم الإبلاغ عن التهاب الجلد وتساقط الشعر (الثعلبة) بشكل متكرر بين عمال التصنيع أكثر من العمال غير المصنّعين.

 

مراجعة المعدات

إن تعقيد معدات تصنيع أشباه الموصلات ، إلى جانب التطورات المستمرة في عمليات التصنيع ، يجعل المراجعة السابقة للتركيب لمعدات العملية الجديدة مهمة لتقليل مخاطر البيئة والصحة والسلامة. تساعد عمليتا مراجعة المعدات على ضمان أن يكون لمعدات معالجة أشباه الموصلات الجديدة ضوابط البيئة والصحة والسلامة المناسبة: علامة CE ومعايير معدات ومواد أشباه الموصلات الدولية (SEMI).

علامة CE هي إعلان الشركة المصنعة بأن المعدات التي تم وضع علامة عليها تتوافق مع متطلبات جميع التوجيهات المعمول بها في الاتحاد الأوروبي (EU). بالنسبة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات ، فإن توجيهات الماكينة (MD) وتوجيه التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) وتوجيه الجهد المنخفض (LVD) تعتبر تلك التوجيهات الأكثر قابلية للتطبيق.

في حالة توجيه EMC ، يجب الاحتفاظ بخدمات هيئة مختصة (منظمة مرخصة رسميًا من قبل دولة عضو في الاتحاد الأوروبي) لتحديد متطلبات الاختبار والموافقة على نتائج الفحص. قد يتم تقييم MD و LVD من قبل الشركة المصنعة أو هيئة مُبلغ عنها (منظمة مرخصة رسميًا من قبل دولة عضو في الاتحاد الأوروبي). بغض النظر عن المسار المختار (التقييم الذاتي أو الطرف الثالث) ، فإن مستورد السجل هو المسؤول عن كون المنتج المستورد يحمل علامة CE. قد يستخدمون معلومات الطرف الثالث أو معلومات التقييم الذاتي كأساس لاعتقادهم أن المعدات تفي بمتطلبات التوجيهات المعمول بها ، ولكن في النهاية ، سيعدون إعلان المطابقة ويلصقون علامة CE بأنفسهم.

تعتبر معدات ومواد أشباه الموصلات الدولية رابطة تجارية دولية تمثل موردي معدات ومواد عرض أشباه الموصلات والشاشات المسطحة. من بين أنشطتها تطوير المعايير الفنية الطوعية التي هي عبارة عن اتفاقيات بين الموردين والعملاء تهدف إلى تحسين جودة المنتج وموثوقيته بسعر معقول وإمداد ثابت.

اثنان من معايير SEMI التي تنطبق بشكل خاص على مخاوف البيئة والصحة والسلامة للمعدات الجديدة هما SEMI S2 و SEMI S8. SEMI S2-93 ، إرشادات السلامة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات، كمجموعة دنيا من اعتبارات البيئة والصحة والسلامة القائمة على الأداء للمعدات المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات. SEMI S8-95 ، دليل مستخدم معايير النجاح المريحة للمورد، يتوسع في قسم بيئة العمل في SEMI S2.

تتطلب العديد من الشركات المصنعة لأشباه الموصلات أن يتم اعتماد المعدات الجديدة من قبل طرف ثالث على أنها تلبي متطلبات SEMI S2. توجد إرشادات لتفسير SEMI S2-93 و SEMI S8-95 في منشور صادر عن اتحاد الصناعة SEMATECH (SEMATECH 1996). معلومات إضافية عن SEMI متاحة على شبكة الإنترنت العالمية (http://www.semi.org).

المناولة الكيميائية

صرف السائل

مع تحول أنظمة التوزيع الآلي للمواد الكيميائية إلى القاعدة وليس الاستثناء ، انخفض عدد الحروق الكيميائية للموظفين. ومع ذلك ، يجب تثبيت الضمانات المناسبة في أنظمة التوزيع الآلي للمواد الكيميائية. وتشمل هذه:

• كشف التسرب والإغلاق التلقائي في مصدر الإمداد بالجملة وفي صناديق التوصيل

• احتواء مزدوج للخطوط إذا كانت المادة الكيميائية تعتبر مادة خطرة

• مستشعرات عالية المستوى عند نقاط النهاية (حوض استحمام أو وعاء أدوات)

• إيقاف تشغيل المضخة في الوقت المحدد (يسمح فقط بضخ كمية محددة إلى الموقع قبل إيقاف تشغيله تلقائيًا).

صرف الغاز

لقد تحسنت سلامة توزيع الغاز بشكل كبير على مر السنين مع ظهور أنواع جديدة من صمامات الأسطوانة ، وفتحات التدفق المقيدة المدمجة في الأسطوانة ، ولوحات تطهير الغاز الأوتوماتيكية ، واكتشاف معدل التدفق العالي وإغلاقه ، ومعدات أكثر تعقيدًا للكشف عن التسرب. نظرًا لخصائصه التلقائية الاشتعال واستخدامه الواسع كمخزون تغذية ، فإن غاز السيلان يمثل أكبر خطر انفجار داخل الصناعة. ومع ذلك ، فقد أصبحت حوادث غاز السيلان أكثر قابلية للتنبؤ مع بحث جديد أجراه Factory Mutual و SEMATECH. مع الفتحات المناسبة ذات التدفق المنخفض (RFOs) ، وضغوط التسليم ومعدلات التهوية ، تم القضاء على معظم حوادث التفجير (SEMATECH 1995).

وقعت العديد من حوادث السلامة في السنوات الأخيرة بسبب الاختلاط غير المنضبط للغازات غير المتوافقة. بسبب هذه الحوادث ، غالبًا ما يقوم مصنعو أشباه الموصلات بمراجعة تركيبات خطوط الغاز وصناديق غاز الأدوات لضمان عدم حدوث خلط غير صحيح و / أو تدفق عكسي للغازات.

عادة ما تولد القضايا الكيميائية أكبر المخاوف في تصنيع أشباه الموصلات. ومع ذلك ، فإن معظم الإصابات والوفيات داخل الصناعة ناتجة عن مخاطر غير كيميائية.

السلامة الكهربائية

هناك العديد من المخاطر الكهربائية المرتبطة بالمعدات المستخدمة في هذه الصناعة. تلعب أقفال الأمان دورًا مهمًا في السلامة الكهربائية ، ولكن غالبًا ما يتم تجاوز هذه التشابك بواسطة فنيي الصيانة. عادةً ما يتم تنفيذ قدر كبير من أعمال الصيانة بينما لا تزال المعدات نشطة أو غير نشطة جزئيًا فقط. ترتبط أهم المخاطر الكهربائية بغرسات الأيونات وإمدادات طاقة الليزر. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل الأداة. ساعدت عملية مراجعة SEMI S2 في الولايات المتحدة وعلامة CE في أوروبا على تحسين السلامة الكهربائية للمعدات الجديدة ، لكن عمليات الصيانة لا يتم دائمًا النظر فيها بشكل كافٍ. هناك حاجة إلى مراجعة دقيقة لعمليات الصيانة والمخاطر الكهربائية لجميع المعدات المثبتة حديثًا.

ثانيًا في قائمة المخاطر الكهربائية هي مجموعة المعدات التي تولد طاقة التردد اللاسلكي أثناء عمليات الحفر ، والرش ، وتنظيف الغرفة. يلزم توفير التدريع والتأريض المناسبين لتقليل مخاطر حروق التردد اللاسلكي.

تتطلب هذه المخاطر الكهربائية والعديد من الأدوات التي لا يتم إيقاف تشغيلها أثناء عمليات الصيانة من فنيي الصيانة استخدام وسائل أخرى لحماية أنفسهم ، مثل إجراءات الإغلاق / الوسم. المخاطر الكهربائية ليست هي مصادر الطاقة الوحيدة التي يتم التعامل معها من خلال الإغلاق / tagout. تشمل مصادر الطاقة الأخرى خطوط الضغط ، والعديد منها يحتوي على غازات أو سوائل خطرة ، وأجهزة تحكم تعمل بالهواء المضغوط. يجب أن تكون عمليات قطع الاتصال للتحكم في مصادر الطاقة هذه في مكان متاح بسهولة - داخل القوات المسلحة البوروندية (التصنيع) أو منطقة المطاردة حيث سيعمل الموظف ، بدلاً من الأماكن غير الملائمة مثل المصانع الفرعية.

توازن

تستمر الواجهة بين الموظف والأداة في إحداث إصابات. إجهاد العضلات والالتواء شائع إلى حد ما في صناعة أشباه الموصلات ، خاصة مع فني الصيانة. غالبًا ما لا يتم تصميم الوصول إلى المضخات وأغطية الغرف وما إلى ذلك بشكل جيد أثناء تصنيع الأداة وأثناء وضع الأداة في fab. يجب أن تكون المضخات على عجلات أو توضع في أدراج أو صواني تسحب للخارج. يجب دمج أجهزة الرفع في العديد من العمليات.

يتسبب التعامل البسيط في الرقائق في مخاطر صحية ، خاصة في المنشآت القديمة. تحتوي المنشآت الأحدث عادةً على رقائق أكبر ، وبالتالي تتطلب أنظمة معالجة آلية أكثر. تعتبر العديد من أنظمة معالجة الرقاقات أجهزة روبوتية ، ويجب مراعاة مخاوف السلامة المتعلقة بهذه الأنظمة عند تصميمها وتركيبها (ANSI 1986).

السلامة من الحرائق

بالإضافة إلى غاز السيلان ، الذي تمت معالجته بالفعل ، فإن غاز الهيدروجين لديه القدرة على أن يكون خطر حريق كبير. ومع ذلك ، فمن المفهوم بشكل أفضل ولم تشهد الصناعة العديد من القضايا الرئيسية المرتبطة بالهيدروجين.

أخطر حريق الآن مرتبط ب الطوابق الرطبة أو حمامات الحفر. المواد البلاستيكية النموذجية للبناء (البولي فينيل كلورايد والبولي بروبيلين والبولي بروبيلين المقاوم للهب) كلها متورطة في صناعة الفاب حرائق. قد يكون مصدر الإشعال عبارة عن سخان حمام مطفي أو حفر ، أو يتم تثبيت أدوات التحكم الكهربائية مباشرة على البلاستيك أو أداة مجاورة. في حالة نشوب حريق بأحد هذه الأدوات البلاستيكية ، ينتشر التلوث بالجسيمات ومنتجات الاحتراق المسببة للتآكل في جميع أنحاء المصنع. الخسارة الاقتصادية كبيرة بسبب وقت التوقف في fab بينما يتم إعادة المنطقة والمعدات إلى معايير غرف الأبحاث. في كثير من الأحيان لا يمكن تطهير بعض المعدات باهظة الثمن بشكل مناسب ، ويجب شراء معدات جديدة. لذلك ، تعتبر الوقاية الكافية من الحرائق والحماية من الحرائق أمرًا بالغ الأهمية.

يمكن معالجة الوقاية من الحرائق بمواد بناء مختلفة غير قابلة للاحتراق. الفولاذ المقاوم للصدأ هو مادة البناء المفضلة لهذه الأسطح الرطبة ، ولكن في كثير من الأحيان لن "تقبل" العملية أداة معدنية. توجد مواد بلاستيكية ذات احتمالية أقل للحريق / الدخان ، ولكن لم يتم اختبارها بعد بشكل كافٍ لتحديد ما إذا كانت ستكون متوافقة مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات.

للحماية من الحرائق ، يجب حماية هذه الأدوات عن طريق حماية الرش دون عائق. غالبًا ما يؤدي وضع مرشحات HEPA فوق المقاعد المبللة إلى سد رؤوس الرشاشات. في حالة حدوث ذلك ، يتم تثبيت رؤوس رش إضافية أسفل المرشحات. تطلب العديد من الشركات أيضًا تثبيت نظام للكشف عن الحرائق وإخمادها داخل تجاويف المكتملة على هذه الأدوات ، حيث تبدأ العديد من الحرائق.

 

الرجوع