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83. マイクロエレクトロニクスと半導体

チャプターエディター: マイケル・E・ウィリアムズ


目次

表と図

一般的なプロファイル
マイケル・E・ウィリアムズ

シリコン半導体製造
David G. Baldwin、James R. Rubin、Afsaneh Gerami

液晶ディスプレイ
David G. Baldwin、James R. Rubin、Afsaneh Gerami

III-V 半導体製造
David G. Baldwin、Afsaneh Gerami、James R. Rubin

プリント回路基板およびコンピュータ アセンブリ
マイケル・E・ウィリアムズ

健康への影響と病気のパターン
ドナルド・V・ラシター

環境と公衆衛生の問題
コーキーチュー

テーブル類

以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。

1. フォトレジストシステム
2. フォトレジスト剥離剤
3. ウェットケミカルエッチング液
4. プラズマ エッチング ガスおよびエッチングされた材料
5. 拡散用接合形成ドーパント
6. シリコンエピタキシーの主なカテゴリー
7. CVDの主なカテゴリー
8. フラットパネルディスプレイのクリーニング
9. PWB プロセス: 環境、健康、安全
10. PWB廃棄物の発生と管理
11. PCB廃棄物の発生と管理
12. 廃棄物の発生と管理
13. 優先ニーズのマトリックス

フィギュア

サムネイルをポイントすると、図のキャプションが表示されます。クリックすると、記事のコンテキストで図が表示されます。

MIC060F7MICO10F2MIC010F3MIC020F3MIC030F1MIC050F4MICO50F5MIC050F6MIC060F6MIC060F7MIC060F2MIC060F3MIC060F4MIC060F5


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土曜日、19月2011 20:40

一般的なプロファイル

マイクロエレクトロニクスおよび半導体産業におけるプロセスと製品の多様性は計り知れません。 この章の労働安全衛生の議論の焦点は、半導体集積回路 (IC) の製造 (シリコンベースの製品と原子価 III-V 化合物の両方)、プリント配線板 (PWB) の製造、プリント回路基板 (PCB) に集中しています。組み立てとコンピューターの組み立て。

業界は、多数の主要なセグメントで構成されています。 電子工業会は、業界内の関連する傾向、売上、および雇用に関するデータを報告する際に、次の説明を使用しています。

  • 電子部品
  • 家電
  • 電気通信
  • 防衛通信
  • コンピュータと周辺機器
  • 産業用電子機器
  • 医療用電子機器。

 

電子部品には、電子管 (例: 受信用、専用およびテレビ管)、ソリッドステート製品 (例: トランジスタ、ダイオード、IC、発光ダイオード (LED)、および液晶ディスプレイ (LCD)) およびパッシブおよびディスプレイ (LCD) が含まれます。その他のコンポーネント (コンデンサ、抵抗器、コイル、変圧器、スイッチなど)。

家庭用電化製品には、テレビ、その他の家庭用および携帯用のオーディオおよびビデオ製品、およびパーソナル コンピュータ、ファクシミリ送信機、電話応答装置などの情報機器が含まれます。 電子ゲームのハードウェアとソフトウェア、ホーム セキュリティ システム、ブランクのオーディオおよびビデオ カセットとフロッピー ディスク、電子アクセサリ、および完全な一次電池も、消費者向け電子機器の項目に該当します。

コンピュータおよび周辺機器には、汎用および専用のコンピュータに加えて、補助記憶装置、入出力機器 (キーボード、マウス、光学式走査デバイス、プリンタなど)、端末などが含まれます。 電気通信、防衛通信、産業用および医療用電子機器は同じテクノロジーの一部を利用していますが、これらのセグメントには特殊な機器も含まれています。

マイクロエレクトロニクス産業の出現は、世界経済の進化と構造に大きな影響を与えました。 世界の先進国における変化のペースは、特に集積回路の進化において、この業界内の進歩に大きく影響されてきました。 この変化のペースは、集積回路チップあたりのトランジスタ数のタイムラインにグラフで表されています (図 1 を参照)。

図 1. 集積回路チップあたりのトランジスタ数

MICO10F1

世界的な半導体販売の経済的重要性は非常に重要です。 図 2 は、1993 年から 1998 年までの世界および地域の半導体売上高に対する半導体産業協会による予測です。

図 2. 世界の半導体売上予測

MICO10F2

半導体 IC およびコンピュータ/電子機器の組み立て産業は、生産労働力の相対的な構成において、他のほとんどの産業カテゴリと比較して独特です。 半導体製造エリアでは、プロセス装置を操作する女性オペレーターの割合が高い。 通常、オペレーター関連のタスクには、重い物を持ち上げたり、過剰な体力を必要としません。 また、仕事のタスクの多くには、細かい運動能力と細部への注意が必要です。 男性労働者は、メンテナンス関連のタスク、エンジニアリング機能、および管理において優勢です。 同様の構成は、この業界セグメントのコンピューター/電子機器の組み立て部分にも見られます。 この業界のもう XNUMX つの珍しい特徴は、製造業が世界のアジア/太平洋地域に集中していることです。 これは特に 最終組み立て or バックエンド 半導体産業のプロセス。 この処理には、製造された集積回路チップ (技術的にはダイとして知られている) をチップ キャリアとリード フレームに配置することが含まれます。 この処理には、通常は顕微鏡を使用したチップの正確な位置決めと、非常に細かい運動能力が必要です。 繰り返しになりますが、女性労働者がプロセスのこの部分を支配しており、世界の生産の大部分は環太平洋地域に集中しており、台湾、マレーシア、タイ、インドネシア、フィリピンに集中しており、中国とベトナムでその数が増えています.

半導体ICの製造分野には、この業界特有のさまざまな特殊性や特徴があります。 すなわち、IC処理は、非常に厳格な微粒子制御計画および要件を伴う。 典型的な最新の IC 製造エリアは、クラス 1 以下のクリーンルームと評価される場合があります。 比較の方法として、屋外環境はクラス 500,000 を超えます。 約クラス 100,000 の家の典型的な部屋。 約クラス10,000の半導体バックエンド組立エリア。 このレベルの微粒子制御を達成するには、製造作業員を完全に密閉された環境に実際に配置する必要があります。 バニースーツ 製造エリアの労働者によって生成される微粒子のレベルを制御するための空気供給およびろ過システムを備えています。 製造エリアの人間の居住者は、呼気、皮膚や髪の毛の脱落、衣服や靴からの微粒子の非常に強力な発生源であると考えられています. 閉じ込められた衣服を着用し、仕事のルーチンを隔離するというこの要件は、従業員が「もてなしのない」職場環境で働いているように感じる一因となっています。 図 3 を参照してください。また、フォトリソグラフィー領域では、処理にはウェーハを光活性溶液にさらし、次に紫外光を使用してウェーハ表面に画像をパターン化することが含まれます。 この処理エリアからの不要な紫外 (UV) 光を軽減するために、特別な黄色の光が使用されます (屋内照明に通常見られる UV 波長成分がありません)。 これらの黄色のライトは、労働者が別の職場環境にいると感じさせるのに役立ち、一部の個人には方向感覚を失う可能性があります.

図 3. 最先端のクリーンルーム

MIC010F3

 

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土曜日、19月2011 20:44

シリコン半導体製造

プロセスの概要

ディスクリート デバイス (トランジスタなどの能動デバイスを XNUMX つだけ含む半導体) または IC (少なくとも XNUMX つの電子回路機能を実行できる単一の半導体基板内の能動要素と受動要素の相互接続アレイ) のいずれかである、シリコン半導体デバイス処理の説明、高度に技術的で特定の操作が多数含まれます。 この説明の目的は、シリコン半導体デバイスの製造に使用される主要なコンポーネントのステップと、関連する環境、健康、安全 (EHS) の問題の基本的な枠組みと説明を提供することです。

IC の製造には、回路が完成するまでに何度も繰り返される一連のプロセスが含まれます。 最も一般的な IC では、パターニング プロセスを完了するために 6 枚以上のマスクが使用されます。通常は 10 ~ 24 枚のマスクが使用されます。 マイクロ回路の製造は、直径 4 ~ 12 インチの超高純度シリコン ウエハーから始まります。 完全に純粋なシリコンはほとんど絶縁体ですが、 ドーパント、 10 ~ 100 ppm の量で添加すると、シリコンは電気を伝導します。

集積回路は、ドープされたシリコンで作られた何百万ものトランジスタ (ダイオード、抵抗、コンデンサも含む) で構成され、すべてが適切な導体パターンで接続されて、コンピュータ ロジック、メモリ、またはその他の種類の回路を作成します。 XNUMX枚のウエハー上に何百ものマイクロ回路を作ることができます。

酸化、リソグラフィ、エッチング、ドーピング、化学気相堆積、およびメタライゼーションの XNUMX つの主要な製造処理ステップは、すべてのシリコン半導体デバイスに共通しています。 これらに続いて、組み立て、テスト、マーキング、梱包、および出荷が行われます。

酸化

一般に、半導体デバイス処理の最初のステップでは、ウェーハの外面を酸化して、二酸化シリコン (SiO) の薄層 (約 XNUMX ミクロン) を成長させます。2)。 これは主に表面を不純物から保護し、その後の拡散プロセスのマスクとして機能します。 シリコン上に二酸化ケイ素の化学的に安定した保護ウェーハを成長させるこの能力により、シリコンウェーハは最も広く使用されている半導体基板になります。

一般に熱酸化と呼ばれる酸化は、高温拡散炉で行われるバッチプロセスです。 二酸化ケイ素の保護層は、酸素 (O2) (乾式酸化) または水蒸気と結合した酸素 (H2O) (湿式酸化)。 炉内温度は800~1,300℃oC. 望ましくない不純物を制御するために、塩化水素 (HCl) の形態の塩素化合物を添加することもできます。

新しい製造施設では、縦型酸化炉に向かう傾向があります。 縦型炉は、より優れた汚染管理、より大きなウェーハサイズ、およびより均一な処理のニーズにより適切に対応します。 貴重なクリーンルームの床面積を節約するため、機器のフットプリントを小さくすることができます。

乾式酸化

酸化されるシリコンウェーハは、最初に洗浄剤と水溶液を使用して洗浄され、溶媒はキシレン、イソプロピルアルコールまたは他の溶媒ですすがれます。 洗浄されたウェーハは乾燥され、 ボート オペレーター側にロードされます (ロードエンド) 石英拡散炉管またはセルの。 チューブの入口端(ソースエンド) 高純度酸素または酸素/窒素混合物を供給します。 石英管への「ドライ」酸素の流れが制御され、シリコンウェーハ表面での二酸化シリコンの成長に過剰な酸素が利用できるようになります。 基本的な化学反応は次のとおりです。

はい + O2 → SiO2

ウェット酸化

水が酸化剤である場合、水蒸気を導入する XNUMX つの方法 (自然発火、高圧、バブラー、フラッシュ) が一般的に使用されます。 基本的な化学反応は次のとおりです。

自然発火性および高圧:Si + 2O2 + 2 H2 → SiO2 + 2H2O

フラッシュとバブラー: Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

自然発火酸化 水素/酸素混合ガスの導入と燃焼を伴います。 そのようなシステムは一般に呼ばれます 燃焼水素 or トーチ システム。 適切な量​​の水素と酸素がチューブの入口端に導入されて反応すると、水蒸気が生成されます。 適切な燃焼を保証し、爆発性の水素ガスの蓄積を防ぐために、混合物を正確に制御する必要があります。

高圧酸化 (HiPox) は専門的には水熱合成システムと呼ばれ、超高純度水素と酸素の反応により水蒸気を生成します。 その後、蒸気は高圧チャンバーに送り込まれ、10 気圧に加圧され、湿式酸化プロセスが加速されます。 蒸気源として脱イオン水を使用することもできます。

In バブラー酸化 脱イオン水は、と呼ばれる容器に入れられます。 バブラー 加熱マントルを使用して沸点100℃以下の一定温度に保たれます。 窒素または酸素ガスは、バブラーの入口側に入り、水中を上昇するにつれて水蒸気で飽和し、出口を通って拡散炉に出ます。 バブラーシステムは、最も広く使用されている酸化方法のようです。

In フラッシュ酸化 加熱された石英容器の底面に脱イオン水を連続的に滴下すると、水は高温の表面に当たると急速に蒸発します。 窒素または酸素キャリアガスが蒸発する水の上を流れ、水蒸気を拡散炉に運びます。

リソグラフィー

フォトリソグラフィまたは単にマスキングとしても知られるリソグラフィは、酸化されたウェーハ上にパターンを正確に形成する方法です。 超小型電子回路は層ごとに構築され、各層は回路設計で規定されたマスクからパターンを受け取ります。

印刷業界は、今日の半導体デバイスの微細加工プロセスの真の前例を開発しました。 これらの開発は、化学エッチングによる材料の除去によって表面レリーフパターンが生成される、通常は金属製の印刷版の製造に関するものです。 この同じ基本的な技術は、生産に使用されます マスターマスク デバイスの処理の各層の製造に使用されます。

回路設計者は、各層の基本回路をデジタル化します。 このコンピュータ化された回路図により、マスク回路を迅速に生成でき、必要な変更が容易になります。 この手法は、コンピューター支援設計 (CAD) として知られています。 強力なコンピュータ アルゴリズムを利用するこれらのオンライン設計システムにより、設計者はインタラクティブなグラフィック機能を備えたビデオ ディスプレイ画面上で回路を直接レイアウトおよび変更できます。

回路の各レイヤーの最終的な図面またはマスクは、コンピューター駆動のフォトプロッターまたはパターン ジェネレーターによって作成されます。 次に、これらのフォトプロットされた図面は、回路の実際のサイズに縮小されます。マスター マスクは、クロム レリーフ付きのガラス上に作成され、ウエハー上で接触またはプロジェクション プリンティングに使用されるワーク プレートに複製されます。

これらのマスクは、フォトリソグラフィによってウェーハに転写される導電領域と絶縁領域のパターンを描きます。 ほとんどの企業は独自のマスクを製造していませんが、マスク製造業者から提供されたものを使用しています。

クリーニング

微粒子や汚染のない外部ウエハー表面の必要性は、頻繁な洗浄を必要とします。 主なカテゴリは次のとおりです。

  • 脱イオン水と洗剤のスクラブ
  • 溶剤:イソプロピルアルコール(IPA)、アセトン、エタノール、テルペン
  • 酸: フッ化水素酸 (HF)、硫酸 (H2SO4)および過酸化水素(H2O2)、塩酸(HCl)、硝酸(HNO3) および混合物
  • 苛性: 水酸化アンモニウム (NH4ああ)。

 

レジスト塗布

ウェーハは、溶剤系ポリマーのレジスト材料でコーティングされ、高速で回転します。 スピナー、薄く均一な層を広げます。 次に溶媒が蒸発し、ポリマーフィルムが残ります。 すべてのレジスト材料は、選択された現像液リンス中の合成有機ポリマーの溶解度の (主に紫外線) 放射線による変化に依存します。 レジスト材料は、放射線への露光によって現像液への溶解度が減少するか (ネガティブ)、増加するか (ポジティブ) に応じて、ネガ型レジストまたはポジ型レジストのいずれかに分類されます。 表 1 は、さまざまなフォトレジスト システムの構成要素を示しています。

表 1. フォトレジスト システム

紫外線

近距離 (350 ~ 450 nm)

PB
S
D

アジド系脂肪族ゴム(イソプレン)
酢酸n-ブチル、キシレン、n-メチル-2-ピロリドン、エチルベンゼン
キシレン、脂肪族炭化水素、酢酸n-ブチル、
ストッダード溶剤(石油留分)

 

ポジティブ

PB
S


D

オルトジアゾケトン
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メチル
プロピオン酸メトキシ、プロピオン酸エトキシエチル、酢酸n-ブチル、キシレン、
クロロトルエン
水酸化ナトリウム、ケイ酸塩、水酸化カリウム

ディープ (200 ~ 250 nm)

主に
積極的な抵抗

   

電子線(約100nm)

 

PB
S
D

コポリマー - アクリル酸エチルとメタクリル酸グリシジル (COP)
N / A
N / A

 

ポジティブ

PB

S
D

ポリメチルメタクリレート、ポリフルオロアルキルメタクリレート、ポリアルキルアルデヒド、ポリシアノエチルアクリレート
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
アルカリまたは IPA、酢酸エチル、またはメチル イソブチル ケトン (MIBK)

X線(0.5~5nm)

 

PB
S
D

コポリマー - アクリル酸エチルとメタクリル酸グリシジル (COP)
N / A
N / A

 

ポジティブ

PB

S
D

ポリメチルメタクリレート、オルトジアゾケトン、ポリ
(ヘキサフルオロブチルメタクリレート)、ポリ(ブテン-1-スルホン)
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
N / A

PB = ポリマーベース。 S = 溶媒; D = 開発者。

ほとんどのフォトレジストは紫外線 (UV) に敏感であるため、処理領域は敏感な UV 波長を欠く特別な黄色の光で照らされます (図 1 を参照)。

図 1. フォトリソグラフィ「イエロー ルーム」装置

MIC020F3

業界では主にネガおよびポジ UV レジストが使用されています。 ただし、電子ビームおよび X 線レジストは、解像度が高いため、市場シェアを獲得しています。 リソグラフィにおける健康上の懸念は、主に、業界によって現在段階的に廃止されている特定のポジ型レジスト (キャリアとしてのエチレングリコール モノエチル エーテル アセテートなど) に関連する潜在的な生殖障害によって引き起こされます。 ネガ レジスト (キシレンなど) から時折発生する悪臭も、従業員の懸念の原因となります。 これらの懸念のために、半導体産業の産業衛生士は、フォトレジスト操作のサンプリングに多くの時間を費やしています。 これはこれらの操作を特徴付けるのに役立ちますが、スピナーおよび現像操作中の日常的な暴露は、通常、プロセスで使用される溶剤の職業暴露の空気感染基準の 5% 未満です (Scarpace et al. 1989)。

スピナーシステムの操作中に、1 ppm のエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートへの 6.3 時間の暴露が検出されました。 この被ばくは、主に保守作業中の不適切な作業が原因でした (Baldwin、Rubin、および Horowitz 1993)。

乾燥・仮焼成

レジストが適用された後、ウェーハはトラック上を移動するか、手動でスピナーから窒素雰囲気の温度制御オーブンに移動されます。 適度な温度 (70 ~ 90°C) でフォトレジストが硬化 (ソフト ベーク) し、残りの溶剤が蒸発します。

レジスト層をウエハーに確実に接着させるために、プライマー、ヘキサメチルジシリザン (HMDS) がウエハーに塗布されます。 プライマーは、ウェーハの表面に分子状の水を結び付けます。 HMDS は、浸漬またはスピンオン プロセスで直接適用されるか、他の方法よりもプロセスとコストの利点を提供する蒸気プライムを介して適用されます。

マスクの位置合わせと露光

マスクとウエハーは、精密な光学/機械装置を使用して近づけられ、マスク上のイメージは、フォトレジスト層の下のウエハーに既に存在するパターンに合わせられます。 最初のマスクでは、位置合わせは必要ありません。 古い技術では、バイスコープ (デュアル レンズ顕微鏡) と、マスクに対してウェーハを位置決めするための精密制御を使用することによって、連続する層の位置合わせが可能になりました。 新しい技術では、アライメントはウェーハ上の基準点を使用して自動的に行われます。

位置合わせが完了すると、高強度の紫外線水銀蒸気またはアークランプ光源がマスクを通して輝き、マスクの不透明領域によって保護されていない場所のレジストが露出します。

ウェーハの位置合わせと露光のさまざまな方法には、UV フラッド露光 (接触または近接)、縮小のための投影レンズを介した UV 露光 (投影)、UV ステップおよび反復縮小露光 (投影)、X 線フラッド (近接)、および電子ビーム スキャンが含まれます。露出(直書き)。 使用されている主な方法は、近接アライナーまたは投影アライナーを介した水銀蒸気およびアークランプからの UV 露光です。 UV レジストは、UV 波長の広いスペクトルに反応するように設計されているか、ランプから放射される 435 つまたは複数の主要なスペクトル線 (たとえば、405 nm の g 線、 365 nm および XNUMX nm の i 線)。

フォトマスキングで現在使用されている UV 光の主な波長は 365 nm 以上ですが、UV ランプのスペクトルには、健康上の懸念がある波長領域である 315 nm 未満の化学線領域にも大きなエネルギーが含まれています。 通常、装置から漏れる UV 放射の強度は、化学線領域の太陽光から存在するものよりも、UV への職業的暴露に対して設定された基準よりも小さいです。

メンテナンス中に、UV ランプの位置合わせを行うために、機器のキャビネットの外で、または通常の保護フィルターなしで、UV ランプに通電する必要がある場合があります。 この作業中の暴露レベルは、職業上の暴露限界を超える可能性がありますが、通常、標準的なクリーンルームの服装 (例えば、スモック、ビニール手袋、フェイスマスク、UV 阻害剤入りのポリカーボネート製安全メガネ) は、UV 光を暴露限界未満に減衰させるのに十分です (Baldwin and Stewart 1989 )。

フォトリソグラフィーで使用される紫外線ランプの主な波長は 365 nm 以上ですが、高度な IC でより小さな機能を追求するために、深紫外線や X 線などのより短い波長の露光源が使用されるようになっています。 この目的のための 248 つの新しい技術は、ステッパーで使用されるフッ化クリプトン エキシマ レーザーの使用です。 これらのステッパーは、高レーザー出力で XNUMX nm の波長を使用します。 ただし、これらのシステムの筐体には、通常の動作時にビームが含まれています。

半導体製造で使用される高出力レーザー システムを含む他の装置と同様に、主な懸念事項は、ビーム アライメント中にシステムのインターロックを無効にする必要がある場合です。 高出力レーザーは、半導体業界で最も重大な電気的危険の 1993 つでもあります。 電源を切った後でも、ツール内には重大な衝撃の可能性があります。 これらのシステムの制御と安全設計に関する考慮事項は、Escher、Weathers、および Labonville (XNUMX) によってカバーされています。

リソグラフィで使用される先端技術の露光源の 50 つに X 線があります。 X 線リソグラフィー源からの放出レベルは、機器の中心で年間 5 ミリシーベルト (1989 rem) に近い線量率になる可能性があります。 被ばくを最小限に抑えるために、遮蔽された壁の内部へのアクセスを制限することが推奨されています (Rooney and Leavey XNUMX)。

現像

現像ステップ中に、レジストの未重合領域が溶解され、除去されます。 溶剤ベースの現像剤は、浸漬、スプレー、または霧化のいずれかによって、レジストで覆われたウェーハ表面に適用されます。 表 1 に現像液を示します。n-酢酸ブチル、イソプロピル アルコール、アセトンなど) は、通常、現像液の後に塗布して残留物を除去します。 現像後に残ったレジストは、その後の処理中に個々の層を保護します。

ベーキング

レジストの位置合わせ、露光、現像の後、ウェーハは窒素雰囲気の別の温度制御オーブンに移されます。 より高い温度のオーブン (120 ~ 135°C) により、フォトレジストが硬化し、ウェーハ表面で完全に重合します (ハード ベーク)。

フォトレジスト剥離

現像されたウェーハは、湿式または乾式化学薬品を使用して選択的にエッチングされます (以下の「エッチング」を参照)。 残りのフォトレジストは、次の処理の前にウェーハから剥がさなければなりません。 これは、温度制御されたバスで湿った化学溶液を使用するか、プラズマアッシャーまたは乾燥化学薬品を使用して行われます。 表 2 は、ウェットとドライの両方の化学成分を示しています。 プラズマ アッシングと同じ装置と動作原理を使用する乾式化学プラズマ エッチングについて説明します。


表 2. フォトレジスト剥離剤

ウェットケミカル

 

硫酸 (H2SO4)およびクロム(CrO3)

硫酸 (H2SO4) および過硫酸アンモニウム ((NH4)2S2O8)

硫酸 (H2SO4)および過酸化水素(H2O2)

オーガニック

フェノール、硫酸、トリクロロベンゼン、パークロロエチレン

グリコールエーテル、エタノールアミン、トリエタノールアミン

水酸化ナトリウムおよびケイ酸塩(ポジ型レジスト)

ドライケミカル

プラズマ灰化(剥離)

RF (無線周波数) 電源 — 13.56 MHz または 2,450 MHz 周波数

酸素(O2) ソースガス

真空ポンプシステム

—液体窒素トラップで潤滑されたオイル(旧技術)
—不活性パーフルオロポリエーテル流体で潤滑 (新しい技術)
—ドライポンプ(最新技術)


エッチング

エッチングにより、二酸化ケイ素 (SiO2)、金属、ポリシリコン、およびレジストを、レジストによって描写される所望のパターンに従って。 エッチングの XNUMX つの主要なカテゴリは、湿式化学と乾式化学です。 湿式エッチングが主に使用され、除去する材料と反応する所望の強度のエッチング液 (通常は酸混合物) を含む溶液を使用します。 ドライ エッチングでは、高エネルギーのチャンバー内で真空下で反応性ガスを使用します。これにより、レジストで保護されていない必要な層も除去されます。

ウェットケミカル

湿式化学エッチング溶液は、温度制御されたポリプロピレン (poly-pro)、難燃性ポリプロピレン (FRPP)、またはポリ塩化ビニル (PVC) 製のエッチング槽に収容されます。 バスには通常、リングタイプのプレナム排気換気装置またはウェットケミカルエッチングステーションの後部にあるスロット付き排気装置が装備されています。 垂直層流フードは、均一にろ過された粒子のない空気をエッチング槽の上面に供給します。 エッチングされる表面層に関連して、一般的なウェットエッチング剤の化学溶液を表 3 に示します。

表 3. ウェット ケミカル エッチング液

エッチングする材料

エッチング剤

シリコン

多結晶シリコン(Si)

フッ化水素酸、硝酸、酢酸、ヨウ素
水酸化カリウム
エチレンジアミン・カテコール
フッ化アンモニウム、氷酢酸および硝酸

二酸化ケイ素(SiO2)

緩衝酸化物エッチング (BOE) - フッ化水素酸および
フッ化アンモニウム
BOE、エチレングリコール、モノメチルエーテル
フッ化水素酸および硝酸 (P-etch)

窒化ケイ素(Si3N4)

リン酸およびフッ化水素酸

CVD 酸化物またはパッド エッチング

フッ化アンモニウム、酢酸およびフッ化水素酸

金属

アルミニウム(Al)

リン酸、硝酸、酢酸、塩酸
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム

クロムニッケル (Cr/Ni)

硝酸セリウムアンモニウムと硝酸
塩酸および硝酸(王水)

ゴールド(Au)

塩酸および硝酸(王水)
ヨウ化カリウム (KI)
シアン化カリウム (KCN) および過酸化水素 (H2O2)
塩化第二鉄(FeCl3)と塩酸

シルバー(Ag)

硝酸第二鉄 (FeNO3)およびエチレングリコール
硝酸

標準濃度 (%)

酢酸

CH3COOH

36

フッ化アンモニウム

NH4F

40

氷酢酸

CH3COOH

99.5

塩酸

塩酸

36

フッ化水素酸

HF

49

硝酸

HNO3  

67

リン酸

H3PO4  

85

水酸化カリウム

KOH

50 or 10

水酸化ナトリウム

NaOH

50 or 10

硫酸

H2SO4  

96

 

垂直に取り付けられたフロー供給フードは、スプラッシュ シールドおよび排気換気装置と組み合わせて使用​​すると、ウェット ケミカル エッチング ステーション内に乱気流の領域が生じる可能性があります。 その結果、使用中のエッチング槽から一時的な空気汚染物質を捕捉して経路指定する際の局所排気換気の有効性が低下する可能性があります。

ウェット エッチングの主な懸念事項は、濃酸との皮膚接触の可能性です。 エッチングに使用されるすべての酸は酸やけどを引き起こす可能性がありますが、フッ化水素酸 (HF) への曝露は特に懸念されます。 皮膚接触から痛みまでのタイムラグ (24% HF 未満の溶液の場合は最大 20 時間、1 ~ 8% の溶液の場合は 20 ~ 50 時間) により、治療が遅れ、予想よりも重度の火傷を負う可能性があります (Hathaway et al. 1991)。 .

歴史的に、酸によるやけどは業界内で特に問題となっています。 しかし、酸との皮膚接触の発生率は、近年減少しています。 この削減の一部は、ドライ エッチングへの移行、より多くのロボット工学の使用、化学薬品ディスペンス システムの設置など、エッチング プロセスにおける製品関連の改善によって引き起こされました。 酸によるやけどの発生率の低下は、取り扱い技術の改善、個人用保護具の使用の増加、ウェットデッキの設計の改善、トレーニングの改善にも起因する可能性があります。発生率がさらに低下する場合は、これらすべてに引き続き注意を払う必要があります (Baldwin and Williams 1996)。 )。

ドライケミカル

ドライ ケミカル エッチングは、エッチング プロセスをより適切に制御し、汚染レベルを低減する能力があるため、関心が高まり、使用が拡大している分野です。 乾式化学処理では、化学反応性ガスの使用または物理的衝撃により、目的の層を効果的にエッチングします。

シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、アルミニウム、タンタル、タンタル化合物、クロム、タングステン、金、およびガラスを効果的にエッチングできる化学反応性プラズマエッチングシステムが開発されている。 XNUMX 種類のプラズマ エッチング リアクター システムが使用されています。つまり、バレル (円筒) と平行プレート (平面) です。 どちらも同じ原理で動作し、主に構成のみが異なります。

プラズマは、プラズマの原子または分子の一部がイオン化され、かなりの数のフリーラジカルを含む可能性があることを除いて、ガスに似ています。 典型的なリアクターは、通常はアルミニウム、ガラス、または石英で作られたウェーハを含む真空リアクターチャンバーで構成されています。 高周波 (RF) エネルギー源 (通常は 450 kHz、13.56 MHz または 40.5 MHz) と、処理時間、反応ガスの組成、ガスの流量、および RF 電力レベルを制御するための制御モジュール。 さらに、オイル潤滑 (古い技術) または乾式 (新しい技術) の粗引きポンプの真空源が、反応室と一致しています。 ウェーハは、個別にまたはカセットでリアクターにロードされ、ポンプがチャンバーを排気し、試薬ガス (通常は四フッ化炭素) が導入されます。 ガスのイオン化によりエッチング プラズマが形成され、これがウェーハと反応して揮発性生成物を形成します。揮発性生成物は排出されます。 チャンバへの新鮮な反応ガスの導入は、エッチング活動を維持します。 表 4 は、さまざまな層のエッチングに使用される材料とプラズマ ガスを示しています。

表 4. プラズマ エッチング ガスとエッチングされる材料

材料

ガス

シリコン

ポリシリコン(polySi)とシリコン

CF+O2、CCl4 または CF3Cl、CF4 および塩酸

二酸化ケイ素(SiO2)

C2F6、C3F8、CF4、SiF4、C5F12、スイスフラン3、CCl2F2、SF6、HF

窒化ケイ素(Si3N4)

CF4 +Ar、CF4 + O2、CF4 + H2

金属

アルミニウム(Al)

CCl4 またはBCl3 +彼またはAr

クロム(Cr)

CCl4

酸化クロム (CrO3)

Cl2 + ArまたはCCl4 +Ar

ガリウム砒素(GaAs)

CCl2F2

バナジウム(V)

CF4

チタン(Ti)

CF4

タントゥルム (Ta)

CF4

モリブデン(Mo)

CF4

タングステン(W)

CF4

 

エッチングのために現在開発されている別の方法は、マイクロ波ダウンストリームです。 高電力密度のマイクロ波放電を使用して、酸に浸されているかのように材料をエッチングする長寿命の準安定原子を生成します。

物理エッチング プロセスは、エッチングする層に物理的に衝撃を与えるためにアルゴン ガス原子を使用するという点で、サンドブラストに似ています。 転位した材料を除去するために、真空ポンプ システムが使用されます。 反応性イオン エッチングには、化学ドライ エッチングと物理ドライ エッチングの組み合わせが含まれます。

スパッタリングプロセスは、イオン衝撃とエネルギー移動の 450 つです。 スパッタ エッチングにはスパッタリング システムが組み込まれており、エッチングされるウェーハは、グロー放電回路内の負の電極またはターゲットに取り付けられます。 陽イオン(通常はアルゴン)の衝撃によってウェーハから材料がスパッタされ、表面の原子が転位します。 電力は、XNUMX kHz 周波数の RF ソースによって供給されます。 圧力制御と反応物の除去には、インライン真空システムが使用されます。

イオン ビーム エッチングおよびミリングは、低エネルギー イオンのビームを使用する穏やかなエッチング プロセスです。 イオン ビーム システムは、イオン ビームを生成するソース、エッチングまたはミリングが行われるワーク チャンバー、イオン ビームでウェーハを保持するためのターゲット プレート、真空ポンプ システム、サポートする電子機器および機器で構成されます。 イオン ビームは、放電によって生成されたイオン化ガス (アルゴンまたはアルゴン/酸素) またはプラズマから抽出されます。 放電は、電子放出熱フィラメント陰極と放電領域の外径に位置する陽極シリンダとの間に電圧を印加することによって得られる。

イオン ビーム ミリングは、表面相互作用のみが発生するイオン衝撃の低エネルギー範囲で行われます。 これらのイオンは、通常 500 ~ 1,000 eV の範囲でターゲットに衝突し、 スパッタオフ 原子を隣接する原子に結合する力を壊すことにより、原子を表面化します。 イオン ビーム エッチングは、表面原子のより劇的な転位を含む、わずかに高いエネルギー範囲で行われます。

反応性イオン エッチング (RIE) は、低圧での物理的スパッタリングと化学的反応種エッチングの組み合わせです。 RIE は、イオン衝撃を使用して方向性エッチングと、化学反応性ガスである四フッ化炭素 (CF4) または四塩化炭素 (CCl4)、良好なエッチング層の選択性を維持します。 ウェーハは、約 0.1 トル (1.3 x 10-4 雰囲気)。 放電は、数百電子ボルトのエネルギーを持つ反応性の「フリーラジカル」(イオン)のプラズマを生成します。 イオンはウェーハ表面に垂直に衝突し、そこで反応して揮発性種を形成し、低圧のインライン真空システムによって除去されます。

ドライエッチャーには、反応チャンバーの内側に蓄積する堆積物を除去するために使用されるクリーニングサイクルがある場合があります。 洗浄サイクル プラズマに使用される親化合物には、三フッ化窒素 (NF) が含まれます。3)、ヘキサフルオロエタン(C2F6) およびオクタフルオロプロパン (C3F8).

洗浄プロセスで使用されるこれら 1990 つのガス、およびエッチングで使用されるガスの多くは、XNUMX 年代半ばに表面化した半導体産業が直面する環境問題の基礎となっています。 高度にフッ素化されたガスのいくつかは、重大な地球温暖化 (または温室効果) の可能性があると特定されました。 (これらのガスは、PFC、過フッ素化化合物とも呼ばれます。) 大気寿命が長く、地球温暖化の可能性が高く、NF などの PFC の使用が大幅に増加しています。3、C2F6、C3F8、CF4、トリフルオロメタン (CHF3)および六フッ化硫黄(SF)6) は、半導体業界に排出量を削減する方法に焦点を当てさせました。

半導体産業からの PFC の大気への排出は、ツールの効率の悪さ (多くのツールが使用ガスの 10 ~ 40% しか消費しない) と、不適切な大気排出削減装置によるものです。 湿式スクラバーは PFC の除去には効果的ではなく、多くの燃焼装置でのテストでは、一部のガス、特に CF の分解効率が低いことがわかりました。4. これらの燃焼ユニットの多くは C を故障させました2F6 およびC3F8 CFに4. また、これらの削減ツールの高い所有コスト、それらの電力需要、その他の地球温暖化ガスの放出、および有害な大気汚染物質の燃焼副産物は、燃焼による削減が PFC 排出を制御するための適切な方法ではないことを示していました。

プロセス ツールをより効率的にすること、これらのドライ エッチング ガスのより環境に優しい代替手段を特定して開発すること、および排気ガスの回収/リサイクルは、ドライ エッチング装置に関連する環境重視事項でした。

ドライエッチング装置の主な職業衛生上の重点は、反応生成物残留物を含む可能性のある反応チャンバー、ポンプ、およびその他の関連機器で作業するメンテナンス担当者への潜在的な暴露にありました。 プラズマ金属エッチング装置の複雑さと、メンテナンスに伴う臭気の特徴付けの難しさから、多くの調査対象となっています。

プラズマ金属エッチング装置で形成される反応生成物は、塩素化化合物とフッ素化化合物の複雑な混合物です。 金属エッチング装置のメンテナンスは、多くの場合、強い臭気を発生する短時間の操作を伴います。 ヘキサクロロエタンは、あるタイプのアルミニウム エッチング装置の臭気の主な原因であることが判明しました (Helb et al. 1983)。 別の例では、塩化シアンが主な問題でした。暴露レベルは、11 ppm の職業暴露限界の 0.3 倍でした (Baldwin 1985)。 さらに別のタイプのエッチャーでは、塩化水素が臭気と関連しています。 測定された最大暴露量は 68 ppm でした (Baldwin、Rubin、および Horowitz 1993)。 この件に関する追加情報については、Mueller と Kunesh (1989) を参照してください。

金属エッチング装置の排気ガスに含まれる化学物質の複雑さから、研究者はこれらの混合物の毒性を調査するための実験方法を開発するようになりました (Bauer et al. 1992a)。 これらの方法をげっ歯類の研究に適用すると、これらの化学混合物の特定のものは突然変異誘発物質の疑いがあり (Bauer et al. 1992b)、生殖毒素の疑いがある (Schmidt et al. 1995) ことが示される。

ドライ エッチング装置は閉鎖システムとして動作するため、通常、システムが閉鎖されている間は、装置のオペレーターが化学薬品にさらされることはありません。 これに対するまれな例外の XNUMX つは、古いバッチ エッチング装置のパージ サイクルが十分に長くなく、エッチング ガスを適切に除去できない場合です。 これらのエッチング装置のドアが開いたときに、典型的な産業衛生監視手順の検出限界を下回るフッ素化合物への短時間だが刺激的な曝露が報告されています。 通常、これは、エッチング チャンバーのドアを開く前に、パージ サイクルの長さを増やすだけで修正できます。

オペレータが RF エネルギーにさらされることに対する主な懸念は、プラズマ エッチングおよびアッシングの際に生じます (Cohen 1986; Jones 1988)。 通常、RF エネルギーの漏れは次の原因で発生する可能性があります。

  • ずれているドア
  • キャビネットの亀裂と穴
  • エッチングの不適切な接地によるアンテナとして機能する金属テーブルと電気ケーブル
  • エッチャーの表示ウィンドウに減衰スクリーンはありません (Jones 1988; Horowitz 1992)。

 

RF 曝露は、特に装置のキャビネットが取り外された場合に、エッチング装置のメンテナンス中にも発生する可能性があります。 12.9 mW/cmの露出2 古いモデルのプラズマエッチング装置の上部で、保守のためにカバーが取り外されているのが見つかりました (Horowitz 1992)。 オペレータが立っている領域での実際の RF 放射漏れは、通常 4.9 mW/cm 未満でした。2.

ドーピング

間の電気的接合または境界の形成 p および n 単結晶シリコンウェーハの領域は、すべての半導体デバイスの機能にとって不可欠な要素です。 ジャンクションにより、電流は一方向に流れやすくなります。 それらは、すべての半導体のダイオードおよびトランジスタ効果の基礎を提供します。 集積回路では、制御された数の元素不純物またはドーパントを、シリコン基板またはウェーハの選択されたエッチング領域に導入する必要があります。 これは、拡散技術またはイオン注入技術のいずれかによって行うことができます。 使用される技術に関係なく、同じ種類またはドーパントが半導体接合の製造に使用されます。 表 5 は、ドーピングに使用される主なコンポーネント、それらの物理的状態、電気的タイプ (p or n) および使用中の主要な接合技術である拡散またはイオン注入。

表 5. 拡散およびイオン注入用の接合形成ドーパント

素子

都道府県

技術

n型

アンチモン

三酸化アンチモン
三塩化アンチモン

Sb2O3
SbCl3

コールテン
液体


砒素

三酸化ヒ素
三酸化ヒ素
アルシン
五フッ化ヒ素

As2O3
As2O3
3
AsF5

コールテン
液体
ガス
ガス


拡散—スピンオン
拡散とイオン注入
イオン注入

リン

五酸化リン
五酸化リン
三臭化リン
三塩化リン
オキシ塩化リン
ホスフィン
五フッ化リン

P2O5
P2O5
PBr3
PCl3
POCl3
PH3
PF5

コールテン
液体
液体
液体
液体
ガス
ガス


拡散—スピンオン



イオン注入
イオン注入

p型

ボロン

窒化ホウ素
三臭化ホウ素
三酸化ホウ素
三酸化ホウ素
ほう酸トリエチル
四臭化ケイ素
三塩化ホウ素
三フッ化ホウ素
ジボラン

BN
BBr3
B2O3
B2O3
B(COC2H5)3
SiBr4
BCl3
BF3
B2H6

コールテン
液体
コールテン
液体
液体
液体
液体
ガス
ガス




拡散—スピンオン
拡散—スピンオン

拡散イオン注入
イオン注入
イオン注入

 

拡散炉とイオン注入装置の両方のオペレーターが日常的に化学物質にさらされることは少なく、通常、標準的な職業衛生サンプリング手順の検出限界を下回っています。 有毒ガス放出の可能性に関するプロセス中心の化学的懸念。

1970 年代には、進歩的な半導体メーカーが、可燃性ガスや有毒ガスの最初の連続ガス監視システムの設置を開始しました。 この監視の主な焦点は、職業暴露限界を超える臭気閾値を持つ最も有毒なドーパント ガス (アルシンやジボランなど) の偶発的な放出を検出することでした。

半導体業界のほとんどの産業衛生エアモニターは、可燃性ガスや有毒ガスの漏れ検出に使用されています。 ただし、一部の施設では、継続的な監視システムを使用して次のことも行っています。

  • 排気ダクト(煙突)エミッションの分析
  • 揮発性化学物質の周囲空気濃度を定量化する
  • 工場エリアの臭いを特定して定量化します。

 

半導体産業でこのタイプの監視に最も使用されている技術は、比色ガス検出 (例: MDA 連続ガス検出器)、電気化学センサー (例: sensydyne モニター)、およびフーリエ変換赤外線 (例: Telos ACM) です (Baldwin and Williams 1996)。 .

は、拡散炉のソース端の高濃度領域からシリコンウェーハ内の低濃度領域へのドーパントの移動を表すために使用される用語です。 拡散は、接合形成の最も確立された方法です。

この技術は、ウェーハを拡散炉内の加熱雰囲気にさらすことを含む。 炉には、蒸気の形で目的のドーパントが含まれており、ドープされた電気的活動の領域が作成されます。 p or n. 最も一般的に使用されるドーパントは、p 型のホウ素です。 リン (P)、ヒ素 (As) またはアンチモン (Sb) (n 型の場合) (表 5 を参照)。

通常、ウエハーは石英製のキャリアまたはボートに積み重ねられ、拡散炉に配置されます。 拡散炉には、長い石英管と正確な温度制御のための機構が含まれています。 さまざまなシリコンドーパントの拡散速度は主に温度の関数であるため、温度制御は非常に重要です。 使用温度範囲は900~1,300℃ oC、特定のドーパントとプロセスによって異なります。

シリコンウェーハを高温に加熱すると、不純物原子が結晶構造内をゆっくりと拡散します。 不純物は、シリコン自体を通過するよりも二酸化シリコンを通過する速度が遅いため、薄い酸化物を可能にします。 パターンをマスクとして機能させ、ドーパントが保護されていない場所にのみシリコンに入るのを許可します。 十分な不純物が蓄積された後、ウェーハは炉から取り出され、拡散は効果的に停止します。

最大限に制御するために、ほとんどの拡散は XNUMX つのステップで実行されます。先入観 および ドライブイン. プレデポジット、または一定のソースを使用した拡散は最初のステップであり、不純物量を最適に制御できるように温度が選択された炉内で行われます。 温度は、ドーパントの溶解度を決定します。 比較的短いプレデポジット処理の後、通常はより高い温度の第 XNUMX の炉にウェーハを物理的に移動し、そこで第 XNUMX の熱処理によりドーパントをシリコン ウェーハ格子内の所望の拡散深さまで押し込みます。

前堆積ステップで使用されるドーパント ソースは、気体、液体、固体の 5 つの異なる化学状態にあります。 表 XNUMX は、さまざまな種類の拡散源ドーパントとその物理的状態を示しています。

ガスは一般に、圧力制御または調整器、遮断弁、およびさまざまなパージ アタッチメントを備えた圧縮ガス ボンベから供給され、小径の金属管を通して供給されます。

湿式酸化のセクションで説明されているように、通常は液体ドーパント蒸気でキャリアガス流 (通常は窒素) を飽和させるバブラーから液体が分配されます。 液体分注のもう XNUMX つの形式は、 スピンオン ドーパント 装置。 これは、固体のドーパントを液体の溶媒キャリアと一緒に溶液に入れ、フォトレジストの塗布と同様の方法で、ウェーハ上に溶液を滴下し、回転させることを伴います。

固体ソースは、窒化ホウ素ウエハの形状であってもよく、それはドープされる2枚のシリコンウエハの間に挟まれ、次いで拡散炉内に配置される。 また、粉末またはビーズの形態の固体ドーパントは、 石英爆弾 拡散管のソース端に手動で投棄するか、メインの拡散炉と並んで別のソース炉に装填します。

適切な管理がない場合、0.01 mg/mXNUMX を超えるヒ素曝露3 堆積炉のクリーニング中 (Wade et al. 1981) および固体ソース イオン注入装置のソース ハウジング チャンバーのクリーニング中 (McCarthy 1985; Baldwin、King、および Scarpace 1988) で報告されています。 これらの曝露は、空気中の粉塵の量を制限するための予防措置が取られていない場合に発生しました。 しかし、洗浄中に残留物を濡らしたままにしておくと、ばく露は空気中のばく露限度をはるかに下回る値にまで減少しました。

古い拡散技術では、ファーネス チューブの取り外し、クリーニング、および取り付けの際に安全上の問題が存在します。 危険には、壊れた石英製品による潜在的な切り傷や、手動クリーニング中の酸火傷が含まれます。 新しい技術では、これらの危険は以下によって軽減されます。 現場の 手作業の多くを排除するチューブクリーニング。

拡散炉のオペレーターは、半導体製造において、非常に低周波の電磁場 (たとえば、50 ~ 60 ヘルツ) への日常的なクリーンルームでの暴露を最も多く経験します。 炉の実際の運転中に、0.5 マイクロテスラ (5 ミリガウス) を超える平均被ばくが報告された (Crawford et al. 1993)。 この研究はまた、拡散炉の近くで働くクリーンルーム作業員は、他のクリーンルーム作業員よりも著しく高い曝露量を測定していたことにも注目した。 この発見は、Rosenthal と Abdollahzadeh (1991) によって報告されたポイント測定と一致しており、拡散炉が 5 ~ 2 マイクロテスラもの高さの近接測定値 (10 cm または 15 インチ離れた場所) を生成し、周囲のフィールドが距離とともに徐々に低下することを発見しました。調査された他のクリーンルーム機器よりも。 拡散炉から 6 フィート離れた場所でも、報告されたフラックス密度は 1.2 から 2 マイクロテスラでした (Crawford et al. 1993)。 これらの排出レベルは、世界保健機関によって設定された現在の健康に基づく曝露制限および個々の国によって設定された制限を大幅に下回っています。

イオン注入

イオン注入は、接合形成のために室温で不純物元素をシリコンウェーハに導入する新しい方法です。 イオン化されたドーパント原子 (つまり、XNUMX つまたは複数の電子が取り除かれた原子) は、数万ボルトの電位差を通過することによって高エネルギーに加速されます。 パスの終わりに、それらはウェーハに衝突し、質量とエネルギーに応じてさまざまな深さに埋め込まれます。 従来の拡散と同様に、パターン化された酸化物層またはフォトレジスト パターンがイオンからウエハを選択的にマスクします。

典型的なイオン注入システムは、イオン源 (ガス状のドーパント源、通常は小さな講義用ボトルに入っています)、分析装置、加速器、集束レンズ、中性ビーム トラップ、スキャナー プロセス チャンバー、および真空システム (通常、インラインの XNUMX つの別個のセット) で構成されます。粗引きおよび油拡散ポンプ)。 電子の流れは、抵抗、アーク放電、または冷陰極電子ビームによって高温フィラメントから生成されます。

一般に、ウェーハが注入された後、高温アニール工程(900~1000℃)が、レーザービームアニールまたは電子ビーム源によるパルスアニールによって実行される。 アニーリング プロセスは、ドーパント イオンの衝撃によって引き起こされた、注入されたウェーハの外面への損傷を修復するのに役立ちます。

イオン注入装置で使用されるアルシン、ホスフィン、および三フッ化ホウ素ガスボンベの安全な供給システムの出現により、これらのガスの壊滅的な放出の可能性は大幅に減少しました。 これらの小さなガスボンベには、アルシン、ホスフィン、および三フッ化ホウ素が吸着された化合物が充填されています。 ガスは、真空を使用してシリンダーから引き出されます。

イオン注入装置は、半導体業界で最も重大な電気的危険の XNUMX つです。 電源がオフになった後でも、ツール内には重大な衝撃の可能性が存在し、注入器内で作業する前に放散する必要があります。 新しく設置されたすべての装置、特にイオン注入装置については、メンテナンス作業と電気的危険性を慎重に検討する必要があります。

水素化物 (おそらくアルシンとホスフィンの混合物) への曝露は、イオン注入装置のクライオポンプのメンテナンス中に 60 ppb にもなることがわかっています (Baldwin、Rubin、および Horowitz 1993)。 また、高濃度のアルシンとホスフィンの両方が、予防保守中に取り外された汚染された注入器部品からガスを放出する可能性があります (Flipp、Hunsaker、および Herring 1992)。

高効率微粒子減衰器 (HEPA) フィルターを備えた携帯用掃除機は、イオン注入エリアのヒ素で汚染された作業面を掃除するために使用されます。 1,000 μg/m を超える曝露3 HEPA掃除機が不適切に掃除されたときに測定されました。 HEPA 掃除機は、作業スペースに放電する際、イオン注入装置のビームラインのクリーニングに伴う特有の水素化物のような臭気を効率的に分散させることもできます (Baldwin、Rubin、および Horowitz 1993)。

懸念はあるものの、ドーパントを使用する真空ポンプのオイル交換中に重大なドーパント ガスへの暴露が報告された報告はありません。 暴露が報告されていないのは、使用済み油からの水素化物のガス放出が低レベルであることの結果である可能性もあります。

アルシンとホスフィンの両方を使用したイオン注入装置からの 700 ml の使用済み粗引きポンプ オイルを加熱したフィールド スタディの結果は、ポンプ オイルが 70oC (Baldwin、King、および Scarpace 1988)。 機械式粗引きポンプの通常の使用温度は 60 ~ 80 度です。oC、この研究は重大な曝露の可能性を示していませんでした。

イオン注入中、操作に付随して X 線が生成されます。 ほとんどの注入装置は、従業員の曝露を 2.5 時間あたり 0.25 マイクロシーベルト (1983 ミリレム) 未満に維持するために、十分なキャビネット シールド (イオン源ハウジングと隣接するアクセス ドアの周囲に戦略的に配置された鉛シートを含む) で設計されています (Maletskos と Hanley 20)。 しかし、古いモデルの注入装置では、ユニットの表面で毎時 1988 マイクロシーベルト (μSv/hr) を超える X 線漏れがあることが判明しました (Baldwin、King、および Scarpace 2.5)。 これらのレベルは、追加の鉛シールドが設置された後、15 μSv/hr 未満に減少しました。 別の古いモデルのイオン注入装置では、アクセス ドアの周囲 (最大 3 μSv/時) とビューポート (最大 1993 μSv/時) で X 線漏れがあることがわかりました。 被ばくの可能性を軽減するために、追加の鉛シールドが追加されました (Baldwin、Rubin、および Horowitz XNUMX)。

イオン注入装置からの X 線被ばくに加えて、注入装置が 8 万電子ボルト (MeV) 以上で動作するか、重水素ガスがイオン源として使用される場合、中性子形成の可能性が仮定されています (Rogers 1994)。 しかし、通常、注入装置は 8 MeV をはるかに下回る電圧で動作するように設計されており、重水素は業界では一般的に使用されていません (Baldwin and Williams 1996)。

化学蒸着

化学気相成長 (CVD) では、シリコン ウエハー表面に追加の材料を積層します。 CVD ユニットは通常、クローズド システムとして動作するため、オペレータは化学物質にほとんど、またはまったくさらされません。 しかし、特定の CVD プリスクラバーを洗浄すると、5 ppm を超える塩化水素に短時間さらされることがあります (Baldwin と Stewart 1989)。 堆積には、エピタキシャルと非エピタキシャル CVD のより一般的なカテゴリの XNUMX つの広いカテゴリが一般的に使用されています。

エピタキシャル化学蒸着

エピタキシャル成長は、既存の基板ウェーハ層と同じ結晶構造を維持する材料の薄い単結晶膜の厳密に制御された堆積です。 これは、後続の拡散プロセスで半導体コンポーネントを製造するためのマトリックスとして機能します。 ほとんどのエピタキシャル膜は、ホモエピタキシと呼ばれるプロセスで、シリコン オン シリコンなどの同じ材料の基板上に成長します。 サファイア上のシリコンなど、基板上にさまざまな材料の層を成長させることは、ヘテロエピタキシー IC デバイス処理と呼ばれます。

エピタキシャル層の成長には、主に気相、液相、分子線の XNUMX つの技術が使用されます。 液相および分子線エピタキシーは、主に III-V (たとえば GaAs) デバイスの処理に使用されます。 これらについては、記事「III-V 半導体製造」で説明しています。

気相エピタキシーは、900 ~ 1,300 の温度で分子の CVD によって膜を成長させるために使用されます。oC.キャリアガス(通常は水素)中のシリコンと制御された量のp型またはn型ドーパントを含む蒸気が、加熱されたウェーハ上を通過してシリコンのドープ層を堆積する。 この工程は一般に大気圧で行われる。

表 6 は、気相エピタキシーの XNUMX つの主要なタイプ、パラメーター、および発生する化学反応を示しています。

表 6. シリコン気相エピタキシーの主なカテゴリ

計測パラメータ

圧力

大気の

温度

900-1300°C

シリコン源

シラン(SiH4)、四塩化ケイ素(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3),
およびジクロロシラン(SiH2Cl2)

ドーパントガス

アルシン (AsH3)、ホスフィン (PH3)、ジボラン (B2H6)

ドーパントガス濃度

≒100ppm

エッチングガス

塩化水素(HCl)

エッチャントガス濃度

≒1~4%

キャリアガス

水素(H2)、窒素(N2)

熱源

無線周波数 (RF) または赤外線 (IR)

気相成長タイプ

化学反応

四塩化ケイ素の水素還元
(1,150~1,300℃)

SiCl4 + 2H2 →Si+4HCl

シランの熱分解
(1,000~1,100℃)

SiH4 →Si+2H2

トリクロロシランの水素還元

SiHCl3 + H2 →Si+3HCl

ジクロロシランの還元

SiH2Cl2 →Si+2HCl

 

エピタキシャルプロセスで通常行われる堆積シーケンスには、次のものが含まれます。

  • 基板洗浄— 物理的なスクラビング、溶剤脱脂、酸洗浄 (硫酸、硝酸、塩酸、フッ化水素が一般的な順序) および乾燥操作
  • ウエハローディング
  • ヒートアップ—窒素パージと約 500 °C への加熱、その後水素ガスが使用され、RF 発生器がウエハーを誘導加熱します。
  • 塩化水素 (HCl) エッチング—通常、1 ~ 4% の濃度の HCl が反応チャンバーに分配されます。
  • 堆積—シリコンソースとドーパントガスが計量され、ウェーハ表面に堆積されます
  • クールダウン-水素ガスは 500°C で再び窒素に切り替えられました
  • 荷降ろし.

 

非エピタキシャル化学蒸着

エピタキシャル成長は、堆積層が基板層と同じ結晶構造配向を有する CVD の非常に特殊な形態ですが、非エピタキシャル CVD は、ガス状化合物の熱反応または分解によって、加熱された基板上に安定した化合物が形成されます。

CVD は多くの材料の堆積に使用できますが、シリコン半導体プロセスでは、エピタキシャル シリコンに加えて、一般的に遭遇する材料は次のとおりです。

  • 多結晶シリコン(ポリシリコン)
  • 二酸化ケイ素 (SiO2—ドープされたものとドープされていないものの両方; pドープガラス)
  • 窒化ケイ素(Si3N4).

 

これらの材料はそれぞれ、さまざまな方法で堆積させることができ、それぞれに多くの用途があります。

表 7 は、差別化のメカニズムとして動作温度を使用して、CVD の XNUMX つの主要なカテゴリを識別します。

表 7. シリコン化学蒸着 (CVD) の主なカテゴリ

計測パラメータ

圧力

大気圧 (APCVD) または低圧 (LPCVD)

温度

500-1,100°C

シリコンおよび窒化物ソース

シラン(SiH4)、四塩化ケイ素(SiCl4)、アンモニア (NH3)、亜酸化窒素 (N20)

ドーパント源

アルシン (AsH3)、ホスフィン (PH3)、ジボラン (B2H6)

キャリアガス

窒素(N2)、水素 (H2)

熱源

コールドウォールシステム — 無線周波数 (RF) または赤外線 (IR)
ホットウォールシステム - 熱抵抗

CVDタイプ

反応

キャリアガス

温度

中温 (≈ 600–1,100 °C)

窒化ケイ素(Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 →シ3N4 + 12H2

H2

900-1,100°C

ポリシリコン(ポリSi)

SiH4 + 熱 → Si + 2H2

H2
N2

850-1,000°C
600-700°C

二酸化ケイ素(SiO2)

SiH4 + 4CO2 → SiO2 + 4CO + 2H2O
2H2 +SiCl4 + CO2 → SiO2 + 4HCl *
SiH4 +CO→SiO2 + 2H2 *

N2
H2
H2

500-900°C
800-1,000°C
600-900°C

低温 (≈<600 C) Silox、Pyrox、Vapox、および Nitrox**

二酸化ケイ素(SiO2) または p ドープ SiO2

     

シロックス

SiH4 + 2O2 + ドーパント → SiO2 + 2H2O

N2

200-500 ℃で

パイロックス

SiH4 + 2O2 + ドーパント → SiO2 + 2H2O

N2

<600°C

蒸気

SiH4 + 2O2 + ドーパント → SiO2 + 2H2O

N2

<600°C

窒化ケイ素(Si3N4)

     

ナイトロックス

3SiH4 + 4NH3 (または N2O*) → Si3N4 + 12H2

N2

600-700°C

低温プラズマ強化 (パッシベーション) (<600°C)

無線周波数 (RF) または
反応性スパッタリング

     

二酸化ケイ素(SiO2)

SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H20

   

窒化ケイ素(Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 (または N2O*) → Si3N4 + 12H2

   

* 注: 反応は化学量論的にバランスが取れていません。

**CVD 反応器システムの一般名、所有権または商標名

 

次のコンポーネントは、ほぼすべての種類の CVD 装置に含まれています。

  • 反応室
  • ガス制御部
  • 時間およびシーケンス制御
  • 基板用熱源
  • 排水処理。

 

基本的に、CVDプロセスは、制御された量のシリコンまたは窒化物ソースガスを、窒素および/または水素キャリアガス、および必要に応じてドーパントガスとともに、反応室内での化学反応のために供給することを必要とする。 反応器とウェーハの表面温度を制御するだけでなく、化学反応に必要なエネルギーを提供するために熱が加えられます。 反応が完了した後、未反応のソースガスとキャリアガスは、排出物処理システムを通して排出され、大気に排出されます。

パッシベーションは機能的なタイプの CVD です。 これは、一般に、非製造プロセスの前の最終製造ステップとして、シリコン ウェーハの表面に保護酸化物層を成長させることを伴います。 この層は、集積回路の表面を環境中の電気的および化学的条件から隔離することにより、電気的安定性を提供します。

メタライゼーション

デバイスがシリコン基板で製造された後、回路機能を実行するためにデバイスを接続する必要があります。 このプロセスはメタライゼーションとして知られています。 メタライゼーションは、回路内で電気エネルギーを送る導電性材料の複雑なパターンを堆積することにより、集積回路の最上層を配線または相互接続する手段を提供します。

メタライゼーションの広範なプロセスは、堆積される金属やその他の材料の層のサイズと厚さによって異なります。 これらは:

  • 薄膜— おおよその膜厚は XNUMX ミクロン以下
  • 厚膜—おおよその膜厚が 10 ミクロン以上
  • メッキ—フィルムの厚さは薄いものから厚いものまでさまざまですが、一般的には厚いフィルムです。

 

シリコン半導体メタライゼーションに使用される最も一般的な金属は、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはニクロムと呼ばれる合金、金、ゲルマニウム、銅、銀、チタン、タングステン、プラチナ、タンタルです。

薄膜または厚膜は、さまざまなセラミックまたはガラス基板上に蒸着または蒸着することもできます。 これらの基質のいくつかの例は次のとおりです: アルミナ (96% Al203)、ベリリア (99% BeO)、ホウケイ酸ガラス、パイロセラム、石英 (SiO2).

薄膜

薄膜メタライゼーションは、多くの場合、高真空または部分真空蒸着または蒸着技術を使用して適用されます。 高真空蒸着の主なタイプは、電子ビーム、フラッシュ、および抵抗蒸着ですが、部分真空蒸着は主にスパッタリングによって行われます。

あらゆるタイプの薄膜真空メタライゼーションを実行するために、システムは通常、次の基本コンポーネントで構成されます。

  • 蒸着に十分な真空を提供するために排気できるチャンバー
  • チャンバー内の周囲ガスを減らすための真空ポンプ(またはポンプ)
  • 真空レベルおよびその他のパラメータを監視するための計装
  • 金属化材料の層を堆積または蒸発させる方法。

 

電子ビーム蒸着、頻繁に呼び出される Eビーム、電子の集束ビームを使用してメタライゼーション材料を加熱します。 電子の高強度ビームは、テレビの受像管で使用されるのと同様の方法で生成されます。 電子の流れは、通常 5 ~ 10 kV の電場で加速され、蒸発する材料に集中します。 電子の集束ビームは、炉床と呼ばれる大きなくぼみのある水冷ブロックに含まれる材料を溶かします。 次に、溶融した材料は真空チャンバー内で蒸発し、チャンバー表面全体だけでなく、冷却したウエハー上にも凝縮します。 次に、標準的なフォトレジスト、露光、現像、およびウェットまたはドライ エッチング操作を実行して、複雑なメタライズ回路の輪郭を描きます。

フラッシュ蒸発 薄い金属化フィルムの堆積のための別の技術です。 この方法は、主に XNUMX つの材料 (合金) の混合物を同時に蒸着する場合に使用されます。 XNUMX 成分膜の例としては、ニッケル/クロム (ニクロム)、クロム/一酸化ケイ素 (SiO)、およびアルミニウム/シリコンがあります。

フラッシュ蒸発では、セラミック バーが熱抵抗によって加熱され、連続的に供給されるワイヤのスプール、ペレットの流れ、または振動によって分配される粉末が、高温のフィラメントまたはバーと接触します。 次に、気化した金属がチャンバーの内部とウェーハの表面をコーティングします。

抵抗蒸着 (フィラメント蒸着とも呼ばれます) は、最も単純で安価な堆積方法です。 蒸発は、フィラメントに流れる電流を徐々に増加させて蒸発させる材料のループを最初に溶かし、それによってフィラメントを湿らせることによって達成される。 フィラメントが濡れると、蒸発が起こるまでフィラメントを流れる電流が増加します。 抵抗蒸着の主な利点は、蒸着できる材料の種類が豊富なことです。

ベルジャーと呼ばれる電子ビーム蒸発器蒸着チャンバーの内面でメンテナンス作業が行われることがあります。 保守技術者がベル ジャーの中に頭を入れていると、重大な暴露が発生する可能性があります。 ベル ジャーの内面に付着した金属残留物を除去すると、このような露出が発生する可能性があります。 例えば、銀の空気中暴露限界をはるかに超える技術者の暴露は、銀を堆積させるために使用される蒸発器から残留物を除去する際に測定された(Baldwin and Stewart 1989)。

ベルジャーの残留物を有機洗浄溶剤で洗浄すると、溶剤への露出が高くなる可能性があります。 このタイプのクリーニング中に、技術者が 250 ppm を超えるメタノールにさらされたことがあります。 この曝露は、メタノールの代わりに洗浄溶媒として水を使用することで排除できます (Baldwin and Stewart 1989)。

  スパッタリング蒸着 このプロセスは、高エネルギー源として直流電流 (DC またはカソード スパッタリング) または RF 電圧を使用して、低圧または部分真空のガス雰囲気で行われます。 スパッタリングでは、粗引きポンプを使用して十分な真空レベルに達した後、アルゴン不活性ガスのイオンが真空チャンバーに導入されます。 電界は、反対に帯電した 5,000 つのプレート間に通常 XNUMX V の高電圧を印加することによって形成されます。 この高エネルギー放電は、アルゴンガス原子をイオン化し、ターゲットと呼ばれるチャンバー内のプレートの XNUMX つに移動して加速させます。 アルゴン イオンが堆積する材料でできたターゲットに衝突すると、これらの原子または分子が放出またはスパッタされます。 次に、メタライゼーション材料の除去された原子は、ターゲットに面するシリコン基板上に薄膜として堆積されます。

多くの古いスパッタ ユニットの側面と背面からの RF 漏れは、職業上の暴露限界を超えていることが判明しました (Baldwin と Stewart 1989)。 漏えいのほとんどは、メンテナンス パネルの取り外しを繰り返すことによって発生したキャビネットの亀裂に起因していました。 同じメーカーの新しいモデルでは、縫い目に沿ってワイヤーメッシュを備えたパネルが大幅な漏れを防ぎます. 古いスパッターはワイヤー メッシュで後付けすることができます。あるいは、銅テープを使用して継ぎ目を覆い、漏れを減らすこともできます。

厚膜

ほとんどの厚膜の構造と寸法は、主にサイズの制約により、シリコン集積回路のメタライゼーションと互換性がありません。 厚膜は主に、LCD の製造など、ハイブリッド電子構造のメタライゼーションに使用されます。

シルク スクリーン プロセスは、厚膜アプリケーションの主要な方法です。 通常使用される厚膜材料は、パラジウム、銀、二酸化チタンとガラス、金-プラチナとガラス、金-ガラスと銀-ガラスです。

抵抗性厚膜は、通常、シルクスクリーン技術を使用してセラミック基板上に堆積およびパターン化されます。 サーメット フィラーとして有機樹脂を含むセラミックマトリックス中の導電性金属粒子の懸濁液で構成される抵抗性厚膜の形態です。 典型的なサーメット構造は、一酸化ケイ素または二酸化ケイ素マトリックス内のクロム、銀、または酸化鉛で構成されています。

メッキ

半導体基板上に金属膜を形成するには、電気めっきと無電解めっきの XNUMX つの基本的なめっき技術が使用されます。

In 電気メッキ、めっきされる基板は、めっきタンクのカソード、または負に帯電した端子に配置され、電解液に浸漬されます。 めっきされる金属で作られた電極は、陽極、または正に帯電した端子として機能します。 溶液に直流電流が流れると、陽極から溶液に溶解した正電荷の金属イオンが移動し、陰極 (基板) にメッキされます。 このめっき法は、金や銅の導電膜を形成するために使用されます。

In 無電解メッキ、めっきされる金属の同時還元および酸化は、遊離金属原子または分子の形成に使用されます。 めっき工程での通電が不要なため、絶縁タイプの基板にも対応できます。 ニッケル、銅、および金は、この方法で堆積される最も一般的な金属です。

合金化/アニール

メタライズされた相互接続が堆積およびエッチングされた後、合金化およびアニーリングの最終ステップが実行され得る。 合金化は、アルミニウム金属とシリコン基板間の低抵抗接触を確保するために、通常はアルミニウムを含む金属化基板を低温拡散炉に配置することで構成されます。 最後に、合金工程中またはその直後に、ウエハーは、400 ~ 500°C の拡散炉内で水素を含むガス混合物にさらされることがよくあります。 アニーリングステップは、シリコンと二酸化シリコンの界面またはその近くで水素を拘束されていない原子と結合させることにより、デバイスの特性を最適化および安定化するように設計されています。

バックラッピングと裏面メタライゼーション

バックラッピングと呼ばれるオプションのメタライゼーション処理ステップもあります。 ウェット研磨溶液と圧力を使用して、ウェーハの裏側をラッピングまたは研磨することができます。 金などの金属は、スパッタリングによってウェーハの裏側に堆積させることができる。 これにより、最終的な組み立て時に、分離されたダイをパッケージに簡単に取り付けることができます。

組み立てとテスト

外部パッケージング、付属品、カプセル化、組み立て、およびテストを含む非加工処理は、通常、別々の生産施設で行われ、多くの場合、これらの労働集約的な仕事を行うのに費用がかからない東南アジア諸国で行われます。 さらに、プロセスおよび微粒子制御のための換気要件は、非製造プロセス領域では一般的に異なります (非クリーンルーム)。 製造プロセスのこれらの最終ステップには、はんだ付け、脱脂、化学物質と放射線源によるテスト、レーザーによるトリミングとマーキングなどの操作が含まれます。

半導体製造中のはんだ付けでは、通常、高い鉛露出は発生しません。 集積回路への熱による損傷を防ぐため、はんだ温度は、溶融鉛の煙が大量に発生する温度 (430°C) 未満に保たれます。 ただし、鉛含有残留物をこすり落としたりブラッシングしたりしてはんだ装置を洗浄すると、50 μg/mXNUMX を超える鉛暴露になる可能性があります。3 (ボールドウィンとスチュワート 1989)。 また、200 μg/m の鉛暴露3 ウェーブはんだ作業中に不適切なドロス除去技術が使用されたときに発生しました (Baldwin and Williams 1996)。

はんだ付け作業で増大している懸念の 1987 つは、はんだフラックスの熱分解生成物への暴露による呼吸器への刺激と喘息です。これは、歴史的に局所排気換気が一般的に使用されていない手はんだ付けまたはタッチアップ作業中に発生します (ウェーブはんだ付け作業とは異なり、過去数十年間、典型的には使い古されたキャビネットに閉じ込められていました) (Goh and Ng XNUMX)。 詳細については、記事「プリント回路基板とコンピューターの組み立て」を参照してください。

はんだフラックスのコロホニーは感作物質であるため、空気サンプリングの結果に関係なく、すべての曝露をできるだけ低くする必要があります。 特に、はんだ付けを長時間 (たとえば 2 時間以上) 実行する場合は、新しいはんだ付け設備に局所排気装置を設ける必要があります。

手はんだ付けによる煙は、熱流に沿って垂直に上昇し、はんだ付けポイントにかがむと、従業員の呼吸ゾーンに入ります。 制御は通常、はんだチップで効果的な高速かつ少量の局所排気換気によって実現されます。

ろ過された空気を職場に戻す装置は、ろ過効率が不十分な場合、二次汚染を引き起こし、はんだ付け以外の作業室内の人々に影響を与える可能性があります。 ろ過された空気は、はんだ付けの量が少なく、部屋全体の希釈換気が良好でない限り、作業室に戻してはなりません。

ウェーハのソートとテスト

ウェーハ製造が完了した後、本質的に仕上げられた各ウェーハは、コンピュータ制御プローブで各特定のダイ上の集積回路が電気的にテストされるウェーハソートプロセスを受けます。 個々のウェハには、テストが必要な XNUMX から数百の個別のダイまたはチップが含まれる場合があります。 テスト結果が終了した後、ダイは自動的にディスペンスされた XNUMX 液性エポキシ樹脂で物理的にマークされます。 赤と青は、必要な電気的仕様を満たさないダイを識別して分類するために使用されます。

ダイ分離

ウェーハ上のデバイスまたは回路をテストし、マークを付けて分類したら、ウェーハ上の個々のダイを物理的に分離する必要があります。 個々のダイを分離するために、ダイヤモンド スクライビング、​​レーザー スクライビング、​​ダイヤモンド ホイール ソーイングなど、さまざまな方法が設計されています。

ダイヤモンドスクライビングは、使用されている最も古い方法であり、ウエハー表面の個々のダイを分離するスクライブラインまたは「ストリート」に沿って、ウエハー全体に正確な形状のダイヤモンドが埋め込まれたチップを描画することを含みます。 スクライビングによって生じる結晶構造の欠陥により、ウェーハはこの線に沿って曲げられ、破砕されます。

レーザースクライビングは、比較的最近のダイ分割技術です。 レーザー ビームは、パルス高出力ネオジム イットリウム レーザーによって生成されます。 ビームは、スクライブ ラインに沿ってシリコン ウェーハに溝を生成します。 溝は、ウェーハがそれに沿って破断する線として機能します。

ダイ分離の方法として広く使用されているのはウェット ソーイングです。これは、高速円形ダイヤモンド ソーを使用して基板を通りに沿って切断する方法です。 ソーイングでは、シリコン基板を部分的に切断 (スクライブ) または完全に切断 (ダイス) することができます。 道路から除去された材料の湿ったスラリーは、ソーイングによって生成されます。

ダイアタッチとボンディング

個々のダイまたはチップは、キャリア パッケージおよび金属リード フレームに取り付ける必要があります。 キャリアは通常、セラミックまたはプラスチックのいずれかの絶縁材料でできています。 セラミック担体材料は通常、アルミナ (Al) でできています。2O3)、しかしおそらくベリリア (BeO) またはステアタイト (MgO-SiO) で構成されている可能性があります2)。 プラスチックキャリア材料は、熱可塑性または熱硬化性樹脂タイプのいずれかです。

個々のダイの取り付けは、通常、共晶、プリフォーム、およびエポキシの 370 つの異なるタイプの取り付けのいずれかによって行われます。 共晶ダイの取り付けには、金シリコンなどの共晶ろう付け合金の使用が含まれます。 この方法では、金の層がダイの裏側にあらかじめ堆積されます。 パッケージを共晶温度 (金シリコンの場合は XNUMX°C) 以上に加熱し、その上にダイを配置することで、ダイとパッケージの間に結合が形成されます。

プリフォーム ボンディングでは、ダイとパッケージの両方に接着する特殊な組成の材料の小片を使用します。 パッケージのダイアタッチ領域にプリフォームを置き、溶融させます。 次に、ダイが取り付けられるまでダイを領域全体でこすってから、パッケージを冷却します。

エポキシ接着では、エポキシ接着剤を使用してダイをパッケージに取り付けます。 パッケージに一滴のエポキシを塗布し、その上にダイを配置します。 エポキシを適切に硬化させるために、パッケージを高温で焼き付ける必要がある場合があります。

ダイがパッケージに物理的に取り付けられたら、集積回路とパッケージのリード間に電気接続を提供する必要があります。 これは、熱圧着、超音波、またはサーモソニック ボンディング技術を使用して、シリコン チップの接触領域とパッケージ リードの間に金またはアルミニウム ワイヤを取り付けることによって実現されます。

熱圧着は金線でよく使用され、パッケージを約 300 ℃ に加熱する必要があります。oC と熱と圧力の両方を使用してワイヤとボンディング パッドの間の結合を形成します。 XNUMX つの主要なタイプの熱圧着が使用されています。ボールボンディング および ウェッジボンディング. 金ワイヤのみに使用されるボールボンディングは、ワイヤを毛細管に通して圧縮し、水素炎でワイヤを溶かします。 さらに、これにより、次のボンディング サイクルのためにワイヤの端に新しいボールが形成されます。 ウェッジ ボンディングには、くさび形のボンディング ツールとシリコン チップとパッケージをボンディング パッド上に正確に配置するために使用される顕微鏡が含まれます。 このプロセスは、不活性雰囲気で実行されます。

超音波ボンディングでは、超音波の高周波エネルギーのパルスを使用して、ワイヤとボンディング パッドの間に結合を形成するスクラブ動作を提供します。 超音波ボンディングは、主にアルミニウム ワイヤで使用され、ボンディング操作中に回路チップを加熱する必要がないため、熱圧着ボンディングよりも好まれます。

サーモソニック ボンディングは、金ワイヤ ボンディングにおける最近の技術的変化です。 超音波と熱エネルギーの組み合わせを使用し、熱圧着よりも少ない熱で済みます。

カプセル化

カプセル化の主な目的は、集積回路のアプリケーションに関連する電気的、熱的、化学的、および物理的な要件を満たすパッケージに集積回路を入れることです。

最も広く使用されているパッケージ タイプは、ラジアル リード タイプ、フラット パック、およびデュアルインライン (DIP) パッケージです。 ラジアル リード タイプのパッケージは、ほとんどが鉄、ニッケル、コバルトの合金であるコバールでできており、硬質ガラス シールとコバール リードが付いています。 フラットパックは、通常、セラミック、ガラス、および金属部品を組み合わせたアルミニウム合金で作られた金属リード フレームを使用します。 デュアルインライン パッケージは一般的に最も一般的で、多くの場合、セラミックまたはモールド プラスチックを使用します。

成形プラスチック半導体パッケージは、主に XNUMX つの別々のプロセスで製造されます。トランスファーモールディング および 射出成形. トランスファー成形は、主要なプラスチック封止方法です。 この方法では、チップはトリミングされていないリードフレームに取り付けられ、金型にバッチロードされます。 粉末状またはペレット状の熱硬化性プラスチック成形コンパウンドを加熱したポットで溶かし、圧力を加えて充填した金型に押し込みます (移送します)。 粉末状またはペレット状のプラスチック成形コンパウンド システムは、エポキシ、シリコーン、またはシリコーン/エポキシ樹脂に使用できます。 システムは通常、次の混合物で構成されています。

  • 熱硬化性樹脂—エポキシ、シリコーンまたはシリコーン/エポキシ
  • 硬化剤—エポキシノボラックおよびエポキシ無水物
  • フィラー—シリカ溶融または結晶二酸化ケイ素(SiO2)およびアルミナ(Al2O3)、一般に重量の 50-70%
  • 難燃剤—三酸化アンチモン (Sb2O3) 一般に重量の 1-5%。

 

射出成形では、制御された温度のシリンダー内で融点まで加熱され、圧力下でノズルから金型に押し込まれる熱可塑性または熱硬化性成形コンパウンドを使用します。 樹脂が急速に凝固し、金型が開き、封止パッケージが排出されます。 射出成形には多種多様なプラスチック化合物が使用されており、エポキシおよびポリフェニレンサルファイド (PPS) 樹脂は、半導体カプセル化の最新のエントリーです。

シリコン半導体デバイスの最終的なパッケージングは​​、漏れに対する耐性、または集積回路をその環境から隔離する能力に従って分類されます。 これらは、ハーメチック (気密) または非ハーメチック シールとして区別されます。

リークテストとバーンイン

リークテスト パッケージ化されたデバイスの実際のシール能力または気密性をテストするために開発された手順です。 リークテストには、ヘリウムリーク検出と放射性トレーサーリーク検出の XNUMX つの一般的な形式が使用されています。

ヘリウム漏れ検出では、完成したパッケージをヘリウム圧の雰囲気に一定期間置きます。 ヘリウムは、欠陥を通り抜けてパッケージに浸透することができます。 ヘリウム加圧チャンバーから取り出した後、パッケージを質量分析チャンバーに移し、パッケージの欠陥からのヘリウム漏れを検査します。

85番目の方法では、ヘリウムの代わりに放射性トレーサーガス、通常はクリプトン-85 (Kr-5) を使用し、パッケージから漏れる放射性ガスを測定します。 通常の条件下では、このプロセスによる人体への曝露は年間 500 ミリシーベルト (1989 ミリレム) 未満です (Baldwin と Stewart XNUMX)。 これらのシステムの管理には、通常、次のものが含まれます。

  • 必要な人員のみがアクセスできる部屋での隔離
  • Kr-85を含む部屋のドアに放射線警告標識を掲示した
  • アラームと自動シャットダウン/隔離を備えた連続放射線モニター
  • 専用排気システムと負圧室
  • 個人線量測定による被ばくの監視(例:放射線フィルムバッジ)
  • アラームとインターロックの定期的なメンテナンス
  • 放射性物質の漏えいを定期的にチェック
  • オペレーターと技術者のための安全トレーニング
  • 放射線被ばくが合理的に達成可能な限り低く保たれるようにする(ALARA)。

 

また、Kr-85 と接触する材料 (露出した IC、使用済みのポンプ オイル、バルブ、O リングなど) は、それらが除去される前に残留ガスのために過度のレベルの放射線を放出しないことを確認するために調査されます。制御された領域。 Leach-Marshal (1991) は、Kr-85 微量漏れ検出システムからの曝露と制御に関する詳細な情報を提供しています。

バーンイン 最終的にパッケージ化されたデバイスの信頼性を決定するための温度および電気的ストレス操作です。 デバイスは、周囲雰囲気または窒素の不活性雰囲気を使用して、温度制御されたオーブンに長時間置かれます。 温度範囲は 125°C から 200°C (平均 150°C) で、時間は数時間から 1,000 時間 (平均 48 時間) です。

最終試験

パッケージ化されたシリコン半導体デバイスの性能を最終的に評価するために、最終的な電気的テストが実施されます。 必要なテストの数が多く複雑であるため、コンピュータは、デバイスの最終的な機能にとって重要な多数のパラメータのテストを実行および評価します。

印を付けて梱包する

最終的にパッケージ化されたデバイスの物理的な識別は、さまざまなマーキング システムを使用して行われます。 コンポーネント マーキングの XNUMX つの主要なカテゴリは、接触印刷と非接触印刷です。 通常、コンタクト印刷には、溶剤系インクを使用したロータリー オフセット技術が組み込まれています。 物理的な接触なしでマーキングを転写する非接触印刷には、溶剤ベースのインクまたはレーザーマーキングを使用したインクジェットヘッドまたはトナー印刷が含まれます。

印刷インクのキャリアとして、またプレクリーナーとして使用される溶剤は、通常、アルコール (エタノール) とエステル (酢酸エチル) の混合物で構成されています。 レーザー マーキング以外のコンポーネント マーキング システムのほとんどは、インクを使用しており、硬化には追加の手順が必要です。 これらの硬化方法は、空気硬化、熱硬化(熱または赤外線)および紫外線硬化です。 紫外線硬化インクには溶剤が含まれていません。

レーザーマーキングシステムは、強力な二酸化炭素 (CO2) レーザー、または高出力のネオジム: イットリウム レーザー。 これらのレーザーは通常、機器に組み込まれており、ビーム経路とビームがターゲットに接触するポイントを囲むインターロック キャビネットを備えています。 これにより、通常の操作中のレーザー光線の危険はなくなりますが、安全インターロックが無効になると懸念があります。 ビーム エンクロージャを取り外してインターロックを解除する必要がある最も一般的な操作は、レーザー ビームの位置合わせです。

これらのメンテナンス作業中は、必要なメンテナンス技術者を除いて、レーザーを含む部屋から退避し、部屋のドアをロックし、適切なレーザー安全標識を掲示することが理想的です。 ただし、半導体製造で使用される高出力レーザーは、多くの場合、大規模でオープンな製造エリアに配置されているため、メンテナンス中に非メンテナンス担当者を移動させることは現実的ではありません。 このような状況では、通常、一時的な制御域が確立されます。 通常、これらの制御領域は、レーザー ビームとの直接接触に耐えることができるレーザー カーテンまたは溶接スクリーンで構成されます。 一時的な制御エリアへの入り口は、通常、レーザーのインターロックが無効になるたびに警告サインが掲示されている迷路の入り口を通ります。 ビームアライメント中のその他の安全上の注意事項は、オープンビームの高出力レーザーの操作に必要なものと同様です (トレーニング、目の保護、書面による手順など)。

高出力レーザーは、半導体業界で最も重大な電気的危険の XNUMX つでもあります。 電源がオフになった後でも、ツール内には重大な衝撃の可能性が存在するため、キャビネット内で作業する前に放散する必要があります。

光線障害と電気障害に加えて、難燃剤である三酸化アンチモンとベリリウムによる化学汚染の可能性があるため、レーザー マーキング システムのメンテナンスを行う際にも注意が必要です (この化合物を含むセラミック パッケージにはラベルが付けられます)。 高出力レーザーによるマーキング中に煙が発生し、機器の表面や煙抽出フィルターに残留物が発生する可能性があります。

過去には、半導体に識別コードを付ける前に脱脂剤を使用して半導体を洗浄していました。 オペレーターが落とした部品を取り出そうとしたり、技術者が製品の底から残留物を掃除したりするときに発生する可能性があるように、オペレーターの頭が冷却コイルの下に置かれ、蒸気が再凝縮する場合、該当する職業上の空気中の暴露限界を超える溶媒暴露が容易に発生する可能性があります。ユニット (Baldwin and Stewart 1989)。 脱脂剤の使用は、フロンや塩素系溶剤などのオゾン層破壊物質の使用制限により、半導体業界で大幅に削減されました。

故障解析と品質保証

通常、故障解析および品質解析ラボでは、デバイスの信頼性を確保するために使用されるさまざまな操作を実行します。 これらの実験室で行われる操作の一部は、従業員が曝露する可能性を示しています。 これらには以下が含まれます:

  • 採点試験 ホットプレート上の加熱されたビーカーで、さまざまな溶媒と腐食性の混合物を利用します。 漏洩排出を制御するには、適切な面速度を備えた金属フードの形の局所排気換気 (LEV) が必要です。 モノエタノールアミン溶液は、空気中の暴露限度を超える暴露をもたらす可能性があります (Baldwin and Williams 1996)。
  • 気泡/漏れ試験 高分子量フルオロカーボン(商品名フロリナーツ)の利用
  • X線包装ユニット.

 

コバルト 60 (最大 26,000 キュリー) は、軍事および宇宙用途で IC がガンマ線への曝露に耐える能力をテストするための照射器で使用されます。 通常の条件下では、この作業による人員の被ばくは年間 5 ミリシーベルト (500 ミリレム) 未満です (Baldwin と Stewart 1989)。 このやや特殊な操作の制御は、Kr-85 の微量漏れシステムに使用されるものと似ています (例えば、隔離された部屋、連続放射線モニター、人員の被ばく監視など)。

小さな「特定のライセンス」アルファ源 (例えば、Americium-241 のマイクロおよびミリキュール) が故障解析プロセスで使用されます。 これらのソースは、ウィンドウと呼ばれる薄い保護コーティングで覆われており、アルファ粒子がソースから放出され、アルファ粒子が衝突したときに集積回路が動作する能力をテストできます。 通常、線源は、保護ウィンドウが損傷した場合に発生する可能性がある放射性物質の漏れがないか、定期的に (たとえば、半年ごとに) チェックされます。 漏出が検出されると、通常、発生源が取り除かれ、製造元に返送されます。

キャビネット X 線システムは、金属コーティングの厚さをチェックし、欠陥 (モールド コンパウンド パッケージ内の気泡など) を特定するために使用されます。 重大な漏れの原因ではありませんが、これらのユニットは通常、X 線漏れがないか携帯型サーベイ メーターで定期的に (例: 年 XNUMX 回) チェックされ、ドア インターロックが適切に動作することを確認するために検査されます。

発送

出荷は、ほとんどのシリコン半導体デバイス メーカーの関与の終着点です。 マーチャント半導体メーカーは自社製品を他の最終製品メーカーに販売しますが、キャプティブ メーカーはデバイスを自社の最終製品に使用します。

健康研究

プロセスの各ステップでは、特定の EHS の問題を引き起こす特定の化学物質とツールのセットが使用されます。 シリコン半導体デバイス処理における特定のプロセス段階に関連する懸念に加えて、疫学的研究では、半導体産業の従業員の健康への影響が調査されました (Schenker et al. 1992)。 記事「健康への影響と病気のパターン」の説明も参照してください。

この研究の主な結論は、半導体製造施設での作業は、自然流産 (SAB) の増加率と関連しているということでした。 この研究の歴史的要素では、製造業と非製造業の従業員で研究された妊娠の数はほぼ同じでしたが (それぞれ 447 と 444)、非製造業 (n=67) よりも製造業 (n=46) で自然流産が多くなりました。 . バイアスを引き起こす可能性のあるさまざまな要因 (年齢、民族性、喫煙、ストレス、社会経済的地位、妊娠歴) を調整すると、捏造と非捏造の相対リスク (RR) は 1.43 (95% 信頼区間 = 0.95-2.09) でした。 .

研究者らは、半導体製造で使用される特定のエチレンベースのグリコールエーテル (EGE) への曝露と SAB 率の増加を関連付けました。 研究に関与し、生殖への悪影響を引き起こす疑いのある特定のグリコールエーテルは次のとおりです。

  • 2-メトキシエタノール (CAS 109-86-4)
  • 酢酸2-メトキシエチル (CAS 110-49-6)
  • 酢酸 2-エトキシエチル (CAS 111-15-9)。

 

研究の一部ではありませんが、業界で使用されている他の 2 つのグリコール エーテル、110-エトキシエタノール (CAS 80-5-111) とジエチレングリコール ジメチル エーテル (CAS 96-6-XNUMX) は、同様の毒性効果があり、一部によって禁止されています。半導体メーカー。

特定のグリコールエーテルへの暴露に関連するSAB率の増加に加えて、研究は次のようにも結論付けています。

  • フッ化物暴露 (エッチング中) と SAB には一貫性のない関連性が存在しました。
  • 自己報告されたストレスは、製造エリアで働く女性の間で、SAB の強力な独立した危険因子でした。
  • 製造エリアで働く女性は、非製造エリアの女性よりも妊娠するまでに時間がかかりました。
  • 非製造業の労働者と比較して、製造業の労働者では、呼吸器症状(目、鼻、喉の炎症および喘鳴)の増加が見られました。
  • 手、手首、肘、前腕の痛みなどの上肢遠位部の筋骨格症状は、製作室での作業に関連していました。
  • 皮膚炎および脱毛症(脱毛症)は、非製造業の労働者よりも製造業の労働者の間でより頻繁に報告されました.

 

設備レビュー

半導体製造装置の複雑さと、製造プロセスの継続的な進歩により、EHS リスクを最小限に抑えるために、新しいプロセス装置の設置前のレビューが重要になります。 XNUMX つの機器レビュー プロセスは、新しい半導体プロセス機器が適切な EHS コントロールを備えていることを確認するのに役立ちます。CE マーキングと半導体機器材料国際 (SEMI) 規格です。

CE マーキングは、そのようにマークされた機器が欧州連合 (EU) の該当するすべての指令の要件に準拠していることを示す製造業者の宣言です。 半導体製造装置の場合、機械指令 (MD)、電磁適合性 (EMC) 指令、および低電圧指令 (LVD) が最も適用される指令と見なされます。

EMC 指令の場合、試験要件を定義し、試験結果を承認するために、有能な機関 (EU 加盟国によって公式に認可された組織) のサービスを保持する必要があります。 MD および LVD は、製造業者または公認機関 (EU 加盟国によって公式に認可された組織) のいずれかによって評価される場合があります。 選択した方法 (自己評価または第三者) に関係なく、輸入製品に CE マークを付ける責任を負うのは登録輸入者です。 彼らは、機器が該当する指令の要件を満たしているという信念の根拠として、第三者または自己評価情報を使用することができますが、最終的には、適合宣言を準備し、CE マーキングを自分で貼り付けます。

Semiconductor Equipment and Materials International は、半導体およびフラット パネル ディスプレイの機器および材料のサプライヤーを代表する国際貿易協会です。 その活動の中には、製品の品質と信頼性を向上させ、適正な価格と安定した供給を目的としたサプライヤーと顧客の間の協定である自主的な技術基準の開発があります。

新しい機器の EHS に特に適用される 2 つの SEMI 規格は、SEMI S8 と SEMI S2 です。 SEMI S93-XNUMX、 半導体製造装置の安全ガイドライン、半導体製造で使用される機器のパフォーマンスベースの EHS 考慮事項の最小セットとして意図されています。 SEMI S8-95、 サプライヤー 人間工学達成基準 ユーザーズ ガイド、SEMI S2 のエルゴノミクス セクションを拡張します。

多くの半導体メーカーは、新しい機器が SEMI S2 の要件を満たしていることを第三者によって認定することを要求しています。 SEMI S2-93 と SEMI S8-95 を解釈するためのガイドラインは、業界コンソーシアム SEMATECH (SEMATECH 1996) による出版物に含まれています。 SEMI に関する追加情報は、ワールドワイド ウェブ (http://www.semi.org).

ケミカルハンドリング

液体分注

自動化された化学薬品供給システムが例外ではなく一般化したことで、従業員の化学熱傷の数は減少しました。 ただし、これらの自動化学薬品分配システムには、適切な安全装置を取り付ける必要があります。 これらには以下が含まれます:

  • バルク供給源とジャンクションボックスでの漏れ検出と自動遮断
  • 化学物質が危険物とみなされる場合、ラインの二重封じ込め
  • エンドポイントの高レベルセンサー (バスまたはツール容器)
  • 時限ポンプ停止 (自動的に停止する前に、特定の量だけを特定の場所にポンプで送ることができます)。

ガス分配

ガス分配の安全性は、新しいタイプのシリンダー バルブ、シリンダーに組み込まれた流量制限オリフィス、自動化されたガス パージ パネル、高流量の検出と遮断、およびより高度な漏れ検出装置の出現により、長年にわたって大幅に改善されてきました。 自然発火性があり、原料として幅広く使用されているため、シランガスは業界で最も重大な爆発の危険性を示しています。 しかし、Factory Mutual と SEMATECH が実施した新しい研究により、シランガス事故はより予測可能になりました。 適切な減圧オリフィス (RFO)、供給圧力、および換気率により、ほとんどの爆発事故は排除されています (SEMATECH 1995)。

近年、相容れないガスの制御不能な混合により、いくつかの安全事故が発生しています。 これらの事故のため、半導体メーカーは、ガスラインの設置とツールガスボックスを見直して、ガスの不適切な混合や逆流が発生しないようにすることがよくあります。

化学的問題は通常、半導体製造における最大の懸念事項です。 しかし、業界内での怪我や死亡のほとんどは、化学物質以外の危険が原因です。

電気安全

この業界で使用される機器には、多数の電気的危険が伴います。 安全インターロックは電気の安全性において重要な役割を果たしますが、これらのインターロックは保守技術者によって無効にされることがよくあります。 通常、かなりの量のメンテナンス作業は、機器がまだ通電されているか、部分的にしか通電されていない間に実行されます。 最も重大な電気的危険は、イオン注入装置とレーザー電源に関連しています。 電源がオフになった後でも、ツール内には重大な衝撃の可能性が存在するため、ツール内で作業する前に放散する必要があります。 米国の SEMI S2 レビュー プロセスとヨーロッパの CE マークは、新しい機器の電気的安全性を向上させるのに役立ちましたが、保守作業は常に適切に考慮されているわけではありません。 新しく設置されたすべての機器について、メンテナンス作業と電気的危険性を慎重に検討する必要があります。

電気的危険リストの XNUMX 番目に挙げられるのは、エッチング、スパッタリング、およびチャンバー クリーニング プロセス中に RF エネルギーを生成する一連の機器です。 RF 火傷のリスクを最小限に抑えるには、適切なシールドと接地が必要です。

これらの電気的危険と、メンテナンス作業中に電源が切られない多くのツールにより、メンテナンス技術者は、ロックアウト/タグアウト手順など、自分自身を保護するための他の手段を採用する必要があります。 電気的危険は、ロックアウト/タグアウトで対処される唯一のエネルギー源ではありません。 他のエネルギー源には、多くが危険なガスまたは液体を含む加圧ライン、および空気圧制御が含まれます。 これらのエネルギー源を制御するための切断は、すぐに利用できる場所にある必要があります。 ファブ サブファブなどの不便な場所ではなく、従業員が作業する (製造) またはチェイス エリア。

エルゴノミクス

従業員とツールの間のインターフェースは、引き続き怪我を引き起こします。 筋肉の緊張や捻挫は、半導体業界、特に保守技術者の間ではかなり一般的です。 ポンプ、チャンバー カバーなどへのアクセスは、ツールの製造中および工場でのツールの配置中に適切に設計されていないことがよくあります。 ポンプはキャスター付きであるか、引き出し式の引き出しまたはトレイに配置する必要があります。 リフト装置は、多くの操作に組み込む必要があります。

単純なウェーハの取り扱いは、特に古い施設では人間工学的な危険を引き起こします。 新しい施設では通常、ウェーハが大きくなるため、より自動化された処理システムが必要になります。 これらのウエハー処理システムの多くはロボット装置と見なされており、これらのシステムの設計および設置時には、これらのシステムの安全性を考慮する必要があります (ANSI 1986)。

火災安全

すでに対処されているシランガスに加えて、水素ガスは重大な火災の危険性がある可能性があります。 しかし、それはよりよく理解されており、業界は水素に関連する多くの主要な問題を見ていません。

現在最も深刻な火災の危険は、 ウェットデッキ またはエッチング浴。 典型的なプラスチックの構成材料 (ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、難燃性ポリプロピレン) はすべてファブに関与しています。 発火します。 発火源は、エッチングまたはめっき浴ヒーター、電気制御装置がプラスチックまたは隣接するツールに直接取り付けられている場合があります。 これらのプラスチック製ツールのいずれかで火災が発生すると、粒子汚染と腐食性の燃焼生成物が工場全体に広がります。 エリアと設備をクリーンルームの基準に戻すまでの間、ファブでダウンタイムが発生するため、経済的損失は大きくなります。 多くの場合、一部の高価な機器は適切に除染できず、新しい機器を購入する必要があります。 したがって、適切な防火と防火の両方が重要です。

防火は、さまざまな不燃建材で対処できます。 ステンレス鋼は、これらのウェットデッキの構成材料として好まれますが、多くの場合、プロセスは金属ツールを「受け入れません」. 発火/発煙の可能性が低いプラスチックは存在しますが、半導体製造プロセスに適合するかどうかを判断するための十分なテストはまだ行われていません。

防火のために、これらのツールは、遮るもののないスプリンクラーで保護する必要があります。 ウェット ベンチの上に HEPA フィルターを配置すると、スプリンクラー ヘッドがブロックされることがよくあります。 これが発生した場合、追加のスプリンクラー ヘッドがフィルターの下に取り付けられます。 多くの企業は、多くの火災が発生するこれらのツールのプレナム キャビティ内に火災検知および抑制システムを設置することも要求しています。

 

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土曜日、4月02 2011 18:39

液晶ディスプレイ

液晶ディスプレイ (LCD) は、1970 年代から市販されています。 これらは、時計、電卓、ラジオ、およびインジケーターと 1993 文字または XNUMX 文字の英数字を必要とするその他の製品で一般的に使用されています。 液晶材料の最近の改良により、大型ディスプレイの製造が可能になりました。 LCD は半導体産業のごく一部にすぎませんが、その重要性は、ポータブル コンピューター、非常に軽量なラップトップ コンピューター、および専用のワード プロセッサ用のフラット パネル ディスプレイでの使用とともに増大しています。 LCD の重要性は、電子機器で一般的に使用されている最後の真空管である陰極線管 (CRT) に最終的に置き換わるため、成長し続けると予想されます (O'Mara XNUMX)。

LCD の製造は、非常に特殊なプロセスです。 産業衛生モニタリングの結果は、モニタリングされたさまざまな溶媒への曝露について、空気中の汚染物質レベルが非常に低いことを示しています (Wade et al. 1981)。 一般に、有毒、腐食性、可燃性の固体、液体、気体の化学物質、および危険な物理的作用物質の種類と量は、他の種類の半導体製造に比べて制限されています。

液晶材料は、図1に示すシアノビフェニル分子に代表される棒状の分子です。これらの分子は、通過する偏光の方向を回転させる性質を持っています。 分子は可視光に対して透明ですが、液体材料の容器は透明ではなく乳白色または半透明に見えます。 これは、分子の長軸がランダムな角度で整列しているため、光がランダムに散乱するために発生します。 液晶ディスプレイセルは、分子が特定の配列に従うように配置されています。 この配列は、外部電場によって変化する可能性があり、入射光の偏光を変化させることができます。

図 1. 基本的な液晶ポリマー分子

MIC030F1

フラット パネル ディスプレイの製造では、XNUMX 枚のガラス基板が別々に処理されてから接合されます。 前面基板をパターン化して、カラー フィルター アレイを作成します。 背面ガラス基板をパターン化して、薄膜トランジスタおよび金属相互接続ラインを形成する。 これらの XNUMX つのプレートは、組み立てプロセスで合わせられ、必要に応じてスライスされ、個々のディスプレイに分離されます。 液晶材料は、XNUMX枚のガラス板の間の隙間に注入されます。 ディスプレイは検査およびテストされ、各ガラス板に偏光フィルムが貼り付けられます。

フラットパネルディスプレイの製造には、数多くの個々のプロセスが必要です。 特殊な機器、材料、およびプロセスが必要です。 特定の重要なプロセスを以下に概説します。

ガラス基板の準備

ガラス基板は、ディスプレイの必須かつ高価なコンポーネントです。 材料の光学的および機械的特性を非常に厳密に制御することは、プロセスのすべての段階で、特に加熱が必要な場合に必要です。

ガラス加工

非常に正確な寸法と再現可能な機械的特性を備えた非常に薄いガラスを製造するために、1 つのプロセスが使用されます。 コーニングが開発したフュージョン プロセスでは、くさび形のトラフで溶融し、トラフの側面を上って流れるガラス フィード ロッドを使用します。 トラフの両側を流れ落ちる溶融ガラスは、トラフの底でXNUMX枚のシートに合流し、均一なシートとして下方に引き寄せられます。 シートの厚さは、ガラスを引き下げる速度によって制御されます。 ほぼXNUMXmの幅まで取得できます。

LCD 基板に適した寸法のガラスを製造している他のメーカーは、製造にフロート法を使用しています。 この方法では、溶融ガラスを溶融スズのベッド上に流出させる。 ガラスは金属スズに溶けたり反応したりせず、表面に浮いています。 これにより、重力によって表面が滑らかになり、両側が平行になります。 (章を参照 ガラス、セラミックおよび関連材料.)

450 × 550 mm 以上のさまざまな基板サイズが用意されています。 フラット パネル ディスプレイの一般的なガラスの厚さは 1.1 mm です。 より薄いガラスは、ポケットベル、電話、ゲームなどの一部の小型ディスプレイに使用されます。

切断、面取り、研磨

ガラス基板は、フュージョンまたはフロート プロセスの後、通常は 1 辺が約 XNUMX m になるようにトリミングされます。 材料の最終的な用途に応じて、成形プロセスの後にさまざまな機械操作が行われます。

ガラスはもろく、端が欠けたり割れたりしやすいため、通常は面取り、面取り、またはその他の処理を施して、取り扱い中の欠けを減らします。 エッジクラックの熱応力は、基板処理中に蓄積し、破損につながります。 ガラスの破損は、生産中の重大な問題です。 従業員の切り傷や裂傷の可能性に加えて、これは歩留まりの低下を意味し、ガラスの破片が装置に残り、粒子汚染や他の基板の傷の原因となる可能性があります。

基板のサイズが大きくなると、ガラスの研磨が難しくなります。 大きな基板は、ワックスまたは他の接着剤を使用してキャリアに取り付けられ、研磨材のスラリーを使用して研磨されます。 この研磨プロセスの後には、完全な化学洗浄を行って、残っているワックスやその他の有機残留物、および研磨剤または研磨媒体に含まれる金属汚染物質を除去する必要があります。

クリーニング

洗浄工程は、ベアガラス基板や、カラーフィルター、ポリイミド配向膜などの有機膜で覆われた基板に使用されます。 また、半導体、絶縁体、および金属膜を含む基板は、製造プロセス内の特定の時点で洗浄が必要です。 少なくとも、カラー フィルターまたは薄膜トランジスターの製造では、各マスキング ステップの前にクリーニングが必要です。

ほとんどのフラット パネル クリーニングでは、物理的方法と化学的方法を組み合わせて使用​​し、選択的に乾式方法を使用します。 化学エッチングまたは洗浄の後、基板は通常、イソプロピル アルコールを使用して乾燥されます。 (表 1 を参照してください。)

表 1. フラット パネル ディスプレイのクリーニング

物理洗浄

ドライクリーニング

化学洗浄

ブラシでこすり洗い

紫外線オゾン

有機溶剤*

ジェットスプレー

プラズマ(酸化物)

中性洗剤

超音波方式

プラズマ(非酸化物)

 

メガソニック

レーザ

純水

* 化学洗浄に使用される一般的な有機溶剤には、アセトン、メタノール、エタノール、 n-プロパノール、キシレン異性体、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン。

カラーフィルター形成

前面ガラス基板上でのカラー フィルタの形成には、前面パネルと背面パネルの両方に共通のガラス仕上げおよび準備手順の一部が含まれます。これには、面取りおよびラッピング プロセスが含まれます。 基板上で、パターニング、コーティング、硬化などの操作が繰り返されます。 シリコンウェーハ加工との類似点が多い。 ガラス基板は、通常、洗浄とコーティングのためにトラック システムで処理されます。

カラーフィルターパターニング

さまざまな材料と塗布方法を使用して、さまざまなフラット パネル ディスプレイ タイプ用のカラー フィルターを作成します。 染料または顔料のいずれかを使用でき、いずれかをいくつかの方法で堆積およびパターン化することができます。 1つのアプローチでは、プロキシミティ印刷装置および標準的なフォトレジストを使用して、ゼラチンが堆積され、連続するフォトリソグラフィ操作で染色される。 別の方法では、フォトレジストに分散された顔料が使用されます。 カラーフィルタを形成する他の方法には、電着、エッチング、および印刷が含まれる。

ITO蒸着

カラーフィルター形成後の最終工程は、透明電極材料のスパッタ成膜です。 これはインジウム-スズ酸化物 (ITO) で、実際には酸化物 In の混合物です。2O3 およびSnO2. この材料は、LCD の透明導電体アプリケーションに適した唯一の材料です。 ディスプレイの両面に薄い ITO フィルムが必要です。 通常、ITOフィルムは真空蒸着とスパッタリングを使用して作成されます。

ITOの薄膜は塩酸などのウェットケミカルで簡単にエッチングできますが、電極のピッチが狭くなり、微細化が進むにつれて、オーバーエッチングによるラインのアンダーカットを防ぐためにドライエッチングが必要になる場合があります。

薄膜トランジスタ形成

薄膜トランジスタの形成は、集積回路の製造と非常によく似ています。

薄膜堆積

基板は、薄膜アプリケーション ステップで製造プロセスを開始します。 薄膜は、CVD または物理蒸着 (PVD) によって堆積されます。 グロー放電とも呼ばれるプラズマ CVD は、アモルファス シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンに使用されます。

デバイスパターニング

薄膜が堆積されると、フォトレジストが適用され、イメージ化されて、薄膜を適切な寸法にエッチングできるようになります。 集積回路の製造と同様に、一連の薄膜が堆積され、エッチングされます。

配向膜塗布・ラビング

上部基板と下部基板の両方に、ガラス表面での液晶分子の配向のために薄いポリマーフィルムが堆積されます。 この配向フィルムは、おそらく厚さ0.1μmであり、ポリイミドまたは他の「硬質」ポリマー材料であり得る。 堆積と焼き付けの後、布で特定の方向にこすり、表面にほとんど検出できない溝を残します。 ラビングは、一方の側のローラーから供給され、基材に接触するローラーの下を通過し、もう一方の側のローラー上を通過する、ベルト上の 0.1 回の布で行うことができます。 基材は布の下を布と同じ方向に移動します。 他の方法には、基板を横切って移動する移動ブラシが含まれます。 ラビング材の起毛は重要です。 溝は、液晶分子が基板表面に整列し、適切な傾斜角をとるのを助ける働きをします。

配向膜は、スピンコーティングまたは印刷によって堆積させることができる。 印刷方法は、材料の使用においてより効率的です。 ポリイミドの 70 ~ 80% が印刷ロールから基板表面に転写されます。

アセンブリ

基板のラビングステップが完了すると、自動化された組立ラインシーケンスが開始されます。

  • 接着剤の塗布(パネルのシーリングに必要)
  • スペーサー塗布
  • 一方のプレートのもう一方に対する位置と光学的位置合わせ
  • 露光 (熱または UV) して接着剤を硬化させ、XNUMX 枚のガラス板を接着します。

 

上部プレートと下部プレートの両方の自動搬送がラインを通じて行われます。 XNUMX 枚のプレートが接着剤を受け取り、XNUMX 枚目のプレートがスペーサー アプリケーター ステーションに導入されます。

液晶注入

複数のディスプレイが基板上に構築されている場合、ディスプレイはスライスによって分離されます。 このとき、シール材に空いた穴を利用して基板間の隙間に液晶材料を導入することができる。 次に、この入口の穴をふさぎ、最終検査の準備をします。 液晶材料は、多くの場合、注入時に混合される XNUMX つまたは XNUMX つのコンポーネント システムとして提供されます。 注入システムは、セルの混合とパージを提供して、充填プロセス中に気泡がトラップされるのを防ぎます。

検査とテスト

組立・液晶注入後、検査・機能検査を行います。 ほとんどの欠陥は、粒子 (点および線欠陥を含む) およびセル ギャップの問題に関連しています。

偏光子アタッチメント

液晶ディスプレイ自体の最終製造工程は、各ガラス板の外側に偏光子を貼り付けることです。 偏光フィルムは、偏光子をガラスに取り付けるために必要な粘着層を含む複合フィルムです。 それらは、ロールまたはプレカットシートから材料を分配する自動化された機械によって適用されます。 これらのマシンは、他の業界向けに開発されたラベリング マシンのバリエーションです。 偏光フィルムはディスプレイの両面に貼られています。

場合によっては、偏光子の前に補償フィルムが適用されます。 補償フィルムは、一方向に延伸されるポリマーフィルム(例えば、ポリカーボネートおよびポリメチルメタクリレート)である。 この延伸により、フィルムの光学特性が変化します。

完成したディスプレイは、通常、ガラス基板の XNUMX つ、通常は薄膜トランジスタ側に、またはその近くにドライバ集積回路が取り付けられています。

危険

ガラスの破損は、LCD 製造における重大な危険です。 切り傷や裂傷が発生する可能性があります。 洗浄に使用される化学物質への曝露も別の問題です。

 

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土曜日、4月02 2011 18:40

III-V 半導体製造

シリコンは歴史的に主要な半導体材料として IC 技術開発を支配してきました。 シリコンの代替物に関する近年の主な焦点は、基板材料としてガリウム砒素(GaAs)などのIII-V族化合物に集中している。 半導体材料として、GaAs は、シリコンの 5 ~ 6 倍の電子移動度など、シリコンよりも優れた能力を示します。 この特性は、GaAs の潜在的な半絶縁特性と相まって、速度と消費電力の両方でパフォーマンスの向上につながります。

GaAs は、高品質のインゴット材料の成長に関連する XNUMX つの相互貫入面心立方副格子からなる閃亜鉛鉱構造を持っています。 GaAs の成長に関わる技術は、より複雑な XNUMX 相平衡と非常に揮発性の成分である砒素 (As) が関与するため、シリコンに採用される技術よりもかなり複雑です。 成長プロセス中に GaAs 化合物の正確な化学量論を維持するには、インゴット成長システム内の As 蒸気圧を正確に制御する必要があります。 III-V 半導体ディスプレイとデバイス製造の XNUMX つの主なカテゴリには、経済的に実行可能な処理手順があります。それは、LED ディスプレイとマイクロ波 IC デバイスです。

LED は、適切なドーピング剤 (通常はテルル、亜鉛、またはシリコン) を追加することによって pn 接合が形成される単結晶 GaAs から製造されます。 リン化ガリウム砒素 (GaAsP) などの三元および四元 III-V 材料のエピタキシャル層が基板上に成長し、ディスプレイの可視スペクトルまたはエミッタまたは検出器の赤外スペクトルに特定の波長の発光帯域が生じます。 たとえば、約 650 nm にピークを持つ赤色光は、pn 電子と正孔の直接再結合に由来します。 緑色発光ダイオードは、一般にリン化ガリウム (GaP) で構成されています。 この記事では、一般化された LED 処理手順について説明します。

マイクロ波 IC デバイスは特殊な形態の集積回路です。 これらは、レーダー、電気通信、テレメトリー用の高周波増幅器 (2 ~ 18 GHz) として、また電子戦システムで使用するためのオクターブおよびマルチオクターブ増幅器として使用されます。 マイクロ波 IC デバイス メーカーは通常、外部ベンダー (シリコン デバイス メーカーと同様) から、エピタキシャル層の有無にかかわらず、単結晶 GaAs 基板を購入します。 主な処理ステップには、液相エピタキシャル堆積、製造、およびシリコン デバイス製造と同様の非製造処理が含まれます。 この記事では、LED 処理に加えて追加の説明が必要な処理手順についても説明します。

ウェーハ製造

シリコンインゴットの成長プロセスと同様に、元素形態のガリウムとヒ素、および少量のドーパント材料 (シリコン、テルル、または亜鉛) を高温で反応させて、ドープされた単結晶 GaAs のインゴットを形成します。 インゴット製造の XNUMX つの一般化された方法が利用されます。

  • 水平または垂直ブリッジマン
  • 水平または垂直勾配凍結
  • 高圧または低圧液体封入チョクラルスキー (LEC)。

 

バルク多結晶GaAs化合物は通常、密封された石英アンプル内で高温でAs蒸気とGa金属との反応によって形成される。 通常、アンプルの一端にある As リザーバーは 618°C に加熱されます。 これにより、アンプル内に約 1 気圧の As 蒸気圧が生成されます。これは、化学量論的 GaAs を得るために必要な条件です。 As 蒸気は、1,238°C に維持され、石英または熱分解窒化ホウ素 (PBN) ボート内のアンプルのもう一方の端にある Ga 金属と反応します。 ヒ素が完全に反応した後、多結晶電荷が形成されます。 これは、プログラムされた冷却 (勾配凍結) による単結晶成長に使用されるか、成長に適切な温度勾配を提供するためにアンプルまたは炉のいずれかを物理的に移動する (Bridgeman) ことによって使用されます。 GaAs の合成と成長にこの間接的な方法 (砒素輸送) が使用されるのは、GaAs の融点での砒素の蒸気圧が高いためで、それぞれ 20°C で約 812 気圧、60°C で 1,238 気圧です。

バルク単結晶GaAsの商業生産への別のアプローチは、LEC技術である。 チョクラルスキー結晶引上げ機には、外側のグラファイトサセプタを備えたるつぼにチャンク GaAs が装填されています。 次に、バルクの GaAs は 1,238°C に近い温度で溶融され、結晶は加圧雰囲気で引き上げられます。この加圧雰囲気は、通常、数気圧から最大 100 気圧までメーカーによって異なります。 溶融物は粘性ガラス B によって完全にカプセル化されます。2O3これにより、As の蒸気圧がプラー チャンバーに適用される不活性ガス (通常はアルゴンまたは窒素) の圧力と一致するか、それを超えると、溶融解離が防止されます。 あるいは、単結晶 GaAs を合成することができます。 現場の As を溶融 Ga に注入するか、As と Ga を高圧で直接結合します。

GaAs ウェーハの製造は、重大な日常的な化学物質への暴露の可能性が最も高い半導体製造プロセスを表しています。 GaAs ウェーハの製造は、半導体製造業者のごく一部によってのみ行われていますが、この分野には特に力を入れる必要があります。 プロセスで使用される大量のヒ素、プロセスの多数のステップ、およびヒ素の空気中曝露限界が低いため、曝露の制御が困難になっています。 ハリソンによる記事 (1986); レニハン、シーヒー、ジョーンズ (1989); McIntyre と Sherin (1989) および Sheehy と Jones (1993) は、このプロセスの危険性と制御に関する追加情報を提供しています。

多結晶インゴットの合成

アンプルの装填と封印

チャンク形態のエレメンタル As (99.9999%) を計量し、排気されたグローブ ボックス内のクォーツ ボートに積み込みます。 純粋な液体 Ga (99.9999%) とドーパント材料も計量され、同じ方法で石英または熱分解窒化ホウ素 (PBN) ボートにロードされます。 ボートは、長い円筒形の石英アンプルに入れられます。 (ブリッジマンおよび勾配凍結技術では、所望の結晶方位を持つ種結晶も導入されますが、この段階で必要なのはポリ GaAs だけである XNUMX 段階 LEC 技術では、種結晶なしで多結晶 GaAs が合成されます。 )

石英アンプルを低温炉に入れ、アンプルを水素でパージしながら加熱します (H2)、水素還元反応として知られるプロセスで、酸化物を除去します。 アルゴンなどの不活性ガスでパージした後、石英アンプルを真空ポンプ アセンブリに取り付け、排気し、アンプルの端を水素/酸素トーチで加熱して密閉します。 これにより、充填され密閉された石英アンプルが作成され、炉での成長の準備が整います。 水素パージと水素/酸素トーチ システムは、適切な安全装置や設備が使用されていない場合、潜在的な火災/爆発の危険があります (Wade et al. 1981)。

ヒ素が加熱されているため、このアセンブリは排気換気下に維持されます。 このアセンブリを支持する排気ダクト内に、酸化砒素の堆積物が形成される可能性があります。 何らかの方法でダクトが妨害された場合は、暴露と汚染を防ぐために注意を払う必要があります。

ヒ素塊の保管と取り扱いが懸念事項です。 セキュリティのために、ヒ素は施錠された保管場所に保管され、在庫管理が厳しくなっていることがよくあります。 通常、ヒ素は、火災の際の関与を防ぐために耐火保管キャビネットにも保管されます。

炉の成長

ブリッジマン法と単結晶インゴット成長の勾配凍結法はどちらも、ウェット スクラバー システムに通気された高温炉エンクロージャー内で充填および密閉された石英アンプルを利用します。 炉の成長中の主な曝露の危険は、インゴットの成長中に石英アンプルが内破または爆発する可能性に関連しています。 この状況は散発的かつまれにしか発生せず、次のいずれかの結果として発生します。

  • 成長プロセスで使用される高温から生じる As 蒸気の分圧
  • 石英アンプル ガラスの失透により、ヘアライン クラックが発生し、アンプルの圧力が低下する可能性があります。
  • 加熱源(通常は抵抗型)に正確な高温制御装置がないため、石英アンプルが過剰に加圧される
  • 熱電対の誤動作または故障により、石英アンプルが過剰に加圧される
  • アンプル チューブ内の As が過剰または Ga が少なすぎると、As 圧力が非常に高くなり、アンプルの壊滅的な減圧が発生する可能性があります。

 

水平ブリッジマン システムは、密閉された石英アンプルが別々の温度ゾーンを持つマルチゾーン炉で構成されています。ヒ素の「コールド」フィンガー エンドは 618°C で、石英ガリウム/ドーパント/シード クリスタル ボートは 1,238°C で融液を含んでいます。 水平ブリッジマン システムの基本原理は、XNUMX つの加熱ゾーン (XNUMX つは GaAs の融点より上、もう XNUMX つは融点より下) を移動して、溶融 GaAs の正確に制御された凍結を提供することを含みます。 種結晶は、常に凍結ゾーンに維持され、最初の結晶開始構造を提供し、ボート内の結晶構造の方向と方向を定義します。 Ga と As のクォーツ ボートとアンプルは、サポート チューブと呼ばれる一連の炭化ケイ素ライナーによってヒーター チャンバー内に吊り下げられています。サポート チューブは、抵抗ヒーター アセンブリ内に配置され、アンプルの全距離を機械的に移動します。 さらに、炉アセンブリは、合成された GaAs 溶融物と種結晶との適切な界面を提供するために、成長中に傾ける必要があるテーブル上に置かれます。

勾配凍結法では、抵抗加熱を利用したマルチゾーン高温炉を 1,200 ~ 1,300 °C (1,237 °C は GaAs の融解/凝固点) に保ちます。 インゴット成長プロセスの合計期間は通常 3 日間で、次の手順で構成されます。

  • 炉焼成温度
  • GaAs合成
  • メルトの播種
  • 冷却/結晶成長。

 

石英アンプルは、はさみタイプの手動ジャッキを使用して、成長プロセス中に傾けることもできます。

アンプルブレイクアウト

密封された石英アンプル内で単結晶 GaAs インゴットを成長させた後、アンプルを開けて、インゴットと種結晶を含む石英ボートを取り出す必要があります。 これは、次のいずれかの方法で実行されます。

  • 湿った丸のこでアンプルの密封された端を切り落とす
  • 水素/酸素トーチでアンプルを加熱して割る
  • 空気中のヒ素を制御するために、排気中に袋詰めのアンプルをハンマーで壊します。

 

石英アンプルは、王水 (HCl、HNO3)または硫酸/過酸化水素(H2SO4/H2O2).

インゴットビーズブラスト・洗浄

多結晶欠陥を確認し、外部の酸化物や汚染物質を除去するには、単結晶 GaAs インゴットをビーズブラストする必要があります。 ビードブラストは、炭化ケイ素または焼成アルミナ ブラスト メディアのいずれかを利用して、使い果たされたグローブ ボックス ユニットで行われます。 湿式洗浄は、局所排気換気装置を備えた薬液槽で行われ、 王水 またはアルコールリンス (イソプロピルアルコールおよび/またはメタノール)。

単結晶インゴットの成長

アンプルから取り出した多結晶 GaAs インゴットをチャンクに分割し、計量して石英または PBN るつぼに入れ、その上に酸化ホウ素ディスクを置きます。 この坩堝を不活性ガスで加圧された結晶育成機(引上げ機)に入れ、1,238℃に加熱します。 この温度で、GaAs が融解し、軽い酸化ホウ素が液体の封入剤になり、砒素が融解物から解離するのを防ぎます。 種結晶は、液体キャップの下の融液に導入され、逆回転しながらゆっくりと融液から引き出され、それによって「ホットゾーン」を離れるときに固化します。 このプロセスには、充電サイズと結晶の直径に応じて、約 24 時間かかります。

成長サイクルが完了すると、グローワーが開かれ、単結晶インゴットが取り出され、洗浄されます。 液体キャップを取り付けた状態でも、溶融物からある程度のヒ素が漏れます。 プロセスのこの段階では、空気中のヒ素にかなり暴露される可能性があります。 この露出を制御するために、グローワーは 100°C 未満に冷却され、その結果、グローワーの内面に細かい砒素粒子が堆積します。 この冷却により、空中に浮遊するヒ素の量を最小限に抑えることができます。

ヒ素含有残留物の大量の堆積物が結晶育成装置の内部に残されます。 定期的な予防保守中に残留物を除去すると、空気中のヒ素濃度が高くなる可能性があります (Lenihan, Sheehy and Jones 1989; Baldwin and Stewart 1989; McIntyre and Sherin 1989)。 このメンテナンス作業中に使用される制御には、多くの場合、スカベンジャーの排気換気、使い捨ての衣類、呼吸用保護具が含まれます。

インゴットが取り除かれると、グローワーは解体されます。 HEPA真空を利用して、栽培者のすべての部分でヒ素粒子を拾います. 掃除機をかけた後、ステンレス鋼の部品を水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液で拭き、残留ヒ素を取り除き、グローワーを組み立てます。

ウエハー処理

X線回折

GaAsインゴットの結晶方位は、シリコンインゴットの加工と同様にX線回折装置を用いて決定されます。 低出力レーザーを使用して、製造環境で結晶方位を決定できます。 ただし、X 線回折の方が正確であり、推奨される方法です。

X 線回折を使用する場合、X 線ビームは、放射線の漏れがないか定期的にチェックされる保護キャビネットに完全に閉じ込められることがよくあります。 特定の状況下では、インターロックされたエンクロージャーに X 線ビームを完全に閉じ込めることは実際的ではありません。 この場合、オペレーターは放射線指バッジを着用する必要があり、高出力レーザーに使用されるものと同様の制御が使用されます (たとえば、アクセスが制限された密閉された部屋、オペレーターのトレーニング、ビームを可能な限り密閉するなど) ( Baldwin と Williams 1996)。

インゴットのトリミング、研削、スライス

単結晶インゴットの端または尾部は、水にさまざまな冷却剤を加えた水潤滑式の片刃ダイヤモンド ソーを使用して除去されます。 次に、単結晶インゴットを旋盤にかけ、均一な直径の円筒形のインゴットに成形します。 これは研削工程であり、湿式工程でもあります。

切り取って研削した後、GaAs インゴットはエポキシまたはワックスでグラファイト ビームに取り付けられ、自動操作の内径 (ID) ダイヤモンド ブレード ソーを使用して個々のウェーハに切断されます。 この湿式操作は、潤滑剤を使用して行われ、GaAs スラリーが生成されます。これを収集し、遠心分離し、フッ化カルシウムで処理してヒ素を沈殿させます。 上澄み液に過剰なヒ素が含まれていないことを確認し、汚泥をケーキ状に圧縮して有害廃棄物として処分します。 一部のメーカーは、インゴットのトリミング、研削、およびスライス プロセスから収集したスラリーを Ga 再生用に送ります。

アルシンおよびホスフィンは、GaAs およびリン化インジウムと空気中の水分、他のヒ化物およびリン化物との反応から、またはガリウムヒ素およびリン化インジウムの処理中に酸と混合されたときに形成される可能性があります。 92 ppb のアルシンと 176 ppb のホスフィンが、GaAs とリン化インジウムのインゴットを切断するために使用されるスライス ブレードから 2 インチ離れた場所で測定されました (Mosovsky et al. 1992、Rainer et al. 1993)。

ウェーハ洗浄

グラファイト ビームから GaAs ウェーハを取り外した後、硫酸/過酸化水素または酢酸とアルコールの溶液を含む湿った化学薬品浴に順次浸漬して洗浄します。

エッジプロファイリング

エッジプロファイリングは、スライスされたウェーハに実行されるウェットプロセスでもあり、ウェーハの周りにエッジを形成するため、破損しにくくなります。 ウェーハ表面に薄い切り込みを入れるだけなので、スラリーの発生が少ない。

ラッピングと研磨

ウェーハは、ホットプレートを使用してラップまたは研削プレートにワックスで取り付けられ、設定された回転速度と圧力を加える機械でラップされます。 ラッピング溶液(酸化アルミニウム、グリセリンおよび水のスラリー)がラッピング表面上に供給される。 短いラッピング期間の後、所望の厚さが達成されると、ウェーハは洗浄され、機械研磨機に取り付けられる。 研磨は、重炭酸ナトリウム、5% 塩素、水 (または次亜塩素酸ナトリウム)、およびコロイダル シリカ スラリーを使用して実行されます。 次にウエハーをホットプレート上で取り外し、溶剤を使用してワックスを除去し、ウエハーを洗浄します。

エピタキシー

単結晶GaAsウェーハは、所望の電子特性または光学特性を有する同じまたは他のIII-V化合物の非常に薄い層を成長させるための基板として使用される。 これは、成長層において基板の結晶構造が継続するように行われなければならない。 基板が成長層の結晶化度と方向を決定するこのような結晶成長はエピタキシーと呼ばれ、さまざまなエピタキシャル成長技術が III-V ディスプレイおよびデバイスの製造に使用されています。 最も一般的な手法は次のとおりです。

  • 液相エピタキシー (LPE)
  • 分子線エピタキシー (MBE)
  • 気相エピタキシー (VPE)
  • 有機金属化学蒸着 (MOCVD) — 有機金属気相エピタキシー (OMVPE) としても知られています。

 

液相エピタキシー

LPE では、ドープされた III-V 族材料の層が、ウェーハ上に堆積される材料用の別個のチャンバーを含むグラファイト ホルダーを使用して、GaAs 基板の表面上に直接成長します。 計量された量の蒸着材料がホルダーの上部チャンバーに追加され、ウェーハは下部チャンバーに配置されます。 アセンブリは、水素雰囲気下で石英反応管内に配置されます。 チューブを加熱して堆積材料を溶かし、融液が平衡に達すると、ホルダーの上部をスライドさせて、融液がウェーハ上に配置されるようにします。 その後、炉温を下げてエピタキシャル層を形成する。

LPE は、主にマイクロ波 IC エピタキシーおよび特定の波長の LED の製造に使用されます。 この LPE プロセスの主な懸念は、システム内での可燃性の高い水素ガスの使用です。これは、優れた工学的制御と早期警告システムによって軽減されます。

分子線エピタキシー

MBE の形での真空エピタキシーは、特に用途の広い技術として開発されました。 GaAs の MBE は、Ga および As の原子ビームまたは分子ビームのソースを含む超高真空システムと、加熱された基板ウェーハで構成されます。 分子線源は通常、液体 Ga または固体 As の容器です。 ソースは、基板ウェーハに面するオリフィスを有する。 噴出オーブン (または容器) が加熱されると、Ga の原子または As の分子がオリフィスから噴出します。 GaAs の場合、成長は通常 450°C を超える基板温度で行われます。

アルシンへの高い暴露は、固体ソース MBE システムのメンテナンス中に発生する可能性があります。 MBE ユニットのチャンバーがメンテナンスのために開かれたとき、0.08 ppm の室内空気濃度が 1991 つの研究で検出されました。 著者らは、一時的なアルシンの生成は、非常に細かい粒子状のヒ素が水蒸気と反応し、アルミニウムが触媒として作用することによって引き起こされる可能性があるという仮説を立てました (Asom et al. XNUMX)。

気相エピタキシー

脱脂および研磨されたウェーハは、エピタキシーの前にエッチングおよび洗浄ステップを受けます。 これには、硫酸、過酸化水素、および水を 5:1:1 の比率で使用する連続的な湿式化学浸漬操作が含まれます。 脱イオン水リンス; イソプロピルアルコールで洗浄/乾燥。 目視検査も行います。

XNUMX つの異なる化学に基づいて、VPE の XNUMX つの主要な技術が使用されています。

  • III-ハロゲン (GaCl3) および V-ハロゲン (AsCl3) または V-水素 (AsH3 とPH3)
  • Ga(CH などの III 有機金属および V-水素3)3 とアッシュ3—OMVPE。

 

これらの技術の熱化学は非常に異なります。 ハロゲン反応は通常、「ホット」から「コールド」のものまであり、III 元素と HCl の反応によってホット ゾーンで III ハロゲンが生成され、次にコールド ゾーンに拡散し、そこで V 種と反応します。有機金属化学は、III金属有機化合物が有機基を「分解」または熱分解し、残りのIIIと水素化物Vが反応してIII-Vを形成する「ホットウォール」プロセスです。

VPE では、GaAs 基板を水素雰囲気下の加熱チャンバーに入れます。 チャンバは、RF または抵抗加熱によって加熱されます。 HCl は Ga ボートを通してバブリングされ、塩化ガリウムを形成し、それが AsH と反応します。3 とPH3 基板上にエピタキシャル層として堆積される GaAsP を形成するためのウェーハの表面近く。 添加できるドーパントは多数あります (製品とレシピによって異なります)。 これらには、低濃度のテルル化物、セレン化物、硫化物が含まれます。

LED 処理で VPE に使用される一般的な技術は、III ハロゲンおよび V 水素 (水素化物) システムです。 これには XNUMX サイクルのプロセスが含まれます。最初に GaAs 基板上に GaAsP のエピタキシャル層を成長させ、最後にグラファイト/石英リアクタ チャンバから不純物を除去するエッチング サイクルを行います。 エピタキシャル成長サイクル中に、事前に洗浄された GaAs ウェーハは、無水 HCl ガスが計量されて GaCl3. 水素化物/水素ガス混合物 (例: 7% AsH3/H2 PH10%3/H2) はまた、テルルとセレンの有機金属ドーパントの ppm 濃度を添加して、リアクター チャンバーに計量供給されます。 ホット ゾーン (反応チャンバーの上部) の化学種が反応し、コールド ゾーン (チャンバーの下部) で、ウエハー基板とチャンバーの内部に目的の GaAsP 層を形成します。反応室。

反応器からの流出物は、熱分解のために水素トーチ システム (燃焼室または燃焼ボックス) に送られ、ウェット スクラバー システムに排出されます。 別の方法として、反応器流出物を液体媒体にバブリングして、粒子の大部分を捕捉することができる。 安全上の課題は、ガスを「分解」するために原子炉自体に依存していることです。 これらの原子炉の効率は約 98 ~ 99.5% です。 したがって、一部の未反応ガスは、オペレーターによって取り出されたときにバブラーから出てくる可能性があります。 これらのバブラーからのさまざまなヒ素およびリン含有化合物のガス放出があり、メンテナンスのためにベント付きシンクにすばやく移送し、そこでパージおよび洗浄して、人員の曝露を低く抑える必要があります。 このプロセスの職業衛生上の課題は、排気流出物のプロファイリングです。これは、反応器のさまざまな部分、特にバブラーからのガス放出化合物のほとんどが空気中で不安定であり、利用可能な従来の収集媒体と分析技術は、異なる種。

もう 1989 つの懸念事項は、VPE リアクターのプリスクラバーです。 高濃度のアルシンとホスフィンが含まれている可能性があります。 これらのプリスクラバーが無差別に開かれると、職業暴露限界を超える暴露が発生する可能性があります (Baldwin and Stewart XNUMX)。

エッチング サイクルは、成長サイクルの最後に新しいリアクタ パーツで実行され、不純物の内部表面をクリーニングします。 未希釈の HCl ガスを約 30 分間チャンバーに計量供給し、反応器を 1,200°C 以上に加熱します。 流出物は、中和のために湿式スクラバーシステムに排出されます。

成長サイクルとエッチング サイクルの両方の終了時に、拡張された N2 パージは、有毒/可燃性および腐食性ガスのリアクター チャンバーを洗い流すために使用されます。

原子炉洗浄

各成長サイクルの後、VPE リアクターを開け、ウェーハを取り出し、リアクターの上部と下部の両方を物理的に洗浄する必要があります。 洗浄工程はオペレーターが行います。

反応器からの石英プリスクラバーは、物理的に反応器の外に移動され、Nでパージされる排気シンクに配置されます。2、水ですすいでから水に浸す 王水. これに続いて、部品を乾燥させる前にもう一度水ですすいでください。 Nのつもり2 パージとは、不安定な自然発火性リンの存在により、酸素を単に置換することです。 さまざまなヒ素やリンを含む副生成物を含む残留物が、パージと水によるすすぎの後でもこれらの部品に残ります。 これらの残留物と強力な酸化剤/酸の混合物との反応により、かなりの量の AsH が生成される可能性があります。3 そしていくつかのPH3. また、その地域の他のメンテナンス手順による曝露の可能性もあります。

石英反応チャンバーの底部と底板 (ベース プレート) は、金属ツールを使用してきれいに削り取られ、微粒子材料 (GaAs、GaAsP、ヒ素酸化物、リン酸化物、および閉じ込められた水素化物ガスの混合物) が金属に集められます。垂直反応器の下に配置されたコンテナ。 最終的なクリーンアップには高効率の真空が使用されます。

化学物質にさらされる可能性のある別の操作は、原子炉のトラップの洗浄です。 トラップのクリーニングは、前述のすべての副産物と塩化ヒ素のクラストを持つ上部チャンバーからグラファイト部品をこすり落とすことによって行われます。 こする手順は粉塵を発生させ、オペレーターへの暴露を最小限に抑えるために換気されたシンクで実行されます。 すべての副産物と液体廃棄物を形成する水分を含むプロセス排気ラインが開かれ、金属製の容器に排出されます。 HEPA バキュームは、グラファイト パーツの移動中やベル ジャーの上昇と下降中に漏れた可能性のあるほこりの粒子を取り除くために使用され、遊離した粒子を叩き落とします。

有機金属化学蒸着

MOCVD は、III-V デバイスの作製に広く使用されています。 他の CVD システムでソース材料として使用される水素化物ガス (アルシンやホスフィンなど) に加えて、MOCVD システムでは毒性の少ない代替液体 (例えば、tert-ブチル アルシンや tert-ブチル ホスフィン) も、カドミウム アルキルおよび水銀 (Content 1989; Rhoades, Sands and Mattera 1989; Roychowdhury 1991)。

VPE は複合材料の堆積プロセスを指しますが、MOCVD はシステムで使用される親化学ソースを指します。 ハロゲン化物と有機金属の XNUMX つの化学物質が使用されます。 上述のVPE法はハロゲン化物法である。 III族ハロゲン化物(ガリウム)がホットゾーンで形成され、III-V化合物がコールドゾーンで堆積される。 GaAs の有機金属プロセスでは、トリメチルガリウムがアルシンまたは tert-ブチル アルシンなどの毒性の低い代替液体と共に反応チャンバーに計量され、ガリウム ヒ素が形成されます。 典型的な MOCVD 反応の例は次のとおりです。

(CH3)3Ga+AsH3 →GaAs+3CH4

LED の MOCVD 処理で使用される他の化学物質があります。 III族元素として使用される有機金属には、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)、TMインジウム、TEインジウムおよびTMアルミニウムが含まれる。 水素化ガスもプロセスで使用されます: 100% AsH3 PH100%3. このプロセスで使用されるドーパントは、ジメチル亜鉛 (DMZ)、ビスシクロペンタジエニル マグネシウム、およびセレン化水素 (H2セ)。 これらの材料は、低圧HXNUMX下で反応チャンバー内で反応します2 雰囲気。 この反応により、AlGaAs、AlInGaP、InAsP、および GaInP のエピタキシャル層が生成されます。 この技術は、半導体レーザーや、光ファイバーの送信機や受信機などの光通信デバイスの製造に伝統的に使用されてきました。 AlInGaP プロセスは、非常に明るい LED の製造に使用されます。

VPE プロセスと同様に、MOCVD リアクターと部品の洗浄は、特に大量の濃縮 PH の場合、プロセスと労働衛生士の両方に課題を提示します。3 プロセスで使用されます。 これらの反応器の「分解」効率は、VPE 反応器ほど大きくはありません。 かなりの量のリンが発生し、火災の危険があります。 洗浄手順では、これらの反応器のさまざまな部品に希薄な過酸化水素/水酸化アンモニウムを使用する必要があります。これは、オペレーターのミスにより、金属触媒の存在下で濃縮溶液を使用すると爆発の危険があります。

デバイスの製造

上面にGaAsPのエピタキシャル成長層を有するGaAsウェハは、デバイス製造処理シーケンスに進む。

窒化物の堆積

窒化ケイ素 (Si) の高温 CVD3N4) は、標準的な拡散炉を使用して実行されます。 ガス源はシラン (SiH4) とアンモニア (NH3) 窒素キャリアガスを使用。

フォトリソグラフィプロセス

標準的なフォトレジスト、位置合わせ/露光、現像、および剥離プロセスは、シリコン デバイス処理と同様に利用されます (記事「シリコン半導体製造」のリソグラフィに関するセクションを参照)。

ウェットエッチング

ウェットケミカル酸溶液のさまざまな混合物が、局所的に排気されたエッチングステーションのプラスチックバスで使用され、垂直に取り付けられた層状のHEPAフィルター供給システムを備えたものもあります。 使用中の一次酸は硫酸 (H2SO4)、フッ化水素酸 (HF)、塩酸 (HCl)、リン酸 (H3PO4)。 シリコン処理と同様に、過酸化水素 (H2O2) は硫酸、および水酸化アンモニウム (NH4OH) はコースティック エッチングを提供します。 アルミニウムのエッチングには、シアン化物溶液 (ナトリウムまたはカリウム) も使用されます。 ただし、シアン化物エッチングは、このプロセス用に他のエッチング剤が開発されているため、徐々に段階的に廃止されています。 ウェット エッチングの代替として、プラズマ エッチングおよびアッシング プロセスが使用されます。 反応器の構成と反応ガスは、シリコン デバイス処理で使用されるものと非常によく似ています。


クローズドアンプル二砒化亜鉛固体ソース拡散は、Nを利用して720°Cの真空拡散炉で行われます。2 キャリアガス。 ヒ素とヒ化亜鉛がドーパントとして使用されます。 それらは、バルク基板と同じ方法でグローブボックス内で計量されます。

メタライゼーション

最初のアルミニウム蒸発は、電子ビーム蒸発器を利用して実行されます。 バックラップの後、フィラメント蒸発器を利用して金の蒸着が行われます。

合金化

最終的な合金化ステップは、窒素不活性雰囲気を利用して、低温拡散炉で実行されます。

バックラップ

堆積した材料(GaAsP、Si)を除去するためにバックラッピングが行われます3N4 など)ウェーハの裏側から。 ウェーハはラッパープレートにワックスで取り付けられ、コロイダルシリカスラリーでウェットラップされます。 次に、局所的に排気されたウェットケミカルエッチングステーションで、有機ストリッパーでウェーハをウェットストリッピングすることにより、ワックスが除去されます。 ウェット ラッピングに代わるもう XNUMX つの方法は、酸化アルミニウムの「砂」を使用するドライ ラッピングです。

多くのレジストおよびレジスト剥離剤が使用されており、典型的にはスルホン酸(ドデシルベンゼンスルホン酸)、乳酸、芳香族炭化水素、ナフタレンおよびカテコー​​ルを含む。 一部のレジスト剥離剤には、エタン酸ブチル、酢酸、ブチルエステルが含まれています。 製品によってネガ型とポジ型の両方のレジストとレジスト剥離剤が使用されています。

最終試験

シリコン デバイスの処理と同様に、完成した LED 回路はコンピューターでテストされ、マークが付けられます (「シリコン半導体の製造」を参照)。 最終検査が行われた後、ウェーハは電気的にテストされ、欠陥のあるダイにマークが付けられます。 次に、ウェットソーを使用して個々の金型を分離し、組み立てに送ります。

 

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印刷された配線板

プリント配線基板 (PWB) は、プリント回路基板のさまざまな電子部品をまとめて保持する相互接続の電気的フレームワークおよび物理構造です。 PWB の主なカテゴリは、片面、両面、多層、フレキシブルです。 ますます高密度化と小型化が進む基板の複雑さと間隔の要件により、基板の両面を下層の回路で覆う必要がありました。 片面ボードは、初期の電卓や単純な民生用電子機器の要件を満たしていましたが、ポータブル ノートブック コンピューター、携帯情報端末、およびパーソナル ミュージック システムでは、両面および多層 PWB が必要になりました。 PWB のパターニングの処理は、本質的に、プリント配線板にエッチングまたは堆積される電気「配線」として機能する誘電体基板上の材料の層を選択的に堆積および除去することを含むフォトリソグラフィ プロセスです。

多層基板には、積層され結合された回路を備えた 1995 つ以上の誘電体材料が含まれています。 電気的接続は、一方の側から他方の側へ、そして内層回路へと確立され、続いて銅でメッキされるドリル穴によって確立されます。 最も一般的に使用される誘電体基板はガラス繊維シート (エポキシ/ガラス繊維ラミネート) です。 他の材料は、ガラス (ポリイミド、テフロン、またはトリアジン樹脂) とフェノール樹脂で覆われた紙です。 米国では、積層板は消火特性に基づいて分類されています。 穴あけ、穴あけ、機械加工の特性; 吸湿特性; 耐薬品性および耐熱性; および機械的強度 (Sober 4)。 FR-XNUMX (エポキシ樹脂とガラスクロス基板) は、ハイテク用途に広く使用されています。

実際のPWBプロセスには、多くの工程と多種多様な化学薬品が含まれます。 表 1 は、典型的な多層プロセスと、このプロセスに関連する EHS の問題を示しています。 片面基板と両面基板の主な違いは、片面基板では片面のみ銅で覆われた原材料から始まり、無電解銅めっきのステップが省略されていることです。 標準の両面ボードには、むき出しの銅の上にはんだマスクがあり、穴を通してメッキされています。 ボードには、金でコーティングされた接点とコンポーネントの凡例があります。 PWB の大部分は多層基板であり、内部層が製造され、ラミネート パッケージ内に挟まれ、その後、XNUMX 層基板とほぼ同じように処理された両面基板です。

表 1. PWB プロセス: 環境、健康、および安全性の問題

主要なプロセス ステップ

健康と安全の問題

環境問題

材料の準備

特定のラミネート、エントリー マテリアル、およびバックアップ ボードをプレカット サイズで購入する
コンピュータ支援処理レイアウト

コンピューター支援設計 — VDU と人間工学の危険性

なし

積み重ねて固定

銅張りのパネルは、エントリー材とバックアップボードで積み重ねられています。 開けた穴と
ダボで固定。

掘削中の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/グラスファイバーを含む掘削微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

訓練

数値制御(N/C)ボール盤

掘削中の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/グラスファイバーを含む掘削微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

Deburr

ドリル加工されたパネルは、ブラシまたは研磨ホイールを通過します

バリ取り時の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/ガラス繊維を含む微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

無電解銅めっき

スルーホールへの薄い銅層の追加
(多段階プロセス)

クリーナー、コンディショナー、エッチング剤、触媒への吸入および皮膚曝露—H2SO4、H2O2、グリコールエーテル、KMnO4、NH4HF2、パラジウム、SnCl2、CuSO4、ホルムアルデヒド、NaOH

排水 - 酸、銅、腐食剤、
フッ化物; 大気排出物 - 酸性ガス、
ホルムアルデヒド

イメージング

ドライ フィルム レジスト - UV 感光性フォトポリマー
スクリーン印刷されたレジスト - 感光性乳剤
液状レジスト - 感光性液状レジスト

レジストへの吸入および皮膚暴露; 開発者; と
ストリッパー - 溶剤を含むゴムベースのレジスト。 ナ3PO4 とK2CO3; 塩化第二銅 (Cl2 ガス)、モノエタノールアミン (MEA)

大気への排出 — 溶剤 (VOC)、酸性ガス、
MEA; 廃棄物 - 液体

パターンめっき

クリーニング
銅めっき
スズまたはスズ/鉛メッキ
ラックストリッピング

洗浄による吸入および皮膚の危険; 銅メッキまたはスズ/スズおよび鉛メッキおよびラックストリッピング—H3PO4、H2SO4; NS2SO4 と CuSO4; フッ化ホウ酸および Sn/Pb; 濃縮HNO3

大気への排出 - 酸性ガス。 水
排水 - 酸、フッ化物、金属 (銅、
鉛とスズ)

剥がして、エッチングして、剥がして

レジストストリップ
アルカリエッチング
銅条

レジストストリップからの吸入および皮膚の危険; アルカリ エッチングまたは銅ストリップ - モノエタノール アミン (MEA)。 NH4おー; NH4Cl/NH4オハイオ州またはNH4HF2

大気排出物 - MEA、アンモニア、フッ化物。
排水 - アンモニア、フッ化物、金属
(銅、鉛、スズ)、レジストコンパウンド

戦士の表情

エポキシインキ - スクリーン印刷
ドライフィルム - PWBにラミネート
液状のフォトイメージング可能なエポキシインク

前洗浄による吸入および皮膚の危険性; エポキシインクと溶剤キャリア; 開発者—H2SO4; エピクロルヒドリン + ビスフェノール A、グリコール エーテル (PGMEA ベース); ガンマブチロラクトン。 

硬化プロセスからの紫外線

排気ガス - 酸性ガス、グリコール エーテル
(VOC); 廃棄物 - 溶剤、エポキシインク

はんだコーティング

はんだレベリング

フラックス、分解生成物、および鉛/スズのはんだ残留物による吸入および皮膚の危険性 - 希釈グリコールエーテル + <1% HCl および <1% HBr; アルデヒド、HCl、CO; 鉛と錫

大気への排出 - グリコールエーテル (VOC)、酸性ガス、アルデヒド、CO; 廃棄物 - 鉛/スズはんだ、フラックス

金・ニッケルメッキ

 

酸、金属などによる吸入および皮膚への危険性
シアン化物 - H2SO4、HNO3、NiSO4、シアン化金カリウム

大気への排出 - 酸性ガス、シアン化物。 水
排出物 - 酸、シアン化物、金属;
廃棄物 - シアン化物、金属

コンポーネントの凡例

スクリーンプリント
オーブンキュア

エポキシベースのインクおよび溶剤キャリアによる吸入および皮膚の危険性 - グリコールエーテルベースの溶剤、エピクロルヒドリン + ビスフェノール A

大気排出 — グリコールエーテル (VOC) 廃棄物 — インクと溶剤 (少量)

Cl2 = 塩素ガス; CO = 一酸化炭素; CuSO4 = 硫酸銅; H2O2 = 過酸化水素;H2SO4 = 硫酸; H3PO4 =リン酸; HBR = 臭化水素酸; HCl = 塩酸; HNO3 = 硝酸; K2CO3 = 炭酸カリウム; KMNO4 = 過マンガン酸カリウム; NA3PO4 =リン酸ナトリウム; NH4Cl = 塩化アンモニウム; NH4OH = 水酸化アンモニウム; NiSO4 = 硫酸ニッケル; Pb = 鉛; Sn = スズ; SnCl2 = 塩化第一スズ; UV = 紫外線; VOC = 揮発性有機化合物。

 

プリント基板アセンブリ

プリント回路基板 (PCB) の組み立てでは、鉛/スズはんだ (ウェーブはんだマシンで、またはペーストとして塗布してから低温炉でリフロー) またはエポキシ樹脂 (低温炉で硬化)。 基盤となる PWB (片面、両面、多層またはフレキシブル) によって、取り付け可能なコンポーネントの密度が決まります。 数多くのプロセスと信頼性の問題が、使用される PCB アセンブリ プロセスの選択の基礎となります。 主な技術的プロセスは、全面実装技術 (SMT)、混合技術 (SMT とメッキ スルー ホール (PTH) の両方を含む)、および下面取り付けです。

通常、最新の電子機器/コンピューターの組み立て施設では、一部のコンポーネントが表面実装され、他のコネクタ/コンポーネントがスルーホール技術またははんだリフローを使用してはんだ付けされる混合技術が利用されています。 「典型的な」混合技術プロセスについて以下に説明します。このプロセスでは、接着剤による取り付け、ウェーブはんだ付け、およびリフローはんだ付けを含む表面実装プロセスが利用されます。 混合技術を使用すると、両面基板の上面で表面実装部品 (SMC) をリフローし、下面で SMC をウェーブはんだ付けできる場合があります。 このようなプロセスは、現在の電子機器製造の標準である、表面実装技術とスルーホール技術を単一の基板に混在させる必要がある場合に特に役立ちます。 最初のステップは、はんだリフロー プロセスを使用して、基板の上面に SMC を取り付けることです。 次に、スルーホール部品を挿入します。 次に、ボードを裏返して、下側の SMC をボードに接着剤で取り付けます。 スルーホール コンポーネントと下側の SMC の両方のウェーブはんだ付けは、最終ステップです。

主な技術混合技術プロセスのステップは次のとおりです。

  • 前後のクリーニング
  • はんだペーストと接着剤の塗布 (スクリーン印刷と配置 (SMT と PTH))
  • コンポーネントの挿入
  • 接着剤硬化およびはんだリフロー
  • フラクシング (PTH)
  • ウェーブはんだ付け (PTH)
  • 検査とタッチアップ
  • テスト
  • 手直しと修理
  • オペレーションのサポート—ステンシル クリーニング。

 

各プロセスステップの重要な環境、健康、安全への影響の簡単な説明を以下に示します。

洗浄前と洗浄後

市販の PWB は通常、PWB サプライヤから購入され、すべての表面汚染物質を除去するために脱イオン (DI) 水溶液で事前に洗浄されています。 成層圏のオゾン層の破壊に関する懸念が生じる前は、クロロフルオロカーボン (CFC) などのオゾン層破壊物質が、電子機器メーカーによって最終洗浄または事前洗浄として使用されていました。 PCB アセンブリ プロセスの最後に、クロロフルオロカーボンの「蒸気脱脂」操作を使用して、フラックス/ウェーブはんだ付け操作から残留物を除去するのが一般的でした。 ここでも、オゾンの枯渇と CFC の製造に対する厳しい規制管理が懸念されるため、プロセスの変更が行われ、完全な PWB アセンブリが洗浄をバイパスするか、または DI 水洗浄のみを使用できるようになりました。

はんだペーストと接着剤の塗布(ステンシル印刷と配置)および部品の挿入

鉛/スズはんだペーストを PWB 表面に塗布すると、表面実装コンポーネントを PWB に取り付けることができ、SMT プロセスの鍵となります。 はんだ材料は、電気伝導と熱伝導の機械的結合として機能し、表面保護と強化されたはんだ付け性のためのコーティングとして機能します。 はんだペーストは、約 70 ~ 90% の不揮発性物質で構成されています (重量あたりの重量または体積あたりの重量ベース)。

  • 鉛/錫はんだ
  • 変性樹脂(ロジン酸または弱活性ロジン)のブレンド
  • 活性化剤(「無洗浄」製品の場合、アミンハロゲン化水素酸塩と酸の混合物、またはカルボン酸のみ)。

 

溶剤 (揮発性物質) は、製品の残りの部分を構成します (通常、独自のブレンドであるアルコールとグリコール エーテルの混合物)。

はんだペーストはステンシルを介して印刷されます。ステンシルは、PWB 表面に追加される表面デザインの正確なパターンです。 はんだペーストは、ステンシルをゆっくりと横切るスキージによって、ステンシルの開口部から PWB 上のパッド サイトに押し出されます。 次に、ステンシルを持ち上げて、ボード上の適切なパッドにペーストの堆積物を残します。 その後、コンポーネントが PWB に挿入されます。 主な EHS の危険は、はんだペーストをステンシル表面に塗布し、スクイージーを洗浄し、ステンシルを洗浄するオペレーターのハウスキーピングと個人衛生に関連しています。 はんだ中の鉛の濃度と、乾燥したはんだペーストが皮膚や機器/施設の作業面に付着する傾向があるため、保護手袋の使用、作業面の適切な清掃、汚染された清掃材料の安全な廃棄 (および環境への取り扱い)およびオペレーターによる厳格な個人衛生(例:飲食または化粧品を塗る前の石鹸による手洗い)。 空気中の暴露レベルは通常、鉛の検出限界を下回っており、適切なハウスキーピング/個人衛生が使用されている場合、血中鉛の測定値はバックグラウンド レベルです。

接着剤の塗布では、少量のエポキシ樹脂 (通常はビスフェノール A とエピクロルヒドリンの混合物) を PWB 表面に自動塗布し、部品を「ピック アンド プレース」して、エポキシ樹脂を通して PWB に挿入します。 EHS の危険は、主に「ピック アンド プレース」ユニットの機械的安全上の危険に関連しています。これは、自動化された機械的アセンブリ、ユニットの背面にあるコンポーネント シャトル、および適切なガード、ライト カーテン、およびハードウェア インターロックがなければ重傷を負う可能性があるためです。現在。

接着剤硬化およびはんだリフロー

ステンシル印刷または接着剤塗布によって取り付けられたコンポーネントは、固定高さの機械式コンベアでインライン リフロー炉に運ばれ、約 200 ~ 400 °C ではんだペーストをリフローすることによってはんだを「開始」します。 エポキシ接着剤で取り付けられたコンポーネントも、はんだリフローのダウンラインである炉を通過し、通常は 130 ~ 160 で実行されます。oC. はんだペーストとエポキシ樹脂の溶剤成分は炉プロセス中に追い出されますが、鉛/スズ成分は揮発しません。 リフロー炉の排気ダクトにはクモの巣状の残留物が溜まりますが、これを防止するために金属メッシュフィルターを使用することができます。 PWB がコンベア システムに引っかかることがあり、炉内で過熱して不快な臭いが発生することがあります。

フラクシング

PWB 表面とコンポーネント リードで信頼性の高いはんだ接合を形成するには、両方が酸化していない必要があり、はんだ付けで使用される高温でも酸化しない必要があります。 また、溶融はんだ合金は、接合される金属の表面を濡らさなければなりません。 これは、はんだフラックスが接合される表面と反応して金属酸化物を除去し、洗浄された表面の再酸化を防ぐ必要があることを意味します。 また、残留物が非腐食性であるか、簡単に除去できる必要があります。 電子機器をはんだ付けするためのフラックスは、一般にロジンベースのフラックス、有機または水溶性のフラックス、および溶剤除去可能な合成フラックスとして知られる XNUMX つの大きなカテゴリに分類されます。 新しい低固形分「無洗浄」フラックスまたは不揮発性有機化合物 (NVOC) フラックスは、中間のカテゴリに分類されます。

ロジン系フラックス

ロジンベースのフラックスは、エレクトロニクス業界で最も一般的に使用されているフラックスです。 スプレーフラックス or フォームフラックス. フラクサーは、ウェーブはんだ付け装置の内部に含まれるか、ユニットへのインフィードに配置されたスタンドアロンユニットとして含まれます。 ベースとして、ロジンベースのフラックスは天然のロジンまたはコロフォニーを持っています。これは松の木のオレオレジンとキャナル樹脂からテレビン油が蒸留された後に得られる半透明の琥珀色のロジンです。 樹脂は集められ、加熱され、蒸留され、固体粒子が除去され、精製された形の天然物が得られます。 単一の融点を持つ均質な材料です。

コロホニーは、ほとんどがアビエチン酸 (非水溶性の有機酸) である約 90% の樹脂酸と、スチルベン誘導体やさまざまな炭化水素などの中性物質が 10% の混合物です。 図 1 は、アビエチン酸とピマル酸の化学構造を示しています。

図 1. アビエチン酸とピマル酸

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活性成分はアビエチン酸で、はんだ付け温度では化学的に活性で、PWB 表面の酸化銅を攻撃し、銅アビエットを形成します。 ロジンベースのフラックスには、溶剤またはビヒクル、ロジン、および活性剤の XNUMX つのコンポーネントがあります。 溶剤は単にフラックスの媒体として機能します。 効果を発揮させるには、ロジンをボードに液体の状態で塗布する必要があります。 これは、ロジンと活性化剤を溶媒系、通常はイソプロピル アルコール (IPA) またはアルコールの多成分混合物 (IPA、メタノール、またはエタノール) に溶解することによって達成されます。 次に、フラックスは、空気または窒素を加えて PCB の底面に発泡させるか、溶媒含有量の多い「低固形分」混合物に吹き付けます。 これらの溶剤成分は蒸発速度が異なるため、構成フラックス組成を維持するためにシンナーをフラックス混合物に追加する必要があります。 ロジンベースのフラックスの主なカテゴリーは次のとおりです。 (RMA) は、使用されている典型的なフラックスであり、マイルドな活性剤が追加されています。 ロジンアクティブ (RA)、より積極的なアクティベーターが追加されました。

すべてのロジンベースのフラックスの主な EHS 危険性は、アルコール溶剤ベースです。 安全上の問題は、保管と使用における可燃性、有害廃棄物としての分類と取り扱い、VOC を除去するために必要な排気と処理システム、および吸入と皮膚 (皮膚) 暴露に関連する産業衛生の問題に関連しています。 これらの各項目には、異なる管理戦略、従業員の教育と訓練、および許可/規制順守が必要です (電子、電気通信およびビジネス機器産業協会 1991)。

ウェーブはんだ付けプロセス中、フラックスは 183 ~ 399°C に加熱されます。 生成される空中製品には以下が含まれます 脂肪族アルデヒド、ホルムアルデヒドなど。 多くのフラックスには 有機アミン塩酸塩活性化剤、 はんだ付けされる領域をきれいにし、加熱すると塩酸を放出します。 他の気体成分には、ベンゼン、トルエン、スチレン、フェノール、クロロフェノール、およびイソプロピルアルコールが含まれます。 加熱されたフラックスの気体成分に加えて、サイズが 0.01 ミクロンから 1.0 ミクロンのかなりの量の粒子が生成されます。 コロニーの煙. これらの粒子状物質は呼吸器への刺激物であり、敏感な個人の呼吸器感作物質でもあることがわかっています (Hausen、Krohn、および Budianto 1990)。 英国では、空中曝露基準により、コロホニーの煙レベルを達成可能な最低レベルに制御することが求められています (Health and Safety Commission 1992)。 さらに、米国政府産業衛生士会議 (ACGIH) は、ロジン コアはんだの熱分解生成物に対して 0.1 mg/m という別個の限界値を設定しました。3、ホルムアルデヒドとして測定 (ACGIH 1994)。 Lead Industries Association, Inc. は、ロジン コアはんだ付けの典型的な分解生成物として、アセトン、メチル アルコール、脂肪族アルデヒド (ホルムアルデヒドとして測定)、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、アビエチン酸、および関連するジテルペン酸を特定しています (Lead Industries Association 1990 )。

有機フラックス

中間フラックスまたは水溶性フラックスと呼ばれることもある有機フラックスは、ロジンベースのフラックスよりも活性が高く、金属加工産業で使用される酸フラックスよりも腐食性が低い複合材料です。 このクラスのフラックスの一般的な活性化合物は、次の XNUMX つのグループに分類されます。

  • 酸(例、ステアリン酸、グルタミン酸、乳酸、クエン酸)
  • ハロゲン(例、塩酸塩、臭化物、ヒドラジン)
  • アミドおよびアミン(例、尿素、トリエタノールアミン)。

 

これらの材料と、はんだの表面張力の低下を助ける界面活性剤などの配合の他の部分は、ポリエチレングリコール、有機溶媒、水、または通常これらのいくつかの混合物に溶解されます。 有機フラックスは腐食性と見なす必要がありますが、お湯だけで簡単に洗い流すことができます。

合成活性化 (AS) フラックス

ロジンベースのフラックスが溶剤に溶解した固体材料であるのに対し、AS フラックスは通常、完全に液体の配合 (溶剤 + フラックス) です。 ソルベント キャリアはウェーブはんだ付けの予熱段階で追い出され、湿った油状の残留物が PWB 表面に残ります。これははんだ付けの直後に除去する必要があります。 AS フラックスの主な特徴は、通常はフルオロカーボン系の適切な溶剤を使用して除去できることです。 フルオロカーボン (Freon TF、Freon TMS など) などのオゾン層破壊物質の使用が制限されているため、これらの洗浄剤の使用が必要なため、このクラスのフラックスの使用が厳しく制限されています。

低固形分「無洗浄」または非 VOC フラックス

フルオロカーボン溶剤による腐食性または粘着性フラックス残留物のはんだ付け後の洗浄を排除する必要性から、新しい種類のフラックスが広く使用されるようになりました。 これらのフラックスは活性が RMA フラックスと類似しており、固形分は約 15% です。 固形分は粘度の尺度であり、溶剤に対するフラックスの比率に等しくなります。 固形分が少ないほど、溶媒の割合が高くなります。 固形分が多いほど、フラックスの活性が高くなり、はんだ付け後の洗浄工程が必要になる可能性が高くなります。 低固形分フラックス (LSF) はエレクトロニクス業界で一般的に使用されており、通常は後洗浄ステップを必要としません。 環境排気の観点から、LSF はウェーブはんだ付けされたボードのフルオロカーボン蒸気脱脂の必要性を排除しましたが、溶媒含有量が高いため、蒸発するアルコールベースの溶媒の量が増加し、VOC レベルが高くなりました。 VOC の大気放出レベルは、米国および世界中の多くの場所で厳しく管理されています。 この状況は、水ベース(溶剤ベースではなく)であるが、同様の活性剤とフラックス用ロジンを含む「無洗浄」フラックスの導入によって対処されました。 主な有効成分はジカルボン酸系(2~3%)で、 通常、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸。 界面活性剤 および 腐食防止剤 (約1%)も含まれており、pH(酸性度)は3.0~3.5となります。 これらのフラックスは、溶剤ベースのフラックスの使用に関連する VOC の大気放出やその他の EHS の危険を実質的に排除します。 ロジンベースのフラックスに見られる分解生成物は依然として適用可能であり、穏やかな pH のため、フラックスを取り扱う機器は耐酸性である必要があります。 いくつかの事例証拠は、乾燥した弱酸性のジカルボン酸および腐食防止剤が、これらの化合物を使用するキャリア、カート、およびウェーブはんだ付け装置の内部表面に残留する可能性があるため、潜在的な皮膚または呼吸器の問題を指摘しています。 また、これらのフラックスの水成分は、溶融はんだポットに当たる前に十分に蒸発せず、高温のはんだが飛び散る可能性があります。

ウェーブはんだ付け

PWBの底面へのフラックスの追加は、ウェーブはんだ付けユニットの内部に配置されたフラクサー、またはウェーブはんだ付けユニットへの入口にある独立型ユニットのいずれかによって行うことができる。 図 2 は、フラクサーが内部に配置された標準的なウェーブはんだ付けユニットの概略図です。 どちらの構成も、フラックスを PWB に発泡またはスプレーするために使用されます。

図 2. ウェーブはんだユニットの回路図

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予熱

はんだ付けの前に、フラックスキャリアを蒸発させる必要があります。 これは、高温予熱器を使用して液体成分を追い出すことによって達成されます。 XNUMX つの基本的なタイプの予熱器が使用されています: 輻射式 (ホットロッド) と容積式 (熱風) です。 輻射ヒーターは米国では一般的であり、過剰なフラックスや溶剤が発火したり、予熱器の下で動かなくなった場合に PWB が分解したりする可能性があります。 ウェーブはんだ付けユニットのフラクサー / プリヒーター側には、これらの作業中に蒸発した溶剤 / フラックス材料を捕捉して排出するための局所排気装置が装備されています。

はんだ付け

はんだ合金 (通常、63% のスズと 37% の鉛) は、 はんだポット、 はんだを溶融状態に維持するために電気的に加熱されます。 ヒーターには、初期溶融を行うための強力なバルク ヒーターと、サーモスタットで温度を制御するための小規模な調整された熱供給が含まれます。

基板レベルのはんだ付けを成功させるには、はんだポットと再循環ポンプ システムの設計により、新鮮なはんだの一貫した「波」を継続的に提供する必要があります。 はんだ付けにより、純粋なはんだは、酸化された鉛/スズ化合物、金属不純物、およびフラックス分解生成物で汚染されます。 この ドロス ドロスは溶融はんだの表面に形成され、形成されるドロスが多いほど追加形成される傾向があります。 ドロスは、はんだ付けプロセスとはんだウェーブに有害です。 ポットに十分なフォームがあると、再循環ポンプに引き込まれ、インペラーの摩耗を引き起こす可能性があります。 ドロス除去にはウェーブはんだオペレーターが必要です 波は日常的に。 このプロセスでは、オペレーターが溶融はんだから固化したドロスをこし取り、残留物を回収/リサイクルのために収集します。 ドロス除去のプロセスでは、オペレーターがはんだポットに隣接する後部アクセス ドア (通常はガルフ ウィング構成) を物理的に開き、高温のドロスを手動ですくい取ります。 このプロセス中に、作業者の目、鼻、喉に強い刺激を与える目に見える放出物が鍋から放出されます。 オペレーターは、耐熱手袋、エプロン、安全メガネ、顔面シールド、および呼吸用保護具 (鉛/スズの微粒子、腐食性ガス (HCl)、および脂肪族アルデヒド (ホルムアルデヒド) 用) を着用する必要があります。 ウェーブはんだ付けユニットの内部から局所排気換気が提供されますが、オペレーターがホット ポットの両側に直接アクセスできるように、はんだポットはメイン キャビネットから機械的に引き出されます。 一旦引き出されると、キャビネットに取り付けられている局所排気ダクトは、解放された物質を除去するのに効果がなくなります。 主な健康上および安全上の危険は次のとおりです。高温のはんだによる熱傷、上記の物質への呼吸器への暴露、重いはんだインゴットおよびドロス ドラムの取り扱いによる背中の怪我、およびメンテナンス作業中の鉛/スズはんだ残留物/微粒子への暴露。

実際のはんだ付けプロセス中、アクセス ドアは閉じられ、ウェーブはんだ付けユニットの内部は、ウェーブのフラックス側とはんだポット側に設けられた局所排気換気により負圧になります。 この換気とはんだポットの動作温度 (通常は 302 ~ 316 °C、はんだの融点のすぐ上) により、鉛フュームの生成が最小限に抑えられます。 鉛/スズの微粒子への主な曝露は、ポット内のドロスの攪拌、回収容器への移送、およびはんだ残留物のクリーンアップから、ドロス除去および機器メンテナンス活動中に発生します。 微細な鉛/スズの微粒子は、脱ドロス作業中に形成され、作業室やウェーブはんだ作業者の呼吸ゾーンに放出される可能性があります。 これらの潜在的な鉛粒子への曝露を最小限に抑えるために、さまざまな工学的制御戦略が考案されています。これには、回収容器への局所排気換気装置の組み込み (図 3 を参照)、残留物をクリーンアップするための HEPA 真空の使用、および配置するための関節アームを備えた柔軟な排気ダクトが含まれます。ドロス除去中の鍋の換気。 はんだ残留物を掃くためのほうきやブラシの使用は禁止する必要があります。 厳格なハウスキーピングと個人の衛生慣行も必要です。 ウェーブはんだ装置のメンテナンス作業 (週、月、四半期、および年単位で行われる) では、ホット ポットのさまざまなコンポーネントが装置内で洗浄されるか、取り外して局所的に排気されたフードで洗浄されます。 これらのクリーニング操作には、はんだポンプとバッフルの物理的なこすり落としまたは機械的なクリーニング (電気ドリルとワイヤー ブラシ アタッチメントを使用) が含まれる場合があります。 機械的洗浄プロセス中に高レベルの鉛粒子が生成されるため、プロセスは局所的に排気されたエンクロージャーで実行する必要があります。

図 3. バキューム カバー付きドロス カート

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検査、タッチアップ、テスト

目視検査とタッチアップ機能はウェーブはんだ付け後に実施され、拡大レンズ/タスク ライトを使用して細かい検査と欠陥のタッチアップを行います。 タッチアップ機能には、 棒はんだ 手持ち式はんだごてとロジン コアはんだ、または少量の液体フラックスと鉛/スズ ワイヤはんだをブラッシングします。 スティックはんだ付けからの視覚的な煙には、フラックスからの分解生成物が含まれます。 はんだ接合部に付着しなかった少量の鉛/スズのはんだビーズは、ハウスキーピングおよび個人の衛生上の問題を引き起こす可能性があります。 オペレーターの呼吸ゾーンから離れた一般的な希釈換気用のワークステーションに隣接するファン、またははんだごての先端または作業に隣接する分解生成物を捕らえるより洗練された煙排出システムのいずれかを提供する必要があります。 煙はその後、微粒子用の HEPA フィルターと、脂肪族アルデヒドおよび塩酸ガス用の活性炭ガス吸着を組み込んだエア スクラバー排気システムに送られます。 これらのはんだ付け排気システムの有効性は、捕捉速度、煙発生点への近さ、および作業面でのクロス ドラフトの欠如に大きく依存します。 完成した PCB の電気的テストには、専用のテスト機器とソフトウェアが必要です。

手直しと修理

ボード テストの結果に基づいて、欠陥のあるボードは特定のコンポーネントの障害について評価され、交換されます。 このボードの再加工には、スティックはんだ付けが含まれる場合があります。 マイクロプロセッサなどの PCB 上の主要コンポーネントの交換が必要な場合は、 リワークはんだポット 欠陥のあるコンポーネントまたは接合部を収容するボードのその部分を小さなはんだポットに浸し、コンポーネントを取り外してから、新しい機能コンポーネントをボードに挿入するために使用されます。 コンポーネントが小さいか、より簡単に取り外せる場合、 エアバック はんだ接合部を熱風で加熱し、はんだをバキュームで除去する方式を採用。 リワーク ソルダー ポットは、液体はんだが基板にブラシをかけられ、はんだ接触が行われたときに形成されるフラックス分解生成物を捕捉するのに十分な排気速度を提供する、局所的に排気されるエンクロージャ内に収容されます。 このポットもドロスを形成し、ドロス除去装置と手順が必要です (はるかに小さい規模で)。 真空システムは筐体内に収容する必要はありませんが、除去された鉛/スズはんだは有害廃棄物として処理し、再生/リサイクルする必要があります。

サポート業務—版の洗浄

PCB アセンブリ プロセスの最初のステップでは、ステンシルを使用して、押し出される鉛/スズはんだペーストの接合位置のパターンを提供しました。 通常、ステンシルの開口部が詰まり始め、シフトごとに鉛/スズはんだペーストの残留物を除去する必要があります。 通常、スクリーン印刷機では、希釈アルコール混合物と使い捨てワイプで基板表面を拭くことにより、基板上の全体的な汚染を捕捉するために事前洗浄が行われます。 残った残留物を完全に除去するには、湿式洗浄プロセスが必要です。 大型食器洗い機に似たシステムでは、ステンシルからはんだペーストを化学的に除去するために、温水 (57°C) と希脂肪族アミン (モノエタノールアミン) の化学溶液が使用されます。 かなりの量の鉛/スズはんだがボードから洗い流され、洗浄チャンバーまたは排水中の溶液に堆積します。 この廃液は、ろ過または鉛の化学的除去と、腐食性の脂肪族アミンの pH 調整 (塩酸を使用) を必要とします。 新しいクローズド システムのステンシル クリーナーは、使用されるまで同じ洗浄液を使用します。 溶液を蒸留ユニットに移し、半液体残留物が形成されるまで揮発性物質を留去する。 この残留物は、鉛/スズで汚染された有害廃棄物として処理されます。

コンピュータの組み立て工程

最終的なPCBが組み立てられると、最終的なコンピュータ製品に組み込むためにシステムの組み立て作業に移されます。 この作業は通常、非常に労働集約的であり、組み立てられる構成部品は、機械化された組立ラインに沿ってステージング カート上の個々のワークステーションに供給されます。 主な健康と安全上の危険は、材料の移動とステージング (フォーク リフト、手動リフト)、組み立てプロセスの人間工学的影響 (動作範囲、コンポーネントを「セット」するために必要な挿入力、ネジとコネクタの取り付け)、および最終パッケージングに関連しています。 、シュリンク包装して発送します。 一般的なコンピューターの組み立てプロセスには、次のものが含まれます。

  • シャーシ/ケースの準備
  • PCB (マザーボードとドーター ボード) の挿入
  • 主要コンポーネント (フロッピー ドライブ、ハード ドライブ、電源装置、CD-ROM ドライブ) の挿入
  • ディスプレイ アセンブリ (ポータブルのみ)
  • マウスとキーボードの挿入 (ポータブルのみ)
  • ケーブル、コネクタ、スピーカー
  • トップカバーアッセンブリー
  • ソフトウェアのダウンロード
  • test
  • 再加工します
  • バッテリーの充電 (ポータブルのみ) とパッケージング
  • シュリンク包装して発送します。

 

組み立て工程で使用できる唯一の化学薬品は、コンピューターのケースまたはモニターの最終的なクリーニングです。 通常、イソプロピル アルコールと水の希薄溶液、または市販の洗浄剤の混合物 (たとえば、Simple Green - 希ブチル セロソルブと水の溶液) が使用されます。

 

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土曜日、4月02 2011 18:56

健康への影響と病気のパターン

新興産業として、半導体製造はしばしばハイテク ワークプレイスの縮図と見なされてきました。 シリコン ウエハー上にミクロン次元の電子回路を複数層製造することに関連する厳しい製造要件のため、クリーンルーム環境はこの業界の職場と同義になっています。 半導体製造で使用される特定の水素化物ガス (アルシン、ホスフィンなど) は毒性の高い化学物質として早くから認識されていたため、吸入暴露制御技術は常にウェーハ製造の重要な要素でした。 半導体労働者は、全身を覆う特別な衣服(ガウンなど)、ヘアカバー、靴カバー、および多くの場合、顔面マスク(または空気供給呼吸装置さえも)を着用することにより、生産プロセスからさらに隔離されます。 実際的な観点から、製品の純度に対する雇用主の懸念は、労働者の暴露保護にもつながりました。

個人用防護服に加えて、換気および化学/ガス空気監視の高度に洗練されたシステムが半導体業界全体で使用され、有毒な化学溶剤蒸気、酸、および水素化物ガスの漏れを 1995 万分の 1995 (ppm) 以下で検出します。 歴史的な観点から、業界では、ガスや溶剤の実際の漏れまたは漏れの疑いに基づいて、ウェーハ製造室から頻繁に労働者が避難した経験がありますが、換気システムの設計で学んだ教訓、有毒ガス、 /化学物質の取り扱いと、継続的な空気サンプリングによるますます高度化する空気監視システム。 しかし、多数の個々のマイクロプロセッサまたはメモリ デバイスを含むことができる個々のシリコン ウエハーの金銭的価値の増加 (ウエハーの直径の増大に伴い) は、製造プロセス中にこれらのウエハーのコンテナーを手動で操作しなければならない労働者に精神的ストレスを与える可能性があります。 このようなストレスの証拠は、半導体労働者の研究中に得られた (Hammond et al. 1995; Hines et al. XNUMX; McCurdy et al. XNUMX)。

半導体産業は、どの国よりも多くの半導体産業労働者 (225,000 年には約 1994 人) を擁する米国で始まりました。 (BLS 1995)。 しかし、ほとんどの国の統計では、「電気/電子機器製造」労働者に半導体労働者が含まれているため、この業界の有効な国際雇用推定値を取得することは困難です。 半導体デバイスの製造には非常に厳しい工学的管理が求められるため、半導体の作業場 (つまりクリーンルーム) はほとんどの点で世界中で同等である可能性が最も高いです。 この理解は、米国の労働者の重大な業務関連の怪我や病気をすべて記録するという米国政府の要件と相まって、米国の半導体労働者の業務上の怪我や病気の経験を、国内的および国際的な規模で非常に重要な問題にしています。 簡単に言えば、現時点では、米国労働統計局 (BLS) による職業上の傷害と疾病の年次調査以外に、半導体労働者の安全と健康の経験に関する関連情報とデータの国際的な情報源はほとんどありません。

1972 年以来、すべての産業の労働災害と疾病のデータを収集している米国では、半導体労働者の労働関連の傷害と疾病の頻度は、すべての製造業の中で最も低いものの XNUMX つです。 しかし、より微妙な健康への影響が半導体労働者に存在する可能性があるという懸念が表明されています。 (LaDou 1986)、そのような効果は文書化されていませんが.

半導体産業における制御技術の評価に関するいくつかのシンポジウムが開催され、いくつかのシンポジウム論文は環境および労働者の安全と健康の問題を扱っている (ACGIH 1989, 1993)。

1995 年と 1993 年に報告された事例を含む、1994 年に実施された特別な調査によって、国際的な半導体製造業界の労働災害と疾病に関する限られた量のデータが得られました。これらの調査データを以下に要約します。

半導体労働者の労働災害と疾病

半導体労働者の労働災害と疾病に関連する国際的な統計データに関しては、1995 年に実施された多国籍半導体製造事業の調査から得られた唯一の比較可能なデータのようである (Lassiter 1996)。 この調査で収集されたデータには、1993 年から 94 年の米国を拠点とする半導体メーカーの国際事業が含まれていました。 調査の一部のデータには、半導体製造以外の業務 (コンピューターやディスク ドライブの製造など) が含まれていましたが、参加企業はすべて電子産業に関与していました。 この調査の結果は、図 1 と図 2 に示されています。これらには、アジア太平洋地域、ヨーロッパ、ラテンアメリカ、および米国のデータが含まれています。 いずれのケースも、治療または仕事の喪失または制限を必要とする仕事関連の怪我または病気に関係していました。 図中のすべての発生率は、年間 200,000 労働時間あたりのケース数 (または労働損失日数) として計算されています。 総労働時間が利用できない場合は、平均年間雇用推定値が使用されました。 200,000 労働時間の分母は、年間 100 人の常勤労働者に相当します (労働者 2,000 人あたり年間 XNUMX 労働時間と仮定)。

図 1. 1993 年と 1994 年の世界の部門別の労働災害と疾病の発生率の分布。

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図 2. 1993 年と 1994 年の世界のセクター別の休業日を伴うけがと病気の発生率の分布

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図 1 は、1993 ~ 94 年の調査における世界のさまざまな地域の労働災害および疾病の発生率を示しています。 特定の国の唯一のデータソースである参加企業の機密性を確保するために、個々の国の料金は含まれていません。 したがって、調査の特定の国では、データは 1 つの施設のみについて報告されました。 いくつかの例では、企業はすべての国際データを 2 つの統計にまとめました。 これらの後者のデータは、図 XNUMX と図 XNUMX に「結合」としてリストされています。

国際調査における全労働者の労働災害および疾病の年間発生率は、3.3 年には 100 人の従業員 (200,000 労働時間) あたり 1993 件、2.7 年には 1994 件であった。ケース (12,615 年には 1993 件) は、米国企業から派生したものです。 これらのケースは、12,368 年には約 1994 人、12,130 年には 1993 人の労働者に関連していました。

図 2 は、何日も仕事を休んだ場合の休業災害の発生率を示しています。 1993 年と 1994 年の発生率は、国際調査での 4,000 年間のそれぞれの約 2 の休業事例に基づいています。 この統計の発生率の国際的/地域的範囲は、測定されたものの中で最も狭かった. 労働時間の損失の発生率は、労働者の安全と健康の経験に関して最も比較可能な国際統計を表している可能性があります。 休業日数(仕事を休んだ日)の発生率は、15.4 年間の各年で、労働者 100 人あたり約 2 日仕事を休んでいました。

半導体労働者の怪我や病気のケースの特徴に関する存在が知られている唯一の詳細なデータは、BLS が米国で毎年まとめているもので、休業したケースを含んでいます。 ここで取り上げる事例は、BLS が 1993 年の年次調査で特定したものです。これらの事例から得られたデータは、図 3、図 4、図 5、および図 6 に示されています。各図は、民間部門の休業事例の経験を比較しています。すべての製造および半導体製造。

図 3. 休業事例の発生率の比較1 1993年、出来事または暴露の種類別

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図 4. 休業災害発生率の比較1 1993年、怪我や病気の原因別。

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図 5. 休業災害発生率の比較1 1993年、怪我や病気の性質による。

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図 6. 1993 年に影響を受けた身体の部位ごとの休業事例の発生率の比較

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図 3 は、1993 年の米国の半導体労働者の労働損失事例の経験を、民間部門およびすべての製造業と比較して、事象または曝露のタイプに関して示しています。 この図のほとんどのカテゴリの発生率は、民間部門またはすべての製造業よりも半導体産業労働者の方がはるかに低かった. 半導体労働者の過労を伴うケースは、製造業の全労働者の半分以下でした。 有害な曝露カテゴリ (主に化学物質への曝露に関連する) は、XNUMX つのグループすべてで同等でした。

負傷または病気の原因による休業事例の比較分布を図 4 に示します。物質。

図 5 は、1993 つのグループ間で負傷または病気の性質に関連する休業の発生率を比較しています。 半導体労働者の発生率は、XNUMX 年の民間部門とすべての製造業の両方の発生率の半分以下でした。 米国の半導体労働者の手根管症候群 (CTS) の発生率は、すべての製造業の半分未満でした。

図 6 では、休業日を含むケースの分布と発生率が影響を受けた身体の部分に従って示されています。 身体システムに関連する症例の発生率はすべての比較グループで低かったが、半導体労働者の発生率はわずかに高かった. 影響を受けた他のすべての身体部分は、他のXNUMXつの比較グループよりも半導体労働者の方がはるかに低かった.

半導体労働者の疫学研究

マサチューセッツ州ハドソンにある Digital Equipment Corporation の半導体施設の女性従業員が、施設のクリーンルームの従業員の間で過剰な流産が発生したと信じていることを示したとき、半導体での雇用に関連する生殖に関する健康への影響の可能性に対する懸念が 1983 年に表面化しました。 この主張は、施設の内部データの欠如と相まって、アマーストのマサチューセッツ大学公衆衛生大学院 (UMass) による疫学研究につながりました。 この研究は 1984 年 1985 月に開始され、1988 年に完了しました (Pastides et al. XNUMX)。

流産の危険性の上昇は、施設の他のエリアの非暴露作業員と比較して、フォトリソグラフィエリアと拡散エリアの両方で観察されました。 1.75 の相対リスクは統計的に有意ではないと見なされた (p < 0.05) が、拡散地域の労働者の間で観察された 2.18 の相対リスクは有意であった。 UMass 研究の発表は、観察された結果を検証し、その範囲と考えられる因果関係を判断するために、より大規模な研究が必要であるという懸念を半導体業界全体にもたらしました。

米国の半導体産業協会 (SIA) は、カリフォルニア大学デービス校 (UC Davis) が 1989 年から実施した大規模な調査を後援しました。UC Davis の調査は、半導体製造がリスクの増加と関連しているという仮説を検証するために設計されました。ウェーハ製造従業員の流産の増加。 調査の母集団は、14 州の 42 の生産拠点を代表する 17 社の中から選ばれました。 サイトの数が最も多かったのは (調査対象の従業員のほぼ半数に相当する) カリフォルニア州でした。

UC Davis の研究は、1995 つの異なる要素で構成されていました。 過去のコホート構成要素 (Schenker et al. 1995)。 および有望なコンポーネント (Eskenazi et al. 1995)。 これらの各研究の中心は暴露評価であった(Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995)。 ばく露評価コンポーネントは、従業員を相対的なばく露グループ (つまり、高ばく露、低ばく露など) に割り当てました。

この研究の歴史的要素では、非製造業労働者と比較した製造業労働者の相対リスクは 1.45 (つまり、流産の過剰リスクは 45%) であると判断されました。 研究の歴史的要素で特定された最もリスクの高いグループは、フォトリソグラフィーまたはエッチング作業で働いていた女性でした。 エッチング操作を行う女性は、2.15 の相対リスクを経験しました (RR=2.15)。 さらに、流産のリスクの増加に関して、フォトレジストまたは現像剤を使用した女性の間で、用量反応関係が観察されました。 これらのデータは、エチレングリコール エーテル (EGE) の用量反応関係を支持しましたが、プロピレン グリコール エーテル (PGE) の関係は支持しませんでした。

カリフォルニア大学デービス校の研究の将来のコンポーネントでは、女性のウェーハ製造労働者の間で流産のリスクの増加が観察されましたが、結果は統計的に有意ではありませんでした (p 0.05 未満)。 少数の妊娠により、研究の前向き要素の力が大幅に低下しました。 化学物質への暴露による分析では、エチレングリコールモノエチルエーテルを扱う女性のリスクが増加することが示されましたが、これは 3 回の妊娠のみに基づいていました。 重要な発見の XNUMX つは、歴史的要素の発見に対する一般的な支持であり、矛盾ではありませんでした。

この研究の横断的要素では、主に拡散炉と薄膜作業員グループで上気道症状の増加が認められました。 興味深い発見は、人間工学に関連するさまざまな工学的制御 (例えば、フットレストや背中の怪我を減らすための調節可能な椅子の使用) の明らかな保護効果でした。

ウェーハ工場で行われた空気測定では、ほとんどの溶剤への曝露が、米国政府によって設定された許容曝露限界 (PEL) の 1% 未満であることがわかりました。

別の疫学研究 (Correa et al. 1996) がジョンズ・ホプキンス大学 (JHU) によって実施され、1989 年に IBM Corporation の半導体従業員のグループが参加しました。女性のクリーンルーム労働者が参加した JHU の研究で観察された全体的な流産率は 16.6% でした。 エチレングリコールエーテルへの暴露の可能性が最も高い女性のクリーンルーム労働者における流産の相対リスクは 2.8 (95% CI = 1.4-5.6) でした。

半導体労働者が関与する生殖疫学研究の議論

疫学研究は、結果の範囲と類似性において注目に値するものでした。 これらの研究はすべて同様の結果をもたらしました。 各研究では、女性の半導体ウェーハ製造労働者の自然流産 (流産) の過剰なリスクが記録されています。 研究のうちの XNUMX つ (JHU および UC Davis) は、エチレンベースのグリコールエーテルへの曝露との因果関係を示している可能性があります。 UMass の研究では、写真グループ (グリコール エーテルに曝露したグループ) は、グリコール エーテルへの曝露が記録されていない拡散グループよりもリスクが低いことがわかりました。 これらの研究は、ウェーハ製造労働者の自然流産のリスクが高いことを示していますが、そのような過剰なリスクの原因は不明です。 JHU の研究は、グリコール エーテルの重要な役割を文書化できず、UC Davis の研究は、グリコール エーテルと生殖への影響を (曝露のモデル化と自己申告による作業慣行を通じて) わずかにしか関連付けていませんでした。 グリコールエーテルへの曝露を決定するために、どちらの研究でもモニタリングが行われたとしてもほとんど行われませんでした。 これらの研究の完了に続いて、半導体産業は、エチレン系グリコール エーテルから、乳酸エチルおよびプロピレン系グリコール エーテルなどの代替物への切り替えを開始しました。

まとめ

仕事に関連した怪我や病気の年間発生率に関する入手可能な最良のデータに基づくと、半導体労働者は、他の製造部門や民間部門 (多くの非製造業を含む) の労働者よりもリスクが低い. 国際的に見れば、休業災害に関連する労働災害と疾病の統計データは、半導体労働者の世界的な安全と健康の経験のかなり信頼できる指標である可能性があります。 業界は、業界での雇用に関連するリプロダクティブ・ヘルスへの影響に関する質問への回答を見つけようとして、いくつかの独立した疫学研究を後援してきました。 観察された流産とエチレンベースのグリコールエーテルへの暴露との間の決定的な関連性は確立されていませんが、業界は代替のフォトレジスト溶剤を使用し始めています.

 

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土曜日、4月02 2011 19:07

環境と公衆衛生の問題

業界の概要

エレクトロニクス産業は、他の産業と比較して、環境への影響という点で「クリーン」と見なされてきました。 とはいえ、電子部品の製造に使用される化学物質や発生する廃棄物は、エレクトロニクス産業の規模から地球規模で対処しなければならない重大な環境問題を引き起こしています。 プリント配線板 (PWB)、プリント回路基板 (PCB)、および半導体の製造に由来する廃棄物および副産物は、電子産業が公害防止、処理技術、およびリサイクル/再生技術の観点から精力的に追求してきた関心分野です。 .

電子プロセスの環境フットプリントを制御するインセンティブは、環境への推進力から金融分野に大きく移行しました。 有害な廃棄物と排出物に関連するコストと責任のために、エレクトロニクス業界は、その副産物と廃棄物の影響を大幅に削減する環境制御を積極的に実装および開発してきました。 さらに、エレクトロニクス業界は、環境に配慮したビジネスに環境目標、ツール、および技術を組み込むために積極的なアプローチを取っています。 この積極的なアプローチの例としては、CFC と過フッ素化化合物の段階的廃止、「環境に優しい」代替品の開発、および製品開発への新たな「環境のための設計」アプローチがあります。

PWB、PCB、および半導体の製造には、さまざまな化学薬品、特殊な製造技術および装置の使用が必要です。 これらの製造プロセスには危険が伴うため、業界の従業員の安全を確保し、彼らが住むコミュニティの環境を保護するには、化学副産物、廃棄物、排出物を適切に管理することが不可欠です。

表 1、表 2、および表 3 は、PWB、PCB、および半導体の製造で発生する主な副産物および廃棄物の概要を示しています。 さらに、これらの表は、環境への影響の主な種類と、廃棄物の流れを軽減および管理するために一般的に受け入れられている手段を示しています。 発生する廃棄物は、主に産業排水や大気に影響を与えるか、固形廃棄物となります。

表 1. PWB 廃棄物の発生と管理

プロセスステップ

危険な
廃棄物

環境
影響

コントロール1

材料
準備

なし

なし

なし

積み重ねて固定

重金属・貴金属
エポキシ/グラスファイバー

固形廃棄物2
固形廃棄物2

リサイクル/再利用
リサイクル/再利用

訓練

重金属・貴金属
エポキシ/グラスファイバー

固形廃棄物2
固形廃棄物2

リサイクル/再利用
リサイクル/再利用

Deburr

重金属・貴金属
エポキシ/グラスファイバー

固形廃棄物2
固形廃棄物2

リサイクル/再利用
リサイクル/再利用

無電解
銅メッキ

金属

腐食剤/腐食剤

フッ化物

廃水

排水・空気

廃水

化学沈殿

pH中和・エアスクラビング
(吸収)
化学中和

イメージング

溶剤

腐食
溶剤

エアー

エアー
固形廃棄物2

吸着、凝縮または
焼却
エアスクラビング(吸着)
リサイクル・再生・焼却

パターンめっき

腐食

金属
フッ化物

排水・空気

廃水
廃水

pH中和・エアスクラビング
(吸収)
化学沈殿
化学沈殿

剥がして、エッチングして、剥がして

アンモニア
金属
溶剤

エアー
廃水
固形廃棄物2

エアスクラビング(吸着)
化学沈殿
リサイクル・再生・焼却

戦士の表情

腐食
溶剤

溶剤・エポキシインキ

エアー
エアー

固形廃棄物2

エアスクラビング(吸着)
吸着、凝縮、または
焼却
リサイクル・再生・焼却

はんだコーティング

溶剤

腐食
鉛・錫はんだ、フラックス

エアー

エアー
固形廃棄物2

吸着、凝縮または
焼却
エアスクラビング(吸着)
リサイクル/再利用

ゴールドメッキ

腐食
腐食
金属
金属

エアー
廃水
廃水
固形廃棄物2

エアスクラビング(吸着)
pH中和
化学沈殿
リサイクル/再利用

成分
伝説

溶剤

溶剤・インク

エアー

固形廃棄物2

吸着凝縮または
焼却
リサイクル・再生・焼却

1. 緩和制御の使用は、特定の場所での排出制限に依存します。

2. 固形廃棄物とは、その状態に関係なく廃棄される物質です。

表 2. PCB 廃棄物の発生と管理

プロセスステップ

危険な
廃棄物

環境
影響

コントロール

クリーニング

金属(鉛)

廃水

pH中和、薬品
沈殿物、リサイクル鉛

半田付け

はんだペースト(鉛・すず)

固形廃棄物

リサイクル/再利用

接着剤

エポキシ接着剤

固形廃棄物

焼却

成分
挿入

   

プラスチックテープ、リール、チューブ
リサイクル/再利用されます

接着剤の硬化と
はんだリフロー

     

フラクシング

溶剤(IPAフラックス)

固形廃棄物

リサイクル

ウェーブはんだ付け

金属(はんだかす)

固形廃棄物

リサイクル/再利用

検査と
タッチアップ

金属
(リード線の切り抜き)

固形廃棄物

リサイクル/再利用

テスト

廃棄された
ボード

固形廃棄物

リサイクル/再利用
(貴重なために製錬されたボード
金属回収)

手直しと
修理

金属(はんだかす)

固形廃棄物

リサイクル/再利用

サポート
操作 - ステンシル
クリーニング

金属
(鉛/スズ/はんだペースト)

固形廃棄物

リサイクル・焼却

 

表 3. 半導体製造廃棄物の発生と管理

プロセスステップ

危険な
廃棄物

環境
影響

コントロール

リソグラフィ・エッチング

溶剤
金属
腐食剤/腐食剤
腐食
硫酸
フッ化物

固形廃棄物
廃水
廃水
エアー
固形廃棄物
廃水

リサイクル・再生・焼却
化学沈殿
pH中和
エアスクラビング(吸着)
リサイクル/再処理
化学沈殿

酸化

溶剤
腐食

固形廃棄物
廃水

リサイクル・再生・焼却
pH中和

ドーピング

毒ガス(アルシン、
ホスフィン、ジボラン、
三フッ化ホウ素、
三塩化ホウ素など)
金属(ヒ素、
リン、ホウ素)

エアー



固形廃棄物

液体による置換
発生源/焼却
(アフターバーナー)

リサイクル/再利用

化学蒸着

金属

腐食

固形廃棄物

廃水

焼却

pH中和

メタライゼーション

溶剤
金属

固形廃棄物
固形廃棄物

焼却
リサイクル/再利用

組み立てとテスト

溶剤
金属

固形廃棄物
固形廃棄物

リサイクル・再生・焼却
リサイクル/再利用

クリーニング

腐食
フッ化物

廃水
廃水

pH中和
化学沈殿

 

以下は、PWB、PCB、および半導体業界で排出量を軽減するために一般的に受け入れられている手段です。 選択する制御は、エンジニアリング能力、規制機関の要件、および廃棄物の流れの特定の成分/濃度によって異なります。

排水管理

化学沈殿

化学沈殿は、一般に廃水からの粒子状または可溶性金属の除去に使用されます。 金属は自然に分解されず、低濃度では有毒であるため、産業廃水からの金属の除去が不可欠です。 金属は水にあまり溶けないため、化学的手段によって廃水から除去できます。 それらの溶解度は、pH、金属濃度、金属の種類、および他のイオンの存在に依存します。 通常、廃棄物の流れは、金属を沈殿させるために適切なレベルに pH を調整する必要があります。 溶解および懸濁固体の物理的状態を変更するために、廃水に化学物質を追加する必要があります。 石灰、苛性および硫化物沈殿剤が一般的に使用されます。 沈殿剤は、沈殿物内での凝固、沈降または閉じ込めによる溶解および懸濁金属の除去を容易にする。

廃水の化学沈殿の結果は、スラッジの蓄積です。 したがって、遠心分離機、フィルター プレス、フィルターまたは乾燥床によって汚泥の重量を減らす脱水プロセスが開発されました。 得られた脱水汚泥は、焼却または埋め立てに出すことができます。

pH中和

pH (水素イオン濃度または酸性度) は、産業廃水の重要な品質パラメーターです。 天然水および下水処理操作における極度の pH の悪影響により、産業廃水の pH は、製造施設から排出される前に調整する必要があります。 処理は一連のタンクで行われ、排水の水素イオン濃度が監視されます。 通常、塩酸または硫酸が腐食剤の中和剤として使用され、水酸化ナトリウムが腐食剤の中和剤として使用されます。 中和剤は廃水流出物に計量されて、排出物のpHをその所望のレベルに調整する。

多くの場合、他の廃水処理プロセスを適用する前に、pH の調整が必要になります。 このようなプロセスには、化学沈殿、酸化/還元、活性炭収着、ストリッピング、およびイオン交換が含まれます。

固形廃棄物管理

材料が廃棄されたり廃棄されたりした場合、材料は固形廃棄物です。 焼却または焼却; または放棄される前に、または放棄される代わりに、蓄積、保管、または処理されます (米国連邦規則第 40 条、セクション 261.2)。 有害廃棄物は一般に、発火性、腐食性、反応性、毒性の XNUMX つまたは複数の特性を示します。 有害物質・廃棄物の特性に応じて、さまざまな手段を用いて物質を管理しています。 焼却は、PWB、PCB、および半導体の製造中に発生する溶剤および金属廃棄物の一般的な代替処理です。

焼却

焼却(アフターバーナー)または熱破壊は、可燃性および有毒廃棄物の処理において一般的なオプションになっています。 多くの場合、可燃性廃棄物 (溶剤) は、熱および触媒焼却炉の燃料源 (燃料混合) として使用されます。 溶剤と有毒廃棄物を適切に焼却すると、燃料が完全に酸化され、可燃性物質が二酸化炭素、水、灰に変換されるため、残留有害廃棄物に関連する責任はありません。 一般的な種類の焼却は、熱焼却炉と触媒焼却炉です。 焼却方法の選択は、燃焼温度、燃料の特性、および滞留時間に依存します。 熱焼却炉は高温で動作し、ハロゲン化化合物で広く使用されています。 熱焼却炉の種類には、ロータリーキルン、液体注入、固定炉、流動床、およびその他の高度な設計の焼却炉が含まれます。

触媒焼却炉は、触媒床を通して加熱されたガス流を注入することにより、可燃性物質 (例えば、VOC) を酸化します。 触媒床は表面積を最大化し、加熱されたガス流を触媒床に注入することにより、熱焼却よりも低い温度で燃焼を起こすことができます。

排気ガス

焼却は、大気排出の制御にも使用されます。 吸収と吸着も同様に使用されます。

吸着

空気吸収は、通常、汚染物質を通過させて非揮発性液体 (水など) に溶解させることにより、腐食性空気排出のスクラビングに使用されます。 吸収プロセスからの流出物は通常、廃水処理システムに排出され、そこで pH 調整が行われます。

吸着

吸着とは、ガス分子が吸着剤と呼ばれる別の物質の表面に(物理的または化学的な力によって)付着することです。 通常、吸着は、大気放出源から溶媒を抽出するために使用されます。 活性炭、活性アルミナ、またはシリカゲルが一般的に使用される吸着剤です。

リサイクル

リサイクル可能な材料は、製品を製造するための産業プロセスの原料として使用、再利用、または再生利用されます。 材料と廃棄物のリサイクルは、金属や溶剤などの特定の種類の廃棄物の流れに効果的に対処するための環境的および経済的な手段を提供します。 材料と廃棄物は社内でリサイクルできます。または、二次市場がリサイクル可能な材料を受け入れる場合があります。 廃棄物の代替としてのリサイクルの選択は、財政的な考慮事項、規制の枠組み、および材料をリサイクルするために利用可能な技術に対して評価されなければなりません。

今後の方向性

公害防止の需要が高まり、業界が化学物質の使用と廃棄物に対処するための費用対効果の高い手段を模索するにつれて、エレクトロニクス業界は、有害物質の取り扱いと廃棄物生成の方法を改善するための新しい技術と技術を評価する必要があります。 エンド オブ パイプ アプローチは、製品のライフ サイクル全体にわたって環境問題に対処する環境技術の設計に取って代わられました。 効率的な製造作業; より環境に優しい素材の使用; 廃棄物のリサイクル、再生、再利用。 また、電子機器製造業界の環境への影響をより小さくすることを保証する他の多くの技術。 一例として、マイクロエレクトロニクス産業における多くのすすぎやその他の処理ステップで使用される大量の水があります。 水不足の地域では、これにより業界は代替手段を見つけることを余儀なくされています。 ただし、代替品 (溶剤など) が追加の環境問題を引き起こさないようにすることが不可欠です。

PWB および PCB プロセスの将来の方向性の例として、表 4 は、より環境に配慮した慣行を作成し、汚染を防止するためのさまざまな代替案を示しています。 優先度の高いニーズとアプローチが特定されました。

表 4. 優先ニーズのマトリックス

優先度の必要性(減少
優先順位)

アプローチ

選択したタスク

より効率的な使用、
の再生とリサイクル
危険なウェットケミストリー

電解質の寿命を延ばし、
無電解めっき浴。
化学を開発し、
リサイクルを可能にするプロセス
または社内再生。
~からホルムアルデヒドを除去する
材料と化学。
オンサイトリサイクルを推進し、
再生/再生。

お風呂を拡張するための研究。
インラインでリサーチ
浄化・再生。
代替研究
化学。
政府の規制を修正する
リサイクルを推進します。
ライン生産の教育
ドラッグイン/ドラッグアウトの問題。

発生する固形廃棄物の削減
スクラップ基板、リード、
廃棄物中の成分
ストリーム。

開発・推進
廃基板のリサイクル、
リードとコンポーネント。
新しいプロセス制御の開発
そしてパフォーマンスツール。
はんだ付け性の向上
PWB。

するためのインフラを整備する
リサイクル素材を扱います。
強化された確立
工程管理と評価
少人数で使えるツール
中規模企業。
常にきれいな状態でお届けします。
はんだ付け可能なボード。

より良いサプライヤーを確立する
関係を強化する
開発と受け入れ
環境に優しい
材料。

サプライヤーの宣伝、
メーカー、お客様
実施するパートナーシップ
環境材料。

危険なモデルの開発
資材管理
中小企業向けシステム
中型基板
企業。

の影響を最小限に抑える
での危険物の使用
PWB製作。

鉛はんだの使用を減らす
可能および/または削減
はんだの鉛含有量。
はんだ代替品の開発
エッチングレジストとしてメッキ。

仕様変更承ります
むき銅の上にはんだマスク。
リードの質を検証する
メッキの代替品。

追加プロセスを使用する
既存のものと競争力がある
プロセス。

シンプルな開発、
費用対効果の高い添加剤
材料とプロセス
技術。
代替ソースを探し、
添加剤へのアプローチ
プロセス資本設備
ニーズ。

プロジェクトで協力して
新規添加剤の確立
誘電体とメタライゼーション
テクノロジーとプロセス。

PWBの穴汚れを解消
製造。

にじみのない樹脂の開発または
掘削システム。

代替案を調査
ラミネートとプリプレグ
材料。
レーザーの使用を開発し、
掘削に代わる他の方法
システム。

水の消費量を削減する
そして放電。

水利用の開発
最適化とリサイクル
システム。
の数を減らす
PWBの洗浄工程
製造。
部品の取り扱いをなくし、
減らす準備
再洗浄。

仕様を変更して削減
清掃要件。
代替案を調査
部品の取り扱い方法。
変更または削除
必要な化学
クリーニング。

出典: MCC 1994.

 

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内容

マイクロエレクトロニクスと半導体の参考文献

米国政府産業衛生士会議 (ACGIH)。 1989. 半導体製造におけるハザード評価および制御技術。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

—。 1993. 半導体製造におけるハザード評価と制御技術 II. オハイオ州シンシナティ: ACGIH.

—。 1994. レジン酸-コロホニーとしての限界限界値、ロジン コアはんだ熱分解生成物のドキュメント。 オハイオ州シンシナティ: ACGIH.

米国規格協会 (ANSI)。 1986. 産業用ロボットおよび産業用ロボット システムの安全規格。 ANSI/RIA R15.06-1986。 ニューヨーク: ANSI.

アスクマー。 1990. コンピュータ産業: 1990 年代の重要な傾向。 カリフォルニア州サラトガ: 電子トレンド出版物。

Asom、MT、J Mosovsky、RE Leibenguth、JL Zilko、および G Cadet。 1991. 固体ソース MBE チャンバーの開放中の一時的なアルシン生成。 J Cryst Growth 112(2-3):597–599.

電子、電気通信、ビジネス機器産業 (EEA) の協会。 1991. 電子産業におけるコロフォニー (ロジン) はんだフラックスの使用に関するガイドライン。 ロンドン: レチェスター ハウス EEA。

ボールドウィン、DG。 1985. 四塩化炭素プラズマ アルミニウム エッチング装置からの化学物質暴露。 拡張抄録、Electrochem Soc 85(2):449–450。

ボールドウィン、DG、JH スチュワート。 1989 年。半導体製造における化学物質と放射線の危険。 ソリッド ステート テクノロジー 32(8):131–135。

ボールドウィン、DG、ME ウィリアムズ。 1996.産業衛生。 半導体安全ハンドブック、JD ボルメン編。 パークリッジ、ニュージャージー州: いや。

Baldwin、DG、BW King、LP Scarpace。 1988. イオン注入装置: 化学物質および放射線の安全性。 ソリッド ステート テクノロジー 31(1):99–105。

ボールドウィン、DG、JR ルービン、MR ホロウィッツ。 1993. 半導体製造における労働衛生暴露。 SSA ジャーナル 7(1):19–21。

Bauer、S、I Wolff、N Werner、および P Hoffman。 1992a。 半導体産業における健康被害、レビュー。 Pol J Occup Med 5(4):299–314.

Bauer、S、N Werner、I Wolff、B Damme、B Oemus、P Hoffman。 1992b. 半導体産業における毒性調査: II. アルミニウム プラズマ エッチング プロセスからのガス状廃棄物の亜急性吸入毒性および遺伝毒性に関する研究。 Toxicol Ind Health 8(6):431–444.

ブリスインダストリーズ。 1996. はんだドロス粒子捕捉システムの文献。 カリフォルニア州フレモント: ブリス インダストリーズ。

労働統計局 (BLS)。 1993 年。職業上の傷害および疾病の年次調査。 ワシントン DC: BLS、米国労働省。

—。 1995. 雇用と賃金の年間平均、1994. Bulletin。 2467. ワシントン DC: BLS、米国労働省。

クラーク、RH。 1985. プリント回路製造のハンドブック。 ニューヨーク:Van Nostrand Reinhold Company。

Cohen, R. 1986. マイクロエレクトロニクス産業における無線周波数およびマイクロ波放射。 最先端のレビュー - 職業医学: マイクロエレクトロニクス産業、J LaDou 編集。 ペンシルバニア州フィラデルフィア: Hanley & Belfus, Inc.

クームス、CF。 1988. プリント回路ハンドブック、第 3 版。 ニューヨーク:McGraw-Hill Book Company。

コンテンツ、RM. 1989. III-V 材料の気相エピタキシーにおける金属および半金属の制御方法。 半導体製造におけるハザード評価および制御技術、米国政府産業衛生士会議が編集。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

コレア A、RH グレイ、R コーエン、N ロスマン、F シャー、H シーキャット、M コーン。 1996. エチレングリコール エーテルと自然流産および生殖能力低下のリスク。 Am J Epidemiol 143(7):707–717.

Crawford、WW、D Green、WR Knolle、HM Marcos、JA Mosovsky、RC Petersen、PA Testagrossa、GH Zeman。 1993. 半導体クリーンルームでの磁場曝露。 半導体製造におけるハザード評価と制御技術 II。 オハイオ州シンシナティ: ACGIH.

エッシャー、G、J ウェザース、B ラボンヴィル。 1993. 深紫外エキシマ レーザー フォトリソグラフィーにおける安全設計の考慮事項。 半導体製造におけるハザード評価と制御技術 II。 シンシナティ、オハイオ州: 政府産業衛生士のアメリカ会議。

Eskenazi B、EB Gold、B Lasley、SJ Samuels、SK Hammond、S Wright、MO Razor、CJ Hines、MB Schenker。 1995. 女性半導体労働者の早期流産と臨床的自然流産の前向きモニタリング。 Am J Indust Med 28(6):833–846.

Flipp、N、H Hunsaker、P Herring。 1992. イオン注入装置のメンテナンス中の水素化物放出の調査。 1992 年 379 月にボストンで開催されたアメリカ産業衛生会議で発表 - 論文 XNUMX (未発表)。

Goh、CL、SK Ng. 1987. はんだ付けフラックス中のコロホニーへの空気感染性接触皮膚炎。 接触性皮膚炎 17(2):89–93.

ハモンド SK、CJ ハインズ MF ハロック、SR ウォスキー、S アブドラザデ、CR アイデン、E アンソン、F ラムジー、MB シェンカー。 1995. Semiconductor Health Study における段階的曝露評価戦略。 Am J Indust Med 28(6):661–680.

ハリソン、RJ. 1986年。ガリウム砒素。 In State of the Art Reviews—Occupational Medicine: The Microelectronics Industry、編集 J LaDou Philadelphia, PA: Hanley & Belfus, Inc.

ハサウェイ、GL、NH プロクター、JP ヒューズ、ML フィッシュマン。 1991. 職場の化学的危険、第 3 版。 ニューヨーク:ヴァン・ノストランド・ラインホールド。

ハウゼン、BM、K クローン、E ブディアント。 1990.コロホニーによる接触アレルギー (VII)。 アビエチン酸および関連酸の酸化生成物を用いた感作研究。 Dermat 23(5):352–358 に連絡してください。

安全衛生委員会。 1992. 承認された実践規範 - 呼吸器感作物質の管理。 ロンドン:健康と安全の責任者。

ヘルブ、GK、RE カフリー、ET エックロス、QT ジャレット、CL フラウスト、JA フルトン。 1983. プラズマ処理: 安全性、健康、工学に関する考慮事項。 ソリッド ステート テクノロジー 24(8):185–194。

ハインズ、CJ、S セルビン、SJ サミュエルズ、SK ハモンド、SR ウォスキー、MF ハロック、MB シェンカー。 1995. 半導体健康研究における労働者のばく露評価のための階層的クラスター分析。 Am J Indust Med 28(6):713–722.

ホロウィッツ、MR. 1992. 半導体の研究開発施設における非電離放射線の問題。 1992 年 122 月にボストンで開催されたアメリカ産業衛生会議で発表 - 論文 XNUMX (未発表)。

ジョーンズ、JH. 1988. 半導体製造のばく露および管理評価。 AIP 会議議事録(太陽光発電の安全性) 166:44–53.

LaDou、J(編)。 1986. 最先端のレビュー - 職業医学: マイクロエレクトロニクス産業。 ペンシルバニア州フィラデルフィア: Hanley and Belfus, Inc.

ラシター、DV. 1996 年。国際ベースでの労働災害および疾病監視。 第 XNUMX 回国際 ESH 会議の議事録、カリフォルニア州モントレー。

リーチ・マーシャル、JM. 1991. クリプトン 85 ファイン リーク テスト システムから露出したプロセス要素から検出された放射線の分析。 SSA ジャーナル 5(2):48–60。

リード産業協会。 1990. はんだ付けの安全性、はんだ付け者およびはんだ付けに関する健康ガイドライン。 ニューヨーク: Lead Industries Association, Inc.

レニハン、KL、JK シーヒー、JH ジョーンズ。 1989 年。ガリウム砒素処理における曝露の評価:事例研究。 半導体製造におけるハザード評価および制御技術、米国政府産業衛生士会議が編集。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

マレツコス、CJ、PR ハンリー。 1983. イオン注入システムの放射線防護に関する考慮事項。 IEEE Trans on Nuclear Science NS-30:1592–1596。

マッカーシー、CM. 1985. 半導体産業におけるイオン注入装置のメンテナンス中の労働者の暴露。 修士論文、ユタ大学、ソルトレイクシティ、ユタ州、1984 年。Extended Abstracts、Electrochem Soc 85(2):448 に要約。

McCurdy SA、C Pocekay、KS Hammond、SR Woskie、SJ Samuels、および MB Schenker。 1995. 半導体産業労働者の呼吸器および一般的な健康状態に関する横断的調査。 Am J Indust Med 28(6):847–860.

マッキンタイア、AJ、BJ シェリン。 1989 年。ガリウム砒素:ハザード、評価、および管理。 ソリッド ステート テクノロジー 32(9):119–126。

マイクロエレクトロニクスとコンピューター テクノロジー コーポレーション (MCC)。 1994 年。電子産業環境ロードマップ。 テキサス州オースティン: MCC.

—。 1996. 電子産業環境ロードマップ。 テキサス州オースティン: MCC.

Mosovsky、JA、D Rainer、T Moses、WE Quinn。 1992. III 半導体プロセス中の過渡水素化物生成。 Appl Occup Environ Hyg 7(6):375–384.

ミューラー、MR および RF クネッシュ。 1989 年。ドライ ケミカル エッチング装置の安全性と健康への影響。 半導体製造におけるハザード評価および制御技術、米国政府産業衛生士会議が編集。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

オマラ、WC。 1993年。液晶フラットパネルディスプレイ。 ニューヨーク:ヴァン・ノストランド・ラインホールド。

PACE Inc. 1994. ヒューム抽出ハンドブック。 ローレル、MD: PACE Inc.

Pastides、H、EJ Calabrese、DW Hosmer、Jr、およびDR Harris。 1988. 半導体メーカーにおける自然流産と一般的な病気の症状。 J Occup Med 30:543–551.

Pocekay D、SA McCurdy、SJ Samuels、MB Schenker。 1995 年。半導体労働者の筋骨格症状と危険因子に関する横断研究。 Am J Indust Med 28(6):861–871.

Rainer、D、WE Quinn、JA Mosovsky、および MT Asom。 1993. III-V 過渡水素化物生成、Solid State Technology 36(6):35–40。

Rhoades、BJ、DG Sands、VD Mattera。 1989. AT&T-Microelectronics-Reading の化学蒸着 (CVD) リアクターで使用される安全および環境制御システム。 Appl Ind Hyg 4(5):105–109.

ロジャース、JW. 1994. 半導体の放射線安全性。 1994 年 XNUMX 月にアリゾナ州スコッツデールで開催された半導体安全協会会議で発表されました (未発表)。

ルーニー、FP、J リービー。 1989 年。X 線リソグラフィー源の安全と健康に関する考慮事項。 半導体製造におけるハザード評価および制御技術、米国政府産業衛生士会議が編集。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

Rosenthal、FS、S Abdollahzadeh。 1991. マイクロエレクトロニクス製造室における超低周波 (ELF) 電界および磁界の評価。 Appl Occup Environ Hyg 6(9):777–784.

Roychowdhury, M. 1991. MOCVD リアクター システムの安全性、産業衛生、および環境に関する考慮事項。 ソリッド ステート テクノロジー 34(1):36–38。

Scarpace、L、M Williams、D Baldwin、J Stewart、D Lassiter。 1989. 半導体製造工程における産業衛生サンプリングの結果。 半導体製造におけるハザード評価および制御技術、米国政府産業衛生士会議が編集。 ミシガン州チェルシー: ルイス出版社。

シェンカー MB、EB ゴールド、JJ ボーモント、B エスケナージ、SK ハモンド、BL ラズリー、SA マッカーディ、SJ サミュエルズ、CL サイキ、SH スワン。 1995 年。自然流産およびその他の生殖への影響と半導体産業の仕事との関連。 Am J Indust Med 28(6):639–659.

シェンカー、M、J ボーモント、B エスケナージ、E ゴールド、K ハモンド、B ラズリー、S マッカーディ、S サミュエルズ、S スワン。 1992. 半導体産業協会への最終報告書 - 半導体の製造に従事する労働者の生殖およびその他の健康への影響に関する疫学研究。 カリフォルニア州デイビス: カリフォルニア大学。

Schmidt、R、H Scheufler、S Bauer、L Wolff、M Pelzing、R Herzschuh。 1995. 半導体産業における毒性調査: III: アルミニウム プラズマ エッチング プロセスからの廃棄物によって引き起こされる出生前毒性に関する研究。 Toxicol Ind Health 11(1):49–61.

セマテック。 1995. Silane Safety Transfer Document、96013067 A-ENG。 テキサス州オースティン: SEMATECH.

—。 1996. SEMI S2-93 および SEMI S8-95 の解釈ガイド。 テキサス州オースティン: SEMATECH.

半導体産業協会 (SIA)。 1995. World Semiconductor Sales Forecast Data。 カリフォルニア州サンノゼ: SIA.

シーヒー、JW、JH ジョーンズ。 1993.ガリウム砒素生産における砒素暴露と制御の評価。 Am Ind Hyg Assoc J 54(2):61–69.

落ち着いて、DJ。 1995. 「使用適合性」基準、表面実装技術 (SMT) を使用したラミネートの選択。 イリノイ州リバティビル: IHS パブリッシング グループ。

Wade、R、M Williams、T Mitchell、J Wong、および B Tusé。 1981. 半導体産業研究。 カリフォルニア州サンフランシスコ: カリフォルニア州労使関係局、労働安全衛生課。