Баннер 13

 

83. Микроэлектроника и полупроводники

Редактор глав: Майкл Э. Уильямс


Содержание

Таблицы и рисунки

Общий Профиль
Майкл Э. Уильямс

Производство кремниевых полупроводников
Дэвид Г. Болдуин, Джеймс Р. Рубин и Афсане Джерами

Жидкокристаллические дисплеи
Дэвид Г. Болдуин, Джеймс Р. Рубин и Афсане Джерами

Производство полупроводников III-V
Дэвид Г. Болдуин, Афсане Джерами и Джеймс Р. Рубин

Печатная плата и сборка компьютера
Майкл Э. Уильямс

Воздействие на здоровье и модели заболеваний
Дональд В. Ласситер

Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Корки Чу

таблицы

Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.

1. Системы фоторезистов
2. Инструмент для снятия фоторезиста
3. Мокрые химические травители
4. Газы для плазменного травления и травленые материалы
5. Добавки для формирования соединения для диффузии
6. Основные категории кремниевой эпитаксии
7. Основные категории ССЗ
8. Чистка плоскопанельных дисплеев
9. Процесс PWB: окружающая среда, здоровье и безопасность
10. Производство и контроль отходов PWB
11. Производство и контроль отходов ПХД
12. Образование отходов и контроль
13. Матрица приоритетных потребностей

цифры

Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.

MIC060F7МИКО10Ф2MIC010F3MIC020F3MIC030F1MIC050F4МИКО50Ф5MIC050F6MIC060F6MIC060F7MIC060F2MIC060F3MIC060F4MIC060F5


Нажмите, чтобы вернуться к началу страницы

Суббота, 19 марта 2011 20: 40

Общий Профиль

Разнообразие процессов и продуктов в микроэлектронной и полупроводниковой промышленности огромно. Основное внимание в обсуждении вопросов охраны труда и техники безопасности в этой главе сосредоточено на производстве полупроводниковых интегральных схем (ИС) (как в продуктах на основе кремния, так и в соединениях с валентностью III-V), производстве печатных плат (PWB), печатных платах (PCB) сборка и сборка компьютеров.

Промышленность состоит из множества основных сегментов. Ассоциация электронной промышленности использует следующее разграничение в отчетных данных о соответствующих тенденциях, продажах и занятости в отрасли:

  • электронные компоненты
  • бытовая электроника
  • связь
  • оборонная связь
  • компьютеры и периферийное оборудование
  • промышленная электроника
  • медицинская электроника.

 

К электронным компонентам относятся электронные лампы (например, приемные, специальные и телевизионные), полупроводниковые изделия (например, транзисторы, диоды, ИС, светоизлучающие диоды (СИД) и жидкокристаллические дисплеи (ЖКД)) и пассивные и другие компоненты (например, конденсаторы, резисторы, катушки, трансформаторы и переключатели).

Бытовая электроника включает телевизоры и другие бытовые и портативные аудио- и видеоустройства, а также информационное оборудование, такое как персональные компьютеры, факсимильные аппараты и автоответчики. Электронное игровое оборудование и программное обеспечение, домашние системы безопасности, пустые аудио- и видеокассеты и дискеты, электронные аксессуары и общее количество первичных батарей также подпадают под категорию бытовой электроники.

В дополнение к компьютерам общего назначения и специализированным компьютерам, компьютеры и периферийное оборудование включают вспомогательное оборудование для хранения данных, оборудование ввода/вывода (например, клавиатуры, мыши, оптические сканирующие устройства и принтеры), терминалы и т.д. В то время как телекоммуникации, оборонная связь, промышленная и медицинская электроника используют одни и те же технологии, эти сегменты также включают специализированное оборудование.

Появление микроэлектронной промышленности оказало глубокое влияние на эволюцию и структуру мировой экономики. На темпы изменений в промышленно развитых странах мира большое влияние оказали достижения в этой отрасли, особенно в развитии интегральных схем. Этот темп изменений графически представлен на временной шкале количества транзисторов на микросхему интегральной схемы (см. рис. 1).

Рис. 1. Транзисторы на микросхему интегральной схемы

МИКО10Ф1

Экономическое значение мировых продаж полупроводников очень велико. На рис. 2 представлен прогноз Ассоциации полупроводниковой промышленности для мировых и региональных продаж полупроводников с 1993 по 1998 год.

Рисунок 2. Прогноз мировых продаж полупроводников

МИКО10Ф2

Отрасли производства полупроводниковых интегральных схем и сборки компьютеров/электроники уникальны по сравнению с большинством других категорий отраслей по относительному составу производственной рабочей силы. На участке производства полупроводников высок процент женщин-операторов, управляющих технологическим оборудованием. Задачи, связанные с оператором, обычно не требуют подъема тяжестей или чрезмерной физической силы. Кроме того, многие рабочие задачи требуют мелкой моторики и внимания к деталям. Работники-мужчины преобладают в задачах, связанных с техническим обслуживанием, инженерными функциями и управлением. Аналогичный состав встречается в части сборки компьютеров / электроники в этом сегменте промышленности. Другой необычной особенностью этой отрасли является концентрация производства в Азиатско-Тихоокеанском регионе мира. Это особенно верно в окончательная сборка or Админцетр процессы в полупроводниковой промышленности. Эта обработка включает позиционирование и размещение изготовленного чипа интегральной схемы (технически известного как кристалл) на держателе чипа и выводной рамке. Эта обработка требует точного позиционирования чипа, как правило, с помощью микроскопа, и очень мелкой моторики. Опять же, в этой части процесса преобладают женщины, при этом большая часть мирового производства сосредоточена в Тихоокеанском регионе, с высокой концентрацией на Тайване, Малайзии, Таиланде, Индонезии и Филиппинах и растущим числом в Китае и Вьетнаме.

Области производства полупроводниковых ИС обладают различными необычными свойствами и характеристиками, уникальными для этой отрасли. А именно, обработка IC включает чрезвычайно строгие режимы и требования контроля твердых частиц. Типичное современное производственное помещение ИС может быть оценено как чистое помещение класса 1 или ниже. Для сравнения, внешняя среда будет выше класса 500,000 100,000; типичная комната в доме примерно 10,000 XNUMX класса; и участок внутренней сборки полупроводников примерно класса XNUMX XNUMX. Чтобы достичь такого уровня контроля над твердыми частицами, нужно фактически поместить рабочего в полностью закрытое помещение. кролик костюмы которые имеют системы подачи и фильтрации воздуха для контроля уровня твердых частиц, создаваемых рабочими в производственной зоне. Люди, обитающие в производственных зонах, считаются очень мощными генераторами мелких частиц из выдыхаемого воздуха, сброшенной кожи и волос, а также из их одежды и обуви. Это требование носить тесную одежду и изолировать рабочие будни способствовало тому, что сотрудники чувствовали, что работают в «негостеприимной» рабочей среде. См. рис. 3. Кроме того, в области фотолитографии обработка включает воздействие на пластину фотоактивного раствора, а затем нанесение изображения на поверхность пластины с использованием ультрафиолетового света. Чтобы уменьшить нежелательный ультрафиолетовый (УФ) свет из этой области обработки, используются специальные желтые лампы (в них отсутствует составляющая длины волны УФ, обычно присутствующая в освещении внутри помещений). Эти желтые огни помогают работникам почувствовать, что они находятся в другой рабочей среде, и могут дезориентировать некоторых людей.

Рисунок 3. Современная чистая комната

MIC010F3

 

Назад

Обзор процесса

Описание обработки кремниевых полупроводниковых устройств, либо дискретных устройств (полупроводник, содержащий только одно активное устройство, такое как транзистор), либо ИС (взаимосвязанные массивы активных и пассивных элементов на одной полупроводниковой подложке, способные выполнять по крайней мере одну функцию электронной схемы) , включает в себя множество узкоспециализированных и специфических операций. Цель этого описания состоит в том, чтобы предоставить базовую структуру и объяснить этапы основных компонентов, используемые при изготовлении кремниевого полупроводникового устройства, и связанные с этим вопросы охраны окружающей среды, здоровья и безопасности (EHS).

Изготовление ИС включает в себя последовательность процессов, которые могут повторяться много раз, прежде чем схема будет завершена. Наиболее популярные ИС используют 6 или более масок для выполнения процессов формирования паттернов, обычно от 10 до 24 масок. Изготовление микросхемы начинается с кремниевой пластины сверхвысокой чистоты диаметром от 4 до 12 дюймов. Идеально чистый кремний является почти изолятором, но некоторые примеси, называемые легирующие примеси, добавленные в количестве от 10 до 100 частей на миллион, заставляют кремний проводить электричество.

Интегральная схема может состоять из миллионов транзисторов (а также диодов, резисторов и конденсаторов), сделанных из легированного кремния, и все они соединены соответствующей схемой проводников для создания компьютерной логики, памяти или другого типа схемы. На одной пластине можно сделать сотни микросхем.

Шесть основных этапов обработки являются универсальными для всех кремниевых полупроводниковых устройств: окисление, литография, травление, легирование, химическое осаждение из паровой фазы и металлизация. Далее следуют сборка, тестирование, маркировка, упаковка и отгрузка.

Окисление

Как правило, первый этап обработки полупроводниковых устройств включает окисление внешней поверхности пластины для выращивания тонкого слоя (около одного микрона) диоксида кремния (SiO2). Это в первую очередь защищает поверхность от загрязнений и служит маской для последующего процесса диффузии. Эта способность выращивать химически стабильную защитную пластину диоксида кремния на кремнии делает кремниевые пластины наиболее широко используемой полупроводниковой подложкой.

Окисление, обычно называемое термическим окислением, представляет собой периодический процесс, происходящий в высокотемпературной диффузионной печи. Защитный слой диоксида кремния выращивают в атмосфере, содержащей либо кислород ( O2) (сухое окисление) или кислород в сочетании с водяным паром ( H2О) (мокрое окисление). Температура в печи колеблется от 800 до 1,300oC. Соединения хлора в форме хлористого водорода (HCl) также могут быть добавлены для контроля нежелательных примесей.

На новых производственных объектах наблюдается тенденция к использованию вертикальных печей для окисления. Вертикальные печи лучше удовлетворяют потребность в большем контроле загрязнения, большем размере пластин и более равномерной обработке. Они позволяют уменьшить занимаемую площадь оборудования, что экономит драгоценную площадь чистых помещений.

Сухое окисление

Кремниевые пластины, подлежащие окислению, сначала очищают с использованием моющего средства и водного раствора, а затем промывают растворителем с ксилолом, изопропиловым спиртом или другими растворителями. Очищенные пластины высушивают, загружают в держатель кварцевых пластин, называемый лодка и загружается в конец оператора (конец нагрузки) трубы или ячейки кварцевой диффузионной печи. Входной конец трубы (исходный конец) подает кислород высокой чистоты или кислородно-азотную смесь. Поток «сухого» кислорода в кварцевую трубку контролируется и гарантирует наличие избытка кислорода для роста диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины. Основная химическая реакция:

Si + О2 → SiO2

Мокрое окисление

Когда вода является окислителем, обычно используются четыре метода введения водяного пара: пирофорный, высокого давления, барботер и мгновенное испарение. К основным химическим реакциям относятся:

Пирофорный и высокого давления: Si + 2O2 + 2H2 → SiO2 + 2H2O

Вспышка и барботер: Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

Пирофорное окисление включает в себя введение и сжигание газообразной смеси водорода и кислорода. Такие системы обычно называют сгоревший водород or факел системы. Водяной пар образуется, когда на входной конец трубки вводят надлежащее количество водорода и кислорода и дают им вступить в реакцию. Смесь необходимо точно контролировать, чтобы гарантировать правильное сгорание и предотвратить накопление взрывоопасного газообразного водорода.

Окисление под высоким давлением (HiPox) технически называется системой пиросинтеза воды и генерирует водяной пар в результате реакции сверхчистого водорода и кислорода. Затем пар закачивается в камеру высокого давления и сжимается до 10 атмосфер, что ускоряет процесс влажного окисления. Деионизированная вода также может использоваться в качестве источника пара.

In барботерное окисление деионизированную воду помещают в емкость, называемую фонтанчик для питья и поддерживается при постоянной температуре ниже его точки кипения 100°C за счет использования колбонагревателя. Газообразный азот или кислород поступает на вход барботера, насыщается водяным паром по мере подъема через воду и выходит через выход в диффузионную печь. Барботажные системы, по-видимому, являются наиболее широко используемым методом окисления.

In мгновенное окисление Деионизированная вода непрерывно капает на нагретую нижнюю поверхность кварцевого контейнера, и вода быстро испаряется, когда попадает на горячую поверхность. Азот или кислородный газ-носитель течет над испаряющейся водой и переносит водяной пар в диффузионную печь.

литография

Литография, также известная как фотолитография или просто маскирование, представляет собой метод точного формирования рисунков на оксидированной пластине. Микроэлектронная схема строится слой за слоем, каждый слой получает рисунок из маски, заданной в схеме.

Полиграфия создала настоящих предшественников современных процессов микропроизводства полупроводниковых устройств. Эти разработки относятся к изготовлению печатных форм, обычно металлических, на которых при удалении материала химическим травлением образуется рельефный рисунок поверхности. Этот же базовый метод используется при производстве мастера маски используется при изготовлении каждого слоя обработки устройства.

Разработчики схем оцифровывают основные схемы каждого уровня. Эта компьютеризированная схема позволяет быстро генерировать схему маски и облегчает любые необходимые изменения. Этот метод известен как автоматизированное проектирование (САПР). Используя мощные компьютерные алгоритмы, эти онлайн-системы проектирования позволяют разработчику размещать и изменять схемы непосредственно на экранах видеодисплеев с интерактивными графическими возможностями.

Окончательный рисунок или маска для каждого слоя схемы создается управляемым компьютером фотоплоттером или генератором шаблонов. Затем эти фоточертежи уменьшаются до фактического размера схемы, эталонная маска изготавливается на стекле с хромированным рельефом и воспроизводится на рабочей пластине, которая служит либо для контактной, либо для проекционной печати на пластине.

Эти маски очерчивают рисунок проводящих и изолирующих областей, которые переносятся на пластину с помощью фотолитографии. Большинство компаний не производят свои собственные маски, а используют маски, предоставленные производителем масок.

Уборка

Необходимость в том, чтобы внешняя поверхность пластины не содержала твердых частиц и загрязнений, требует частой очистки. Основные категории:

  • очистка деионизированной водой и моющими средствами
  • растворитель: изопропиловый спирт (IPA), ацетон, этанол, терпены
  • кислота: плавиковая (HF), серная (H2SO4) и перекись водорода (H2O2), соляная (HCl), азотная (HNO3) и смеси
  • едкий: гидроксид аммония (NH4ОЙ).

 

Сопротивление приложению

Пластины покрыты резистивным материалом из полимера на основе растворителя и быстро вращаются на прядильщик, который ложится тонким равномерным слоем. Затем растворители испаряются, оставляя полимерную пленку. Все резистивные материалы зависят от изменений растворимости синтетического органического полимера в выбранной промывочной жидкости проявителя, вызванных излучением (в первую очередь ультрафиолетовым). Материалы резиста классифицируются как отрицательные или положительные резисты, в зависимости от того, снижается ли растворимость в проявителе (отрицательный) или увеличивается (положительный) при воздействии радиации. В таблице 1 указан состав компонентов различных систем фоторезистов.

Таблица 1. Фоторезистивные системы

Ультрафиолетовый

Ближний (350–450 нм)

Отрицательный

PB
S
D

Алифатический каучук на основе азида (изопрен)
н-бутилацетат, ксилол, н-метил-2-пирролидон, этилбензол
Ксилол, алифатические углеводороды, н-бутилацетат,
Растворитель Стоддарда (нефтяные дистилляты)

 

Положительный

PB
S


D

Орто-диазокетон
Ацетат монометилового эфира пропиленгликоля, этиллактат, метил
метоксипропионат, этилэтоксипропионат, н-бутилацетат, ксилол,
хлортолуол
Гидроксид натрия, силикаты, гидроксид калия

Глубокий (200–250 нм)

В первую очередь
позитив сопротивляется

   

Электронно-лучевой (около 100 нм)

 

Отрицательный

PB
S
D

Сополимер-этилакрилат и глицидилметакрилат (COP)
н /
н /

 

Положительный

PB

S
D

Полиметилметакрилат, полифторалкилметакрилат, полиалкилальдегид, полицианоэтилакрилат
Ацетат монометилового эфира пропиленгликоля
Щелочной или IPA, этилацетат или метилизобутилкетон (MIBK)

Рентгеновский (0.5–5 нм)

 

Отрицательный

PB
S
D

Сополимер-этилакрилат и глицидилметакрилат (COP)
н /
н /

 

Положительный

PB

S
D

Полиметилметакрилат, орто-диазокетон, поли
(гексафторбутилметакрилат), поли (бутен-1-сульфон)
Ацетат монометилового эфира пропиленгликоля
н /

ПБ = полимерная основа; S = растворитель; Д = разработчик.

Поскольку большинство фоторезистов чувствительны к ультрафиолетовому (УФ) излучению, область обработки освещается специальным желтым светом, в котором отсутствуют чувствительные длины волн УФ (см. рис. 1).

Рис. 1. Фотолитографическое оборудование «Желтая комната»

MIC020F3

Негативные и позитивные УФ-резисты в основном используются в промышленности. Однако электронно-лучевые и рентгеновские резисты завоевывают долю рынка благодаря более высокому разрешению. Проблемы со здоровьем при литографии в первую очередь вызваны потенциальными опасностями для репродуктивной системы, связанными с отдельными положительными резистами (например, ацетатом моноэтилового эфира этиленгликоля в качестве носителя), которые в настоящее время постепенно выводятся из употребления в промышленности. Периодические запахи негативных резистов (например, ксилола) также вызывают беспокойство у сотрудников. Из-за этих опасений промышленные гигиенисты полупроводниковой промышленности тратят много времени на отбор проб фоторезистов. Хотя это полезно для характеристики этих операций, обычное воздействие во время работы центрифуги и проявителя обычно составляет менее 5% от стандартов профессионального воздействия растворителей, используемых в процессе, в воздухе (Scarpace et al. 1989).

Было обнаружено 1-часовое воздействие ацетата моноэтилового эфира этиленгликоля с концентрацией 6.3 частей на миллион во время работы вращающейся системы. Это воздействие было в первую очередь вызвано неправильным выполнением работ при техническом обслуживании (Болдуин, Рубин и Горовиц, 1993 г.).

Сушка и предварительная выпечка

После нанесения резиста пластины перемещаются по направляющей или вручную перемещаются из центрифуги в печь с регулируемой температурой в атмосфере азота. Умеренная температура (от 70 до 90°C) вызывает отверждение фоторезиста (мягкое спекание) и испарение оставшихся растворителей.

Для обеспечения адгезии слоя резиста к пластине на пластину наносится грунтовка гексаметилдисилизан (ГМДС). Праймер связывает молекулярную воду на поверхности пластины. ГМДС применяется либо непосредственно в процессе погружения или навинчивания, либо с помощью паровой заливки, что обеспечивает технологические и экономические преимущества по сравнению с другими методами.

Выравнивание маски и экспозиция

Маска и пластина сближаются с помощью точного оптического/механического оборудования, и изображение на маске выравнивается по любому рисунку, уже существующему на пластине под слоем фоторезиста. Для первой маски выравнивание не требуется. В более старых технологиях выравнивание последовательных слоев стало возможным за счет использования бископа (микроскопа с двумя объективами) и точного контроля позиционирования пластины по отношению к маске. В более новых технологиях выравнивание выполняется автоматически с использованием контрольных точек на пластинах.

После того, как выравнивание выполнено, высокоинтенсивный ультрафиолетовый источник паров ртути или дуговой лампы освещает маску, обнажая резист в местах, не защищенных непрозрачными областями маски.

Различные методы выравнивания и экспонирования пластин включают экспонирование УФ-излучением (контактное или близкое), УФ-облучение через проекционную линзу для уменьшения (проекция), воздействие УФ-пошаговым и повторным уменьшением (проекция), рентгеновское излучение (близкое) и сканирование электронным лучом. экспозиция (прямое письмо). Основной используемый метод включает воздействие УФ-излучением от паров ртути и дуговых ламп через бесконтактные или проекционные выравниватели. УФ-резисты либо предназначены для реакции на широкий спектр длин волн УФ-излучения, либо их рецептура предназначена для реакции преимущественно на одну или несколько основных линий спектра, излучаемых лампой (например, g-линия при 435 нм, h-линия при 405 нм и i-линия при 365 нм).

Преобладающие длины волн УФ-света, используемые в настоящее время для фотомаскирования, составляют 365 нм или выше, но спектры УФ-лампы также содержат значительную энергию в области длин волн, представляющей опасность для здоровья, актиничной области ниже 315 нм. Обычно интенсивность УФ-излучения, выходящего из оборудования, меньше, чем интенсивность солнечного излучения в актиничной области и нормы, установленные для профессионального воздействия УФ-излучения.

Иногда во время технического обслуживания для юстировки УФ-лампы требуется, чтобы она была запитана вне шкафа с оборудованием или без обычных защитных фильтров. Уровни воздействия во время этой операции могут превышать пределы воздействия на рабочем месте, но стандартная одежда для чистых помещений (например, халаты, виниловые перчатки, лицевые маски и защитные очки из поликарбоната с УФ-ингибитором) обычно достаточна для ослабления УФ-излучения до значений ниже пределов воздействия (Болдуин и Стюарт, 1989 г.). ).

В то время как преобладающие длины волн для ультрафиолетовых ламп, используемых в фотолитографии, составляют 365 нм или выше, поиск более мелких функций в усовершенствованных ИС приводит к использованию источников облучения с меньшими длинами волн, таких как глубокое УФ и рентгеновское излучение. Одной из новых технологий для этой цели является использование эксимерных лазеров на фториде криптона, используемых в шаговых двигателях. Эти степперы используют длину волны 248 нм с высокой выходной мощностью лазера. Однако корпуса для этих систем удерживают балку при нормальной работе.

Как и в случае с другим оборудованием, содержащим мощные лазерные системы, используемые в производстве полупроводников, основная проблема заключается в том, что блокировки системы должны быть отключены во время выравнивания луча. Мощные лазеры также представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара. Элементы управления и соображения безопасности для этих систем рассматриваются Эшером, Уэзерсом и Лабонвиллем (1993).

Одним из передовых источников излучения, используемых в литографии, является рентгеновское излучение. Уровни излучения от источников рентгеновской литографии могут привести к мощности дозы, приближающейся к 50 миллизивертам (5 бэр) в год в центре оборудования. Для минимизации воздействия рекомендуется ограничить доступ к участкам внутри экранированной стены (Rooney and Leavey 1989).

Развивающийся

На этапе проявления неполимеризованные участки резиста растворяются и удаляются. Проявитель на основе растворителя наносится на поверхность пластины, покрытой резистом, путем погружения, распыления или распыления. Растворы-проявители указаны в таблице 1. Промывка растворителем (n-бутилацетат, изопропиловый спирт, ацетон и т. д.) обычно наносят после проявителя для удаления любого остаточного материала. Оставшийся после проявления резист защищает отдельные слои при последующей обработке.

Выпекание

После выравнивания, экспонирования и проявления резиста пластины затем перемещаются в другую печь с регулируемой температурой в атмосфере азота. В печи с более высокой температурой (от 120 до 135°C) фоторезист отвердевает и полностью полимеризуется на поверхности пластины (запекание).

Снятие фоторезиста

Затем проявленная пластина выборочно травится с использованием влажных или сухих химикатов (см. «Травление» ниже). Оставшийся фоторезист необходимо удалить с пластины перед дальнейшей обработкой. Это делается либо с помощью влажных химических растворов в ваннах с регулируемой температурой, либо с помощью плазменного озолителя или сухого химиката. В таблице 2 указаны как влажные, так и сухие химические компоненты. Далее следует обсуждение сухого химического плазменного травления с использованием того же оборудования и принципов работы, что и при плазменном озолении.


Таблица 2. Инструмент для удаления фоторезиста

Мокрая химия

 Кислота

Серная (H2SO4) и хромовые (CrO3)

Серная (H2SO4) и персульфат аммония ((NH4)2S2O8)

Серная (H2SO4) и перекись водорода (H2O2)

Organics

Фенолы, серная кислота, трихлорбензол, перхлорэтилен

Эфиры гликоля, этаноламин, триэтаноламин

Гидроксид натрия и силикаты (положительный резист)

Сухой химический

Плазменное озоление (зачистка)

ВЧ (радиочастотный) источник питания — частота 13.56 МГц или 2,450 МГц.

Кислород (O2) исходный газ

Вакуумные насосные системы

—Масляная смазка с ловушкой жидким азотом (старая технология)
— Смазка инертными перфторполиэфирными жидкостями (более новая технология)
— Сухой насос (новейшая технология)


Этчинг

Травление удаляет слои диоксида кремния (SiO2), металлы и поликремний, а также резисты в соответствии с желаемыми рисунками, очерченными резистом. Двумя основными категориями травления являются влажное и сухое химическое травление. Преимущественно используется влажное травление, включающее растворы, содержащие травители (обычно смесь кислот) нужной концентрации, которые вступают в реакцию с удаляемыми материалами. Сухое травление предполагает использование реактивных газов под вакуумом в камере с высоким напряжением, что также удаляет желаемые слои, не защищенные резистом.

Мокрая химия

Растворы для влажного химического травления размещаются в травильных ваннах с регулируемой температурой, изготовленных из полипропилена (полипро), огнестойкого полипропилена (FRPP) или поливинилхлорида (ПВХ). Ванны, как правило, оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией кольцевого типа или щелевой вытяжкой в ​​задней части станции влажного химического травления. Вертикальные вытяжки с ламинарным потоком подают равномерно отфильтрованный воздух, не содержащий твердых частиц, на верхнюю поверхность травильных ванн. Обычные химические растворы для влажного травления представлены в таблице 3 в зависимости от протравливаемого поверхностного слоя.

Таблица 3. Мокрые химические травители

Материал для травления

травители

кремний

Поликристаллический кремний (Si)

Плавиковая, азотная, уксусная кислоты и йод
Гидроксид калия
Этилендиамин/катехин
Фторид аммония, ледяная уксусная и азотная кислоты

Диоксид кремния (SiO2)

Травление буферным оксидом (BOE) - фтористоводородная и
фторид аммония
BOE, этиленгликоль, монометиловый эфир
Плавиковая и азотная (P-травление)

Нитрид кремния (Si3N4)

Фосфорная и плавиковая кислоты

Оксид CVD или травление тампоном

Фторид аммония, уксусная и плавиковая кислоты

Драгоценные металлы

Алюминий (Al)

Фосфорная, азотная, уксусная и соляная кислоты
Гидроксид натрия, гидроксид калия

Хромоникелевый сплав (Cr/Ni)

Церико-аммиачная селитра и азотная кислота
Соляная и азотная кислоты (царская водка)

Золото (Au)

Соляная и азотная кислоты (царская водка)
Йодид калия (KI)
Цианид калия (KCN) и перекись водорода (H2O2)
Хлорид железа (FeCl3) и соляная кислота

Серебро (Ag)

Нитрат железа (FeNO3) и этиленгликоль
Азотная кислота

Соединение

Формула

Стандартная концентрация (%)

Уксусная кислота

CH3СООН

36

Фторид аммония

NH4F

40

Ледяная уксусная кислота

CH3СООН

99.5

соляная кислота

HCl

36

Плавиковая кислота

HF

49

Азотная кислота

HNO3  

67

Фосфорная кислота

H3PO4  

85

Гидроксид калия

KOH

50 или 10

Едкий натр

NaOH

50 или 10

Серная кислота

H2SO4  

96

 

Вертикально установленные колпаки подачи потока при использовании в сочетании с брызгозащитными экранами и вытяжной вентиляцией могут создавать зоны турбулентности воздуха внутри станции влажного химического травления. В результате возможно снижение эффективности местной вытяжной вентиляции по улавливанию и отводу летучих загрязнителей воздуха из находящихся в эксплуатации ванн травления.

Основной проблемой при влажном травлении является возможность контакта кожи с концентрированными кислотами. Хотя все кислоты, используемые при травлении, могут вызывать кислотные ожоги, воздействие плавиковой кислоты (HF) вызывает особую озабоченность. Задержка между контактом с кожей и болью (до 24 часов для растворов с содержанием HF менее 20 % и от 1 до 8 часов для растворов с содержанием HF от 20 до 50 %) может привести к задержке лечения и более серьезным ожогам, чем ожидалось (Hathaway et al., 1991). .

Исторически кислотные ожоги были особой проблемой в отрасли. Однако в последние годы количество случаев контакта кожи с кислотами сократилось. Частично это снижение было вызвано улучшениями в процессе травления, связанными с продуктом, такими как переход на сухое травление, использование большего количества робототехники и установка систем дозирования химикатов. Снижение частоты кислотных ожогов также может быть связано с лучшими методами обработки, более широким использованием средств индивидуальной защиты, более продуманными мокрыми палубами и лучшим обучением — все это требует постоянного внимания, если уровень будет снижаться еще больше (Болдуин и Уильямс, 1996 г.). ).

Сухой химический

Сухое химическое травление представляет собой область растущего интереса и использования из-за его способности лучше контролировать процесс травления и снижать уровень загрязнения. Сухая химическая обработка эффективно травит желаемые слои за счет использования химически активных газов или физической бомбардировки.

Были разработаны химически реактивные системы плазменного травления, которые могут эффективно травить кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, алюминий, тантал, соединения тантала, хром, вольфрам, золото и стекло. Используются два типа систем реакторов плазменного травления: бочкообразные, или цилиндрические, и плоскопараллельные, или плоские. Оба работают по одним и тем же принципам и в основном различаются только конфигурацией.

Плазма похожа на газ, за ​​исключением того, что некоторые атомы или молекулы плазмы ионизированы и могут содержать значительное количество свободных радикалов. Типичный реактор состоит из камеры вакуумного реактора, содержащей пластину, обычно изготовленную из алюминия, стекла или кварца; источник радиочастотной (РЧ) энергии - обычно на частоте 450 кГц, 13.56 МГц или 40.5 МГц и модуль управления для контроля времени обработки, состава газа-реагента, расхода газа и уровня мощности РЧ. Кроме того, источник вакуума форвакуумного насоса с масляной смазкой (более старая технология) или сухим (более новая технология) находится на одной линии с камерой реактора. Пластины загружаются в реактор по отдельности или в кассетах, насос откачивает камеру и вводится газ-реагент (обычно четырехфтористый углерод). При ионизации газа образуется плазма травления, которая вступает в реакцию с пластинами с образованием летучих продуктов, которые откачиваются. Введение свежего газа-реагента в камеру поддерживает активность травления. В таблице 4 указаны материалы и плазмообразующие газы, используемые для травления различных слоев.

Таблица 4. Газы плазменного травления и травящиеся материалы

Материалы

Газовый

кремний

Поликремний (polySi) и кремний

CF + О2, ККл4 или CF3Кл, CF4 и HCl

Диоксид кремния (SiO2)

C2F6, C3F8, КФ4, СиФ4, C5F12, швейцарских франков3, ККл2F2, СФ6, ВЧ

Нитрид кремния (Si3N4)

CF4 + Ар, КФ4 + О2, КФ4 + H2

Драгоценные металлы

Алюминий (Al)

CCl4 или BCl3 + Он или Ар

Хром (Cr)

CCl4

Оксид хрома (CrO3)

Cl2 + Ar или CCl4 + Ар

Арсенид галлия (GaAs)

CCl2F2

Ванадий (V)

CF4

Титан (Ti)

CF4

Тантулум (Та)

CF4

Молибден (Мо)

CF4

Вольфрам (Вт)

CF4

 

Другой метод, который в настоящее время разрабатывается для травления, - это микроволновая обработка. Он использует микроволновый разряд высокой плотности для создания метастабильных атомов с длительным временем жизни, которые травят материал почти так, как если бы он был погружен в кислоту.

Процессы физического травления аналогичны пескоструйной очистке в том смысле, что атомы аргона используются для физической бомбардировки слоя, подлежащего травлению. Для удаления смещенного материала используется вакуумная насосная система. Реактивное ионное травление включает комбинацию химического и физического сухого травления.

Процесс распыления представляет собой процесс ионного удара и передачи энергии. Травление распылением включает систему распыления, в которой пластина, подлежащая травлению, прикрепляется к отрицательному электроду или мишени в цепи тлеющего разряда. Материал вылетает из пластины при бомбардировке положительными ионами, обычно аргоном, что приводит к дислокации поверхностных атомов. Питание обеспечивается источником ВЧ на частоте 450 кГц. Встроенная вакуумная система используется для контроля давления и удаления реагентов.

Ионно-лучевое травление и фрезерование — это щадящий процесс травления, в котором используется пучок низкоэнергетических ионов. Ионно-лучевая система состоит из источника для генерации ионного пучка, рабочей камеры, в которой происходит травление или фрезерование, приспособления с мишенью для удержания пластин в ионном пучке, системы вакуумного насоса, поддерживающей электроники и инструментов. Ионный пучок извлекается из ионизированного газа (аргона или аргона/кислорода) или плазмы, создаваемой электрическим разрядом. Разряд получают приложением напряжения между термокатодом, излучающим электроны, и анодным цилиндром, расположенным во внешнем диаметре области разряда.

Ионно-лучевое измельчение осуществляется в низкоэнергетическом диапазоне ионной бомбардировки, когда происходят только поверхностные взаимодействия. Эти ионы, обычно в диапазоне от 500 до 1,000 эВ, поражают цель и брызгать слюной поверхностных атомов, разрушая силы, связывающие атом с его соседом. Ионно-лучевое травление выполняется в несколько более высоком диапазоне энергий, что связано с более резким смещением поверхностных атомов.

Реактивное ионное травление (РИТ) представляет собой комбинацию физического распыления и химического травления реактивных частиц при низких давлениях. RIE использует ионную бомбардировку для достижения направленного травления, а также химически активный газ, четырехфтористый углерод (CF4) или четыреххлористый углерод (CCl4), чтобы поддерживать хорошую селективность травленого слоя. Пластину помещают в камеру с атмосферой химически активного газового соединения при низком давлении около 0.1 торр (1.3 х 10-4 атмосфера). Электрический разряд создает плазму реактивных «свободных радикалов» (ионов) с энергией в несколько сотен электрон-вольт. Ионы ударяются о поверхность пластины вертикально, где они вступают в реакцию с образованием летучих частиц, которые удаляются встроенной вакуумной системой низкого давления.

У машин для сухого травления иногда есть цикл очистки, который используется для удаления отложений, скапливающихся внутри реакционных камер. Исходные соединения, используемые для плазмы цикла очистки, включают трифторид азота (NF3), гексафторэтан (C2F6) и октафторпропан ( C3F8).

Эти три газа, используемые в процессе очистки, и многие газы, используемые в травлении, являются краеугольным камнем экологической проблемы, стоящей перед полупроводниковой промышленностью, которая возникла в середине 1990-х годов. Было установлено, что несколько высокофторированных газов обладают значительным потенциалом глобального потепления (или парникового эффекта). (Эти газы также называются ПФУ, перфторированные соединения.) Длительное время жизни в атмосфере, высокий потенциал глобального потепления и значительное увеличение использования ПФУ, таких как NF.3, C2F6, C3F8, КФ4, трифторметан (CHF3) и гексафторид серы (SF6) заставили полупроводниковую промышленность сосредоточиться на способах сокращения выбросов.

Выбросы в атмосферу ПФУ в полупроводниковой промышленности связаны с низкой эффективностью инструментов (многие инструменты потребляют только от 10 до 40% используемого газа) и неадекватным оборудованием для снижения выбросов в атмосферу. Мокрые скрубберы неэффективны для удаления ПФУ, и испытания многих установок для сжигания показали низкую эффективность удаления некоторых газов, особенно CF.4. Многие из этих установок сгорания вышли из строя C2F6 и C3F8 в CF4. Кроме того, высокая стоимость владения этими средствами борьбы с выбросами, потребляемая ими мощность, выделение ими других газов, вызывающих глобальное потепление, и побочных продуктов их сгорания опасных загрязнителей воздуха указывают на то, что борьба со сжиганием не является подходящим методом для контроля выбросов ПФУ.

Повышение эффективности технологических инструментов, выявление и разработка более экологически чистых альтернатив этим газам сухого травления, а также рекуперация/рециркуляция выхлопных газов — вот основные экологические задачи, связанные с установками для сухого травления.

Основное внимание в области гигиены труда для машин для сухого травления уделялось потенциальному воздействию на обслуживающий персонал, работающий с реакционными камерами, насосами и другим сопутствующим оборудованием, которое может содержать остатки продуктов реакции. Сложность плазменных травильных машин и сложность характеристики запахов, связанных с их обслуживанием, сделали их предметом многих исследований.

Продукты реакции, образующиеся в плазменных травителях металлов, представляют собой сложную смесь хлорированных и фторированных соединений. Техническое обслуживание травильных станков по металлу часто связано с кратковременными операциями, которые вызывают сильный запах. Было обнаружено, что гексахлорэтан является основной причиной появления запаха в одном типе травильных установок для алюминия (Helb et al., 1983). В другом случае главной проблемой был хлорид циана: уровни воздействия в 11 раз превышали предел воздействия на рабочем месте 0.3 ppm (Baldwin 1985). В других типах травителей хлористый водород вызывает запах; максимальное измеренное воздействие составило 68 частей на миллион (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993). Дополнительную информацию по этому вопросу см. в Mueller and Kunesh (1989).

Сложность химического состава выхлопных газов установок для травления металлов побудила исследователей разработать экспериментальные методы изучения токсичности этих смесей (Bauer et al. 1992a). Применение этих методов в исследованиях на грызунах указывает на то, что некоторые из этих химических смесей предположительно являются мутагенами (Bauer et al. 1992b) и предполагаемыми репродуктивными токсинами (Schmidt et al. 1995).

Поскольку установки для сухого травления работают как закрытые системы, химическое воздействие на операторов оборудования обычно не происходит, пока система закрыта. Единственным редким исключением является случай, когда цикл продувки старых травильных установок периодического действия недостаточно длинный для надлежащего удаления травильных газов. Сообщалось о кратковременном, но раздражающем воздействии соединений фтора, уровень которых ниже предела обнаружения для типичных процедур контроля промышленной гигиены, когда дверцы этих травильных установок были открыты. Обычно это можно исправить, просто увеличив продолжительность цикла продувки перед открытием дверцы камеры травления.

Основная опасность воздействия радиочастотной энергии на оператора возникает во время плазменного травления и озоления (Cohen 1986; Jones 1988). Как правило, утечка радиочастотной энергии может быть вызвана:

  • смещенные двери
  • трещины и дыры в шкафах
  • металлические столы и электрические кабели, действующие как антенны из-за неправильного заземления травильного станка
  • отсутствие поглощающего экрана в смотровом окне травильного станка (Jones, 1988; Horowitz, 1992).

 

Радиочастотное облучение также может происходить во время технического обслуживания травильных станков, особенно если шкаф с оборудованием был снят. Экспозиция 12.9 мВт/см2 был найден в верхней части старой модели плазменного травителя со снятой крышкой для обслуживания (Horowitz 1992). Фактическая утечка радиочастотного излучения в зоне, где стоит оператор, обычно не превышала 4.9 мВт/см.2.

легирование

Формирование электрического соединения или границы между p высокопоставленных n областей в монокристаллической кремниевой пластине является важным элементом для функционирования всех полупроводниковых устройств. Соединения позволяют току течь в одном направлении гораздо легче, чем в другом. Они обеспечивают основу для диодных и транзисторных эффектов во всех полупроводниках. В интегральной схеме контролируемое количество элементарных примесей или примесей должно быть введено в выбранные протравленные области кремниевой подложки или пластины. Это можно сделать методами диффузии или ионной имплантации. Независимо от используемой технологии одни и те же типы или примеси используются для производства полупроводниковых переходов. В таблице 5 указаны основные компоненты, используемые для легирования, их физическое состояние, электрический тип (p or n) и основной используемый метод соединения - диффузионная или ионная имплантация.

Таблица 5. Добавки для формирования переходов при диффузии и ионной имплантации

Элемент

Соединение

Формула

Область

Техника

п-типа

сурьма

Триоксид сурьмы
Трихлорид сурьмы

Sb2O3
SbCl3

SOLID
жидкость

Вещание
Вещание

мышьяк

Триоксид мышьяка
Триоксид мышьяка
Арсин
Пентафторид мышьяка

As2O3
As2O3
Пепел3
АсФ5

SOLID
жидкость
Газовый
Газовый

Вещание
Диффузия — вращение
Диффузионная и ионная имплантация
Ионная имплантация

Фосфор

Пятиокись фосфора
Пятиокись фосфора
Фосфор трибромид
Фосфор трихлорид
Оксихлорид фосфора
фосфин
Пентафторид фосфора

P2O5
P2O5
ПБр3
ПКл3
POCl3
PH3
PF5

SOLID
жидкость
жидкость
жидкость
жидкость
Газовый
Газовый

Вещание
Диффузия — вращение
Вещание
Вещание
Вещание
Ионная имплантация
Ионная имплантация

р-типа

Бор

Нитрид бора
Трибромид бора
триоксид бора
триоксид бора
триэтилборат
тетрабромид кремния
Трихлорид бора
Трифторид бора
Диборан

BN
ББр3
B2O3
B2O3
В(КОС2H5)3
СиБр4
BCl3
BF3
B2H6

SOLID
жидкость
SOLID
жидкость
жидкость
жидкость
жидкость
Газовый
Газовый

Вещание
Вещание
Вещание
Диффузия — вращение
Диффузия — вращение
Вещание
Диффузионная ионная имплантация
Ионная имплантация
Ионная имплантация

 

Обычное химическое воздействие на операторов как диффузионных печей, так и аппаратов для ионной имплантации невелико — обычно меньше предела обнаружения стандартных процедур отбора проб гигиены труда. Химические проблемы, связанные с технологическим процессом, связаны с возможностью выброса токсичных газов.

Еще в 1970-х годах прогрессивные производители полупроводников начали устанавливать первые системы непрерывного газоанализа горючих и токсичных газов. Основное внимание в этом мониторинге уделялось обнаружению аварийных выбросов наиболее токсичных легирующих газов с пороговыми значениями запаха, превышающими пределы воздействия на рабочем месте (например, арсин и диборан).

Большинство мониторов промышленной гигиены в полупроводниковой промышленности используются для обнаружения утечек легковоспламеняющихся и токсичных газов. Однако на некоторых объектах также используются системы непрерывного мониторинга для:

  • анализировать выбросы выхлопных труб (дымов)
  • количественно определить концентрации летучих химических веществ в окружающем воздухе
  • определять и количественно определять запахи в сказочных помещениях.

 

Технологии, наиболее часто используемые в полупроводниковой промышленности для этого типа мониторинга, включают колориметрическое обнаружение газа (например, непрерывный детектор газа MDA), электрохимические датчики (например, мониторы sensydyne) и инфракрасное преобразование Фурье (например, Telos ACM) (Балдуин и Уильямс, 1996). .

Вещание

Вещание термин, используемый для описания перемещения легирующих примесей из областей с высокой концентрацией на стороне источника диффузионной печи в области с более низкой концентрацией внутри кремниевой пластины. Диффузия - наиболее распространенный метод образования соединений.

Этот метод включает в себя воздействие на пластину нагретой атмосферы внутри диффузионной печи. Печь содержит желаемые легирующие примеси в форме пара, что приводит к созданию областей легированной электрической активности либо p or n. Наиболее часто используемые легирующие примеси: бор для р-типа; и фосфор (P), мышьяк (As) или сурьма (Sb) для n-типа (см. таблицу 5).

Обычно пластины укладываются в кварцевый носитель или лодочку и помещаются в диффузионную печь. Диффузионная печь содержит длинную кварцевую трубку и механизм точного контроля температуры. Температурный контроль чрезвычайно важен, так как скорость диффузии различных примесей кремния в первую очередь зависит от температуры. Диапазон рабочих температур от 900 до 1,300 oC, в зависимости от конкретной легирующей примеси и процесса.

Нагрев кремниевой пластины до высокой температуры позволяет атомам примесей медленно диффундировать через кристаллическую структуру. Примеси перемещаются через диоксид кремния медленнее, чем через сам кремний, что позволяет тонкому оксиду шаблон, служащий маской, и тем самым позволяя легирующей примеси проникать в кремний только там, где он незащищен. После накопления достаточного количества примесей пластины удаляются из печи, и диффузия фактически прекращается.

Для максимального контроля большинство диффузий выполняются в два этапа:предварительное осаждение высокопоставленных вбивать. Предварительное осаждение или диффузия с постоянным источником является первым этапом и происходит в печи, температура в которой выбирается для достижения наилучшего контроля количества примесей. Температура определяет растворимость легирующей примеси. После сравнительно короткой обработки перед осаждением пластина физически перемещается во вторую печь, обычно при более высокой температуре, где вторая термообработка нагнетает легирующую добавку до желаемой глубины диффузии в решетке кремниевой пластины.

Источники легирующей примеси, используемые на этапе предварительного осаждения, находятся в трех различных химических состояниях: газообразном, жидком и твердом. В таблице 5 указаны различные типы примесей диффузионного источника и их физические состояния.

Газы обычно подаются из баллонов со сжатым газом с регуляторами или регуляторами давления, запорными клапанами и различными приспособлениями для продувки и распределяются по металлическим трубкам малого диаметра.

Жидкости обычно дозируются из барботеров, которые насыщают поток газа-носителя, обычно азота, парами жидкой легирующей примеси, как описано в разделе о мокром окислении. Другой способ дозирования жидкости – использование крутиться добавка аппарат. Это влечет за собой помещение твердой легирующей примеси в раствор с жидким растворителем-носителем, затем капание раствора на пластину и вращение, аналогично нанесению фоторезистов.

Твердые источники могут иметь форму пластины нитрида бора, которая помещается между двумя пластинами кремния для легирования, а затем помещается в диффузионную печь. Кроме того, твердые примеси в виде порошка или гранул могут быть помещены в кварцевая бомба корпус (триоксид мышьяка), вручную сбрасываемый в исходный конец диффузионной трубы или загружаемый в отдельную исходную печь на одной линии с основной диффузионной печью.

При отсутствии надлежащего контроля воздействие мышьяка выше 0.01 мг/м3 сообщалось во время очистки печи для осаждения (Wade et al., 1981) и во время очистки камер корпуса источника для твердотельных ионных имплантатов (McCarthy, 1985; Baldwin, King and Scarpace, 1988). Эти воздействия произошли, когда не были приняты меры предосторожности для ограничения количества пыли в воздухе. Однако, когда остатки оставались влажными во время очистки, воздействие снижалось до намного ниже предела воздействия в воздухе.

В более старых диффузионных технологиях существует угроза безопасности при снятии, очистке и установке печных труб. Опасности включают в себя возможные порезы от разбитой кварцевой посуды и ожоги кислотой во время ручной очистки. В более новых технологиях эти опасности уменьшаются за счет на месте очистка трубки, которая устраняет большую часть ручного обращения.

Операторы диффузионных печей чаще всего подвергаются воздействию электромагнитных полей крайне низкой частоты (например, от 50 до 60 Гц) в чистых помещениях при производстве полупроводников. Сообщалось о среднем воздействии более 0.5 микротесла (5 мГс) во время фактической работы печей (Crawford et al. 1993). В этом исследовании также было отмечено, что средний измеренный уровень воздействия на персонал чистых помещений, работающий вблизи диффузионных печей, был заметно выше, чем у других работников чистых помещений. Этот вывод согласовывался с точечными измерениями, о которых сообщили Розенталь и Абдоллахзаде (1991), которые обнаружили, что диффузионные печи давали показания близости (на расстоянии 5 см или 2 дюйма) до 10–15 микротесл, при этом окружающие поля постепенно уменьшались с расстоянием. чем другое изученное оборудование для чистых помещений; даже на расстоянии 6 футов от диффузионных печей заявленная плотность потока составляла от 1.2 до 2 мкТл (Crawford et al. 1993). Эти уровни выбросов значительно ниже текущих предельных значений воздействия на здоровье, установленных Всемирной организацией здравоохранения и установленных отдельными странами.

Ионная имплантация

Ионная имплантация — это новый метод введения примесных элементов при комнатной температуре в кремниевые пластины для формирования перехода. Ионизированные атомы легирующей примеси (т. е. атомы, лишенные одного или нескольких электронов) ускоряются до высокой энергии, пропуская их через разность потенциалов в десятки тысяч вольт. В конце своего пути они ударяются о пластину и внедряются на разную глубину в зависимости от их массы и энергии. Как и при обычной диффузии, узорчатый оксидный слой или рисунок фоторезиста избирательно маскирует пластину от ионов.

Типичная система ионной имплантации состоит из ионного источника (газообразный источник легирующей примеси, обычно в небольших колбах для лекций), аналитического оборудования, ускорителя, фокусирующей линзы, ловушки нейтрального луча, технологической камеры сканера и вакуумной системы (обычно три отдельных набора встроенных форвакуумные и маслодиффузионные насосы). Поток электронов генерируется из горячей нити за счет сопротивления, дугового разряда или электронного луча с холодным катодом.

Как правило, после имплантации пластин выполняется этап высокотемпературного отжига (от 900 до 1,000°C) с помощью отжига лазерным лучом или импульсного отжига с источником электронного луча. Процесс отжига помогает восстановить повреждение внешней поверхности имплантированной пластины, вызванное бомбардировкой ионами легирующей примеси.

С появлением безопасной системы доставки газовых баллонов с арсином, фосфином и трехфтористым бором, используемых в устройствах для ионной имплантации, возможность катастрофического выброса этих газов значительно снизилась. Эти небольшие газовые баллоны заполнены соединением, на котором адсорбированы арсин, фосфин и трифторид бора. Газы вытягиваются из цилиндров с помощью вакуума.

Ионные имплантеры представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри имплантера. Для всего вновь устанавливаемого оборудования, но особенно для ионных имплантантов, требуется тщательный анализ операций по техническому обслуживанию и опасностей, связанных с электричеством.

Воздействие гидридов (вероятно, смеси арсина и фосфина) до 60 частей на миллиард было обнаружено во время технического обслуживания крионасоса устройства для ионного имплантирования (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993). Кроме того, высокие концентрации как арсина, так и фосфина могут выделять газы из загрязненных частей имплантата, которые удаляются во время профилактического обслуживания (Flipp, Hunsaker and Herring 1992).

Портативные пылесосы с высокоэффективными фильтрами для подавления твердых частиц (HEPA) используются для очистки загрязненных мышьяком рабочих поверхностей в зонах ионной имплантации. Воздействие свыше 1,000 мкг/м3 были измерены при неправильной очистке пылесосов HEPA. Пылесосы HEPA при выбросе в рабочее пространство также могут эффективно распространять характерный запах, похожий на гидрид, связанный с очисткой линии пучка ионного имплантанта (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993).

Несмотря на озабоченность, не было опубликованных отчетов о значительном воздействии легирующего газа во время замены масла в вакуумных насосах, используемых с легирующими присадками, возможно, потому, что это обычно делается в закрытой системе. Отсутствие сообщений о воздействии также может быть результатом низкого уровня газовыделения гидридов из отработанного масла.

Результат полевого исследования, в ходе которого 700 мл отработанного масла для форвакуумного насоса из устройства для ионного имплантирования, в котором использовались как арсин, так и фосфин, нагревали, показал определяемые концентрации переносимых по воздуху гидридов в головном пространстве насоса только тогда, когда температура масла в насосе превышала 70oC (Балдуин, Кинг и Скарпейс, 1988). Поскольку нормальные рабочие температуры механических форвакуумных насосов составляют от 60 до 80oC, это исследование не указало на возможность значительного воздействия.

При ионной имплантации рентгеновские лучи формируются попутно во время операции. Большинство аппаратов для имплантации имеют достаточную защиту корпуса (включая свинцовую пленку, расположенную вокруг корпуса ионного источника и прилегающих дверей доступа), чтобы поддерживать воздействие на сотрудников менее 2.5 микрозивертов (0.25 миллибэр) в час (Maletskos and Hanley 1983). Однако было обнаружено, что у старой модели имплантеров утечка рентгеновского излучения на поверхность устройства превышала 20 микрозивертов в час (мкЗв/ч) (Baldwin, King and Scarpace 1988). Эти уровни были снижены до уровня менее 2.5 мкЗв/ч после установки дополнительной свинцовой защиты. У другой старой модели ионного имплантера была обнаружена утечка рентгеновского излучения вокруг входной двери (до 15 мкЗв/ч) и в смотровом окне (до 3 мкЗв/ч). Для снижения возможного облучения была добавлена ​​дополнительная свинцовая защита (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993).

В дополнение к рентгеновскому облучению от ионных имплантеров была постулирована возможность образования нейтронов, если имплантер работает при напряжении выше 8 миллионов электрон-вольт (МэВ) или в качестве источника ионов используется газообразный дейтерий (Rogers 1994). Однако обычно имплантеры рассчитаны на работу при энергиях значительно ниже 8 МэВ, а дейтерий обычно не используется в промышленности (Балдуин и Уильямс, 1996).

Химическое осаждение из паровой фазы

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) включает нанесение дополнительного материала на поверхность кремниевой пластины. Установки CVD обычно работают как закрытая система, в результате чего химическое воздействие на операторов незначительно или отсутствует. Однако при очистке некоторых предварительных скрубберов CVD может произойти кратковременное воздействие хлористого водорода выше 5 частей на миллион (Baldwin and Stewart 1989). Обычно используются две широкие категории осаждения — эпитаксиальное и более общая категория неэпитаксиального CVD.

Эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы

Эпитаксиальный рост представляет собой строго контролируемое осаждение тонкой монокристаллической пленки материала, который сохраняет ту же кристаллическую структуру, что и существующий слой пластины подложки. Он служит матрицей для изготовления полупроводниковых компонентов в последующих процессах диффузии. Большинство эпитаксиальных пленок выращивают на подложках из одного и того же материала, например кремния на кремнии, в процессе, называемом гомоэпитаксией. Выращивание слоев различных материалов на подложке, такой как кремний на сапфире, называется гетероэпитаксией обработки устройства ИС.

Для выращивания эпитаксиальных слоев используются три основных метода: паровая фаза, жидкая фаза и молекулярный пучок. Жидкофазная и молекулярно-лучевая эпитаксии в основном используются при обработке приборов III-V (например, GaAs). Они обсуждаются в статье «Производство полупроводников III-V».

Методом парофазной эпитаксии выращивают пленки методом CVD молекул при температуре от 900 до 1,300°С.oC. Пары, содержащие кремний и контролируемые количества примесей p- или n-типа в газе-носителе (обычно водороде), пропускают над нагретыми пластинами для осаждения легированных слоев кремния. Процесс обычно проводят при атмосферном давлении.

В таблице 6 указаны четыре основных типа парофазной эпитаксии, параметры и протекающие химические реакции.

Таблица 6. Основные категории газофазной эпитаксии кремния

параметры

Давление

атмосферный

Температура

900-1300 ° C

Источники кремния

Силан (SiH4), тетрахлорид кремния ( SiCl4), трихлорсилан (SiHCl3),
и дихлорсилан ( SiH2Cl2)

Легирующие газы

Арсин (AsH3), фосфин (PH3), диборан (B2H6)

Концентрация легирующего газа

≈100 частей на миллион

Травильный газ

Хлористый водород (HCl)

Концентрация травильного газа

≈1–4%

Газы-носители

Водород (H2), азот (Н2)

Источник отопления

Радиочастотный (RF) или инфракрасный (IR)

Типы парофазной эпитаксии

Химические реакции

Водородное восстановление тетрахлорида кремния
(1,150–1,300 ° С)

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Пиролитическое разложение силана
(1,000–1,100 ° С)

ДаH4 → Si + 2Н2

Водородное восстановление трихлорсилана

SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl

Восстановление дихлорсилана

ДаH2Cl2 → Si + 2HCl

 

Последовательность осаждения, обычно выполняемая в эпитаксиальном процессе, включает:

  • очистка подложки- физическую очистку, обезжиривание растворителем, кислотную очистку (серная, азотная и соляная, фтористоводородная - обычная последовательность) и операцию сушки.
  • загрузка пластин
  • разогреть- продувка азотом и нагрев примерно до 500 ° C, затем используется газообразный водород, а ВЧ-генераторы индуктивно нагревают пластины.
  • травление хлористым водородом (HCl) —обычно в камеру реактора подается HCl с концентрацией от 1 до 4%.
  • отложение— дозируется источник кремния и легирующие газы, которые осаждаются на поверхность пластины
  • остывать-газообразный водород снова переключился на азот при 500°C
  • разгрузка.

 

Неэпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы

В то время как эпитаксиальный рост является высокоспецифичной формой CVD, при которой осажденный слой имеет ту же ориентацию кристаллической структуры, что и слой подложки, неэпитаксиальный CVD представляет собой образование стабильного соединения на нагретой подложке в результате термической реакции или разложения газообразных соединений.

CVD можно использовать для осаждения многих материалов, но при обработке кремниевых полупроводников, помимо эпитаксиального кремния, обычно встречаются следующие материалы:

  • поликристаллический кремний (polySi)
  • диоксид кремния (SiO2- как легированные, так и нелегированные; p-легированное стекло)
  • нитрид кремния ( Si3N4).

 

Каждый из этих материалов может быть нанесен различными способами, и каждый из них имеет множество применений.

В таблице 7 указаны три основные категории сердечно-сосудистых заболеваний с использованием рабочей температуры в качестве механизма дифференциации.

Таблица 7. Основные категории химического осаждения кремния из паровой фазы (CVD)

параметры

Давление

Атмосферное (APCVD) или низкое давление (LPCVD)

Температура

500-1,100 ° C

Источники кремния и нитрида

Силан (SiH4), тетрахлорид кремния ( SiCl4), аммиак (NH3), закись азота ( N20)

Источники примеси

Арсин (AsH3), фосфин (PH3), диборан (B2H6)

Газы-носители

Азот (N2), водород (H2)

Источник отопления

Система холодных стен — радиочастотная (РЧ) или инфракрасная (ИК)
Система горячих стен — тепловое сопротивление

Тип ССЗ

реакция

Газ-носитель

Температура

Средняя температура (≈ 600–1,100 °C)

Нитрид кремния (Si3N4)

3Сих4 + 4 НХ3 → Си3N4 + 12H2

H2

900-1,100 ° C

Поликремний (поли кремний)

ДаH4 + Тепло → Si + 2H2

H2
N2

850-1,000 ° C
600-700 ° C

Диоксид кремния (SiO2)

ДаH4 + 4СО2 → SiO2 + 4СО + 2Н2O
2H2 + SiCl4 + CO2 → SiO2 + 4HCl *
ДаH4 + СО→ SiO2 + 2H2 *

N2
H2
H2

500-900 ° C
800-1,000 ° C
600-900 ° C

Низкотемпературные (≈<600 C) Silox, Pyrox, Vapox и Nitrox**

Диоксид кремния (SiO2) или p-легированный SiO2

     

Силокс

ДаH4 + 2О2 + Легирующая добавка → SiO2 + 2H2O

N2

200-500 ° C

Пирокс

ДаH4 + 2О2 + Легирующая добавка → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° С

Вапокс

ДаH4 + 2О2 + Легирующая добавка → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° С

Нитрид кремния (Si3N4)

     

Nitrox

3Сих4 + 4НХ3 (или Н2О*) → Si3N4 + 12ч2

N2

600-700 ° C

Усиленная низкотемпературная плазма (пассивация) (<600°C)

Использование радиочастот (RF) или
реактивное напыление

     

Диоксид кремния (SiO2)

ДаH4 + 2О2 → SiO2 + 2H20

   

Нитрид кремния (Si3N4)

3Сих4 + 4НХ3 (или Н2О*) → Si3N4 + 12ч2

   

* Примечание: реакции не являются стехиометрически сбалансированными.

**Общие, патентованные или товарные знаки для реакторных систем CVD.

 

Следующие компоненты присутствуют почти во всех типах оборудования CVD:

  • реакционная камера
  • газорегуляторная секция
  • контроль времени и последовательности
  • источник тепла для подложек
  • обработка стоков.

 

В основном, процесс CVD влечет за собой подачу контролируемых количеств исходных газов кремния или нитрида в сочетании с газами-носителями азота и/или водорода и легирующим газом, если это необходимо, для химической реакции в камере реактора. Тепло применяется для обеспечения необходимой энергии для химической реакции в дополнение к контролю температуры поверхности реактора и пластин. После завершения реакции непрореагировавший исходный газ вместе с газом-носителем выпускаются через систему обработки сточных вод и выбрасываются в атмосферу.

Пассивация является функциональным типом ССЗ. Он включает в себя наращивание защитного оксидного слоя на поверхности кремниевой пластины, как правило, в качестве последнего этапа изготовления перед производственной обработкой. Слой обеспечивает электрическую стабильность, изолируя поверхность интегральной схемы от электрических и химических условий окружающей среды.

Металлизация

После изготовления устройств на кремниевой подложке их необходимо соединить вместе для выполнения функций схемы. Этот процесс известен как металлизация. Металлизация обеспечивает средства проводки или соединения самых верхних слоев интегральных схем путем нанесения сложных узоров из проводящих материалов, которые направляют электрическую энергию внутри схем.

Широкий процесс металлизации дифференцируется в зависимости от размера и толщины слоев осаждаемых металлов и других материалов. Эти:

  • тонкая пленка- приблизительная толщина пленки один микрон или менее
  • толстая пленка- приблизительная толщина пленки 10 мкм или более
  • обшивка- толщина пленки варьируется от тонкой до толстой, но обычно это толстые пленки.

 

Наиболее распространенными металлами, используемыми для металлизации кремниевых полупроводников, являются: алюминий, никель, хром или сплав, называемый нихромом, золото, германий, медь, серебро, титан, вольфрам, платина и тантал.

Тонкие или толстые пленки также можно напылять или наносить на различные керамические или стеклянные подложки. Некоторые примеры этих подложек: оксид алюминия (96% Al203), бериллий (99% BeO), боросиликатное стекло, пирокерам и кварц (SiO2).

Тонкая пленка

Тонкопленочная металлизация часто применяется с использованием высоковакуумного или частичновакуумного осаждения или метода испарения. Основными типами высоковакуумного напыления являются электронно-лучевое, мгновенное и резистивное напыление, в то время как напыление в частичном вакууме осуществляется в основном распылением.

Для выполнения любого типа тонкопленочной вакуумной металлизации система обычно состоит из следующих основных компонентов:

  • камера, которую можно вакуумировать, чтобы обеспечить достаточный вакуум для осаждения
  • вакуумный насос (или насосы) для уменьшения окружающего газа в камере
  • приборы для контроля уровня вакуума и других параметров
  • способ нанесения или испарения слоев металлизирующего материала.

 

Электронно-лучевое испарениечасто называют Электронный луч, использует сфокусированный пучок электронов для нагрева материала металлизации. Пучок электронов высокой интенсивности генерируется аналогично тому, как это делается в телевизионном кинескопе. Поток электронов ускоряется электрическим полем обычно от 5 до 10 кВ и фокусируется на испаряемом материале. Сфокусированный пучок электронов плавит материал, содержащийся в водоохлаждаемом блоке с большим углублением, называемым очагом. Затем расплавленный материал испаряется внутри вакуумной камеры и конденсируется на холодных пластинах, а также на всей поверхности камеры. Затем выполняются стандартные операции фоторезиста, экспонирования, проявления и влажного или сухого травления, чтобы очертить сложную металлизированную схему.

Быстрое испарение Еще один способ нанесения тонких металлизированных пленок. Этот метод в основном используется, когда необходимо одновременно испарить смесь двух материалов (сплавов). Некоторые примеры двухкомпонентных пленок: никель/хром (нихром), монооксид хрома/кремния (SiO) и алюминий/кремний.

При мгновенном испарении керамический стержень нагревается за счет термического сопротивления, и непрерывно подаваемая катушка с проволокой, поток гранул или вибрационно распределяемый порошок контактируют с горячей нитью или стержнем. Затем испаренные металлы покрывают внутреннюю камеру и поверхности пластин.

Резистивное испарение (также известное как испарение нити) — самая простая и наименее дорогая форма осаждения. Испарение осуществляется путем постепенного увеличения тока, протекающего через нить, чтобы сначала расплавить петли испаряемого материала, тем самым смачивая нить. Как только нить смачивается, ток через нить увеличивается до тех пор, пока не произойдет испарение. Основным преимуществом резистивного испарения является широкий спектр материалов, которые можно испарять.

Работы по техническому обслуживанию иногда выполняются на внутренней поверхности камер осаждения электронно-лучевого испарителя, называемых колпаками. Когда головы специалистов по техническому обслуживанию находятся внутри колпаков, может произойти значительное облучение. Удаление металлических остатков, которые оседают на внутренней поверхности колпаков, может привести к таким воздействиям. Например, воздействие на техников, намного превышающее предел воздействия серебра в воздухе, было измерено во время удаления остатков из испарителя, используемого для осаждения серебра (Baldwin and Stewart 1989).

Очистка остатков колпака с помощью органических чистящих растворителей также может привести к сильному воздействию растворителей. Во время этого типа очистки технический персонал подвергался воздействию метанола выше 250 частей на миллион. Это воздействие можно устранить, используя воду в качестве чистящего растворителя вместо метанола (Балдуин и Стюарт, 1989).

напыление процесс происходит в газовой атмосфере низкого давления или частичного вакуума с использованием либо постоянного электрического тока (постоянный ток, или катодное напыление), либо высокочастотного напряжения в качестве источника высокой энергии. При распылении ионы инертного газа аргона вводятся в вакуумную камеру после достижения удовлетворительного уровня вакуума с помощью форвакуумного насоса. Электрическое поле формируется путем подачи высокого напряжения, обычно 5,000 В, между двумя противоположно заряженными пластинами. Этот высокоэнергетический разряд ионизирует атомы газообразного аргона и заставляет их двигаться и ускоряться к одной из пластин в камере, называемой мишенью. Когда ионы аргона ударяются о мишень, изготовленную из осаждаемого материала, они смещают или распыляют эти атомы или молекулы. Выбитые атомы металлизирующего материала затем осаждаются тонкой пленкой на кремниевых подложках, обращенных к мишени.

Было обнаружено, что утечка радиочастотного излучения сбоку и сзади на многих старых распылительных установках превышает допустимый предел воздействия на рабочем месте (Болдуин и Стюарт, 1989). Большая часть утечек была связана с трещинами в шкафах, вызванными неоднократным снятием ремонтных панелей. В более новых моделях того же производителя панели с проволочной сеткой вдоль швов предотвращают значительные утечки. Старые напылители можно дооснастить проволочной сеткой или, в качестве альтернативы, можно использовать медную ленту для покрытия швов, чтобы уменьшить утечку.

Толстая пленка

Структура и размеры большинства толстых пленок несовместимы с металлизацией кремниевых интегральных схем, в первую очередь из-за ограничений по размеру. Толстые пленки используются в основном для металлизации гибридных электронных структур, например, при производстве ЖК-дисплеев.

Процесс шелкографии является доминирующим методом нанесения толстой пленки. Обычно используемыми толстопленочными материалами являются палладий, серебро, диоксид титана и стекло, золото-платина и стекло, золото-стекло и серебро-стекло.

Толстые резистивные пленки обычно наносятся на керамическую подложку и формируются с помощью технологии шелкографии. металлокерамика представляет собой резистивную толстую пленку, состоящую из суспензии проводящих металлических частиц в керамической матрице с органической смолой в качестве наполнителя. Типичные металлокерамические структуры состоят из оксида хрома, серебра или свинца в матрице из монооксида или диоксида кремния.

Обшивка

При формировании металлических пленок на полупроводниковых подложках используются два основных метода нанесения покрытий: гальваническое и химическое осаждение.

In гальванопокрытиеПокрываемая подложка помещается на катод или отрицательно заряженную клемму гальванического резервуара и погружается в раствор электролита. Электрод из покрываемого металла служит анодом или положительно заряженным выводом. При пропускании через раствор постоянного тока положительно заряженные ионы металлов, которые растворяются в растворе с анода, мигрируют и оседают на катоде (подложке). Этот метод покрытия используется для формирования проводящих пленок из золота или меди.

In электроосаждение, одновременное восстановление и окисление металла, подлежащего покрытию, используется для образования свободного атома или молекулы металла. Поскольку этот метод не требует электропроводности в процессе нанесения покрытия, его можно использовать с подложками изолирующего типа. Никель, медь и золото являются наиболее распространенными металлами, наносимыми таким образом.

Легирование/отжиг

После осаждения и травления металлизированных межсоединений можно выполнить последний этап легирования и отжига. Легирование заключается в помещении металлизированных подложек, обычно с алюминием, в низкотемпературную диффузионную печь, чтобы обеспечить контакт с низким сопротивлением между металлическим алюминием и кремниевой подложкой. Наконец, либо во время стадии сплавления, либо непосредственно после нее пластины часто подвергают воздействию газовой смеси, содержащей водород, в диффузионной печи при температуре от 400 до 500°C. Этап отжига предназначен для оптимизации и стабилизации характеристик устройства путем объединения водорода с незадействованными атомами на границе раздела кремний-диоксид кремния или вблизи нее.

Облицовка и металлизация тыльной стороны

Существует также необязательный этап обработки металлизацией, называемый обратным наплавом. Задняя сторона пластины может быть притерта или отшлифована с использованием влажного абразивного раствора и давления. Металл, такой как золото, может быть нанесен на обратную сторону пластины путем напыления. Это облегчает крепление отделенной матрицы к упаковке при окончательной сборке.

Сборка и тестирование

Непроизводственная обработка, которая включает в себя внешнюю упаковку, крепления, герметизацию, сборку и испытания, обычно выполняется на отдельных производственных объектах и ​​часто выполняется в странах Юго-Восточной Азии, где выполнение этих трудоемких работ менее затратно. Кроме того, требования к вентиляции для технологического процесса и контроля твердых частиц, как правило, различны (не чистые помещения) в непроизводственных производственных зонах. Эти заключительные этапы производственного процесса включают в себя операции, включающие пайку, обезжиривание, испытания с использованием химикатов и источников излучения, а также обрезку и маркировку с помощью лазеров.

Пайка при производстве полупроводников обычно не приводит к сильному воздействию свинца. Чтобы предотвратить тепловое повреждение интегральной схемы, температура припоя поддерживается ниже температуры, при которой может произойти значительное образование паров расплавленного свинца (430°C). Однако очистка паяльного оборудования путем соскабливания или очистки щеткой от остатков свинца может привести к воздействию свинца выше 50 мкг/м.3 (Болдуин и Стюарт, 1989). Кроме того, воздействие свинца 200 мкг/м3 имели место, когда во время операций пайки волной припоя использовались неправильные методы удаления окалины (Болдуин и Уильямс, 1996).

Одной из растущих проблем, связанных с операциями пайки, является раздражение дыхательных путей и астма из-за воздействия продуктов пиролиза флюсов припоя, особенно во время ручной пайки или операций подкраски, где исторически местная вытяжная вентиляция обычно не использовалась (в отличие от операций пайки волной припоя, которые последние несколько десятилетий обычно заключали в вытяжные шкафы) (Goh and Ng 1987). Подробнее читайте в статье «Печатная плата и сборка компьютера».

Поскольку канифоль в флюсе припоя является сенсибилизатором, все воздействия должны быть снижены до минимума, независимо от результатов отбора проб воздуха. Новые установки для пайки особенно должны иметь местную вытяжную вентиляцию, когда пайка должна выполняться в течение длительного периода времени (например, более 2 часов).

Пары от ручной пайки будут подниматься вертикально на тепловых потоках, попадая в зону дыхания работника, когда человек наклоняется над местом пайки. Контроль обычно достигается с помощью эффективной местной вытяжной вентиляции с высокой скоростью и малым объемом на наконечнике припоя.

Устройства, которые возвращают отфильтрованный воздух на рабочее место, могут, если эффективность фильтрации недостаточна, вызвать вторичное загрязнение, которое может повлиять на людей в рабочем помещении, кроме тех, кто занимается пайкой. Отфильтрованный воздух не должен возвращаться в рабочее помещение, за исключением случаев, когда объем пайки невелик и в помещении имеется хорошая общая вентиляция.

Сортировка и испытание вафель

После того, как изготовление пластины завершено, каждая полностью готовая пластина проходит процесс сортировки пластин, при котором интегральные схемы на каждой конкретной матрице электрически тестируются с помощью зондов, управляемых компьютером. Отдельная пластина может содержать от ста до многих сотен отдельных кристаллов или чипов, которые необходимо протестировать. После завершения испытаний штампы физически маркируются однокомпонентной эпоксидной смолой, дозируемой автоматически. Красный и синий используются для идентификации и сортировки кристаллов, которые не соответствуют требуемым электрическим характеристикам.

Разделение штампов

Когда устройства или схемы на пластине протестированы, промаркированы и отсортированы, отдельные кристаллы на пластине должны быть физически разделены. Для разделения отдельных штампов был разработан ряд методов: алмазная скрайбировка, лазерная скрайбировка и распиловка алмазным кругом.

Алмазное скрайбирование является старейшим используемым методом и включает в себя нанесение алмазного наконечника точной формы на пластину вдоль линии или «улицы», разделяющей отдельные штампы на поверхности пластины. Несовершенство кристаллической структуры, вызванное скрайбированием, позволяет пластине изгибаться и ломаться вдоль этой линии.

Лазерное скрайбирование — относительно новый метод разделения штампов. Лазерный луч генерируется импульсным мощным неодим-иттриевым лазером. Луч создает канавку в кремниевой пластине вдоль линий разметки. Канавка служит линией, по которой пластина ломается.

Широко используемый метод разделения штампов — мокрая распиловка — резка подложек вдоль улицы с помощью высокоскоростной циркулярной алмазной пилы. Пиление может либо частично прорезать (разметить), либо полностью прорезать (нарезать кубиками) кремниевую подложку. При распиловке образуется влажная суспензия материала, убираемого с улицы.

Die прикрепить и склеить

Индивидуальная матрица или чип должны быть прикреплены к несущей упаковке и металлической выводной рамке. Носители обычно изготавливаются из изоляционного материала, керамики или пластика. Керамические материалы-носители обычно изготавливаются из оксида алюминия (Al2O3), но, возможно, может состоять из бериллия (BeO) или стеатита (MgO-SiO2). Пластиковые носители представляют собой термопластичные или термореактивные смолы.

Крепление отдельной матрицы обычно осуществляется с помощью одного из трех различных типов крепления: эвтектического, преформного и эпоксидного. Эвтектическое крепление матрицы включает использование эвтектического припоя, такого как золото-кремний. В этом методе слой металлического золота предварительно наносится на заднюю сторону штампа. При нагревании пакета выше температуры эвтектики (370°C для золота и кремния) и размещении на нем штампа образуется связь между штампом и корпусом.

Склеивание преформы предполагает использование небольшого кусочка специального композиционного материала, который будет прилипать как к штампу, так и к упаковке. Преформу помещают на место прикрепления штампа к упаковке и дают расплавиться. Затем матрицу протирают по всей области до тех пор, пока матрица не будет прикреплена, а затем упаковка охлаждается.

Эпоксидное соединение предполагает использование эпоксидного клея для прикрепления штампа к корпусу. На упаковку наносится капля эпоксидной смолы, а поверх нее кладется штамп. Возможно, упаковку придется запекать при повышенной температуре, чтобы эпоксидная смола застыла должным образом.

Как только кристалл физически прикреплен к корпусу, необходимо обеспечить электрические соединения между интегральной схемой и выводами корпуса. Это достигается с помощью методов термокомпрессии, ультразвукового или термозвукового соединения для прикрепления золотых или алюминиевых проводов между контактными областями на кремниевом чипе и выводами корпуса.

Термокомпрессионное соединение часто используется с золотой проволокой и включает нагрев корпуса примерно до 300°С.oC и формирование связи между проволокой и контактными площадками с использованием как тепла, так и давления. Используются два основных типа термокомпрессионного соединения:склеивание шариков высокопоставленных клиновое соединение. Связывание шариков, которое используется только с золотой проволокой, подает проволоку через капиллярную трубку, сжимает ее, а затем водородное пламя плавит проволоку. Кроме того, это формирует новый шарик на конце провода для следующего цикла склеивания. При клиновидном склеивании используется клиновидный инструмент для склеивания и микроскоп, используемые для точного позиционирования кремниевого чипа и корпуса на контактной площадке. Процесс проводят в инертной атмосфере.

Ультразвуковое склеивание использует импульс ультразвуковой высокочастотной энергии, чтобы обеспечить чистящее действие, которое формирует связь между проволокой и контактной площадкой. Ультразвуковое соединение в основном используется с алюминиевой проволокой и часто предпочтительнее термокомпрессионного соединения, поскольку оно не требует нагрева микросхемы во время операции соединения.

Термозвуковое склеивание - это недавнее технологическое изменение в скреплении золотой проволокой. Он включает использование комбинации ультразвуковой и тепловой энергии и требует меньше тепла, чем термокомпрессионное соединение.

Инкапсуляция

Основная цель инкапсуляции состоит в том, чтобы поместить интегральную схему в корпус, отвечающий электрическим, термическим, химическим и физическим требованиям, связанным с применением интегральной схемы.

Наиболее широко используемыми типами корпусов являются корпус с радиальным выводом, плоский пакет и корпус с двумя рядами (DIP). Упаковки радиального типа в основном изготавливаются из ковара, сплава железа, никеля и кобальта, с уплотнениями из твердого стекла и коварными выводами. В плоских упаковках используются металлосвинцовые рамы, обычно изготовленные из алюминиевого сплава в сочетании с керамическими, стеклянными и металлическими компонентами. Двухрядные упаковки, как правило, являются наиболее распространенными и часто используют керамику или формованные пластмассы.

Формованные пластиковые полупроводниковые корпуса в основном производятся двумя отдельными процессами:трансферное литье высокопоставленных литье под давлением. Трансферное формование является преобладающим методом герметизации пластмасс. В этом методе щепа устанавливается на необрезанные свинцовые рамы, а затем партиями загружается в формы. Порошкообразные или гранулированные формы термореактивных пластиковых формовочных масс плавятся в нагретом котле, а затем нагнетаются (перемещаются) под давлением в загруженные формы. Системы формовочных масс в форме порошка или гранул могут использоваться на эпоксидных, силиконовых или силиконовых/эпоксидных смолах. Система обычно состоит из смеси:

  • термореактивные смолы—эпоксидная смола, силикон или силикон/эпоксидная смола
  • отвердители— эпоксидные новолаки и эпоксидные ангидриды
  • наполнители- плавленый или кристаллический диоксид кремния (SiO2) и оксид алюминия ( Al2O3), обычно 50-70% по весу
  • огнестойкий материал– триоксид сурьмы (Sb2O3) обычно 1-5% по массе.

 

При литье под давлением используется либо термопластичный, либо термореактивный состав для литья под давлением, который нагревается до точки плавления в цилиндре при контролируемой температуре и под давлением через сопло подается в форму. Смола быстро затвердевает, форма открывается, и упаковка выталкивается. В литье под давлением используется широкий спектр пластиковых компаундов, причем эпоксидные и полифениленсульфидные (PPS) смолы являются новейшими разработками в области герметизации полупроводников.

Окончательная упаковка кремниевого полупроводникового устройства классифицируется в соответствии с его устойчивостью к утечке или способностью изолировать интегральную схему от окружающей среды. Они бывают герметичными (воздухонепроницаемыми) и негерметичными.

Проверка на герметичность и сжигание

Тестирование на утечку это процедура, разработанная для проверки фактической герметизирующей способности или герметичности упакованного устройства. Используются две распространенные формы проверки на утечку: обнаружение утечки гелия и обнаружение утечки радиоактивного индикатора.

При обнаружении утечек гелия готовые упаковки помещаются в атмосферу с давлением гелия на определенный период времени. Гелий способен проникать сквозь несовершенства упаковки. После извлечения из камеры наддува гелия пакет переносится в камеру масс-спектрометра и проверяется на утечку гелия из дефектов пакета.

Во втором методе гелий заменяют радиоактивным индикаторным газом, обычно криптоном-85 (Kr-85), и измеряют вытекание радиоактивного газа из упаковки. В нормальных условиях облучение персонала в результате этого процесса составляет менее 5 миллизивертов (500 миллибэр) в год (Балдуин и Стюарт, 1989). Элементы управления для этих систем обычно включают:

  • изоляция в помещениях с доступом только для необходимого персонала
  • вывесили таблички с предупреждением о радиации на дверях помещений с Кр-85
  • непрерывные радиационные мониторы с сигнализацией и автоматическим отключением/изоляцией
  • специальная вытяжная система и помещение с отрицательным давлением
  • мониторинг облучения с помощью индивидуальной дозиметрии (например, значки радиационной пленки)
  • регулярное техническое обслуживание сигнализаций и блокировок
  • регулярные проверки на утечку радиоактивных материалов
  • инструктаж по технике безопасности для операторов и техников
  • обеспечение радиационного облучения на разумно достижимом низком уровне (ALARA).

 

Кроме того, материалы, вступающие в контакт с Kr-85 (например, открытые микросхемы, отработанное насосное масло, клапаны и уплотнительные кольца), проверяются, чтобы убедиться, что они не излучают чрезмерных уровней радиации из-за остаточного газа в них, прежде чем они будут удалены из контролируемая территория. Leach-Marshal (1991) предоставляет подробную информацию о воздействии и контроле от систем обнаружения утечек Kr-85.

Записать в представляет собой температурную и электрическую нагрузку для определения надежности конечного упакованного устройства. Устройства помещают в печь с регулируемой температурой на продолжительный период времени, используя либо атмосферу окружающей среды, либо инертную атмосферу азота. Температуры колеблются от 125°C до 200°C (в среднем 150°C), а периоды времени от нескольких часов до 1,000 часов (в среднем 48 часов).

Финальный тест

Для окончательной характеристики производительности упакованного кремниевого полупроводникового устройства проводится окончательное электрическое испытание. Из-за большого количества и сложности необходимых тестов компьютер выполняет и оценивает тестирование многочисленных параметров, важных для конечного функционирования устройства.

Отметить и упаковать

Физическая идентификация конечного упакованного устройства осуществляется с помощью различных систем маркировки. Двумя основными категориями маркировки компонентов являются контактная и бесконтактная печать. Контактная печать обычно включает ротационную офсетную технику с использованием красок на основе растворителей. Бесконтактная печать, при которой маркировка переносится без физического контакта, включает струйную печать или тонерную печать с использованием чернил на основе растворителей или лазерную маркировку.

Растворители, используемые в качестве носителя для печатных красок и в качестве предварительного очистителя, обычно состоят из смеси спиртов (этанол) и сложных эфиров (этилацетат). В большинстве систем маркировки компонентов, кроме лазерной маркировки, используются чернила, которые требуют дополнительного этапа для закрепления или отверждения. Этими методами отверждения являются воздушное отверждение, тепловое отверждение (тепловое или инфракрасное) и ультрафиолетовое отверждение. Краски ультрафиолетового отверждения не содержат растворителей.

Системы лазерной маркировки используют мощный диоксид углерода (CO2) лазер или мощный неодимовый: иттриевый лазер. Эти лазеры обычно встроены в оборудование и имеют блокируемые шкафы, ограничивающие путь луча и точку, в которой луч касается цели. Это устраняет опасность лазерного луча при нормальной работе, но возникает проблема, когда блокировка безопасности отключена. Наиболее распространенной операцией, при которой необходимо снять ограждения луча и отключить блокировки, является юстировка лазерного луча.

Во время этих операций по техническому обслуживанию помещение, в котором находится лазер, в идеале должно быть эвакуировано, за исключением необходимого технического персонала, при этом двери в помещение должны быть заперты и вывешены соответствующие знаки безопасности при работе с лазером. Однако мощные лазеры, используемые в производстве полупроводников, часто располагаются на больших открытых производственных площадях, что делает непрактичным перемещение необслуживающего персонала во время технического обслуживания. Для таких ситуаций обычно устанавливается временная зона контроля. Обычно эти зоны контроля состоят из лазерных завес или сварочных экранов, способных противостоять прямому контакту с лазерным лучом. Вход во временную зону управления обычно осуществляется через вход в лабиринт, который вывешивается с предупреждающим знаком всякий раз, когда блокировка лазера не работает. Другие меры предосторожности при юстировке луча аналогичны тем, которые требуются при работе с мощным лазером с открытым лучом (например, обучение, защита глаз, письменные процедуры и т. д.).

Мощные лазеры также представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри шкафа.

Наряду с опасностью луча и опасностью поражения электрическим током следует также соблюдать осторожность при обслуживании систем лазерной маркировки из-за возможности химического загрязнения огнестойкими триоксидом сурьмы и бериллием (керамические упаковки, содержащие это соединение, будут маркированы). Во время маркировки мощными лазерами может образовываться дым, оседающий на поверхностях оборудования и фильтрах дымоудаления.

В прошлом обезжириватели использовались для очистки полупроводников перед нанесением на них идентификационных кодов. Воздействие растворителя, превышающее применимый предел воздействия переносимого по воздуху на рабочем месте, может легко произойти, если голова оператора находится под охлаждающими змеевиками, которые вызывают повторную конденсацию паров, как это может произойти, когда оператор пытается поднять упавшие детали или когда техник очищает остатки со дна единица (Болдуин и Стюарт, 1989). Использование обезжиривающих средств в полупроводниковой промышленности значительно сократилось из-за ограничений на использование озоноразрушающих веществ, таких как хлорфторуглероды и хлорсодержащие растворители.

Анализ отказов и обеспечение качества

Лаборатории анализа отказов и качества обычно выполняют различные операции, используемые для обеспечения надежности устройств. Некоторые из операций, выполняемых в этих лабораториях, представляют потенциальную опасность для сотрудников. К ним относятся:

  • Маркировочные тесты использование различных растворителей и агрессивных смесей в нагреваемых стаканах на плитах. Местная вытяжная вентиляция (LEV) в виде металлического колпака с адекватными скоростями потока необходима для контроля летучих выбросов. Растворы моноэтаноламина могут привести к воздействию, превышающему его предел воздействия в воздухе (Baldwin and Williams 1996).
  • проверка на пузыри/утечки использование высокомолекулярных фторуглеродов (торговое название Fluorinerts)
  • рентгеновские упаковочные единицы.

 

Кобальт-60 (до 26,000 5 кюри) используется в облучателях для проверки способности ИС выдерживать воздействие гамма-излучения в военных и космических приложениях. В нормальных условиях облучение персонала в результате этой операции составляет менее 500 миллизивертов (1989 миллибэр) в год (Балдуин и Стюарт, 85 г.). Элементы управления для этой несколько специализированной операции аналогичны тем, которые используются для систем с малыми утечками Кр-XNUMX (например, изолированное помещение, непрерывные радиационные мониторы, контроль облучения персонала и т. д.).

Малые источники альфа-излучения со «специальной лицензией» (например, микро- и милликюри америция-241) используются в процессе анализа отказов. Эти источники покрыты тонким защитным покрытием, называемым окном, которое позволяет испускать альфа-частицы из источника для проверки способности интегральной схемы работать при бомбардировке альфа-частицами. Обычно источники периодически проверяют (например, раз в полгода) на утечку радиоактивного материала, которая может произойти, если защитное окно повреждено. Любая обнаруживаемая утечка обычно приводит к удалению источника и отправке его обратно производителю.

Кабинетные рентгеновские системы используются для проверки толщины металлических покрытий и выявления дефектов (например, пузырьков воздуха в пакетах пресс-форм). Несмотря на то, что они не являются значительным источником утечек, эти устройства обычно проверяют на периодической основе (например, ежегодно) с помощью ручного измерительного прибора на наличие утечек рентгеновского излучения и проверяют, чтобы убедиться, что дверные замки работают должным образом.

Доставка и оплата

Доставка является конечной точкой участия большинства производителей кремниевых полупроводниковых устройств. Торговые производители полупроводников продают свою продукцию другим производителям конечной продукции, в то время как несвободные производители используют устройства для производства своей собственной конечной продукции.

Исследование здоровья

На каждом этапе процесса используется определенный набор химикатов и инструментов, что приводит к определенным проблемам EHS. В дополнение к опасениям, связанным со специфическими этапами обработки кремниевых полупроводниковых устройств, в эпидемиологическом исследовании изучались последствия для здоровья работников полупроводниковой промышленности (Schenker et al., 1992). См. также обсуждение в статье «Влияние на здоровье и закономерности заболевания».

Основной вывод исследования заключался в том, что работа на предприятиях по производству полупроводников связана с повышенным уровнем самопроизвольных абортов (САБ). В историческом компоненте исследования количество изучаемых беременностей у производственных и непроизводственных работников было примерно равным (447 и 444 соответственно), но самопроизвольных абортов у производственных (n=67) было больше, чем у непроизводственных (n=46). . С поправкой на различные факторы, которые могли вызвать систематическую ошибку (возраст, этническая принадлежность, курение, стресс, социально-экономический статус и история беременности), относительный риск (RR) выдумки против невыдумки составил 1.43 (95% доверительный интервал = 0.95-2.09). .

Исследователи связали повышенный уровень SAB с воздействием определенных эфиров гликоля на основе этилена (EGE), используемых в производстве полупроводников. Конкретные эфиры гликоля, которые участвовали в исследовании и которые подозреваются в неблагоприятном воздействии на репродуктивную функцию, включают:

  • 2-метоксиэтанол (CAS 109-86-4)
  • 2-метоксиэтилацетат (CAS 110-49-6)
  • 2-этоксиэтилацетат (CAS 111-15-9).

 

Хотя это и не является частью исследования, два других эфира гликоля, используемые в промышленности, 2-этоксиэтанол (CAS 110-80-5) и диметиловый эфир диэтиленгликоля (CAS 111-96-6), обладают аналогичными токсическими эффектами и были запрещены некоторыми производителей полупроводников.

В дополнение к повышенному уровню SAB, связанному с воздействием определенных эфиров гликоля, исследование также пришло к выводу:

  • Непоследовательная связь существовала для воздействия фтора (при травлении) и SAB.
  • Самооценка стресса была сильным независимым фактором риска САБ среди женщин, работающих на производственных участках.
  • Женщинам, работающим в производственной сфере, потребовалось больше времени, чтобы забеременеть, по сравнению с женщинами, не работающими в производственной сфере.
  • Увеличение респираторных симптомов (раздражение глаз, носа и горла и свистящее дыхание) наблюдалось у производственных рабочих по сравнению с рабочими, не занятыми на производстве.
  • Скелетно-мышечные симптомы дистальных отделов верхних конечностей, такие как боль в кистях, запястьях, локтях и предплечьях, были связаны с работой в производственной комнате.
  • Дерматит и выпадение волос (алопеция) чаще регистрировались среди производственных рабочих, чем среди непроизводственных рабочих.

 

Обзор оборудования

Сложность оборудования для производства полупроводников в сочетании с постоянным совершенствованием производственных процессов делает проверку нового технологического оборудования перед установкой важной для минимизации рисков EHS. Два процесса проверки оборудования помогают гарантировать, что новое полупроводниковое технологическое оборудование будет иметь соответствующие средства контроля EHS: маркировка CE и стандарты Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI).

Маркировка CE является заявлением производителя о том, что маркированное таким образом оборудование соответствует требованиям всех применимых директив Европейского Союза (ЕС). Для оборудования для производства полупроводников наиболее применимыми считаются Директива по машинному оборудованию (MD), Директива по электромагнитной совместимости (EMC) и Директива по низкому напряжению (LVD).

В случае Директивы по электромагнитной совместимости необходимо привлечь компетентный орган (организацию, официально уполномоченную государством-членом ЕС) для определения требований к тестированию и утверждения результатов проверки. MD и LVD могут быть оценены либо производителем, либо нотифицированным органом (организацией, официально уполномоченной государством-членом ЕС). Независимо от выбранного пути (самооценка или третья сторона) именно зарегистрированный импортер несет ответственность за то, чтобы импортируемый продукт имел маркировку СЕ. Они могут использовать информацию третьих лиц или результаты собственной оценки в качестве основания для своей уверенности в том, что оборудование соответствует требованиям применимых директив, но, в конечном счете, они сами подготовят декларацию о соответствии и нанесут маркировку СЕ.

Semiconductor Equipment and Materials International — международная торговая ассоциация, представляющая поставщиков полупроводникового и плоскопанельного оборудования и материалов. Среди ее направлений деятельности — разработка добровольных технических стандартов, которые представляют собой соглашения между поставщиками и покупателями, направленные на повышение качества и надежности продукции при разумной цене и стабильных поставках.

Два стандарта SEMI, которые специально применяются к проблемам EHS для нового оборудования, — это SEMI S2 и SEMI S8. СЕМИ С2-93, Правила техники безопасности для оборудования для производства полупроводников, представляет собой минимальный набор рекомендаций по EHS, основанных на производительности, для оборудования, используемого в производстве полупроводников. ПОЛУ С8-95, Руководство пользователя по эргономическим критериям успеха для поставщиков, расширяет раздел эргономики в SEMI S2.

Многие производители полупроводников требуют, чтобы новое оборудование было сертифицировано третьей стороной как отвечающее требованиям SEMI S2. Рекомендации по интерпретации SEMI S2-93 и SEMI S8-95 содержатся в публикации отраслевого консорциума SEMATECH (SEMATECH 1996). Дополнительная информация о SEMI доступна во всемирной сети (http://www.semi.org).

Химическая обработка

Дозирование жидкости

Благодаря тому, что автоматизированные системы дозирования химикатов стали правилом, а не исключением, количество химических ожогов у сотрудников снизилось. Однако в этих автоматизированных системах дозирования химикатов должны быть установлены надлежащие меры безопасности. К ним относятся:

  • обнаружение утечек и автоматическое отключение на источнике подачи и в распределительных коробках
  • двойная изоляция линий, если химическое вещество считается опасным материалом
  • датчики высокого уровня на конечных точках (ванна или емкость для инструментов)
  • отключение насоса по времени (позволяет перекачивать в определенное место только определенное количество воды, прежде чем он автоматически отключится).

Раздача газа

Безопасность газораспределения значительно улучшилась за последние годы с появлением новых типов клапанов для баллонов, дроссельных отверстий, встроенных в баллон, автоматических панелей продувки газа, обнаружения и отключения при высокой скорости потока, а также более сложного оборудования для обнаружения утечек. Из-за своих пирофорных свойств и широкого использования в качестве исходного сырья силановый газ представляет наибольшую взрывоопасность в промышленности. Однако инциденты, связанные с газообразным силаном, стали более предсказуемыми благодаря новым исследованиям, проведенным Factory Mutual и SEMATECH. Благодаря правильно подобранным дроссельным отверстиям (RFO), давлению нагнетания и скорости вентиляции большинство взрывоопасных ситуаций было устранено (SEMATECH 1995).

В последние годы произошло несколько инцидентов, связанных с безопасностью, из-за неконтролируемого смешивания несовместимых газов. Из-за этих инцидентов производители полупроводников часто пересматривают установки газовых линий и ящики для инструментального газа, чтобы исключить неправильное смешивание и / или обратный поток газов.

Химические проблемы обычно вызывают наибольшие опасения в производстве полупроводников. Однако большинство травм и смертей в отрасли являются результатом нехимических опасностей.

Электрическая безопасность

Существует множество электрических опасностей, связанных с оборудованием, используемым в этой отрасли. Защитные блокировки играют важную роль в обеспечении электробезопасности, но специалисты по техническому обслуживанию часто отключают эти блокировки. Значительный объем работ по техническому обслуживанию обычно выполняется, когда оборудование все еще находится под напряжением или только частично обесточено. Наиболее значительные электрические опасности связаны с ионными имплантатами и источниками питания лазеров. Даже после отключения питания в инструменте существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри инструмента. Процесс проверки SEMI S2 в Соединенных Штатах и ​​маркировка CE в Европе помогли улучшить электрическую безопасность нового оборудования, но операции по техническому обслуживанию не всегда учитываются должным образом. Для всего вновь установленного оборудования необходимо тщательно изучить операции по техническому обслуживанию и опасности поражения электрическим током.

Вторым в списке опасности поражения электрическим током является комплект оборудования, генерирующего радиочастотную энергию в процессах травления, напыления и очистки камеры. Надлежащее экранирование и заземление необходимы для сведения к минимуму риска радиочастотных ожогов.

Эти опасности поражения электрическим током и многие инструменты, не отключаемые во время операций по техническому обслуживанию, требуют, чтобы техники по техническому обслуживанию использовали другие средства для своей защиты, такие как процедуры блокировки/маркировки. Опасности поражения электрическим током — не единственные источники энергии, для которых предусмотрена блокировка/маркировка. Другие источники энергии включают линии под давлением, многие из которых содержат опасные газы или жидкости, а также пневматические средства управления. Разъединители для управления этими источниками энергии должны находиться в легкодоступном месте — в потрясающий (изготовление) или место погони, где сотрудник будет работать, а не в неудобных местах, таких как субфабрики.

Эргономика

Взаимодействие между работником и инструментом продолжает вызывать травмы. Мышечные напряжения и растяжения довольно распространены в полупроводниковой промышленности, особенно среди специалистов по техническому обслуживанию. Доступ к насосам, крышкам камер и т. д. часто плохо спроектирован во время изготовления инструмента и во время размещения инструмента на производстве. Насосы должны быть на колесах или помещены в выдвижные ящики или поддоны. Подъемные устройства должны быть включены для многих операций.

Простое обращение с пластинами создает эргономические риски, особенно на старых предприятиях. В более новых установках обычно используются пластины большего размера, и поэтому требуется больше автоматизированных систем обработки. Многие из этих систем обработки пластин считаются роботизированными устройствами, и вопросы безопасности, связанные с этими системами, должны учитываться при их проектировании и установке (ANSI 1986).

Пожарная Безопасность

В дополнение к газообразному силану, о котором уже говорилось, газообразный водород потенциально может представлять значительную пожароопасность. Тем не менее, он лучше изучен, и в отрасли не возникло многих серьезных проблем, связанных с водородом.

Наиболее серьезная пожароопасность сейчас связана с мокрые палубы или травильные ванны. Типичные пластиковые конструкционные материалы (поливинилхлорид, полипропилен и огнестойкий полипропилен) были задействованы в производстве. пожары. Источником воспламенения может быть нагреватель ванны травления или гальванического покрытия, электрическое управление, установленное непосредственно на пластике, или соседний инструмент. Если с одним из этих пластиковых инструментов возникает пожар, частицы загрязнения и коррозионно-активные продукты горения распространяются по всей фабрике. Экономические потери высоки из-за простоя фабрики, в то время как площадь и оборудование возвращаются к стандартам чистых помещений. Часто какое-то дорогостоящее оборудование невозможно должным образом обеззаразить, и приходится приобретать новое оборудование. Таким образом, надлежащая профилактика пожаров и противопожарная защита имеют решающее значение.

Противопожарную защиту можно решить с помощью различных негорючих строительных материалов. Нержавеющая сталь является предпочтительным конструкционным материалом для этих мокрых настилов, но часто процесс «не принимает» металлический инструмент. Пластмассы с меньшим потенциалом воспламенения/задымления существуют, но еще не были должным образом протестированы, чтобы определить, будут ли они совместимы с процессами производства полупроводников.

В целях противопожарной защиты эти инструменты должны быть защищены беспрепятственной спринклерной защитой. Размещение фильтров HEPA над влажными скамейками часто блокирует спринклерные головки. В этом случае под фильтрами устанавливаются дополнительные спринклерные головки. Многие компании также требуют, чтобы система обнаружения и тушения пожара была установлена ​​внутри полостей этих инструментов, где возникает много пожаров.

 

Назад

Суббота, Апрель 02 2011 18: 39

Жидкокристаллические дисплеи

Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи) коммерчески доступны с 1970-х годов. Они обычно используются в часах, калькуляторах, радиоприемниках и других продуктах, требующих индикаторов и трех или четырех буквенно-цифровых символов. Недавние усовершенствования жидкокристаллических материалов позволяют производить большие дисплеи. Хотя ЖК-дисплеи составляют лишь небольшую часть полупроводниковой промышленности, их значение возросло с их использованием в плоских дисплеях для портативных компьютеров, очень легких портативных компьютеров и специализированных текстовых процессоров. Ожидается, что важность ЖК-дисплеев будет продолжать расти, поскольку они в конечном итоге заменят последнюю электронную лампу, обычно используемую в электронике, — электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) (O'Mara 1993).

Производство ЖК-дисплеев является очень специализированным процессом. Результаты мониторинга промышленной гигиены указывают на очень низкие уровни переносимых по воздуху загрязняющих веществ для различных отслеживаемых воздействий растворителей (Wade et al. 1981). В целом, количество используемых токсичных, коррозионных и легковоспламеняющихся твердых, жидких и газообразных химических веществ и опасных физических веществ ограничено по сравнению с другими видами производства полупроводников.

Жидкокристаллические материалы представляют собой стержнеобразные молекулы, примером которых являются молекулы цианобифенила, показанные на рисунке 1. Эти молекулы обладают свойством вращать направление прохождения поляризованного света. Хотя молекулы прозрачны для видимого света, контейнер с жидким материалом кажется молочным или полупрозрачным, а не прозрачным. Это происходит потому, что длинная ось молекул выровнена под случайными углами, поэтому свет рассеивается случайным образом. Ячейка жидкокристаллического дисплея устроена так, что молекулы следуют определенному выравниванию. Это выравнивание можно изменить с помощью внешнего электрического поля, что позволяет изменить поляризацию входящего света.

Рисунок 1. Основные молекулы жидкокристаллического полимера

MIC030F1

При производстве плоскопанельных дисплеев две стеклянные подложки обрабатываются отдельно, а затем соединяются вместе. Передняя подложка имеет рисунок для создания массива цветовых фильтров. На задней стеклянной подложке расположены тонкопленочные транзисторы и металлические соединительные линии. Эти две пластины сопрягаются в процессе сборки и, при необходимости, разрезаются и разделяются на отдельные дисплеи. Жидкокристаллический материал впрыскивается в зазор между двумя стеклянными пластинами. Дисплеи проверяются и тестируются, и на каждую стеклянную пластину наносится поляризующая пленка.

Для производства плоских дисплеев требуется множество отдельных процессов. Они требуют специального оборудования, материалов и процессов. Некоторые ключевые процессы описаны ниже.

Подготовка стеклянной подложки

Стеклянная подложка является важным и дорогостоящим компонентом дисплея. Требуется очень жесткий контроль оптических и механических свойств материала на каждой стадии процесса, особенно при нагреве.

Производство стекла

Два процесса используются для изготовления очень тонкого стекла с очень точными размерами и воспроизводимыми механическими свойствами. В процессе плавления, разработанном Corning, используется стеклянный питательный стержень, который плавится в клиновидном желобе и течет вверх и по краям желоба. Стекая по обеим сторонам желоба, расплавленное стекло соединяется в единый лист на дне желоба и может вытягиваться вниз как однородный лист. Толщина листа регулируется скоростью опускания стекла. Может быть получена ширина почти до 1 м.

Другие производители стекол с соответствующими размерами для ЖК-подложек используют флоат-метод изготовления. В этом методе расплавленное стекло вытекает на слой расплавленного олова. Стекло не растворяется и не реагирует с металлическим оловом, а плавает на поверхности. Это позволяет гравитации сгладить поверхность и позволить обеим сторонам стать параллельными. (см. главу Стекло, керамика и сопутствующие материалы.)

Доступны различные размеры подложек, вплоть до 450 × 550 мм и больше. Типичная толщина стекла для плоских дисплеев составляет 1.1 мм. Более тонкое стекло используется для некоторых небольших дисплеев, таких как пейджеры, телефоны, игры и так далее.

Резка, скашивание и полировка

Стеклянные подложки обрезаются по размеру после процесса плавления или флоатинга, обычно примерно до 1 м со стороны. За процессом формования следуют различные механические операции, в зависимости от конечного применения материала.

Поскольку стекло является хрупким и легко скалывается или трескается по краям, на них обычно делают фаски, фаски или иную обработку для уменьшения сколов при обращении. Термические напряжения в краевых трещинах накапливаются в процессе обработки подложки и приводят к ее разрушению. Поломка стекла является серьезной проблемой во время производства. Помимо возможности получения порезов и рваных ран работниками, это представляет собой потерю производительности, а осколки стекла могут оставаться в оборудовании, вызывая загрязнение твердыми частицами или царапая другие подложки.

Увеличение размера подложки приводит к увеличению сложности полировки стекла. Большие подложки крепятся к носителям с помощью воска или другого клея и полируются с помощью суспензии абразивного материала. За этим процессом полировки должна следовать тщательная химическая очистка для удаления остатков воска или других органических остатков, а также металлических примесей, содержащихся в абразиве или полировальной среде.

Уборка

Процессы очистки используются для чистых стеклянных подложек и для подложек, покрытых органическими пленками, такими как цветные фильтры, полиимидные ориентационные пленки и т.д. Кроме того, подложки с полупроводниковыми, изоляционными и металлическими пленками требуют очистки на определенных этапах производственного процесса. Как минимум, требуется очистка перед каждым этапом маскирования при изготовлении цветных фильтров или тонкопленочных транзисторов.

В большинстве случаев при очистке плоских панелей используется комбинация физических и химических методов с избирательным использованием сухих методов. После химического травления или очистки подложки обычно сушат изопропиловым спиртом. (См. таблицу 1.)

Табл. 1. Очистка плоскопанельных дисплеев

Физическая очистка

Сухая чистка

Химическая очистка

Чистка щеткой

Ультрафиолетовый озон

Органический растворитель*

Струйный спрей

Плазма (оксид)

Нейтральное моющее средство

Ультразвуковой

Плазма (неоксидная)

 

Мегазвук

Лазер

Чистая вода

* Обычные органические растворители, используемые при химической очистке, включают: ацетон, метанол, этанол, n-пропанол, изомеры ксилола, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен.

Формирование цветового фильтра

Формирование цветного фильтра на передней стеклянной подложке включает в себя некоторые этапы обработки и подготовки стекла, общие для передней и задней панелей, в том числе процессы снятия фаски и притирки. Такие операции, как формирование рисунка, покрытие и отверждение, многократно выполняются на подложке. Существует много точек сходства с обработкой кремниевых пластин. Стеклянные подложки обычно обрабатываются в направляющих системах для очистки и покрытия.

Рисунок цветового фильтра

Для создания цветных фильтров для различных типов плоскопанельных дисплеев используются различные материалы и методы нанесения. Можно использовать либо краситель, либо пигмент, и любой из них можно наносить и создавать узор несколькими способами. В одном подходе желатин наносят и окрашивают в последовательных фотолитографических операциях с использованием оборудования для бесконтактной печати и стандартных фоторезистов. В другом используются пигменты, диспергированные в фоторезисте. Другие методы формирования цветных фильтров включают электроосаждение, травление и печать.

Депонирование ИТО

После формирования цветного фильтра завершающим этапом является напыление прозрачного электродного материала. Это оксид индия-олова (ITO), который на самом деле представляет собой смесь оксидов In2O3 и SnO2. Этот материал является единственным, подходящим для использования в качестве прозрачного проводника для ЖК-дисплеев. Тонкая пленка ITO требуется с обеих сторон дисплея. Обычно пленки ITO изготавливают с помощью вакуумного испарения и напыления.

Тонкие пленки ITO легко протравливаются влажными химическими веществами, такими как соляная кислота, но по мере того, как шаг электродов становится меньше, а детали становятся тоньше, может потребоваться сухое травление, чтобы предотвратить подрезание линий из-за перетравливания.

Формирование тонкопленочных транзисторов

Изготовление тонкопленочных транзисторов очень похоже на изготовление интегральной схемы.

Осаждение тонкой пленки

Подложки начинают процесс изготовления с этапа нанесения тонкой пленки. Тонкие пленки наносят методом CVD или методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Плазменный CVD, также известный как тлеющий разряд, используется для аморфного кремния, нитрида кремния и диоксида кремния.

Шаблоны устройств

После нанесения тонкой пленки наносится фоторезист и отображается изображение, позволяющее протравить тонкую пленку до соответствующих размеров. Последовательность тонких пленок осаждается и травится, как при изготовлении интегральных схем.

Нанесение ориентационной пленки и втирание

Как на верхнюю, так и на нижнюю подложку нанесена тонкая полимерная пленка для ориентации молекул жидкого кристалла на поверхности стекла. Эта ориентирующая пленка толщиной примерно 0.1 мкм может быть полиимидом или другим «жестким» полимерным материалом. После осаждения и запекания его натирают тканью в определенном направлении, оставляя на поверхности едва заметные бороздки. Натирание может производиться однократной тканью на ленте, подаваемой с валика с одной стороны, проходящей под валиком, контактирующим с подложкой, на валик с другой стороны. Подложка перемещается под тканью в том же направлении, что и ткань. Другие методы включают передвижную щетку, которая перемещается по подложке. Важное значение имеет ворс натирающего материала. Канавки помогают молекулам жидких кристаллов выравниваться на поверхности подложки и принимать правильный угол наклона.

Ориентационная пленка может быть нанесена центрифугированием или печатью. Метод печати более эффективен в использовании материала; От 70 до 80% полиимида переносится с печатного вала на поверхность подложки.

сборка

После завершения этапа притирки подложки начинается последовательность автоматизированной сборочной линии, которая состоит из:

  • нанесение клея (необходимо для герметизации панелей)
  • применение прокладки
  • расположение и оптическое выравнивание одной пластины по отношению к другой
  • воздействие (тепло или УФ) для отверждения клея и соединения двух стеклянных пластин вместе.

 

По линии происходит автоматизированная транспортировка как верхних, так и нижних плит. На одну пластину наносится клей, а вторая пластина вводится в аппликаторную станцию.

Впрыск жидких кристаллов

В случае, когда на подложке было построено более одного дисплея, дисплеи теперь разделяются путем нарезки. В этот момент жидкокристаллический материал может быть введен в зазор между подложками, используя отверстие, оставленное в герметизирующем материале. Затем это входное отверстие запечатывается и подготавливается к окончательной проверке. Жидкокристаллические материалы часто поставляются в виде двух- или трехкомпонентных систем, которые смешиваются при впрыскивании. Системы впрыска обеспечивают перемешивание и продувку ячейки во избежание захвата пузырьков в процессе наполнения.

Проверка и тестирование

Осмотр и функциональное тестирование выполняются после сборки и впрыска жидких кристаллов. Большинство дефектов связано с частицами (включая точечные и линейные дефекты) и проблемами с зазорами между ячейками.

Насадка-поляризатор

Последним этапом изготовления самого жидкокристаллического дисплея является нанесение поляризатора на внешнюю сторону каждой стеклянной пластины. Поляризационная пленка представляет собой композитную пленку, содержащую самоклеящийся клейкий слой, необходимый для прикрепления поляризатора к стеклу. Они наносятся автоматическими машинами, которые дозируют материал из рулонов или предварительно нарезанных листов. Эти машины представляют собой варианты этикетировочных машин, разработанные для других отраслей промышленности. Поляризационная пленка прикреплена к обеим сторонам дисплея.

В некоторых случаях перед поляризатором наносится компенсационная пленка. Компенсационные пленки представляют собой полимерные пленки (например, поликарбонат и полиметилметакрилат), которые растягиваются в одном направлении. Это растяжение изменяет оптические свойства пленки.

Готовый дисплей обычно имеет интегральные схемы драйвера, установленные на одной из стеклянных подложек или рядом с ней, обычно на стороне тонкопленочного транзистора.

опасности

Разрушение стекла представляет собой серьезную опасность при производстве ЖК-дисплеев. Возможны порезы и рваные раны. Воздействие химических веществ, используемых для очистки, является еще одной проблемой.

 

Назад

Суббота, Апрель 02 2011 18: 40

Производство полупроводников III-V

Кремний исторически доминировал в разработке технологий ИС в качестве основного полупроводникового материала. Основное внимание в последние годы к альтернативе кремнию было сосредоточено на соединениях III-V, таких как арсенид галлия (GaAs), в качестве материала подложки. Как полупроводниковый материал, GaAs демонстрирует повышенные возможности по сравнению с кремнием, например, подвижность электронов в 5-6 раз больше, чем у кремния. Эта характеристика в сочетании с потенциальными полуизолирующими свойствами GaAs приводит к увеличению производительности как по скорости, так и по энергопотреблению.

GaAs имеет структуру цинковой обманки, состоящую из двух взаимопроникающих гранецентрированных кубических подрешеток, которые связаны с выращиванием высококачественного материала слитка. Технология, связанная с выращиванием GaAs, значительно сложнее, чем технология, используемая для кремния, поскольку используется более сложное двухфазное равновесие и легколетучий компонент, мышьяк (As). Точный контроль давления паров мышьяка в системе выращивания слитков необходим для поддержания точной стехиометрии соединения GaAs в процессе роста. Две основные категории производства полупроводниковых дисплеев и устройств III-V имеют экономически целесообразные процедуры обработки - светодиодные дисплеи и микроволновые устройства ИС.

Светодиоды изготавливаются из монокристаллического GaAs, в котором pn-переходы образованы добавлением подходящих легирующих присадок — обычно теллура, цинка или кремния. Эпитаксиальные слои тройных и четвертичных материалов III-V, таких как фосфид арсенида галлия (GaAsP), выращиваются на подложке и дают полосу излучения определенных длин волн в видимом спектре для дисплеев или в инфракрасном спектре для излучателей или детекторов. Например, красный свет с пиком около 650 нм возникает в результате прямой рекомбинации p-n электронов и дырок. Зеленые диоды обычно состоят из фосфида галлия (GaP). Обобщенные этапы обработки светодиодов описаны в этой статье.

СВЧ-устройства на ИС представляют собой специализированную форму интегральной схемы; они используются в качестве усилителей высокой частоты (от 2 до 18 ГГц) для радиолокации, телекоммуникаций и телеметрии, а также в качестве октавных и многооктавных усилителей для использования в системах радиоэлектронной борьбы. Производители СВЧ-устройств обычно покупают монокристаллическую подложку GaAs с эпитаксиальным слоем или без него у сторонних поставщиков (как и производители кремниевых устройств). Основные этапы обработки включают жидкофазное эпитаксиальное осаждение, изготовление и обработку без изготовления, аналогичную производству кремниевых устройств. В этой статье также обсуждаются этапы обработки, которые требуют описания в дополнение к обработке светодиодов.

Производство вафель

Подобно процессу выращивания слитков кремния, элементарные формы галлия и мышьяка, а также небольшие количества легирующего материала — кремния, теллура или цинка — вступают в реакцию при повышенных температурах с образованием слитков легированного монокристалла GaAs. Используются три обобщенных метода производства слитков:

  • горизонтальный или вертикальный Бриджмен
  • горизонтальное или вертикальное замораживание градиента
  • инкапсулированная жидкость Чохральского высокого или низкого давления (LEC).

 

Объемное поликристаллическое соединение GaAs обычно образуется в результате реакции паров As с металлическим Ga при повышенных температурах в запаянных кварцевых ампулах. Обычно резервуар As, расположенный на одном конце ампулы, нагревают до 618°C. Это создает примерно 1 атмосферу давления паров As в ампуле, что является необходимым условием для получения стехиометрического GaAs. Пары As вступают в реакцию с металлом Ga, поддерживаемым при температуре 1,238°C и расположенным на другом конце ампулы в лодочке из кварца или пиролитического нитрида бора (PBN). После полной реакции мышьяка образуется поликристаллический заряд. Это используется для выращивания монокристаллов путем программируемого охлаждения (градиентное замораживание) или путем физического перемещения либо ампулы, либо печи, чтобы обеспечить надлежащие температурные градиенты для роста (Бриджмен). Этот непрямой подход (перенос мышьяка) для компаундирования и выращивания GaAs используется из-за высокого давления паров мышьяка при температуре плавления GaAs, около 20 атмосфер при 812°C и 60 атмосфер при 1,238°C соответственно.

Другим подходом к коммерческому производству массивного монокристалла GaAs является метод LEC. Съемник кристаллов Чохральского загружается куском GaAs в тигель с внешним графитовым токоприемником. Затем объемный GaAs плавится при температурах, близких к 1,238 °C, и кристалл вытягивается в атмосфере под давлением, которое может варьироваться в зависимости от производителя, как правило, от нескольких атмосфер до 100 атмосфер. Расплав полностью инкапсулирован вязким стеклом B2O3, который предотвращает диссоциацию расплава, поскольку давление пара As соответствует или превышает давление инертного газа (обычно аргона или азота), подаваемого в камеру выталкивателя. В качестве альтернативы можно синтезировать монокристаллический GaAs. на месте путем впрыскивания As в расплавленный Ga или комбинирования As и Ga непосредственно под высоким давлением.

Производство пластин GaAs представляет собой процесс производства полупроводников с наибольшим потенциалом значительных рутинных химических воздействий. Хотя производство GaAs-пластин осуществляется лишь небольшим процентом производителей полупроводников, в этой области необходимо уделять особое внимание. Большое количество мышьяка, используемого в процессе, многочисленные этапы процесса и низкий предел воздействия мышьяка в воздухе затрудняют контроль воздействия. Статьи Харрисона (1986); Ленихан, Шихи и Джонс (1989); Макинтайр и Шерин (1989) и Шихи и Джонс (1993) предоставляют дополнительную информацию об опасностях и средствах контроля этого процесса.

Синтез поликристаллических слитков

Загрузка ампулы и запайка

Элементарный мышьяк (99.9999%) в виде кусков взвешивают и загружают в кварцевую лодочку в вытяжном перчаточном боксе. Чистый жидкий Ga (99.9999%) и легирующий материал также взвешивают и загружают в лодочку (лодочки) из кварца или пиролитического нитрида бора (PBN) таким же образом. Лодочки загружаются в длинную цилиндрическую кварцевую ампулу. (В методах Бриджмена и градиентной заморозки также вводится затравочный кристалл с желаемой кристаллографической ориентацией, тогда как в двухэтапном методе LEC, где на этом этапе требуется только поли-GaAs, поликристаллический GaAs синтезируется без затравочного кристалла. )

Кварцевые ампулы помещают в низкотемпературную печь и нагревают при продувке ампулы водородом (H2), в процессе, известном как реакция восстановления водорода, для удаления оксидов. После продувки инертным газом, например аргоном, кварцевые ампулы присоединяют к узлу вакуумного насоса, вакуумируют, концы ампул нагревают и запаивают водородно-кислородной горелкой. Это создает заряженную и запаянную кварцевую ампулу, готовую к выращиванию в печи. Продувка водородом и система водородно-кислородной горелки представляют собой потенциальную опасность пожара/взрыва, если не используются надлежащие предохранительные устройства и оборудование (Wade et al. 1981).

Поскольку мышьяк нагревается, эта сборка поддерживается при вытяжной вентиляции. Отложения оксида мышьяка могут образовываться в выхлопном канале, поддерживающем этот узел. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить воздействие и загрязнение, если воздуховоды каким-либо образом будут нарушены.

Хранение и обращение с кусками мышьяка вызывает озабоченность. В целях безопасности мышьяк часто хранится под замком и под строгим инвентарным контролем. Обычно мышьяк также хранится в огнеупорном шкафу, чтобы предотвратить его попадание в случае пожара.

Рост печи

Как в методах Бриджмена, так и в методах градиентного замораживания для выращивания монокристаллических слитков используются загруженные и запаянные кварцевые ампулы в высокотемпературном корпусе печи, вентилируемом в систему мокрого скруббера. Основная опасность воздействия во время выращивания в печи связана с возможностью взрыва или взрыва кварцевой ампулы во время выращивания слитка. Эта ситуация возникает довольно спорадически и нечасто и является результатом одного из следующих действий:

  • парциальное давление пара As, возникающее в результате высоких температур, используемых в процессе роста
  • расстеклование кварцевого стекла ампулы, что приводит к микротрещинам и сопутствующей возможности разгерметизации ампулы
  • отсутствие точных высокотемпературных устройств контроля на источнике нагрева, обычно резистивного типа, что приводит к избыточному давлению в кварцевой ампуле.
  • неисправность или отказ термопары, приводящий к избыточному давлению в кварцевой ампуле
  • избыток As или слишком мало Ga в трубке ампулы, что приводит к чрезвычайно высокому давлению As, что может вызвать катастрофическую разгерметизацию ампулы.

 

Горизонтальная система Бриджмена состоит из многозонной печи, в которой запаянная кварцевая ампула имеет отдельные температурные зоны — мышьяковый «холодный» конец пальца при 618°C и кварцевая лодочка из галлия/легирующей примеси/затравочного кристалла, содержащая расплав при 1,238°C. Основной принцип горизонтальной системы Бриджмена включает в себя пересечение двух нагретых зон (одна выше точки плавления GaAs и одна ниже точки плавления) над лодочкой из GaAs, чтобы обеспечить точно контролируемое замораживание расплавленного GaAs. Затравочный кристалл, постоянно поддерживаемый в зоне замораживания, обеспечивает первоначальную начальную структуру кристалла, определяя направление и ориентацию кристаллической структуры внутри лодочки. Кварцевая лодочка и ампула Ga и As подвешены внутри камеры нагревателя с помощью набора вкладышей из карбида кремния, называемых опорными трубками, которые расположены внутри узла резистивного нагревателя для механического перемещения ампулы на полное расстояние. Кроме того, сборка печи опирается на стол, который необходимо наклонять во время выращивания, чтобы обеспечить надлежащую границу раздела синтезированного расплава GaAs с затравочным кристаллом.

В методе градиентной заморозки многозонная высокотемпературная печь с использованием резистивного нагрева поддерживается при температуре от 1,200 до 1,300 °C (1,237 °C — это точка плавления/замерзания GaAs). Общая продолжительность процесса выращивания слитка обычно составляет 3 дня и включает следующие этапы:

  • обжиг печи до температуры
  • синтез GaAs
  • затравка расплава
  • охлаждение/рост кристаллов.

 

Кварцевая ампула также наклоняется в процессе выращивания с помощью ручного домкрата ножничного типа.

Ампульный прорыв

После того, как монокристаллический слиток GaAs выращен в запаянной кварцевой ампуле, ампулу необходимо открыть и удалить кварцевую лодочку, содержащую слиток и затравочный кристалл. Это достигается одним из следующих способов:

  • отрезание запаянного конца ампул мокрой циркулярной пилой
  • нагрев и растрескивание ампулы водородно-кислородной горелкой
  • разбивая ампулу в мешке молотком, находясь под выхлопом, чтобы контролировать переносимый по воздуху мышьяк.

 

Кварцевые ампулы перерабатываются путем влажного травления конденсированного мышьяка на внутренней поверхности царской водкой (HCl, HNO3) или серная кислота/перекись водорода (H2SO4/H2O2).

Дробеструйная обработка/очистка слитка

Чтобы увидеть поликристаллические дефекты и удалить внешние оксиды и загрязнения, слиток монокристалла GaAs необходимо подвергнуть дробеструйной очистке. Дробеструйная очистка выполняется в перчаточном боксе с отработанным воздухом с использованием пескоструйной среды из карбида кремния или прокаленного оксида алюминия. Влажная очистка производится в химических ваннах, оборудованных местной вытяжной вентиляцией и использующих царская водка или спиртовые ополаскиватели (изопропиловый спирт и/или метанол).

Рост монокристаллического слитка

Слиток поликристаллического GaAs, извлеченный из ампулы, разбивается на куски, взвешивается и помещается в кварцевый или PBN-тигель, а сверху на него помещается диск из оксида бора. Затем тигель помещают в устройство для выращивания кристаллов (выталкиватель), находящееся под давлением инертного газа и нагреваемое до 1,238°C. При этой температуре GaAs плавится, а более легкий оксид бора становится жидким герметиком, предотвращающим диссоциацию мышьяка из расплава. Затравочный кристалл вводят в расплав ниже жидкостной шапки и, вращаясь в противоположных направлениях, медленно извлекают из расплава, тем самым затвердевая по мере выхода из «горячей зоны». Этот процесс занимает примерно 24 часа, в зависимости от размера заряда и диаметра кристалла.

После завершения цикла выращивания гровер открывается для извлечения монокристаллического слитка и очистки. Некоторое количество мышьяка выходит из расплава даже при установленной жидкостной крышке. На этом этапе процесса может быть значительное воздействие переносимого по воздуху мышьяка. Чтобы контролировать это воздействие, гровер охлаждают до температуры ниже 100°C, что приводит к отложению мелких частиц мышьяка на внутренней поверхности гровера. Такое охлаждение помогает свести к минимуму количество мышьяка, попадающего в воздух.

Внутри устройства для выращивания кристаллов остаются тяжелые отложения мышьякосодержащих остатков. Удаление остатков во время планового профилактического обслуживания может привести к значительным концентрациям мышьяка в воздухе (Lenihan, Sheehy and Jones 1989; Baldwin and Stewart 1989; McIntyre and Sherin 1989). Средства контроля, используемые во время этой операции технического обслуживания, часто включают вытяжную вентиляцию, одноразовую одежду и респираторы.

Когда слиток извлекают, гровер демонтируют. Вакуум HEPA используется для сбора частиц мышьяка со всех частей гровера. После вакуумирования детали из нержавеющей стали протирают смесью гидроксида аммония и перекиси водорода, чтобы удалить остатки мышьяка, после чего гровер собирается.

обработка пластин

дифракция рентгеновских лучей

Кристаллическая ориентация слитка GaAs определяется с помощью установки рентгеновской дифракции, как при обработке слитка кремния. Лазер малой мощности можно использовать для определения ориентации кристаллов в производственных условиях; однако дифракция рентгеновских лучей является более точным и предпочтительным методом.

При использовании рентгеновской дифракции часто рентгеновский луч полностью помещается в защитный шкаф, который периодически проверяется на предмет утечки излучения. При определенных обстоятельствах нецелесообразно полностью удерживать рентгеновский луч в блокируемом корпусе. В этом случае от операторов может потребоваться ношение значков радиационного излучения на пальцах, и используются элементы управления, аналогичные тем, которые используются для мощных лазеров (например, закрытое помещение с ограниченным доступом, обучение операторов, ограждение луча настолько, насколько это практически возможно, и т. д.) ( Болдуин и Уильямс, 1996).

Обрезка слитков, измельчение и нарезка

Концы или хвосты монокристаллического слитка удаляются с помощью однолезвийной алмазной пилы с водяной смазкой с добавлением в воду различных охлаждающих жидкостей. Затем монокристаллический слиток помещают на токарный станок, который формирует из него цилиндрический слиток одинакового диаметра. Это процесс измельчения, который также является мокрым процессом.

После обрезки и шлифовки слитки GaAs крепятся эпоксидной смолой или воском к графитовой балке и распиливаются на отдельные пластины с помощью автоматически управляемых пил с алмазными дисками внутреннего диаметра (ID). Эта влажная операция выполняется с использованием смазочных материалов и создает суспензию GaAs, которую собирают, центрифугируют и обрабатывают фторидом кальция для осаждения мышьяка. Надосадочную жидкость проверяют, чтобы убедиться, что она не содержит избыточного мышьяка, а осадок прессуют в осадок и утилизируют как опасные отходы. Некоторые производители отправляют собранный шлам после процессов обрезки, измельчения и нарезки слитков на регенерацию галлия.

Арсин и фосфин могут образовываться при реакции GaAs и фосфида индия с влагой воздуха, другими арсенидами и фосфидами или при смешении с кислотами при переработке арсенида галлия и фосфида индия; 92 ppb арсина и 176 ppb фосфина были измерены на расстоянии 2 дюймов от режущих лезвий, используемых для резки слитков GaAs и фосфида индия (Mosovsky et al. 1992, Rainer et al. 1993).

Мойка вафель

После демонтажа пластин GaAs с графитовой балки их очищают путем последовательного погружения во влажные химические ванны, содержащие растворы серной кислоты/перекиси водорода или уксусной кислоты и спирты.

Профилирование краев

Профилирование краев также представляет собой влажный процесс, выполняемый на нарезанных пластинах для формирования края вокруг пластины, что делает ее менее склонной к поломке. Поскольку на поверхности пластины делается только тонкий надрез, образуется лишь небольшое количество суспензии.

Притирка и полировка

Пластины наносятся воском на притирочную или шлифовальную плиту с помощью нагревательной плиты и притираются на машине с заданной скоростью вращения и давлением. На притирочную поверхность подается притирочный раствор (суспензия оксида алюминия, глицерина и воды). После короткого периода притирки, когда достигается желаемая толщина, пластины промываются и устанавливаются на механическую полировальную машину. Полировка выполняется с использованием бикарбоната натрия, 5% хлора, воды (или гипохлорита натрия) и суспензии коллоидного кремнезема. Затем пластины демонтируются на плите, воск удаляется с помощью растворителей и пластины очищаются.

эпитаксии

Монокристаллические пластины GaAs используются в качестве подложек для выращивания очень тонких слоев того же или других соединений AIIIBV с заданными электронными или оптическими свойствами. Это необходимо сделать так, чтобы в выращенном слое сохранилась кристаллическая структура подложки. Такой рост кристаллов, при котором подложка определяет кристалличность и ориентацию выращенного слоя, называется эпитаксией, и в производстве дисплеев и устройств III-V используются различные методы эпитаксиального роста. Наиболее распространенными методами являются:

  • жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ)
  • молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)
  • парофазная эпитаксия (ГФЭ)
  • металлорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD), также известное как металлоорганическая эпитаксия из паровой фазы (OMVPE).

 

Жидкофазная эпитаксия

В ЖФЭ слой легированного материала AIIIBV выращивается непосредственно на поверхности подложки GaAs с помощью графитового держателя, содержащего отдельные камеры для материала, наносимого на пластины. В верхнюю камеру держателя добавляют навеску материалов для осаждения, а в нижнюю камеру помещают пластины. Сборка помещается в кварцевую реакционную трубку в атмосфере водорода. Трубку нагревают, чтобы расплавить осаждаемые материалы, и, когда расплав уравновешивается, верхнюю часть держателя сдвигают так, чтобы расплав располагался над пластиной. Затем температуру печи снижают для формирования эпитаксиального слоя.

LPE в основном используется в микроволновой эпитаксии ИС и для производства светодиодов определенных длин волн. Основной проблемой этого процесса LPE является использование легковоспламеняющегося газообразного водорода в системе, что смягчается хорошими техническими средствами контроля и системами раннего предупреждения.

Молекулярно-лучевая эпитаксия

Вакуумная эпитаксия в форме МЛЭ стала особенно универсальной техникой. МЛЭ GaAs состоит из сверхвысоковакуумной системы, содержащей источники атомарных или молекулярных пучков Ga и As и нагретой пластины-подложки. Источники молекулярного пучка обычно представляют собой контейнеры для жидкого Ga или твердого As. Источники имеют отверстие, обращенное к подложке. Когда эффузионная печь (или контейнер) нагревается, атомы Ga или молекулы As вытекают из отверстия. Для GaAs рост обычно происходит при температуре подложки выше 450◦C.

Высокие уровни воздействия арсина могут возникать при обслуживании систем МЛЭ с твердыми источниками. Концентрация в воздухе помещения 0.08 частей на миллион была обнаружена в одном исследовании, когда камера установки MBE была открыта для технического обслуживания. Авторы предположили, что временное образование арсина может быть вызвано реакцией очень мелких частиц мышьяка с водяным паром, при этом алюминий выступает в качестве катализатора (Asom et al. 1991).

Эпитаксия в паровой фазе

Обезжиренные и полированные пластины перед эпитаксией подвергаются травлению и очистке. Это включает в себя последовательную операцию мокрого химического погружения с использованием серной кислоты, перекиси водорода и воды в соотношении 5:1:1; ополаскивание деионизированной водой; и изопропиловый спирт чистый/сухой. Также проводится визуальный осмотр.

Используются два основных метода VPE, основанные на двух разных химических процессах:

  • III-галогены (GaCl3) и V-галогены ( AsCl3) или V-водород (AsH3 и РН3)
  • металлорганические соединения III и V-водород, такие как Ga(CH3)3 и АШ3—ОМВПЭ.

 

Термохимия этих методов очень различна. Галогенные реакции обычно ведут от «горячих» к «холодным», в которых III-галоген образуется в горячей зоне в результате реакции элемента III с HCl, а затем диффундирует в холодную зону, где он реагирует с соединениями V. с образованием материала III-V. Металлоорганическая химия представляет собой процесс «горячей стенки», в котором металлорганическое соединение III «расщепляет» или пиролизует органическую группу, а оставшийся III и гидрид V реагируют с образованием III-V.

В ВФЭ подложка GaAs помещается в нагретую камеру в атмосфере водорода. Камера нагревается либо ВЧ, либо резистивным нагревом. HCl барботируют через лодочку Ga, образуя хлорид галлия, который затем реагирует с AsH.3 и РН3 вблизи поверхности пластин с образованием GaAsP, который осаждается в виде эпитаксиального слоя на подложку. Можно добавить ряд добавок (в зависимости от продукта и рецепта). К ним относятся низкие концентрации теллуридов, селенидов и сульфидов.

Распространенным методом, используемым для VPE при обработке светодиодов, является система III-галоген и V-водород (гидрид). Он включает в себя двухцикловый процесс — сначала выращивание эпитаксиального слоя GaAsP на подложке GaAs и, наконец, цикл травления для очистки камеры графитового/кварцевого реактора от примесей. Во время цикла эпитаксиального роста предварительно очищенные пластины GaAs загружаются на карусель, расположенный внутри камеры кварцевого реактора, содержащей резервуар с элементарным жидким галлием, через который дозируется безводный газ HCl, образуя GaCl.3. Смеси гидрид/водород (например, 7% AsH3/H2 и 10% РН3/H2) также дозируются в камеру реактора с добавлением металлоорганических добавок теллура и селена в концентрациях ppm. Химические частицы в горячей зоне, в верхней части реакционной камеры, реагируют, а в холодной зоне, в нижней части камеры, формируют желаемый слой GaAsP на подложке пластины, а также на внутренней части реакционной камеры. камера реактора.

Выходящие из реактора потоки направляются в систему водородной горелки (камера сгорания или камера сгорания) для пиролиза и поступают в систему мокрого скруббера. В качестве альтернативы потоки, выходящие из реактора, можно барботировать через жидкую среду для улавливания большей части твердых частиц. Проблема безопасности заключается в том, чтобы полагаться на сами реакторы для «расщепления» газов. КПД этих реакторов составляет примерно от 98 до 99.5%; поэтому некоторые непрореагировавшие газы могут выходить из барботера, когда их выводят операторы. Из этих барботеров происходит выделение различных соединений, содержащих мышьяк и фосфор, что требует их быстрой транспортировки в вентилируемую раковину для обслуживания, где они очищаются и очищаются, чтобы снизить воздействие на персонал. Задачей этого процесса с точки зрения гигиены труда является определение профиля выхлопных газов, поскольку большинство соединений, выделившихся из различных частей реактора, особенно из барботера, нестабильны на воздухе, а доступные обычные собирающие среды и аналитические методы не являются дискриминационными по отношению к разные виды.

Еще одной проблемой являются предварительные скрубберы для реакторов VPE. Они могут содержать высокие концентрации арсина и фосфина. Воздействие, превышающее пределы профессионального воздействия, может иметь место, если эти фильтры предварительной очистки открываются без разбора (Baldwin and Stewart 1989).

Цикл травления выполняется в конце цикла роста и на новых деталях реактора для очистки внутренней поверхности от примесей. Неразбавленный газообразный HCl подается в камеру в течение примерно 30 минут, и реактор нагревается до температуры более 1,200°C. Сточные воды направляются в систему мокрого скруббера для нейтрализации.

В конце обоих циклов роста и травления расширенный N2 продувка используется для промывки камеры реактора от токсичных/горючих и агрессивных газов.

Очистка реактора

После каждого цикла выращивания реакторы VPE необходимо открывать, пластины извлекать и физически очищать как верхнюю, так и нижнюю часть реактора. Процесс очистки выполняется оператором.

Кварцевый предварительный скруббер из реакторов физически выносится из реактора и помещается в отработанный слив, где он продувается азотом.2, промывают водой, а затем погружают в царская водка. Затем следует еще одна промывка водой перед сушкой детали. Намерение Н.2 продувка заключается в простом вытеснении кислорода из-за присутствия нестабильного пирофорного фосфора. Некоторые остатки, содержащие различные мышьяк и фосфорсодержащие побочные продукты, остаются на этих деталях даже после продувки и промывки водой. Реакция между этими остатками и смесью сильного окислителя/кислоты потенциально может привести к образованию значительных количеств AsH.3 и немного РН3. Существует также потенциал воздействия при других процедурах технического обслуживания в этом районе.

Нижняя часть кварцевой реакционной камеры и нижняя плита (основная плита) очищаются металлическим инструментом, а твердые частицы (смесь GaAs, GaAsP, оксидов мышьяка, оксидов фосфора и захваченных гидридных газов) собираются в металлическом контейнер, расположенный под вертикальным реактором. Для окончательной очистки используется высокоэффективный вакуум.

Еще одна операция, которая может привести к химическому воздействию, — очистка ловушки реактора. Очистка ловушки производится путем соскребания графитовых частиц с верхней камеры, которые имеют корку от всех ранее упомянутых побочных продуктов, а также хлорида мышьяка. Процедура соскабливания создает пыль и выполняется в вентилируемой раковине, чтобы свести к минимуму воздействие на операторов. Линия технологического выхлопа, в которой находятся все побочные продукты, а также влага, образующая жидкие отходы, открывается и сливается в металлический контейнер. Вакуум HEPA используется для очистки любых частиц пыли, которые могли вылететь во время переноса графитовых деталей, а также при подъеме и опускании колпака, который сбивает любые незакрепленные частицы.

Металлоорганическое химическое осаждение из газовой фазы

MOCVD широко используется при изготовлении устройств III-V. В дополнение к газообразным гидридам, используемым в качестве исходных материалов в других системах CVD (например, арсин и фосфин), менее токсичные жидкие альтернативы (например, трет-бутиларсин и трет-бутилфосфин) также используются в системах MOCVD вместе с другими токсичными веществами, такими как алкилы кадмия и ртуть (Content 1989; Rhoades, Sands and Mattera 1989; Roychowdhury 1991).

В то время как VPE относится к процессу осаждения составного материала, MOCVD относится к исходным химическим источникам, используемым в системе. Используются два химических вещества: галогениды и металлоорганические соединения. Описанный выше процесс VPE представляет собой галоидный процесс. Галогенид III группы (галлий) образуется в горячей зоне, а соединение III-V осаждается в холодной зоне. В металлоорганическом процессе для GaAs триметилгаллий дозируется в реакционную камеру вместе с арсином или менее токсичным жидким альтернативным продуктом, таким как трет-бутиларсин, для образования арсенида галлия. Пример типичной реакции MOCVD:

(СН3)3Га + Аш3 → GaAs + 3CH4

Существуют и другие химические вещества, используемые при MOCVD-обработке светодиодов. Металлоорганические соединения, используемые в качестве элементов группы III, включают триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa), индий TM, индий TE и алюминий TM. В процессе также используются гидридные газы: 100% AsH3 и 100% РН3. Легирующие примеси, используемые в процессе: диметилцинк (DMZ), бис-циклопентадиенилмагний и селенид водорода (H2Сэ). Эти материалы реагируют в реакционной камере под низким давлением H2 атмосфера. В результате реакции образуются эпитаксиальные слои AlGaAs, AlInGaP, InAsP и GaInP. Этот метод традиционно использовался при производстве полупроводниковых лазеров и устройств оптической связи, таких как передатчики и приемники для волоконной оптики. Процесс AlInGaP используется для производства очень ярких светодиодов.

Подобно процессу VPE, очистка реактора и деталей MOCVD представляет собой проблему как для самого процесса, так и для специалиста по гигиене труда, особенно при наличии большого количества концентрированного PH.3 используется в процессе. Эффективность «крекинга» этих реакторов не так велика, как у реакторов ВФЭ. Образуется значительное количество фосфора, что является пожароопасным. Процедура очистки включает использование разбавленной перекиси водорода/гидроксида аммония на различных частях этих реакторов, что представляет опасность взрыва, если из-за ошибки оператора используется концентрированный раствор в присутствии металлического катализатора.

Изготовление устройств

Пластина GaAs с эпитаксиально выращенным слоем GaAsP на верхней поверхности переходит к этапу обработки изготовления устройства.

Нитридное осаждение

Высокотемпературный CVD нитрида кремния ( Si3N4) выполняется с использованием стандартной диффузионной печи. Источниками газа являются силан (SiH4) и аммиак (NH3) с газом-носителем азотом.

Фотолитографический процесс

Стандартный процесс фоторезиста, выравнивания/экспозиции, проявления и зачистки используется так же, как и при обработке кремниевых устройств (см. раздел о литографии в статье «Производство кремниевых полупроводников»).

Мокрое травление

Различные смеси кислотных растворов влажных химикатов используются в пластиковых ваннах на станциях травления с локальным отводом воздуха, некоторые из которых снабжены вертикально установленными системами подачи с ламинарными фильтрами HEPA. Основные используемые кислоты - серная ( H2SO4), фтористоводородной (HF), соляной (HCl) и фосфорной (H3PO4). Как и при обработке кремния, перекись водорода ( H2O2) используется с серной кислотой и гидроксидом аммония (NH4OH) обеспечивает каустическое травление. Раствор цианида (натрия или калия) также используется для травления алюминия. Однако травление цианидом постепенно прекращается, поскольку для этого процесса разрабатываются другие травители. В качестве альтернативы жидкому травлению используется процесс плазменного травления и озоления. Конфигурации реактора и газы-реагенты очень похожи на те, которые используются при обработке кремниевых устройств.

Вещание

Диффузия твердого источника диарсенида цинка в закрытой ампуле проводится в вакуумной диффузионной печи при 720°C с использованием N2 газ-носитель. В качестве присадок используются мышьяк и арсенид цинка. Их взвешивают в перчаточном боксе так же, как и насыпной субстрат.

Металлизация

Первоначальное испарение алюминия осуществляется с использованием электронно-лучевого испарителя. После обратной притирки выполняется последний этап испарения золота с использованием испарителя с нитью.

Легирование

Заключительную стадию сплавления проводят в низкотемпературной диффузионной печи с использованием инертной атмосферы азота.

бэклейпинг

Наплавка выполняется для удаления осажденных материалов (GaAsP, Si3N4 и так далее) с обратной стороны пластины. Пластины намазываются воском на пластину для притирки и притираются суспензией коллоидного кремнезема во влажном состоянии. Затем воск удаляют мокрой зачисткой пластин в органической зачистке на станции влажного химического травления с локальной вытяжкой. Другой альтернативой мокрой притирке является сухая притирка, в которой используется «песок» из оксида алюминия.

Существует ряд используемых резистов и растворителей резистов, обычно содержащих сульфокислоту (додецилбензолсульфокислоту), молочную кислоту, ароматические углеводороды, нафталин и катехол. Некоторые растворители резиста содержат бутилэтаноат, уксусную кислоту и бутиловый эфир. В зависимости от продукта используются как негативные, так и позитивные резисты, а также съемники резистов.

Финальный тест

Как и при обработке кремниевых устройств, готовые схемы светодиодов тестируются на компьютере и маркируются (см. «Производство кремниевых полупроводников»). Выполняется окончательная проверка, а затем пластины подвергаются электрическим испытаниям для маркировки дефектных кристаллов. Затем мокрая пила используется для разделения отдельных штампов, которые затем отправляются на сборку.

 

Назад

Суббота, Апрель 02 2011 18: 44

Печатная плата и сборка компьютера

Печатные монтажные платы

Печатные платы (PWB) представляют собой взаимосвязанную электрическую структуру и физическую структуру, которые скрепляют различные электронные компоненты печатной платы. Основные категории печатных плат: односторонние, двусторонние, многослойные и гибкие. Требования к сложности и размещению все более плотных и меньших плат требуют, чтобы обе стороны платы были покрыты нижележащими схемами. Односторонние платы удовлетворяли требованиям первых калькуляторов и простых бытовых электронных устройств, но портативным ноутбукам, персональным цифровым помощникам и персональным музыкальным системам требовались двусторонние и многослойные печатные платы. Обработка рисунка печатных плат — это, по сути, фотолитографический процесс, который включает выборочное нанесение и удаление слоев материалов на диэлектрическую подложку, которая действует как электрическая «проводка», которая вытравливается или наносится на печатную плату.

Многослойные платы содержат два или более куска диэлектрического материала со схемой, которые уложены друг на друга и соединены вместе. Электрические соединения устанавливаются от одной стороны к другой и к схеме внутреннего слоя с помощью просверленных отверстий, которые впоследствии покрыты медью. Чаще всего в качестве диэлектрической подложки используются листы из стекловолокна (ламинат из эпоксидной смолы/стекловолокна). Другими материалами являются стекло (с полиимидными, тефлоновыми или триазиновыми смолами) и бумага, покрытая фенольной смолой. В Соединенных Штатах ламинированные плиты классифицируются на основе их огнетушащих свойств; свойства сверления, штамповки и механической обработки; свойства влагопоглощения; химическая и термостойкость; и механическая прочность (Sober 1995). FR-4 (подложка из эпоксидной смолы и стеклоткани) широко используется в высокотехнологичных приложениях.

Фактический процесс PWB включает в себя множество стадий и широкий спектр химических агентов. Таблица 1 иллюстрирует типичный многоуровневый процесс и проблемы EHS, связанные с этим процессом. Основное различие между односторонней и двусторонней платой заключается в том, что односторонняя плата начинается с сырья, покрытого медью только с одной стороны, и пропускает этап химического меднения. Стандартная двусторонняя плата имеет паяльную маску поверх голой меди и покрыта металлом через отверстия; на плате есть позолоченные контакты и легенда компонентов. Большинство печатных плат представляют собой многослойные двухсторонние платы с внутренними слоями, которые были изготовлены и зажаты внутри пакета ламината, а затем обработаны почти так же, как двухслойная плата.

Таблица 1. Процесс PWB: вопросы охраны окружающей среды, здоровья и безопасности

Основные этапы процесса

Вопросы здоровья и безопасности

Экологические проблемы

Подготовка материала

Купите специальный ламинат, входной материал и опорную плиту в предварительно нарезанном размере.
Компоновка компьютерной обработки

Компьютерное проектирование — дисплеи и эргономические опасности

Ничто

Стек и булавка

Омедненные панели укладываются вместе с входным материалом и опорной плитой; просверлены отверстия и
дюбель заколочен.

Шум во время бурения; буровые частицы, содержащие медь, свинец, золото и эпоксидную смолу/стекловолокно

Твердые частицы отходов (медь, свинец, золото и
эпоксидная смола/стекловолокно) — переработанная или регенерированная

Бурение

Сверлильные станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

Шум во время бурения; буровые частицы, содержащие медь, свинец, золото и эпоксидную смолу/стекловолокно

Твердые частицы отходов (медь, свинец, золото и
эпоксидная смола/стекловолокно) — переработанная или регенерированная

заусенцы

Просверленные панели проходят через щетки или абразивный круг

Шум во время снятия заусенцев; твердые частицы, содержащие медь, свинец, золото и эпоксидную смолу/стекловолокно

Твердые частицы отходов (медь, свинец, золото и
эпоксидная смола/стекловолокно) — переработанная или регенерированная

Химическое меднение

Добавление тонкого слоя меди в сквозные отверстия
(многоэтапный процесс)

Вдыхание и воздействие на кожу чистящих средств, кондиционеров, травителей, катализаторов — H2SO4, H2O2, гликолевые эфиры, KMnO4, Нью-Хэмпшир4HF2, палладий, SnCl2, CuSO4, формальдегид, NaOH

Сточные воды – кислоты, медь, каустики,
фториды; выбросы в атмосферу – кислые газы,
формальдегид

Изображениями

Сухой пленочный резист — фотополимер, чувствительный к ультрафиолетовому излучению.
Резист для трафаретной печати — светочувствительная эмульсия.
Жидкий резист — фоточувствительный жидкий резист.

Ингаляционное и кожное воздействие резистов; Разработчики; и
стрипперы – резисты на основе каучука с растворителями; На3PO4 и K2CO3; хлорид меди (Cl2 газ), моноэтаноламин (МЭА)

Выбросы в атмосферу – растворители (ЛОС), кислые газы,
МЭА; отходы - жидкости

Покрытие узором

Уборка
Медная обшивка
Покрытие оловом или оловом/свинцом
Разборка стойки

Вдыхание и опасность для кожи при очистке; меднение или олово/олово и свинцовое покрытие и зачистка стоек — H3PO4, H2SO4; ЧАС2SO4 и CuSO4; борно-фтористая кислота и Sn/Pb; концентрированная HNO3

Выбросы в атмосферу – кислые газы; вода
стоки – кислоты, фториды, металлы (медь,
свинец и олово)

Полоса, травление, полоса

полоса сопротивления
Щелочное травление
Медная полоса

Ингаляционная и кожная опасность от резистивной полоски; щелочное травление или полоска меди — моноэтаноламин (МЭА); Северная Каролина4ОЙ; Северная Каролина4Cl/NH4ОН или NH4HF2

Выбросы в атмосферу – МЭА, аммиак, фториды;
сточные воды - аммиак, фториды, металлы
(медь, свинец и олово), резистивные соединения

Паяльная маска

Эпоксидные краски — трафаретная печать
Сухие пленки — ламинированные на ПП
Жидкие эпоксидные чернила для фотопечати

Вдыхание и кожные опасности от предварительной очистки; эпоксидные краски и сольвентные носители; разработчики — Х2SO4; эпихлоргидрин + бисфенол А, гликолевые эфиры (на основе ПГМЭА); гамма-бутиролактон. 

УФ-свет от процесса отверждения

Выбросы в атмосферу – кислые газы, гликолевые эфиры
(ЛОС); отходы — растворители, эпоксидные краски

Покрытие припоем

Выравнивание припоя

Опасность при вдыхании и попадании на кожу флюса, продуктов разложения и остатков свинцово-оловянного припоя — разбавленные гликолевые эфиры + <1% HCl и <1% HBr; альдегиды, HCl, CO; свинец и олово

Выбросы в атмосферу – эфиры гликоля (ЛОС), кислые газы, альдегиды, СО; отходы — свинцово-оловянный припой, флюс

Золотое и никелирование

 

Вдыхание и кожные опасности от кислот, металлов и
цианиды - Н2SO4, ХНО3, НиСО4, цианистый калий золото

Выбросы в атмосферу – кислые газы, цианиды; вода
выбросы – кислоты, цианиды, металлы;
отходы – цианиды, металлы

Легенда компонента

Скриншот экрана
Лечение в духовке

Вдыхание и опасность для кожи от красок на основе эпоксидной смолы и растворителей-растворителей на основе гликолевого эфира, эпихлоргидрина + бисфенола А

Выбросы в атмосферу — эфиры гликоля (ЛОС) отходы — чернила и растворители (небольшие количества)

Cl2 = газообразный хлор; CO = монооксид углерода; CuSO4 = сульфат меди; ЧАС2O2 = перекись водорода; H2SO4 = серная кислота; ЧАС3PO4 = фосфорная кислота; HBR = бромистоводородная кислота; HCl = соляная кислота; HNO3 = азотная кислота; К2CO3 = карбонат калия; КМНО4 = перманганат калия; нет данных3PO4 = фосфат натрия; Северная Каролина4Cl = хлорид аммония; Северная Каролина4ОН = гидроксид аммония; NiSO4 = сульфат никеля; Pb = свинец; Sn = олово; SnCl2 = хлорид двухвалентного олова; УФ = ультрафиолет; ЛОС = летучие органические соединения.

 

Сборка печатных плат

Сборка печатной платы (ПП) включает жесткое крепление электронных компонентов к печатной плате с помощью свинцово-оловянного припоя (в машине для пайки волной припоя или наносится в виде пасты, а затем оплавляется в низкотемпературной печи) или эпоксидных смол ( отверждение в низкотемпературной печи). Базовая печатная плата (односторонняя, двусторонняя, многослойная или гибкая) будет определять плотность компонентов, которые можно прикрепить. Многочисленные проблемы процесса и надежности составляют основу для выбора процессов сборки печатных плат, которые будут использоваться. Основными технологическими процессами являются: технология тотального поверхностного монтажа (SMT), смешанная технология (включает как SMT, так и металлизированное сквозное отверстие (PTH)) и нижнее крепление.

Как правило, на современных предприятиях по сборке электроники / компьютеров используется смешанная технология, при которой некоторые компоненты монтируются на поверхности, а другие разъемы / компоненты припаиваются с использованием технологии сквозного отверстия или пайки оплавлением. Ниже обсуждается «типичный» смешанный технологический процесс, в котором используется процесс поверхностного монтажа, включающий приклеивание, пайку волной припоя и пайку оплавлением. При использовании смешанной технологии иногда можно оплавить компоненты поверхностного монтажа (SMC) на верхней стороне двусторонней платы и припаять SMC волной припоя на нижней стороне. Такой процесс особенно полезен, когда технологии поверхностного монтажа и сквозного монтажа должны сочетаться на одной плате, что является нормой в современном производстве электроники. Первым шагом является монтаж SMC на верхней стороне платы с использованием процесса пайки оплавлением. Далее вставляются сквозные компоненты. Затем плата переворачивается, и нижняя сторона SMC приклеивается к плате. Завершающим этапом является пайка волной припоя как сквозных компонентов, так и нижних SMC.

Основные технологические этапы смешанной технологии включают в себя:

  • предварительная и последующая уборка
  • нанесение паяльной пасты и клея (трафаретная печать и размещение (SMT и PTH))
  • вставка компонентов
  • отверждение клея и оплавление припоя
  • флюсование (PTH)
  • пайка волной припоя (PTH)
  • осмотр и доработка
  • Тестирование
  • переделка и ремонт
  • вспомогательные операции — очистка трафарета.

 

Ниже приводится краткое обсуждение важных последствий для окружающей среды, здоровья и безопасности каждого этапа процесса.

Предварительная и последующая очистка

Коммерческие ПП обычно приобретаются у поставщика ПП и предварительно очищаются раствором деионизированной (ДИ) воды для удаления всех поверхностных загрязнений. До возникновения опасений по поводу истощения стратосферного озонового слоя производители электронных устройств использовали разрушающие озоновый слой вещества, такие как хлорфторуглерод (ХФУ), в качестве окончательной очистки или даже предварительной очистки. В конце процесса сборки печатной платы типичным было использование операции «обезжиривания паром» хлорфторуглерода для удаления остатков операции пайки флюсом/волной припоя. Опять же, из-за опасений по поводу разрушения озонового слоя и жесткого нормативного контроля за производством фреонов, были внесены изменения в процесс, которые позволили полным сборкам печатных плат не очищать очистку или использовать только очистку деионизированной водой.

Нанесение паяльной пасты и клея (трафаретная печать и размещение) и вставка компонентов

Нанесение свинцово-оловянной припойной пасты на поверхность печатной платы позволяет прикрепить компонент для поверхностного монтажа к печатной плате и является ключевым моментом в процессе поверхностного монтажа. Материал припоя действует как механическое соединение для электрической и тепловой проводимости, а также как покрытие для защиты поверхности и повышения способности к пайке. Паяльная паста примерно на 70–90 % состоит из нелетучих веществ (в пересчете на массу или массу на объем):

  • свинцово-оловянный припой
  • смесь модифицированных смол (смоляные кислоты или слабоактивированная канифоль)
  • активаторы (в случае «нечистых» продуктов – смеси гидрогалогенидов аминов и кислот или только карбоновые кислоты).

 

Растворители (летучие вещества) составляют оставшуюся часть продукта (обычно это смесь спирта и гликолевого эфира, представляющая собой запатентованную смесь).

Паяльная паста печатается через трафарет, который представляет собой точный образец рисунка поверхности, который должен быть нанесен на поверхность печатной платы. Паяльная паста проталкивается через отверстия в трафарете на контактные площадки на печатной плате с помощью ракеля, который медленно перемещается по трафарету. Затем трафарет снимается, оставляя остатки пасты на соответствующих площадках на плате. Затем компоненты вставляются в печатную плату. Основные опасности EHS связаны с ведением домашнего хозяйства и личной гигиеной операторов, которые наносят паяльную пасту на поверхность трафарета, очищают ракель и очищают трафареты. Концентрация свинца в припое и склонность высохшей паяльной пасты прилипать к коже и рабочим поверхностям оборудования/помещений требуют использования защитных перчаток, тщательной очистки рабочих поверхностей, безопасного удаления загрязненных чистящих материалов ( обращение с окружающей средой) и строгое соблюдение личной гигиены операторами (например, мытье рук с мылом перед едой, питьем или нанесением косметических средств). Уровни воздействия в воздухе, как правило, ниже предела обнаружения свинца, и при надлежащем ведении домашнего хозяйства/личной гигиене показатели содержания свинца в крови находятся на фоновом уровне.

Нанесение клея включает в себя автоматическое нанесение небольших количеств эпоксидной смолы (обычно это смесь бисфенола А и эпихлоргидрина) на поверхность печатной платы, а затем «подбор и размещение» компонента и вставку его через эпоксидную смолу в печатную плату. Опасности EHS, в первую очередь, связаны с механическими опасностями, связанными с безопасностью устройств, работающих по принципу «подбери и помести», из-за их автоматизированных механических узлов, перемещения компонентов в задней части устройств и возможности серьезной травмы, если не используются соответствующие ограждения, световые завесы и аппаратные блокировки. настоящее время.

Адгезионное отверждение и оплавление припоем

Компоненты, которые были прикреплены с помощью трафаретной печати или нанесения клея, затем транспортируются по механическому конвейеру с фиксированной высотой в встроенную печь оплавления, которая «поджигает» припой путем оплавления паяльной пасты при температуре приблизительно от 200 до 400°C. Компоненты, которые были прикреплены эпоксидным клеем, также проходят через печь, расположенную ниже линии оплавления припоя и обычно работающую при температуре от 130 до 160°С.oC. Компоненты-растворители паяльной пасты и эпоксидной смолы удаляются во время процесса в печи, но компонент свинец/олово не испаряется. В вытяжном канале печи оплавления будет накапливаться осадок в виде паутины, и для предотвращения этого можно использовать металлический сетчатый фильтр. PWB могут иногда застревать в конвейерной системе и перегреваться в печи, вызывая неприятные запахи.

Флюс

Для образования надежного паяного соединения на поверхности печатной платы и на выводах компонента они должны быть свободны от окисления и должны оставаться таковыми даже при повышенных температурах, используемых при пайке. Кроме того, расплавленный припой должен смачивать поверхности соединяемых металлов. Это означает, что флюс для припоя должен вступать в реакцию с оксидами металлов и удалять их с соединяемых поверхностей, а также предотвращать повторное окисление очищенных поверхностей. Также требуется, чтобы остатки не вызывали коррозии или легко удалялись. Флюсы для пайки электронного оборудования делятся на три широкие категории, широко известные как флюсы на основе канифоли, органические или водорастворимые флюсы и синтетические флюсы, удаляемые растворителем. Более новые флюсы с низким содержанием твердых частиц «без очистки» или флюсы с нелетучими органическими соединениями (NVOC) относятся к средней категории.

Флюсы на основе канифоли

Флюсы на основе канифоли являются наиболее часто используемыми флюсами в электронной промышленности. аэрозольный флюс or пенный флюс. Флюс может находиться либо внутри оборудования для пайки волной припоя, либо в виде отдельного блока, расположенного на входе в блок. В качестве основы флюсов на основе канифоли используется натуральная канифоль, или канифоль, полупрозрачная канифоль янтарного цвета, получаемая после перегонки скипидара из живицы и канальной смолы сосен. Смола собирается, нагревается и перегоняется, при этом удаляются любые твердые частицы, в результате чего получается очищенная форма натурального продукта. Это однородный материал с одной температурой плавления.

Колофония представляет собой смесь примерно 90% смоляной кислоты, которая в основном представляет собой абиетиновую кислоту (нерастворимую в воде органическую кислоту), с 10% нейтральных материалов, таких как производные стильбена и различные углеводороды. На рис. 1 представлена ​​химическая структура абиетиновой и пимаровой кислот.

Рисунок 1. Абиетиновая и пимаровая кислоты

MIC050F4

Активным компонентом является абиетиновая кислота, которая при температуре пайки химически активна и атакует оксид меди на поверхности ПП, образуя абиетин меди. Флюсы на основе канифоли состоят из трех компонентов: растворителя или носителя, канифоли и активатора. Растворитель просто действует как транспортное средство для флюса. Чтобы быть эффективной, канифоль должна быть нанесена на доску в жидком состоянии. Это достигается путем растворения канифоли и активатора в системе растворителей, обычно изопропиловом спирте (IPA) или многокомпонентных смесях спиртов (IPA, метаноле или этаноле). Затем флюс либо вспенивается на нижнюю поверхность печатной платы путем добавления воздуха или азота, либо распыляется в смеси с низким содержанием твердых частиц, которая имеет более высокое содержание растворителя. Эти компоненты растворителя имеют разную скорость испарения, и в смесь флюса необходимо добавлять разбавитель, чтобы сохранить состав флюса. Основными категориями флюсов на основе канифоли являются: слабоактивные канифоли (RMA), которые являются типичными используемыми флюсами, к которым добавляется мягкий активатор; и канифоль активная (РА), к которому добавлен более агрессивный активатор.

Основной опасностью EHS всех флюсов на основе канифоли является спиртовая основа растворителя. Угрозы безопасности связаны с воспламеняемостью при хранении и использовании, классификацией и обращением с опасными отходами, выбросами в атмосферу и системами очистки, необходимыми для удаления ЛОС, и проблемами промышленной гигиены, связанными с вдыханием и воздействием на кожу (кожу). Каждый из этих пунктов требует отдельной стратегии контроля, обучения и подготовки сотрудников, а также разрешений/соблюдения нормативных требований (Ассоциация производителей электроники, телекоммуникаций и бизнес-оборудования, 1991 г.).

В процессе пайки волной припоя флюс нагревается до 183–399°C; продукты, образующиеся в воздухе, включают алифатические альдегиды, такие как формальдегид. Многие флюсы также содержат активатор гидрохлорида органического амина, который помогает очистить область пайки и выделяет соляную кислоту при нагревании. Другие газообразные компоненты включают бензол, толуол, стирол, фенол, хлорфенол и изопропиловый спирт. В дополнение к газообразным компонентам нагретого флюса образуется значительное количество частиц размером от 0.01 микрона до 1.0 микрона, известных как канифольные пары. Было обнаружено, что эти твердые частицы являются раздражителями дыхательных путей, а также респираторными сенсибилизаторами у чувствительных людей (Hausen, Krohn and Budianto 1990). В Соединенном Королевстве стандарты воздействия в воздухе требуют, чтобы уровни паров канифоли контролировались до минимально достижимых уровней (Health and Safety Commission 1992). Кроме того, Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) установила отдельное пороговое предельное значение для продуктов пиролиза припоя на основе канифоли в размере 0.1 мг/мXNUMX.3, измеряемый как формальдегид (ACGIH 1994). Lead Industries Association, Inc. определяет ацетон, метиловый спирт, алифатические альдегиды (измеряемые как формальдегид), двуокись углерода, моноксид углерода, метан, этан, абиетиновую кислоту и родственные дитерпеновые кислоты как типичные продукты разложения при пайке канифольного сердечника (Lead Industries Association 1990). ).

Органические флюсы

Органические флюсы, иногда называемые промежуточными флюсами или водорастворимыми флюсами, представляют собой композиты, которые более активны, чем флюсы на основе канифоли, и менее агрессивны, чем кислотные флюсы, используемые в металлообрабатывающей промышленности. Общие активные соединения этого класса флюсов делятся на три группы:

  • кислоты (например, стеариновая, глутаминовая, молочная, лимонная)
  • галогены (например, гидрохлориды, бромиды, гидразин)
  • амиды и амины (например, мочевина, триэтаноламин).

 

Эти материалы и другие части состава, такие как поверхностно-активные вещества, способствующие снижению поверхностного натяжения припоя, растворяют в полиэтиленгликоле, органических растворителях, воде или, как правило, в смеси нескольких из них. Органические флюсы следует считать коррозионно-активными, но их можно легко смыть горячей водой.

Синтетические активированные (АС) флюсы

В то время как флюсы на основе канифоли представляют собой твердые материалы, растворенные в растворителе, флюсы AS обычно представляют собой полностью жидкие составы (растворитель + флюс). Растворитель-носитель удаляется во время фазы предварительного нагрева при пайке волной припоя, оставляя влажный и маслянистый остаток на поверхности платы, который необходимо удалить сразу после пайки. Основным свойством флюсов AS является их способность удаляться с помощью подходящего растворителя, обычно на основе фторуглерода. С ограничениями на использование озоноразрушающих веществ, таких как фторуглероды (фреон TF, фреон TMS и т. д.), необходимость использования этих чистящих материалов резко ограничила использование этого класса флюсов.

Флюсы с низким содержанием твердых частиц «без очистки» или флюсы без летучих органических соединений

Необходимость отказа от очистки после пайки от агрессивных или липких остатков флюса фторуглеродными растворителями привела к широкому использованию нового класса флюсов. Эти флюсы аналогичны по активности флюсам RMA и имеют содержание твердых частиц примерно 15%. Содержание твердых частиц является мерой вязкости и равняется отношению флюса к растворителю. Чем ниже содержание твердых веществ, тем выше процент растворителя. Чем выше содержание твердых частиц, тем активнее флюс и тем больше вероятность того, что потребуется этап очистки после пайки. Флюс с низким содержанием твердых частиц (LSF) обычно используется в электронной промышленности и обычно не требует этапа последующей очистки. С точки зрения выбросов в окружающую среду, LSF устраняет необходимость в обезжиривании парами фторуглерода плат для пайки волной припоя, но благодаря более высокому содержанию растворителя они увеличивают количество испаряемых растворителей на спиртовой основе, что приводит к более высоким уровням летучих органических соединений. Уровни выбросов ЛОС в атмосферу строго контролируются в Соединенных Штатах и ​​во многих местах по всему миру. Эта ситуация была решена путем введения «нечистых» флюсов, которые основаны на воде (а не на основе растворителя), но содержат аналогичные активаторы и флюсовые канифоли. Основными активными ингредиентами являются дикарбоновые кислоты (от 2 до 3%). обычно глутаровая, янтарная и адипиновая кислоты. Поверхностно высокопоставленных ингибиторы коррозии (примерно 1%), в результате чего pH (кислотность) составляет от 3.0 до 3.5. Эти флюсы практически исключают выбросы летучих органических соединений в атмосферу и другие опасности для окружающей среды и окружающей среды, связанные с использованием флюсов на основе растворителей. Продукты разложения, обнаруженные во флюсах на основе канифоли, по-прежнему применимы, а низкий уровень pH требует, чтобы оборудование для работы с флюсами было кислотоустойчивым. Некоторые неподтвержденные данные указывают на потенциальные проблемы с кожей или дыхательными путями из-за высушенных слабокислых дикарбоновых кислот и ингибиторов коррозии, которые могут оседать на держателях плат, тележках и внутренних поверхностях оборудования для пайки волной припоя, использующего эти соединения. Кроме того, водная составляющая этих флюсов может не испариться должным образом до попадания в ванну с расплавленным припоем, что может привести к разбрызгиванию горячего припоя.

Волновая пайка

Добавление флюса к нижней поверхности печатной платы может быть выполнено либо с помощью флюса, расположенного внутри модуля пайки волной припоя, либо с помощью автономного устройства на входе в модуль пайки волной припоя. На рис. 2 схематично представлен стандартный модуль для пайки волной припоя с расположенным внутри флюсом. Любая конфигурация используется для вспенивания или распыления флюса на печатную плату.

Рис. 2. Схема устройства для пайки волной припоя

МИКО50Ф5

Прогревание

Перед пайкой флюсоносители должны быть выпарены. Это достигается за счет использования высокотемпературных подогревателей для отгонки жидких компонентов. Применяются два основных типа подогревателей: лучистые (горячий стержень) и объемные (горячий воздух). Лучистые нагреватели широко распространены в Соединенных Штатах и ​​представляют собой потенциальную возможность воспламенения избыточного флюса или растворителя или разложения печатной платы, если она окажется иммобилизованной под подогревателем. Местная вытяжная вентиляция предусмотрена на стороне флюса/подогревателя установки для пайки волной припоя для улавливания и отвода растворителя/флюса, испаряющегося во время этих операций.

паять

Припой (обычно 63 % олова и 37 % свинца) содержится в большом резервуаре, называемом паяльный горшок, и нагревается электрически, чтобы поддерживать припой в расплавленном состоянии. Нагреватели включают в себя мощный объемный нагреватель для начального плавления и меньший регулируемый источник тепла для термостатического контроля температуры.

Успешная пайка на уровне платы требует, чтобы конструкция припойного тигля и системы рециркуляционного насоса постоянно обеспечивали постоянную «волну» свежего припоя. При пайке чистый припой загрязняется окисленными соединениями свинца и олова, металлическими примесями и продуктами разложения флюса. Этот окалина образуется на поверхности расплавленного припоя, и чем больше образуется окалины, тем больше склонность к дополнительному образованию. Окалина вредна для процесса пайки и волны припоя. Если в баке образуется достаточное количество жидкости, она может попасть в рециркуляционный насос и вызвать истирание крыльчатки. Операторы пайки волной припоя должны удалять окалину волна в обычном режиме. В этом процессе оператор процеживает затвердевший шлак из расплавленного припоя и собирает остатки для утилизации/переработки. Процесс удаления окалины включает в себя то, что оператор физически открывает заднюю дверцу доступа (обычно в конфигурации «крыло залива») рядом с ванночкой для припоя и вручную вычерпывает горячий окалина. Во время этого процесса из горшка высвобождаются видимые излучения, которые сильно раздражают глаза, нос и горло оператора. Оператор должен носить термоперчатки, фартук, защитные очки и защитную маску, а также средства защиты органов дыхания (от частиц свинца/олова, агрессивных газов (HCl) и алифатического альдегида (формальдегида)). Местная вытяжная вентиляция обеспечивается изнутри установки для пайки волной припоя, но припойная ванночка механически выдвигается из основного корпуса, чтобы обеспечить оператору прямой доступ к обеим сторонам горячей ванны. После извлечения местный вытяжной канал, установленный в шкафу, становится неэффективным для удаления высвободившихся материалов. Основными угрозами для здоровья и безопасности являются: термические ожоги от горячего припоя, попадание в дыхательные пути указанных выше материалов, травмы спины при работе с тяжелыми слитками припоя и барабанами для шлака, а также воздействие остатков свинцового/оловянного припоя/мелкодисперсных частиц во время работ по техническому обслуживанию.

Во время фактического процесса пайки дверцы доступа закрыты, а внутренняя часть установки для пайки волной припоя находится под отрицательным давлением из-за местной вытяжной вентиляции, предусмотренной на сторонах волны для флюса и припоя. Эта вентиляция и рабочая температура припойного тигля (обычно от 302 до 316°C, что чуть выше точки плавления припоя) приводят к минимальному образованию паров свинца. Основное воздействие частиц свинца/олова происходит во время операций по удалению окалины и технического обслуживания оборудования, при перемешивании окалины в ванне, переносе в емкость для регенерации и очистке от остатков припоя. Мелкие частицы свинца/олова образуются во время операции удаления окалины и могут попасть в рабочее помещение и зону дыхания оператора пайки волной припоя. Для сведения к минимуму потенциального воздействия частиц свинца были разработаны различные стратегии инженерного контроля, в том числе включение местной вытяжной вентиляции в резервуар для регенерации (см. вентиляция в горячем котле во время удаления окалины. Использование веников или щеток для подметания остатков припоя должно быть запрещено. Необходимо также соблюдать строгие правила ведения домашнего хозяйства и личной гигиены. Во время операций по техническому обслуживанию оборудования для пайки волной припоя (которые проводятся еженедельно, ежемесячно, ежеквартально и ежегодно) различные компоненты горячего тигля либо очищаются внутри оборудования, либо удаляются и очищаются в локальном вытяжном шкафу. Эти операции по очистке могут включать физическое соскабливание или механическую очистку (с использованием электродрели и проволочной щетки) насоса для припоя и отражателей. В процессе механической очистки образуются высокие уровни частиц свинца, и этот процесс должен выполняться в помещении с локальной вытяжкой.

Рис. 3. Тележка для окалины с вакуумной крышкой

MIC050F6

Осмотр, доработка и тестирование

Функции визуального осмотра и подкраски проводятся после пайки волной припоя и включают использование увеличительных линз/проблесковых ламп для тонкой проверки и подкраски дефектов. Функция подкраски может включать использование припой ручной паяльник и припой с канифольным сердечником или нанесение щеткой небольшого количества жидкого флюса и припоя из свинцово-оловянной проволоки. В видимых испарениях от пайки стержнем присутствуют продукты распада флюса. Небольшие количества шариков свинцово-оловянного припоя, которые не прилипли к паяному соединению, могут создавать проблемы при ведении хозяйства и личной гигиене. Должен быть предусмотрен либо примыкающий к рабочему месту вентилятор для общей проветривания вдали от зоны дыхания оператора, либо более совершенная система отвода дыма, улавливающая продукты распада на жало паяльника или рядом с рабочим местом. Затем дым направляется в выхлопную систему воздушного скруббера, которая включает фильтрацию HEPA для твердых частиц и адсорбцию газа активированным углем для алифатических альдегидов и газообразных соляных кислот. Эффективность этих паяльных вытяжных систем сильно зависит от скорости улавливания, близости к месту образования дыма и отсутствия поперечной тяги на рабочей поверхности. Электрические испытания готовой печатной платы требуют специального испытательного оборудования и программного обеспечения.

Переделка и ремонт

По результатам тестирования плат дефектные платы оцениваются на наличие отказов определенных компонентов и заменяются. Эта доработка плат может включать пайку палочкой. Если первичные компоненты на печатной плате, такие как микропроцессор, нуждаются в замене, переделка припоя используется для погружения той части платы, на которой находится неисправный компонент или соединение, в небольшой припой, извлечения компонента и последующей установки нового функционального компонента обратно на плату. Если компонент меньше или легче удаляется, воздушный вакуум применяется система, использующая горячий воздух для нагрева паяного соединения и вакуум для удаления припоя. Резервуар для ремонтного припоя размещен внутри кожуха с локальной вентиляцией, обеспечивающей достаточную скорость истечения для улавливания продуктов разложения флюса, образующихся при нанесении жидкого припоя на плату и установлении контакта с припоем. Этот горшок также образует окалина и требует оборудования и процедур для удаления окалины (в гораздо меньших масштабах). Воздушно-вакуумная система не требует размещения в корпусе, но удаленный свинцово-оловянный припой следует утилизировать как опасные отходы и утилизировать/перерабатывать.

Вспомогательные операции — очистка трафаретов

Первый шаг в процессе сборки печатной платы заключался в использовании трафарета для создания рисунка мест соединения для пасты свинцово-оловянного припоя. Как правило, отверстия трафарета начинают засоряться, и остатки свинцово-оловянной припойной пасты приходится удалять каждую смену. Предварительная очистка обычно выполняется на трафаретном принтере, чтобы уловить сильное загрязнение на доске, путем протирания поверхности доски разбавленной спиртовой смесью и одноразовыми салфетками. Для полного удаления оставшихся остатков требуется процесс влажной уборки. В системе, похожей на большую посудомоечную машину, для химического удаления паяльной пасты с трафарета используется горячая вода (57°C) и химический раствор разбавленных алифатических аминов (моноэтаноламин). Значительное количество свинцово-оловянного припоя смывается с платы и либо осаждается в промывочной камере, либо растворяется в сточных водах. Эти стоки требуют фильтрации или химического удаления свинца, а также регулировки pH для коррозионно-активных алифатических аминов (с использованием соляной кислоты). В более новых очистителях трафаретов с закрытой системой используется один и тот же моющий раствор, пока он не будет израсходован. Раствор переносят в перегонную установку и отгоняют летучие вещества до образования полужидкого остатка. Затем с этим остатком обращаются как с опасными отходами, загрязненными свинцом/оловом.

Процесс сборки компьютера

После того, как окончательная печатная плата собрана, она передается на операцию сборки системы для включения в конечный компьютерный продукт. Эта операция, как правило, очень трудоемка, поскольку собираемые детали доставляются на отдельные рабочие места на направляющих тележках вдоль механизированной сборочной линии. Основные опасности для здоровья и безопасности связаны с перемещением и размещением материалов (вилочные погрузчики, ручной подъем), эргономическими последствиями процесса сборки (диапазон движения, усилие вставки, необходимое для «установки» компонентов, установка винтов и соединителей) и окончательной упаковкой. , термоусадочная упаковка и доставка. Типичный процесс сборки компьютера включает в себя:

  • подготовка шасси/кейса
  • Вставка печатной платы (материнской и дочерней плат)
  • вставка основного компонента (дисковода, жесткого диска, блока питания, дисковода компакт-дисков)
  • дисплей в сборе (только портативные)
  • вставка мыши и клавиатуры (только портативные компьютеры)
  • кабели, разъемы и динамики
  • верхняя крышка в сборе
  • загрузка программного обеспечения
  • тестXNUMX
  • переделывать
  • зарядка аккумулятора (только портативные) и упаковка
  • термоусадочная упаковка и доставка.

 

Единственные химические вещества, которые могут использоваться в процессе сборки, связаны с окончательной очисткой корпуса компьютера или монитора. Обычно используется разбавленный раствор изопропилового спирта и воды или коммерчески доступная смесь очистителей (например, Simple Green — разбавленный бутилцеллозольв и водный раствор).

 

Назад

Как развивающаяся отрасль производство полупроводников часто рассматривается как воплощение высокотехнологичного рабочего места. Из-за строгих производственных требований, связанных с производством нескольких слоев электронных схем микронного размера на кремниевых пластинах, среда чистых помещений стала синонимом рабочего места в этой отрасли. Поскольку некоторые гидридные газы, используемые в производстве полупроводников (например, арсин, фосфин), уже давно были признаны высокотоксичными химическими веществами, технология контроля воздействия при вдыхании всегда была важным компонентом производства пластин. Рабочие-полупроводники дополнительно изолированы от производственного процесса за счет ношения специальной одежды, закрывающей все тело (например, халатов), шапочек для волос, бахил и, часто, лицевых масок (или даже дыхательных аппаратов с подачей воздуха). С практической точки зрения забота работодателей о чистоте продукта также привела к необходимости защиты работников от воздействия вредных веществ.

В дополнение к индивидуальной защитной одежде, в полупроводниковой промышленности используются высокотехнологичные системы вентиляции и химического/газового мониторинга воздуха для обнаружения утечек паров токсичных химических растворителей, кислот и газообразных гидридов в частях на миллион (ppm) или меньше. Хотя, с исторической точки зрения, в отрасли происходили частые эвакуации рабочих из цехов изготовления пластин из-за реальных или предполагаемых утечек газов или растворителей, такие эпизоды эвакуации стали редкими событиями из-за уроков, извлеченных при проектировании систем вентиляции, токсичных газов. /обработка химикатов и все более сложные системы контроля воздуха с непрерывным отбором проб воздуха. Однако растущая денежная стоимость отдельных кремниевых пластин (вместе с увеличением диаметра пластин), которые могут содержать множество отдельных микропроцессоров или устройств памяти, может создать психологическую нагрузку на рабочих, которые должны вручную манипулировать контейнерами этих пластин во время производственных процессов. Доказательства такого стресса были получены в ходе исследования рабочих полупроводников (Hammond et al., 1995; Hines et al., 1995; McCurdy et al., 1995).

Полупроводниковая промышленность зародилась в Соединенных Штатах, где проживает самое большое количество рабочих полупроводниковой промышленности (примерно 225,000 1994 в XNUMX г.) среди всех стран. (БСТ 1995). Однако получение достоверных международных оценок занятости для этой отрасли затруднено из-за включения рабочих полупроводников с работниками «производства электрического/электронного оборудования» в статистику большинства стран. Из-за строгого технического контроля, необходимого для производства полупроводниковых устройств, наиболее вероятно, что рабочие места (т. е. чистые помещения) для полупроводников во многих отношениях сопоставимы во всем мире. Это понимание, в сочетании с требованиями правительства США о регистрации всех значительных производственных травм и заболеваний среди американских рабочих, делает производственный травматизм и опыт болезней американских рабочих, занятых в полупроводниковой промышленности, весьма актуальным вопросом как в национальном, так и в международном масштабе. Проще говоря, в настоящее время существует несколько международных источников релевантной информации и данных, касающихся безопасности и здоровья работников полупроводниковой промышленности, кроме тех, которые взяты из Ежегодного обследования профессиональных травм и заболеваний, проводимого Бюро статистики труда США (BLS).

В Соединенных Штатах, которые собирают данные о производственных травмах и заболеваниях по всем отраслям с 1972 года, частота производственных травм и заболеваний среди работников полупроводниковой промышленности была одной из самых низких среди всех отраслей обрабатывающей промышленности. Однако были высказаны опасения, что у работников полупроводников могут быть более тонкие последствия для здоровья. (LaDou 1986), хотя такие эффекты не были задокументированы.

Было проведено несколько симпозиумов, посвященных оценке технологий управления в полупроводниковой промышленности, причем несколько докладов на симпозиумах касались вопросов охраны окружающей среды, безопасности и здоровья работников (ACGIH 1989, 1993).

Ограниченное количество данных о производственном травматизме и заболеваниях для международного сообщества производителей полупроводников было получено в результате специального обследования, проведенного в 1995 г., включающего случаи, зарегистрированные за 1993 и 1994 гг. Эти данные обобщаются ниже.

Производственные травмы и заболевания среди работников полупроводниковой промышленности

Что касается международных статистических данных о производственных травмах и заболеваниях среди работников полупроводниковой промышленности, то единственными сопоставимыми данными являются данные, полученные в результате обследования многонациональных предприятий по производству полупроводников, проведенного в 1995 году (Lassiter, 1996). Данные, собранные в этом обзоре, касались международной деятельности американских производителей полупроводников за 1993–94 годы. Некоторые данные опроса включали операции, отличные от производства полупроводников (например, производство компьютеров и дисководов), хотя все участвующие компании были связаны с электронной промышленностью. Результаты этого опроса представлены на рисунке 1 и рисунке 2, которые включают данные из Азиатско-Тихоокеанского региона, Европы, Латинской Америки и США. В каждом случае речь шла о производственной травме или заболевании, которые требовали медицинского лечения, либо о потере работы, либо о ее ограничении. Все коэффициенты заболеваемости на рисунках рассчитаны как количество случаев (или потерянных рабочих дней) на 200,000 200,000 человеко-часов в год. Если общее количество рабочих часов было недоступно, использовались среднегодовые оценки занятости. Знаменатель в 100 2,000 рабочих часов равен XNUMX эквивалентным работникам с полной занятостью в год (при условии, что на одного работника приходится XNUMX XNUMX рабочих часов в год).

Рис. 1. Распределение показателей заболеваемости производственными травмами и болезнями по отраслям мира, 1993 и 1994 гг.

MIC060F6

Рис. 2. Распределение показателей заболеваемости травмами и болезнями с нерабочими днями по секторам мира в 1993 и 1994 гг.

MIC060F7

На Рисунке 1 показаны уровни производственного травматизма и заболеваемости для различных регионов мира в ходе обследования 1993–94 годов. Ставки по отдельным странам не были включены для обеспечения конфиденциальности тех участвующих компаний, которые были единственными источниками данных для определенных стран. Таким образом, для некоторых стран, участвовавших в обследовании, были представлены данные только по одному объекту. В ряде случаев компании объединяли все международные данные в единую статистику. Эти последние данные перечислены на рис. 1 и рис. 2 как «объединенные».

Ежегодная частота производственных травм и заболеваний среди всех рабочих в международном обследовании составляла 3.3 случая на 100 занятых (200,000 1993 рабочих часов) в 2.7 г. и 1994 в 12,615 г. В 1993 г. было зарегистрировано 12,368 1994 случаев, а в 12,130 г. - 1993 387,000 случаев. ящики (1993 458,000 в 1994 г.) были получены от компаний США. Эти случаи касались примерно XNUMX XNUMX рабочих в XNUMX году и XNUMX XNUMX в XNUMX году.

На Рисунке 2 представлены показатели заболеваемости случаями потери рабочего дня в связи с отсутствием на работе дней. Показатели заболеваемости в 1993 и 1994 годах были основаны примерно на 4,000 случаев потери рабочего дня за каждый из двух лет международного исследования. Международный/региональный диапазон показателей заболеваемости для этой статистики был самым узким из измеренных. Частота случаев потери рабочего дня может представлять собой наиболее сопоставимую международную статистику в отношении безопасности и здоровья работников. Уровень заболеваемости потерянными рабочими днями (днями отсутствия на работе) составлял примерно 2 дня отсутствия на работе на 15.4 работающих за каждый из двух лет.

Единственными известными подробными данными, касающимися характеристик случаев травм и заболеваний работников полупроводниковой промышленности, являются данные, ежегодно собираемые в США BLS, включая случаи с потерянными рабочими днями. Обсуждаемые здесь случаи были выявлены BLS в своем ежегодном обзоре за 1993 год. Данные, полученные по этим случаям, представлены на рис. 3, рис. 4, рис. 5 и рис. все производство и производство полупроводников.

Рисунок 3. Сравнительная частота случаев потери рабочего времени1 по типу события или экспозиции, 1993 г.

MIC060F2

Рисунок 4. Сравнительная частота случаев потери рабочего дня1 по источнику травмы или болезни, 1993 г.

MIC060F3

Рисунок 5. Сравнительная частота случаев потери рабочего дня1 по характеру травмы или болезни, 1993 г.

MIC060F4

Рисунок 6. Сравнительная частота случаев потери рабочего дня по пораженным частям тела, 1993 г.

MIC060F5

На Рисунке 3 сравнивается количество потерянных рабочих дней рабочих полупроводниковой промышленности США в 1993 г. с частным сектором и всем обрабатывающим производством в зависимости от типа события или воздействия. Показатели заболеваемости для большинства категорий на этом рисунке были намного ниже для работников полупроводниковой промышленности, чем для частного сектора или всего производства. Случаи, связанные с перенапряжением среди рабочих полупроводников, были менее чем в два раза меньше, чем среди всех рабочих в производственном секторе. Категория вредного воздействия (в основном связанная с воздействием химических веществ) была одинаковой для всех трех групп.

Сравнительное распределение случаев потери рабочего дня в зависимости от источника травмы или болезни представлено на рисунке 4. Показатели частоты случаев потери рабочего дня для работников полупроводниковой промышленности были ниже, чем для частного сектора и всего производства во всех категориях источников, за исключением случаев, связанных с воздействием химических веществ. вещества.

На рис. 5 сравниваются показатели частоты случаев потери рабочего времени, связанные с характером травмы или заболевания, среди трех групп. В 1993 г. показатели для рабочих-полупроводников составляли менее половины показателей как для частного сектора, так и для всего производства. Заболеваемость химическими ожогами была несколько выше среди рабочих-полупроводников, но была очень низкой для всех трех групп сравнения. Заболеваемость туннельным синдромом запястья (CTS) среди рабочих полупроводниковой промышленности США была менее чем в два раза меньше, чем на всех производствах.

На рисунке 6 показано распределение и частота случаев, связанных с выходом на работу в течение нескольких дней, в зависимости от пораженной части тела. Хотя частота случаев, связанных с системами организма, была низкой во всех группах сравнения, показатель среди работников полупроводников был несколько выше. Все другие пораженные части тела были намного ниже у рабочих-полупроводников, чем у двух других групп сравнения.

Эпидемиологические исследования рабочих-полупроводников

Обеспокоенность возможными последствиями для репродуктивного здоровья, связанными с работой в области полупроводников, возникла в 1983 году, когда женщина, сотрудница полупроводникового предприятия Digital Equipment Corporation в Гудзоне, штат Массачусетс, заявила, что, по ее мнению, среди сотрудников в чистых помещениях предприятия произошло слишком много выкидышей. Это утверждение в сочетании с отсутствием внутренних данных в учреждении привело к эпидемиологическому исследованию, проведенному Школой общественного здравоохранения Массачусетского университета в Амхерсте (UMass). Исследование было начато в мае 1984 г. и завершено в 1985 г. (Pastides et al., 1988).

Повышенный риск выкидыша наблюдался как в зоне фотолитографии, так и в зоне диффузии по сравнению с работниками, не подвергавшимися воздействию, в других зонах предприятия. Относительный риск 1.75 считался статистически незначимым (p<0.05), хотя относительный риск 2.18, наблюдаемый среди рабочих в районах распространения, был значимым. Публикация исследования Университета Массачусетса вызвала обеспокоенность всей полупроводниковой промышленности в связи с необходимостью проведения более крупного исследования для подтверждения наблюдаемых результатов и определения их степени и возможной причинно-следственной связи.

Ассоциация полупроводниковой промышленности (SIA) Соединенных Штатов спонсировала более крупное исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Дэвисе (UC Davis), начиная с 1989 года. Исследование UC Davis было разработано для проверки гипотезы о том, что производство полупроводников связано с повышенным риском. выкидышей у женщин, работающих на производстве пластин. Популяция для исследования была выбрана из числа 14 компаний, которые представляли 42 производственных площадки в 17 штатах. Наибольшее количество сайтов (представляющих почти половину сотрудников в исследовании) было в Калифорнии.

Исследование Калифорнийского университета в Дэвисе состояло из трех различных компонентов: поперечного компонента (McCurdy et al., 1995; Pocekay et al., 1995); компонент исторической когорты (Schenker et al., 1995); и предполагаемый компонент (Eskenazi et al. 1995). Центральным элементом каждого из этих исследований была оценка воздействия (Hines et al., 1995; Hammond et al., 1995). Компонент оценки воздействия относит сотрудников к группе относительного воздействия (т. е. с высоким воздействием, низким воздействием и т. д.).

В историческом компоненте исследования было определено, что относительный риск производственных рабочих по сравнению с непроизводственными рабочими составлял 1.45 (т.е. 45% повышенный риск выкидыша). Группу наибольшего риска, выявленную в исторической составляющей исследования, составили женщины, работавшие в области фотолитографии или травления. У женщин, выполняющих операции травления, относительный риск составлял 2.15 (RR = 2.15). Кроме того, среди женщин, которые работали с любым фоторезистом или проявителем, наблюдалась зависимость доза-реакция в отношении повышенного риска выкидыша. Эти данные подтверждают связь доза-реакция для эфиров этиленгликоля (EGE), но не для эфиров пропиленгликоля (PGE).

Хотя в проспективном компоненте исследования Калифорнийского университета в Дэвисе среди работниц по производству пластин наблюдался повышенный риск выкидыша, результаты не были статистически значимыми (р менее 0.05). Небольшое количество беременностей существенно снижало мощность проспективного компонента исследования. Анализ воздействия химического агента показал повышенный риск для тех женщин, которые работали с моноэтиловым эфиром этиленгликоля, но был основан только на 3 беременностях. Одним из важных выводов была общая поддержка, а не противоречие выводам исторического компонента.

Поперечный компонент исследования отметил усиление симптомов со стороны верхних дыхательных путей, прежде всего, в группах рабочих диффузионной печи и тонкопленочной печи. Интересным открытием стал очевидный защитный эффект различных инженерных средств управления, связанных с эргономикой (например, подставки для ног и использование регулируемого кресла для уменьшения травм спины).

Измерения воздуха, проведенные на фабриках по производству вафель, показали, что в большинстве случаев воздействие растворителей составляло менее 1% от допустимых пределов воздействия (PEL), установленных правительством США.

Отдельное эпидемиологическое исследование (Correa et al. 1996) было проведено Университетом Джонса Хопкинса (JHU) с участием группы сотрудников полупроводниковой корпорации IBM в 1989 году. Общий уровень выкидышей, наблюдаемый в исследовании JHU с участием женщин, работающих в чистых помещениях, составил 16.6%. Относительный риск выкидыша среди работниц чистых помещений с самым высоким потенциальным воздействием эфиров этиленгликоля составил 2.8 (95% ДИ = 1.4-5.6).

Обсуждение репродуктивных эпидемиологических исследований с участием рабочих-полупроводников

Эпидемиологические исследования отличались размахом и сходством результатов. Все эти исследования дали аналогичные результаты. Каждое исследование зафиксировало повышенный риск самопроизвольного аборта (выкидыша) у женщин, работающих на производстве полупроводниковых пластин. Два исследования (JHU и UC Davis) могут указывать на причинно-следственную связь с воздействием эфиров гликоля на основе этилена. Исследование Университета Массачусетса показало, что фотогруппа (те, кто подвергался воздействию гликолевого эфира) подвергалась меньшему риску, чем диффузионная группа, у которой не было документально подтвержденного воздействия гликолевого эфира. Хотя эти исследования указывают на повышенный риск самопроизвольных абортов среди рабочих, производящих пластины, причина такого повышенного риска неясна. В исследовании JHU не удалось задокументировать значительную роль эфиров гликоля, а исследование Калифорнийского университета в Дэвисе лишь незначительно связало эфиры гликоля (путем моделирования воздействия и самоотчетных методов работы) с репродуктивными эффектами. Ни в одном из исследований не проводилось мониторинга для определения воздействия гликолевых эфиров. После завершения этих исследований полупроводниковая промышленность начала переходить от простых эфиров этиленгликоля к заменителям, таким как этиллактат и простые эфиры пропиленгликоля.

Заключение

Согласно наилучшим имеющимся данным о годовой частоте производственных травм и заболеваний, работники полупроводниковой промышленности подвергаются меньшему риску, чем работники других производственных секторов или всего частного сектора (включая многие непроизводственные отрасли). На международном уровне представляется, что статистические данные о производственных травмах и заболеваниях, связанные со случаями потери рабочего времени, могут быть достаточно надежным индикатором мирового опыта в области безопасности и здоровья работников полупроводниковой промышленности. Промышленность спонсировала несколько независимых эпидемиологических исследований в попытке найти ответы на вопросы о последствиях для репродуктивного здоровья, связанных с занятостью в отрасли. Хотя четкая связь между наблюдаемыми выкидышами и воздействием эфиров гликоля на основе этилена не была установлена, в промышленности начали использовать альтернативные растворители фоторезистов.

 

Назад

Обзор отрасли

Электронная промышленность, по сравнению с другими отраслями, считается «чистой» с точки зрения воздействия на окружающую среду. Тем не менее, химические вещества, используемые при производстве электронных деталей и компонентов, и образующиеся отходы создают серьезные экологические проблемы, которые необходимо решать в глобальном масштабе из-за размера электронной промышленности. Отходы и побочные продукты, полученные при производстве печатных плат (PWB), печатных плат (PCB) и полупроводников, представляют собой области, представляющие интерес для электронной промышленности с точки зрения предотвращения загрязнения, технологий обработки и методов переработки/восстановления. .

В значительной степени стремление контролировать воздействие электронных процессов на окружающую среду переместилось из экологического стимула в финансовую сферу. Из-за затрат и обязательств, связанных с опасными отходами и выбросами, в электронной промышленности активно внедряются и разрабатываются средства контроля окружающей среды, которые значительно снижают воздействие побочных продуктов и отходов. Кроме того, электронная промышленность предприняла активный подход к включению экологических целей, инструментов и методов в свой экологически сознательный бизнес. Примерами такого упреждающего подхода являются поэтапный отказ от фреонов и перфторированных соединений и разработка «экологически безопасных» альтернатив, а также новый подход «дизайн для окружающей среды» к разработке продуктов.

Производство печатных плат, печатных плат и полупроводников требует использования различных химикатов, специальных производственных технологий и оборудования. Из-за опасностей, связанных с этими производственными процессами, надлежащее управление химическими побочными продуктами, отходами и выбросами имеет важное значение для обеспечения безопасности работников отрасли и защиты окружающей среды в сообществах, в которых они проживают.

В Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3 представлены основные побочные продукты и отходы, образующиеся при производстве печатных плат, печатных плат и полупроводников. Кроме того, в таблицах представлены основные виды воздействия на окружающую среду и общепринятые средства смягчения последствий и контроля над потоком отходов. В первую очередь образующиеся отходы воздействуют на промышленные сточные воды или воздух или становятся твердыми отходами.

Таблица 1. Образование отходов ПП и контроль

Шаги процесса

Опасный
отходы/материалы

Экологические исследования георадаром
влияние

Настройки1

Материалы
подготовка

Ничто

Ничто

Ничто

Стек и булавка

Тяжелые/драгоценные металлы
Эпоксидная смола/стекловолокно

Твердые отходы2
Твердые отходы2

Переработка / восстановление
Переработка / восстановление

Бурение

Тяжелые/драгоценные металлы
Эпоксидная смола/стекловолокно

Твердые отходы2
Твердые отходы2

Переработка / восстановление
Переработка / восстановление

заусенцы

Тяжелые/драгоценные металлы
Эпоксидная смола/стекловолокно

Твердые отходы2
Твердые отходы2

Переработка / восстановление
Переработка / восстановление

безэлектродный
меднение

Драгоценные металлы

Коррозионные/каустические вещества

Фториды

Сточные Воды

Сточные воды/воздух

Сточные Воды

Химическое осаждение

Нейтрализация pH/очистка воздуха
(поглощение)
Химическая нейтрализация

Изображениями

Растворители

Едкие
Растворители

воздуха

воздуха
Твердые отходы2

Адсорбция, конденсация или
сжигание
Очистка воздуха (абсорбция)
Переработка/восстановление/сжигание

Покрытие узором

Едкие

Драгоценные металлы
Фториды

Сточные воды/воздух

Сточные Воды
Сточные Воды

Нейтрализация pH/очистка воздуха
(поглощение)
Химическое осаждение
Химическое осаждение

Полоса, травление, полоса

аммоний
Драгоценные металлы
Растворители

воздуха
Сточные Воды
Твердые отходы2

Очистка воздуха (адсорбция)
Химическое осаждение
Переработка/восстановление/сжигание

Паяльная маска

Едкие
Растворители

Растворители/эпоксидные чернила

воздуха
воздуха

Твердые отходы2

Очистка воздуха (адсорбция)
Адсорбция, конденсация или
сжигание
Переработка/восстановление/сжигание

Покрытие припоем

Растворители

Едкие
Свинцово-оловянный припой, флюс

воздуха

воздуха
Твердые отходы2

Адсорбция, конденсация или
сжигание
Очистка воздуха (адсорбция)
Переработка / восстановление

Позолота

Едкие
Едкие
Драгоценные металлы
Драгоценные металлы

воздуха
Сточные Воды
Сточные Воды
Твердые отходы2

Очистка воздуха (адсорбция)
нейтрализация рН
Химическое осаждение
Переработка / восстановление

Компонент
легенда

Растворители

Растворители/чернила

воздуха

Твердые отходы2

Адсорбционная конденсация или
сжигание
Переработка/восстановление/сжигание

1. Использование мер по смягчению последствий зависит от пределов сброса в конкретном месте.

2. Твердые отходы – любые выбрасываемые материалы независимо от их состояния.

Таблица 2. Образование отходов ПХБ и контроль

Шаги процесса

Опасный
отходы/материалы

Экологические исследования георадаром
влияние

Настройки

Уборка

Металлы (свинец)

Сточные Воды

Нейтрализация pH, химическая
осаждение, переработка свинца

Паяльная паста

Паяльная паста (свинец/олово)

Твердые отходы

Переработка / восстановление

Клей
приложению

Эпоксидные клеи

Твердые отходы

сжигание

Компонент
вставка

   

Пластиковые ленты, катушки и трубки
перерабатываются/используются повторно

Адгезивное отверждение и
припой

     

Флюс

Растворитель (флюс ИПС)

Твердые отходы

Переработка

Волновая пайка

Металл (припой)

Твердые отходы

Переработка / восстановление

Осмотр и
ретушь

Металл
(обрезки свинцовых проводов)

Твердые отходы

Переработка / восстановление

Тестирование

Списано заселено
платы

Твердые отходы

Переработка / восстановление
(доски выплавлены на драгоценные
восстановление металла)

Переработка и
ремонт

Металл (припой)

Твердые отходы

Переработка / восстановление

Поддержка
операции — трафарет
очистка

Металл
(свинец/олово/паяльная паста)

Твердые отходы

Переработка/сжигание

 

Таблица 3. Образование и контроль отходов производства полупроводников

Шаги процесса

Опасный
отходы/материалы

Экологические исследования георадаром
влияние

Настройки

Литография/офорт

Растворители
Драгоценные металлы
Коррозионные вещества/каустики
Едкие
Серная кислота
Фториды

Твердые отходы
Сточные Воды
Сточные Воды
воздуха
Твердые отходы
Сточные Воды

Переработка/восстановление/сжигание
Химическое осаждение
нейтрализация рН
Очистка воздуха (абсорбция)
Перерабатывать/перерабатывать
Химическое осаждение

Окисление

Растворители
Едкие

Твердые отходы
Сточные Воды

Переработка/восстановление/сжигание
нейтрализация рН

легирование

Ядовитый газ (арсин,
фосфин, диборан,
трифторид бора,
треххлористый бор и др.)
Металлы (мышьяк,
фосфор, бор)

воздуха



Твердые отходы

Замена жидкостью
источники/сжигание
(форсаж)

Переработка / восстановление

Химическое осаждение из паровой фазы

Драгоценные металлы

Едкие

Твердые отходы

Сточные Воды

сжигание

нейтрализация рН

Металлизация

Растворители
Драгоценные металлы

Твердые отходы
Твердые отходы

сжигание
Переработка / восстановление

Сборка и тестирование

Растворители
Драгоценные металлы

Твердые отходы
Твердые отходы

Переработка/восстановление/сжигание
Переработка / восстановление

Уборка

Едкие
Фториды

Сточные Воды
Сточные Воды

нейтрализация рН
Химическое осаждение

 

Ниже приведены общепринятые способы снижения выбросов в производстве печатных плат, печатных плат и полупроводников. Выбор средств контроля будет варьироваться в зависимости от технических возможностей, требований регулирующих органов и конкретных компонентов/концентраций потока отходов.

Контроль сточных вод

Химическое осаждение

Химическое осаждение обычно используется для удаления твердых частиц или растворимых металлов из сточных вод. Поскольку металлы не разлагаются естественным образом и токсичны при низких концентрациях, их удаление из промышленных сточных вод имеет важное значение. Металлы можно удалить из сточных вод химическим путем, так как они плохо растворяются в воде; их растворимость зависит от pH, концентрации металла, типа металла и присутствия других ионов. Как правило, поток отходов требует корректировки pH до надлежащего уровня для осаждения металла. Требуется добавление химикатов в сточные воды для изменения физического состояния растворенных и взвешенных твердых частиц. Обычно используются известковые, каустические и сульфидные осаждающие агенты. Осаждающие агенты облегчают удаление растворенных и взвешенных металлов путем коагуляции, осаждения или улавливания в осадке.

Результатом химического осаждения сточных вод является накопление ила. Поэтому были разработаны процессы обезвоживания для уменьшения веса осадка с помощью центрифуг, фильтр-прессов, фильтров или осушающих слоев. Полученный обезвоженный шлам может быть отправлен на сжигание или захоронение.

нейтрализация рН

pH (концентрация ионов водорода или кислотность) является важным параметром качества промышленных сточных вод. Из-за неблагоприятного воздействия экстремальных значений pH в природных водах и на операции по очистке сточных вод, pH промышленных сточных вод необходимо корректировать перед сбросом с производственных объектов. Очистка происходит в ряде резервуаров, в которых контролируется концентрация ионов водорода в сточных водах. Обычно в качестве нейтрализующих коррозионных веществ используют соляную или серную кислоту, а в качестве нейтрализующей щелочи используют гидроксид натрия. Нейтрализующий агент дозируется в сточные воды, чтобы довести рН сброса до желаемого уровня.

Регулировка pH часто требуется перед применением других процессов очистки сточных вод. Такие процессы включают химическое осаждение, окисление/восстановление, сорбцию активированным углем, десорбцию и ионный обмен.

Управление твердыми отходами

Материалы являются твердыми отходами, если они оставлены без присмотра или выброшены путем утилизации; сожжены или сожжены; или накапливались, хранились или обрабатывались до или вместо того, чтобы быть оставленными (Свод федеральных правил 40 США, раздел 261.2). Опасные отходы обычно обладают одной или несколькими из следующих характеристик: воспламеняемость, коррозионная активность, реакционная способность, токсичность. В зависимости от характеристик опасного материала/отходов используются различные средства контроля вещества. Сжигание является распространенной альтернативой переработке растворителей и металлических отходов, образующихся при производстве печатных плат, печатных плат и полупроводников.

сжигание

Сжигание (дожигание) или термическое уничтожение стало популярным вариантом обращения с горючими и токсичными отходами. Во многих случаях горючие отходы (растворители) используются в качестве источника топлива (топливная смесь) для термических и каталитических мусоросжигательных заводов. Надлежащее сжигание растворителей и токсичных отходов обеспечивает полное окисление топлива и преобразование горючих материалов в углекислый газ, воду и золу, тем самым не оставляя обязательств, связанных с остаточными опасными отходами. Наиболее распространенными типами сжигания являются термические и каталитические установки для сжигания отходов. Выбор типа метода сжигания зависит от температуры горения, характеристик топлива и времени пребывания. Термические мусоросжигатели работают при высоких температурах и широко используются с галогенсодержащими соединениями. Типы термических мусоросжигателей включают вращающиеся печи, установки с впрыском жидкости, печи с неподвижным подом, печи с псевдоожиженным слоем и другие печи передовой конструкции.

Каталитические мусоросжигатели окисляют горючие материалы (например, летучие органические соединения) путем подачи потока нагретого газа через слой катализатора. Слой катализатора максимально увеличивает площадь поверхности, а за счет подачи потока нагретого газа в слой катализатора сгорание может происходить при более низкой температуре, чем при термическом сжигании.

Выбросы в атмосферу

Сжигание также используется для контроля выбросов в атмосферу. Используются также абсорбция и адсорбция.

Поглощение

Абсорбция воздухом обычно используется при очистке коррозионно-активных выбросов в атмосферу путем пропускания загрязняющих веществ и растворения их в нелетучей жидкости (например, в воде). Сток из процесса абсорбции обычно сбрасывается в систему очистки сточных вод, где он подвергается корректировке pH.

адсорбция

Адсорбция — это прилипание (посредством физических или химических сил) молекулы газа к поверхности другого вещества, называемого адсорбентом. Как правило, адсорбция используется для извлечения растворителей из источника выбросов в атмосферу. Активированный уголь, активированный оксид алюминия или силикагель являются обычно используемыми адсорбентами.

Утилизация

Перерабатываемые материалы используются, повторно используются или восстанавливаются в качестве ингредиентов в промышленном процессе для производства продукта. Переработка материалов и отходов обеспечивает экологические и экономические средства эффективного решения определенных типов потоков отходов, таких как металлы и растворители. Материалы и отходы могут быть переработаны внутри компании, или вторичные рынки могут принимать перерабатываемые материалы. Выбор вторичной переработки в качестве альтернативы отходам должен оцениваться с учетом финансовых соображений, нормативно-правовой базы и доступных технологий для вторичной переработки материалов.

Будущее направление

Поскольку потребность в предотвращении загрязнения растет, а промышленность ищет экономически эффективные средства для решения проблемы использования химических веществ и отходов, электронная промышленность должна оценивать новые методы и технологии для улучшения методов обращения с опасными материалами и образования отходов. Подход на конце трубы был заменен методами проектирования с учетом окружающей среды, при которых экологические проблемы решаются на протяжении всего жизненного цикла продукта, включая: сохранение материалов; эффективные производственные операции; использование более экологически чистых материалов; переработка, регенерация и утилизация отходов; и множество других методов, которые обеспечат меньшее воздействие на окружающую среду для промышленности по производству электроники. Одним из примеров является большое количество воды, используемой на многих этапах промывки и других технологических процессах в микроэлектронной промышленности. В бедных водой районах это вынуждает промышленность искать альтернативы. Однако важно убедиться, что альтернатива (например, растворители) не создает дополнительных экологических проблем.

В качестве примера будущих направлений процесса производства ПП и ПХД в таблице 4 представлены различные альтернативы для создания более экологически безопасных методов и предотвращения загрязнения. Определены приоритетные потребности и подходы.

Таблица 4. Матрица приоритетных потребностей

Приоритетная потребность (снижение
порядок приоритета)

Подход

Выбранные задачи

Более эффективное использование,
регенерация и переработка
опасные влажные химические вещества

Продлить срок службы электролитических и
ванны для химического осаждения.
Развивайте химию и
процессы, позволяющие перерабатывать
или внутренняя регенерация.
Удаление формальдегида из
материалов и хим.
Продвигайте переработку на месте и
рекультивация/регенерация.

Исследования для продления ванн.
Исследования в режиме реального времени
очистка/регенерация.
Исследовательская альтернатива
химия.
Изменить правительственные постановления
содействовать переработке.
Обучайте линейное производство
проблемы с втягиванием/вытягиванием.

Сокращение образования твердых отходов
ломом печатных плат, проводов и
компоненты в отходах
поток.

Развивать и продвигать
переработка лома печатных плат,
провода и компоненты.
Разработать новый процесс управления
и инструменты производительности.
Улучшить паяемость
ПП.

Развивать инфраструктуру для
обращаться с переработанным материалом.
Установить усиленный
контроль процесса и оценка
инструменты, используемые мелкими и
среднего бизнеса.
Доставляйте неизменно чистые,
паяльные платы.

Установить лучшего поставщика
отношения для повышения
разработка и принятие
экологически чистых
материалы.

Рекламировать поставщика,
производитель, покупатель
партнерства для реализации
экологические материалы.

Разработать модель опасных
управление материалами
система для малых и
печатная плата среднего размера
компании.

Свести к минимуму влияние
использование опасных материалов в
Изготовление ПП.

Уменьшите использование свинцового припоя, когда
возможно и/или снизить
содержание свинца в припое.
Разработка альтернатив припою
покрытие в качестве резиста травления.

Изменить спецификации, чтобы принять
паяльная маска на голую медь.
Проверить качество лида
варианты покрытия.

Используйте аддитивные процессы, которые
конкурентоспособны с существующими
процессов.

Разрабатывать упрощенно,
экономичная добавка
материал и процесс
технологии.
Ищите альтернативные источники и
подходы к аддитивному
технологическое основное оборудование
необходимо.

Совместная работа над проектами для
создать новую добавку
диэлектрики и металлизация
технологии и процессы.

Устранение смазывания отверстий в PWB
изготовление.

Разработайте смолы без смазывания или
системы бурения.

Исследуйте альтернативу
ламинат и препрег
материалы.
Развивать использование лазера и
другие альтернативы бурению
систем.

Уменьшите потребление воды
и разрядка.

Развивать водопользование
оптимизация и переработка
системы.
Уменьшите количество
этапы очистки в PWB
производство.
Устранение операций с деталями и
подготовка к сокращению
перечистка.

Измените спецификации, чтобы уменьшить
требования к очистке.
Исследуйте альтернативу
методы работы с деталями.
Изменить или устранить
химические вещества, которые требуют
уборка.

Источник: МСС 1994.

 

Назад

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание:

Микроэлектроника и полупроводники

Американская конференция государственных промышленных гигиенистов (ACGIH). 1989. Оценка опасности и технология контроля в производстве полупроводников. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

—. 1993. Оценка опасности и технология контроля в производстве полупроводников II. Цинциннати, Огайо: ACGIH.

—. 1994. Документация порогового предельного значения, продукты термического разложения припоя с канифольным сердечником, как смоляные кислоты - канифоль. Цинциннати, Огайо: ACGIH.

Американский национальный институт стандартов (ANSI). 1986. Стандарт безопасности для промышленных роботов и систем промышленных роботов. АНСИ/РИА Р15.06-1986. Нью-Йорк: ANSI.

АСКМАР. 1990. Компьютерная индустрия: критические тенденции 1990-х годов. Саратога, Калифорния: Electronic Trend Publications.

Асом, М.Т., Дж. Мосовский, Р.Е. Лейбенгут, Дж.Л. Зилко и Г. Кадет. 1991. Переходное образование арсина при открытии камер МЛЭ с твердым источником. J Рост кристаллов 112 (2-3): 597–599.

Ассоциация производителей электроники, телекоммуникаций и бизнес-оборудования (EEA). 1991. Руководство по использованию канифольных (канифольных) припоев в электронной промышленности. Лондон: Lechester House EEA.

Болдуин, ДГ. 1985. Химическое воздействие плазмы четыреххлористого углерода на травителях алюминия. Расширенные тезисы, Electrochem Soc 85 (2): 449–450.

Болдуин, Д. Г. и Дж. Х. Стюарт. 1989. Химическая и радиационная опасность в производстве полупроводников. Технология твердого тела 32 (8): 131–135.

Болдуин, Д. Г. и М. Е. Уильямс. 1996. Промышленная гигиена. В Справочнике по безопасности полупроводников под редакцией Дж. Д. Болмена. Парк-Ридж, Нью-Джерси: Нет.

Болдуин, Д.Г., Б.В. Кинг и Л.П. Скарпейс. 1988. Ионные имплантеры: Химическая и радиационная безопасность. Технология твердого тела 31 (1): 99–105.

Болдуин, Д.Г., Дж.Р. Рубин и М.Р. Горовиц. 1993. Воздействие промышленной гигиены при производстве полупроводников. Журнал SSA 7 (1): 19–21.

Бауэр, С., И. Вольф, Н. Вернер и П. Хоффман. 1992а. Опасности для здоровья в полупроводниковой промышленности, обзор. Pol J Occup Med 5 (4): 299–314.

Бауэр, С., Н. Вернер, И. Вольф, Б. Дамм, Б. Оемус и П. Хоффман. 1992б. Токсикологические исследования в полупроводниковой промышленности: II. Исследования подострой ингаляционной токсичности и генотоксичности газообразных отходов процесса плазменного травления алюминия. Toxicol Ind Health 8 (6): 431–444.

Блисс Индастриз. 1996. Литература по системе улавливания частиц припоя. Фремонт, Калифорния: Bliss Industries.

Бюро статистики труда (BLS). 1993. Ежегодный обзор профессиональных травм и заболеваний. Вашингтон, округ Колумбия: BLS, Министерство труда США.

—. 1995 г. Среднегодовые показатели занятости и заработной платы, 1994 г. Бюллетень. 2467. Вашингтон, округ Колумбия: BLS, Министерство труда США.

Кларк, Р.Х. 1985. Справочник по производству печатных плат. Нью-Йорк: Компания Van Nostrand Reinhold.

Коэн, Р. 1986. Радиочастотное и микроволновое излучение в микроэлектронной промышленности. В State of the Art Reviews — Occupational Medicine: The Microelectronics Industry, под редакцией J LaDou. Филадельфия, Пенсильвания: Hanley & Belfus, Inc.

Кумбс, CF. 1988. Справочник по печатным схемам, 3-е изд. Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill.

Контент, РМ. 1989. Методы контроля металлов и металлоидов при газофазной эпитаксии материалов AIIIBV. В книге «Технологии оценки и контроля рисков в производстве полупроводников» под редакцией Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

Корреа А., Р. Х. Грей, Р. Коэн, Н. Ротман, Ф. Шах, Х. Сикэт и М. Корн. 1996. Эфиры этиленгликоля и риск самопроизвольного аборта и бесплодия. Am J Epidemiol 143 (7): 707–717.

Кроуфорд, В.В., Д. Грин, В.Р. Нолл, Х.М. Маркос, Дж.А. Мосовский, Р.С. Петерсен, П.А. Тестагросса и Г.Х. Земан. 1993. Воздействие магнитного поля в чистых помещениях полупроводников. В технологии оценки и контроля опасностей в производстве полупроводников II. Цинциннати, Огайо: ACGIH.

Эшер, Г., Дж. Уэзерс и Б. Лабонвиль. 1993. Вопросы безопасности при эксимерлазерной фотолитографии в глубоком УФ. В технологии оценки и контроля опасностей в производстве полупроводников II. Цинциннати, Огайо: Американская конференция государственных промышленных гигиенистов.

Эскенази Б., Э. Б. Голд, Б. Ласли, С. Дж. Сэмюэлс, С. К. Хаммонд, С. Райт, М. О. Разор, С. Дж. Хайнс и М. Б. Шенкер. 1995. Проспективный мониторинг ранней потери плода и клинического самопроизвольного аборта среди женщин, работающих в полупроводниковой промышленности. Am J Indust Med 28 (6): 833–846.

Флипп, Н., Х. Хансакер и П. Херринг. 1992. Исследование выбросов гидридов при обслуживании оборудования для ионной имплантации. Представлено на июньской 1992 г. Американской конференции по промышленной гигиене, Бостон — Документ 379 (неопубликованный).

Го, CL и SK Ng. 1987. Воздушно-капельный контактный дерматит к канифоли во флюсе для пайки. Контактный дерматит 17(2):89–93.

Hammond SK, CJ Hines MF Hallock, SR Woskie, S Abdollahzadeh, CR Iden, E Anson, F Ramsey и MB Schenker. 1995. Многоуровневая стратегия оценки воздействия в исследовании здоровья полупроводников. Am J Indust Med 28 (6): 661–680.

Харрисон, Р.Дж. 1986. Арсенид галлия. В State of the Art Reviews — Occupational Medicine: The Microelectronics Industry, под редакцией J LaDou Philadelphia, PA: Hanley & Belfus, Inc.

Хэтэуэй, Г.Л., Проктор Н.Х., Хьюз Дж.П. и Фишман М.Л. 1991. Химические опасности на рабочем месте, 3-е изд. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.

Хаузен, Б.М., К. Крон и Э. Будианто. 1990. Контактная аллергия на канифоль (VII). Сенсибилизирующие исследования с продуктами окисления абиетиновой кислоты и родственных кислот. Свяжитесь с Дермат 23(5):352–358.

Комиссия по охране труда и технике безопасности. 1992 г. Утвержденный свод практических правил — Контроль респираторных сенсибилизаторов. Лондон: Управление по охране труда и технике безопасности.

Хелб, Г.К., Р.Э. Кэффри, Э.Т. Экрот, К.Т. Джарретт, К.Л. Фрауст и Дж.А. Фултон. 1983. Плазменная обработка: некоторые соображения безопасности, здоровья и техники. Технология твердого тела 24 (8): 185–194.

Хайнс, С.Дж., С. Селвин, С.Дж. Сэмюэлс, С.К. Хаммонд, С.Р. Воски, М.Ф. Халлок и М.Б. Шенкер. 1995. Иерархический кластерный анализ для оценки воздействия на рабочих в исследовании здоровья полупроводников. Am J Indust Med 28 (6): 713–722.

Горовиц, МР. 1992. Проблемы неионизирующего излучения в исследовательском центре полупроводников. Представлено на июньской 1992 г. Американской конференции по промышленной гигиене, Бостон — Документ 122 (неопубликованный).

Джонс, Дж. Х. 1988. Оценка воздействия и контроля при производстве полупроводников. АИП конф. проц. (Фотогальваническая безопасность) 166:44–53.

Ладоу, Дж. (ред.). 1986. Современные обзоры — Медицина труда: Микроэлектронная промышленность. Филадельфия, Пенсильвания: Hanley and Belfus, Inc.

Ласситер, Д.В. 1996. Надзор за производственным травматизмом и болезнями на международной основе. Материалы Третьей международной конференции ESH, Монтерей, Калифорния.

Лич-Маршалл, Дж. М. 1991. Анализ излучения, обнаруженного от открытых технологических элементов системы проверки на тонкие утечки криптона-85. Журнал SSA 5 (2): 48–60.

Ассоциация свинцовой промышленности. 1990. Безопасность при пайке, Рекомендации по охране здоровья для пайки и пайки. Нью-Йорк: Lead Industries Association, Inc.

Ленихан, К.Л., Дж.К. Шихи и Дж.Х. Джонс. 1989. Оценка воздействия при переработке арсенида галлия: тематическое исследование. В книге «Технологии оценки и контроля рисков в производстве полупроводников» под редакцией Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

Малецкос, CJ и PR Хэнли. 1983. Вопросы радиационной защиты систем ионной имплантации. IEEE Trans on Nuclear Science NS-30:1592–1596.

Маккарти, см. 1985. Воздействие на рабочих при обслуживании ионных имплантантов в полупроводниковой промышленности. Магистерская диссертация, Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, Юта, 1984. Резюме в расширенных тезисах, Electrochem Soc 85(2):448.

МакКарди С.А., С. Посекай, К.С. Хаммонд, С.Р. Воски, С.Дж. Сэмюэлс и М.Б. Шенкер. 1995. Перекрёстное исследование состояния органов дыхания и общего состояния здоровья среди работников полупроводниковой промышленности. Am J Indust Med 28 (6): 847–860.

Макинтайр, Эй Джей и Би Джей Шерин. 1989. Арсенид галлия: опасности, оценка и контроль. Технология твердого тела 32 (9): 119–126.

Корпорация микроэлектроники и компьютерных технологий (MCC). 1994. Экологическая дорожная карта электронной промышленности. Остин, Техас: MCC.

—. 1996. Экологическая дорожная карта электронной промышленности. Остин, Техас: MCC.

Мосовский, Дж. А., Д. Райнер, Т. Мозес и В. Е. Куинн. 1992. Нестационарное образование гидридов при обработке III-полупроводников. Appl Occup Environ Hyg 7(6):375–384.

Мюллер М.Р. и Кунеш Р.Ф. 1989. Последствия сухого химического травления для безопасности и здоровья. В книге «Технологии оценки и контроля рисков в производстве полупроводников» под редакцией Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

О'Мара, туалет. 1993. Жидкокристаллические плоские дисплеи. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.

PACE Inc. 1994. Справочник по вытяжке дыма. Лорел, доктор медицины: PACE Inc.

Pastides, H, EJ Calabrese, DW Hosmer, Jr, и DR Harris. 1988. Самопроизвольные аборты и общие симптомы заболеваний среди производителей полупроводников. J Occup Med 30: 543–551.

Pocekay D, SA McCurdy, SJ Samuels и MB Schenker. 1995. Поперечное исследование скелетно-мышечных симптомов и факторов риска у работников полупроводниковой промышленности. Am J Indust Med 28 (6): 861–871.

Райнер Д., Куинн В.Е., Мосовский Дж.А. и Асом М.Т. 1993. Генерация переходных гидридов III-V, Технология твердого тела 36 (6): 35–40.

Роудс, Б.Дж., Д.Г. Сэндс и В.Д. Маттера. 1989. Системы безопасности и контроля окружающей среды, используемые в реакторах химического осаждения из паровой фазы (CVD) в AT&T-Microelectronics-Reading. Appl Ind Hyg 4(5):105–109.

Роджерс, Дж. В. 1994. Радиационная безопасность в полупроводниках. Представлено на конференции Ассоциации безопасности полупроводников в апреле 1994 г., Скоттсдейл, Аризона (неопубликовано).

Руни, Ф.П. и Дж. Ливи. 1989. Вопросы безопасности и охраны здоровья источника рентгеновской литографии. В книге «Технологии оценки и контроля рисков в производстве полупроводников» под редакцией Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

Розенталь, Ф.С. и С. Абдоллахзаде. 1991. Оценка крайне низкочастотных (ELF) электрических и магнитных полей в цехах по производству микроэлектроники. Appl Occup Environ Hyg 6(9):777–784.

Roychowdhury, M. 1991. Вопросы безопасности, промышленной гигиены и охраны окружающей среды для реакторных систем MOCVD. Технология твердого тела 34 (1): 36–38.

Скарпейс, Л., М. Уильямс, Д. Болдуин, Дж. Стюарт и Д. Ласситер. 1989. Результаты отбора проб промышленной гигиены на предприятиях по производству полупроводников. В книге «Технологии оценки и контроля рисков в производстве полупроводников» под редакцией Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса.

Schenker MB, EB Gold, JJ Beaumont, B Eskenazi, SK Hammond, BL Lasley, SA McCurdy, SJ Samuels, CL Saiki и SH Swan. 1995. Связь самопроизвольного аборта и других репродуктивных эффектов с работой в полупроводниковой промышленности. Am J Indust Med 28 (6): 639–659.

Шенкер, М., Дж. Бомонт, Б. Эскенази, Э. Голд, К. Хаммонд, Б. Лэсли, С. МакКарди, С. Сэмюэлс и С. Свон. 1992. Заключительный отчет для Ассоциации полупроводниковой промышленности — эпидемиологическое исследование репродуктивных и других последствий для здоровья среди рабочих, занятых в производстве полупроводников. Дэвис, Калифорния: Калифорнийский университет.

Шмидт, Р., Х. Шойфлер, С. Бауэр, Л. Вольф, М. Пельцинг и Р. Герцшу. 1995. Токсикологические исследования в полупроводниковой промышленности: III: Исследования пренатальной токсичности, вызванной отходами процессов плазменного травления алюминия. Toxicol Ind Health 11 (1): 49–61.

СЕМАТЕХ. 1995. Документ о безопасности силана, 96013067 A-ENG. Остин, Техас: SEMATECH.

—. 1996. Интерпретационное руководство для SEMI S2-93 и SEMI S8-95. Остин, Техас: SEMATECH.

Ассоциация полупроводниковой промышленности (SIA). 1995. Данные прогноза мировых продаж полупроводников. Сан-Хосе, Калифорния: SIA.

Шихи, Дж. В. и Дж. Х. Джонс. 1993. Оценка воздействия мышьяка и меры контроля при производстве арсенида галлия. Am Ind Hyg Assoc J 54 (2): 61–69.

Трезвый, диджей. 1995. Выбор ламината по критерию «пригодности для использования», технология поверхностного монтажа (SMT). Либертивилль, Иллинойс: Издательская группа IHS.

Уэйд, Р., М. Уильямс, Т. Митчелл, Дж. Вонг и Б. Тусе. 1981. Исследование полупроводниковой промышленности. Сан-Франциско, Калифорния: Калифорнийский департамент производственных отношений, отдел охраны труда.