Разноврсност процеса и производа у индустрији микроелектронике и полупроводника је огромна. Фокус дискусије о здрављу и безбедности на раду у овом поглављу је усредсређен на производњу полупроводничких интегрисаних кола (ИЦ) (и у производима на бази силицијума и валентних ИИИ-В једињења), производњу штампаних плоча за ожичење (ПВБ), штампаних плоча (ПЦБ) монтажа и монтажа рачунара.

Индустрија се састоји од бројних великих сегмената. Удружење електронске индустрије користи следеће разграничење у извештавању података о релевантним трендовима, продаји и запошљавању у индустрији:

• електронске компоненте

• потрошачке електронике

• телекомуникација

• одбрамбене комуникације

• рачунара и периферне опреме

• индустријска електроника

• медицинска електроника.

 

Електронске компоненте укључују електронске цеви (нпр. пријемне, наменске и телевизијске цеви), производе у чврстом стању (нпр. транзистори, диоде, ИЦ, светлеће диоде (ЛЕД) и дисплеје са течним кристалима (ЛЦД)) и пасивне и остале компоненте (нпр. кондензатори, отпорници, калемови, трансформатори и прекидачи).

Потрошачка електроника укључује телевизоре и друге кућне и преносиве аудио и видео производе, као и информациону опрему као што су персонални рачунари, машине за пренос факса и телефонске секретарице. Хардвер и софтвер за електронске игре, кућни сигурносни системи, празне аудио и видео касете и дискете, електронски прибор и укупне примарне батерије такође спадају у категорију потрошачке електронике.

Поред рачунара опште намене и специјализованих рачунара, рачунари и периферна опрема обухватају помоћну опрему за складиштење података, опрему за улаз/излаз (нпр. тастатуре, мишеви, уређаји за оптичко скенирање и штампачи), терминале и тако даље. Док телекомуникације, одбрамбене комуникације и индустријска и медицинска електроника користе неке од исте технологије, ови сегменти такође укључују специјализовану опрему.

Појава микроелектронске индустрије имала је дубок утицај на еволуцију и структуру светске привреде. На темпо промена у индустријализованим земљама света у великој мери је утицао напредак у овој индустрији, посебно у еволуцији интегрисаног кола. Овај темпо промене је графички представљен на временској линији броја транзистора по чипу интегрисаног кола (погледајте слику 1).

Слика 1. Транзистори по чипу интегрисаног кола

Економски значај продаје полупроводника широм света је значајан. Слика 2 је пројекција Асоцијације полупроводничке индустрије за продају полупроводника широм света и региона за период од 1993. до 1998. године.

Слика 2. Прогноза продаје полупроводника широм света

Индустрије полупроводничких ИЦ и монтаже рачунара/електронике су јединствене у поређењу са већином других индустријских категорија у релативном саставу њихове производне радне снаге. Област производње полупроводника има висок проценат жена оператерки које управљају процесном опремом. Задаци који се односе на оператера обично не захтевају подизање тешког терета или вишак физичке снаге. Такође, многи послови укључују фину моторику и пажњу на детаље. Мушки радници доминирају у пословима везаним за одржавање, инжењерским функцијама и менаџменту. Сличан састав се налази у делу за склапање рачунара/електронике у овом сегменту индустрије. Још једна необична карактеристика ове индустрије је концентрација производње у азијско-пацифичком подручју света. Ово је посебно тачно у Завршна монтажа or Бацк-енд процеса у индустрији полупроводника. Ова обрада укључује позиционирање и постављање произведеног чипа интегрисаног кола (технички познатог као матрица) на носач чипа и оквир електроде. Ова обрада захтева прецизно позиционирање чипа, обично кроз микроскоп, и веома фине моторичке способности. Опет, раднице преовлађују у овом делу процеса, при чему је већина светске производње концентрисана у пацифичком ободу, са високим концентрацијама на Тајвану, Малезији, Тајланду, Индонезији и Филипинима, а све већи број у Кини и Вијетнаму.

Области производње полупроводничких ИЦ имају различита необична својства и карактеристике јединствене за ову индустрију. Наиме, ИЦ обрада укључује изузетно строге режиме и захтеве контроле честица. Типична модерна област за производњу ИЦ-а може бити оцењена као чиста соба класе 1 или мање. Као метод поређења, спољашње окружење би било веће од класе 500,000; типична соба у кући класе приближно 100,000; и област за склапање позадинског полупроводника приближно класе 10,000. Постизање овог нивоа контроле честица подразумева стављање радника у производњу у потпуно затворено место зека одела који имају системе за довод ваздуха и филтрацију за контролу нивоа честица које стварају радници у области производње. Људи који бораве у областима за производњу сматрају се веома моћним генераторима финих честица из издахнутог ваздуха, осипања коже и косе, као и из њихове одеће и обуће. Овај захтев за ношењем затворене одеће и изолованим радним рутинама допринео је да се запослени осећају као да раде у „негостољубивом” радном окружењу. Видети слику 3. Такође, у фотолитографској области, обрада укључује излагање вафла фотоактивном раствору, а затим креирање узорка слике на површини плочице коришћењем ултраљубичастог светла. Да би се ублажила нежељена ултраљубичаста (УВ) светлост из ове области обраде, користе се специјална жута светла (недостаје им компонента УВ таласне дужине која се обично налази у унутрашњем осветљењу). Ова жута светла помажу да се радници осећају да су у другачијем радном окружењу и могу имати дезоријентишући утицај на неке појединце.

Слика 3. Најсавременија чиста соба

 

Назад

Преглед процеса

Опис обраде силицијумских полупроводничких уређаја, било дискретних уређаја (полупроводника који садржи само један активни уређај, као што је транзистор) или ИЦ-а (међусобно повезаних низова активних и пасивних елемената унутар једног полупроводничког супстрата који може да обавља најмање једну функцију електронског кола) , укључује бројне високо техничке и специфичне операције. Намера овог описа је да пружи основни оквир и објашњење корака примарне компоненте који се користе у производњи силицијумских полупроводничких уређаја и повезаних питања животне средине, здравља и безбедности (ЕХС).

Израда ИЦ укључује низ процеса који се могу поновити много пута пре него што се коло заврши. Најпопуларнији ИЦ-ови користе 6 или више маски за завршетак процеса шаблонирања, при чему су типичне 10 до 24 маске. Производња микрокола почиње са силиконском плочицом ултра-високе чистоће пречника 4 до 12 инча. Савршено чист силицијум је скоро изолатор, али одређене нечистоће, тзв додатке, додати у количинама од 10 до 100 делова на милион, чине да силицијум спроводи електричну енергију.

Интегрисано коло се може састојати од милиона транзистора (такође диода, отпорника и кондензатора) направљених од допираног силицијума, а сви су повезани одговарајућим узорком проводника да би се створила компјутерска логика, меморија или други тип кола. На једној плочици може се направити стотине микрокола.

Шест главних корака обраде производње је универзално за све силицијумске полупроводничке уређаје: оксидација, литографија, нагризање, допирање, хемијско таложење паре и метализација. Следи монтажа, тестирање, обележавање, паковање и отпрема.

Оксидација

Генерално, први корак у обради полупроводничких уређаја укључује оксидацију спољашње површине плочице да би се добио танак слој (око један микрон) силицијум диоксида (СиО₂). Ово првенствено штити површину од нечистоћа и служи као маска за каснији процес дифузије. Ова способност узгоја хемијски стабилне заштитне плочице силицијум диоксида на силицијуму чини силицијумске плочице најчешће коришћеним полупроводничким супстратом.

Оксидација, која се обично назива термичка оксидација, је шаржни процес који се одвија у високотемпературној дифузионој пећи. Заштитни слој силицијум диоксида се узгаја у атмосферама које садрже или кисеоник (О₂) (сува оксидација) или кисеоник у комбинацији са воденом паром (Х₂О) (влажна оксидација). Температуре у пећи се крећу од 800 до 1,300^oЦ. Једињења хлора у облику хлороводоника (ХЦл) се такође могу додати да би се помогло у контроли нежељених нечистоћа.

Тенденција у новијим производним објектима је ка вертикалним оксидационим пећима. Вертикалне пећи боље решавају потребу за већом контролом контаминације, већом величином плочице и равномернијом обрадом. Они омогућавају мањи отисак опреме који чува драгоцени подни простор чисте собе.

Сува оксидација

Силицијумске плочице које треба оксидирати се прво чисте помоћу детерџента и воденог раствора, а растварач се испере ксилелом, изопропил алкохолом или другим растварачима. Очишћене облатне се осуше, убаце у кварцни држач обланде назван а чамац и учитава се на крај оператера (лоад енд) цеви или ћелије кварцне дифузионе пећи. Улазни крај цеви (извор крај) снабдева кисеоником или мешавином кисеоника/азота високе чистоће. Проток „сувог“ кисеоника се контролише у кварцну цев и осигурава да је вишак кисеоника доступан за раст силицијум диоксида на површини силицијумске плочице. Основна хемијска реакција је:

Си + О₂ → СиО₂

Влажна оксидација

Четири методе увођења водене паре се обично користе када је вода оксидационо средство - пирофорни, под високим притиском, са мехурићем и флеш. Основне хемијске реакције су:

Пирофорни и високи притисак: Си + 2О₂ + 2 Х₂ → СиО₂ + 2Х₂O

Фласх и бубблер: Си + 2Х₂O _→ СиО₂ + 2Х₂

Пирофорна оксидација подразумева увођење и сагоревање мешавине гаса водоник/кисеоник. Такви системи се углавном називају сагорели водоник or бакља система. Водена пара настаје када се одговарајуће количине водоника и кисеоника уведу на улазни крај цеви и оставе да реагују. Смеша се мора прецизно контролисати како би се гарантовало правилно сагоревање и спречило накупљање експлозивног гаса водоника.

Оксидација под високим притиском (ХиПок) се технички назива систем пиросинтезе воде и ствара водену пару кроз реакцију ултра чистог водоника и кисеоника. Пара се затим упумпава у комору високог притиска и под притиском до 10 атмосфера, што убрзава процес влажне оксидације. Дејонизована вода се такође може користити као извор паре.

In оксидација мехурића дејонизована вода се ставља у посуду која се зове а бубблер и одржава се на константној температури испод тачке кључања од 100°Ц коришћењем грејног омотача. Гас азота или кисеоника улази на улазну страну мехурића, постаје засићен воденом паром док се диже кроз воду и излази кроз излаз у дифузиону пећ. Чини се да су системи мехурића најчешће коришћени метод оксидације.

In флеш оксидација дејонизована вода се континуирано капа у загрејану доњу површину кварцне посуде и вода брзо испарава када удари у врућу површину. Гас који носи азот или кисеоник тече преко воде која испарава и носи водену пару у дифузиону пећ.

Литхограпхи

Литографија, такође позната као фотолитографија или једноставно маскирање, је метода прецизног формирања шара на оксидованој плочици. Микроелектронско коло се гради слој по слој, при чему сваки слој прима шаблон са маске прописане у дизајну кола.

Штампарски занати су развили праве претходнике данашњих процеса микрофабрикације полупроводничких уређаја. Ови развоји се односе на производњу штампарских плоча, обично од метала, на којима уклањање материјала хемијским јеткањем ствара површински рељефни узорак. Ова иста основна техника се користи у производњи мајсторске маске користи се у изради сваког слоја обраде уређаја.

Дизајнери кола дигитализују основна кола сваког слоја. Ова компјутеризована шема омогућава брзо генерисање кола маске и олакшава све промене које могу бити потребне. Ова техника је позната као компјутерско пројектовање (ЦАД). Користећи моћне компјутерске алгоритме, ови системи за он-лине дизајн дозвољавају дизајнеру да постави и модификује кола директно на екранима видео екрана са интерактивним графичким могућностима.

Коначни цртеж, или маска, за сваки слој кола се креира помоћу компјутерског фотоплотера или генератора шаблона. Ови фотоцртани цртежи се затим смањују на стварну величину кола, мастер маске произведене на стаклу са хромираним рељефом, и репродукују на радној плочи која служи или за контактно или пројекцијско штампање на плочици.

Ове маске оцртавају образац проводних и изолационих области које се фотолитографијом преносе на плочицу. Већина компанија не производи сопствене маске, већ користе оне које испоручује произвођач маски.

Чишћење

Потреба за спољашњом површином плочице без честица и контаминације захтева често чишћење. Главне категорије су:

• чишћење дејонизованом водом и детерџентом

• растварач: изопропил алкохол (ИПА), ацетон, етанол, терпени

• киселина: флуороводонична (ХФ), сумпорна (Х₂SO₄) и водоник пероксид (Х₂O₂), хлороводонични (ХЦл), азот (ХНО₃) и мешавине

• каустичан: амонијум хидроксид (НХ₄ОХ).

 

Одуприте се примени

Облатне су обложене отпорним материјалом од полимера на бази растварача и брзо се ротирају на паук, који се простире танким равномерним слојем. Растварачи затим испаравају, остављајући полимерни филм. Сви отпорни материјали зависе од (првенствено ултраљубичастог) зрачења изазваних променама у растворљивости синтетичког органског полимера у одабраном испирању развијача. Отпорни материјали се класификују као негативни или позитивни отпорници, у зависности од тога да ли се растворљивост у развијачу смањује (негативно) или повећава (позитивно) након излагања зрачењу. Табела 1 идентификује састав компоненти различитих фоторезист система.

Табела 1. Системи фоторезиста

ПБ = полимерна база; С = растварач; Д = програмер.

Пошто је већина фоторезиста осетљива на ултраљубичасто (УВ) светло, област обраде је осветљена посебним жутим светлима којима недостају осетљиве УВ таласне дужине (види слику 1).

Слика 1. Фотолитографска опрема „Жута соба”.

Негативни и позитивни УВ отпорници су првенствено у употреби у индустрији. Међутим, отпорници на е-зраке и рендгенске зраке све више добијају на тржишту због својих виших резолуција. Здравствена забринутост у литографији првенствено је узрокована потенцијалним опасностима по репродукцију повезаним са одабраним позитивним резистентима (нпр. етилен гликол моноетил етар ацетат као носач) које индустрија тренутно укида. Повремени мириси негативних отпорника (нпр. ксилен) такође изазивају забринутост запослених. Због ових забринутости, индустријски хигијеничари у индустрији полупроводника проводе много времена на узорковање фотоотпорних операција. Иако је ово корисно у карактеризацији ових операција, рутинска излагања током операција центрифугирања и развијања су обично мање од 5% стандарда у ваздуху за професионалну изложеност растварачима који се користе у процесу (Сцарпаце ет ал. 1989).

1 сат излагања етилен гликол моноетил етар ацетату од 6.3 ппм пронађено је током рада спинер система. Ова изложеност је првенствено узрокована лошим радним праксама током операције одржавања (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Сушење и претходно печење

Након наношења отпорника, облатне се померају на стази или ручно померају са центрифуге у пећницу са контролисаном температуром са атмосфером азота. Умерена температура (70 до 90°Ц) узрокује очвршћавање фоторезиста (меко печење) и испаравање преосталих растварача.

Да би се обезбедила адхезија слоја отпорног материјала на плочицу, на плочицу се наноси прајмер, хексаметилдисилизан (ХМДС). Прајмер везује молекуларну воду на површини вафла. ХМДС се примењује или директно у процесу урањања или центрифугирања или кроз прајмер који нуди предности процеса и цене у односу на друге методе.

Поравнавање маске и експозиција

Маска и плочица се приближују користећи прецизан комад оптичке/механичке опреме, а слика на маски је поравната са било којим шаблоном који већ постоји у плочици испод слоја фоторезиста. За прву маску није потребно поравнавање. У старијим технологијама, поравнање узастопних слојева је омогућено употребом бископа (микроскопа са двоструким сочивима) и прецизних контрола за позиционирање плочице у односу на маску. У новијим технологијама поравнање се врши аутоматски помоћу референтних тачака на плочицама.

Када се поравнање заврши, ултраљубичаста живина пара високог интензитета или извор лучне лампе сија кроз маску, излажући отпорник на местима која нису заштићена непрозирним деловима маске.

Различите методе поравнања и излагања плочицама укључују излагање УВ зрачењу (контакт или близина), УВ излагање кроз сочива за смањење (пројекција), УВ корак и поновљено смањење излагања (пројекција), поплаву рендгенским зрацима (близина) и скенирање електронским снопом излагање (директно писање). Примарни метод који се користи укључује излагање УВ зрачењу од живине паре и лучних лампи кроз близине или пројекцијске поравначе. УВ отпорници су или дизајнирани да реагују на широк спектар УВ таласних дужина, или су формулисани да реагују првенствено на једну или више главних линија спектра које емитује лампа (нпр. г-линија на 435 нм, х-линија на 405 нм и и-линија на 365 нм).

Преовлађујуће таласне дужине УВ светлости која се тренутно користи у фотомаскирању су 365 нм или више, али спектри УВ лампе такође садрже значајну енергију у таласној дужини која је забрињавајућа за здравље, актиничном региону испод 315 нм. Нормално, интензитет УВ зрачења које излази из опреме је мањи од онога што је присутно од сунчеве светлости у актиничном региону и од стандарда постављених за професионалну изложеност УВ зрачењу.

Повремено током одржавања, поравнање УВ лампе захтева да буде под напоном изван ормана опреме или без нормалних заштитних филтера. Нивои изложености током ове операције могу премашити границе професионалне изложености, али стандардна одећа за чисту собу (нпр. огртачи, рукавице од винила, маске за лице и поликарбонатне заштитне наочаре са УВ инхибитором) је обично адекватна да смањи УВ светлост испод граница излагања (Балдвин и Стеварт 1989. ).

Док су преовлађујуће таласне дужине за ултраљубичасте лампе које се користе у фотолитографији 365 нм или више, потрага за мањим карактеристикама у напредним ИЦ-овима доводи до употребе извора експозиције са мањим таласним дужинама, као што су дубоки УВ и рендгенски зраци. Једна нова технологија за ову сврху је употреба криптон-флуоридних ексцимер ласера ​​који се користе у степерима. Ови степери користе таласну дужину од 248 нм са великом излазном снагом ласера. Међутим, кућишта за ове системе садрже сноп током нормалног рада.

Као и код друге опреме која садржи ласерске системе велике снаге који се користе у производњи полупроводника, главна брига је када блокаде за систем морају бити поражене током поравнања зрака. Ласери велике снаге су такође једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан потенцијал шока унутар алата. Контроле и разматрања безбедносног дизајна за ове системе су покривена од стране Есцхер, Веатхерс и Лабонвилле (1993).

Један од извора експозиције напредне технологије који се користи у литографији су рендгенски зраци. Нивои емисије из извора рендгенске литографије могу довести до тога да се дозе приближавају 50 милисиверта (5 ремс) годишње у центру опреме. Ограничавање приступа областима унутар заштићеног зида препоручује се да би се излагање свело на минимум (Роонеи анд Леавеи 1989).

Развој

Током корака развоја, неполимеризована подручја отпорника се растварају и уклањају. Развијач на бази растварача се наноси на површину плочице прекривене резистом или потапањем, прскањем или атомизацијом. Решења за развијање су идентификована у табели 1. Испирање растварачем (n-бутил ацетат, изопропил алкохол, ацетон, итд.) се обично примењује након развијача да би се уклонио заостали материјал. Отпор који остане након развијања штити појединачне слојеве током накнадне обраде.

Бакинг

Након поравнања, излагања и развијања отпорника, облатне се затим крећу у другу пећницу са контролисаном температуром са атмосфером азота. Рерна на вишој температури (120 до 135°Ц) узрокује да се фоторезист очврсне и потпуно полимеризује на површини вафла (тврдо печење).

Скидање фоторезиста

Развијена плочица се затим селективно угравира коришћењем мокрих или сувих хемикалија (погледајте „Јеткање“ испод). Преостали фоторезист се мора скинути са облатне пре даље обраде. Ово се ради или коришћењем влажних хемијских раствора у купатилима са контролисаном температуром или употребом плазма испирача или суве хемикалије. Табела 2 идентификује и влажне и суве хемијске састојке. Следи дискусија о нагризању сувом хемијском плазмом—користећи исту опрему и принципе рада као и пепеловање плазмом.

---

Табела 2. Скидачи фоторезиста

Мокра хемикалија

 Киселина

Сумпорна (Х₂SO₄) и хром (ЦрО₃)

Сумпорна (Х₂SO₄) и амонијум персулфат ((НХ₄)₂S₂O₈)

Сумпорна (Х₂SO₄) и водоник пероксид (Х₂O₂)

Органицс

Феноли, сумпорне киселине, трихлоробензен, перхлоретилен

Гликол етри, етаноламин, триетаноламин

Натријум хидроксид и силикати (позитивна отпорност)

Сува хемикалија

Плазма пепео (скидање)

РФ (радио фреквенцијски) извор напајања—фреквенција 13.56 МХз или 2,450 МХз

Кисеоник (О)₂) изворни гас

Системи вакуум пумпи

—Уље подмазано замком течног азота (стара технологија)
— Подмазан инертним перфлуорополиетерским течностима (новија технологија)
— Сува пумпа (најновија технологија)

---

Једрење

Јеткањем се уклањају слојеви силицијум диоксида (СиО₂), метала и полисилицијума, као и отпорника, према жељеним обрасцима које оцртава резист. Две главне категорије јеткања су влажна и сува хемикалија. Претежно се користи мокро јеткање и укључује растворе који садрже нагризајуће материје (обично смешу киселина) жељене јачине, који реагују са материјалима који се уклањају. Суво нагризање укључује употребу реактивних гасова под вакуумом у комори са високим напоном, чиме се уклањају и жељени слојеви који нису заштићени отпором.

Мокра хемикалија

Раствори за влажно хемијско јеткање су смештени у купкама за нагризање са контролисаном температуром направљеним од полипропилена (поли-про), полипропилена отпорног на пламен (ФРПП) или поливинил хлорида (ПВЦ). Купатила су генерално опремљена или прстенастом пленумом издувном вентилацијом или издувним вентилом са прорезима на задњој страни станице за влажно хемијско нагризање. Хаубе са вертикалним ламинарним протоком доводе равномерно филтриран ваздух без честица на горњу површину купатила за нагризање. Уобичајени хемијски раствори за влажно нагризање су приказани у табели 3, у односу на површински слој који се грави.

Табела 3. Влажни хемијски нагризачи

 

Вертикално постављене хаубе за довод протока, када се користе у комбинацији са штитницима од прскања и издувном вентилацијом, могу створити области турбуленције ваздуха унутар станице за влажно хемијско нагризање. Као резултат, могуће је смањење ефикасности локалне издувне вентилације у хватању и усмеравању одбеглог загађивача ваздуха из купатила за нагризање у употреби.

Главна брига код влажног нагризања је могућност контакта коже са концентрованим киселинама. Док све киселине које се користе у јеткању могу да изазову опекотине киселинама, излагање флуороводоничкој киселини (ХФ) је од посебног значаја. Време кашњења између контакта са кожом и бола (до 24 сата за растворе мање од 20% ХФ и 1 до 8 сати за растворе од 20 до 50%) може довести до одложеног лечења и тежих опекотина од очекиваних (Хатхаваи ет ал. 1991) .

Историјски гледано, опекотине киселином су биле посебан проблем у индустрији. Међутим, инциденција контакта коже са киселинама је смањена последњих година. Део овог смањења је узрокован побољшањима везаним за производе у процесу гравирања, као што је прелазак на суво гравирање, употреба више роботике и уградња система за дозирање хемикалија. Смањење стопе киселинских опекотина се такође може приписати бољим техникама руковања, већој употреби личне заштитне опреме, боље дизајнираним мокрим палубама и бољој обуци — а све то захтева континуирану пажњу ако се стопа даље смањи (Балдвин и Виллиамс 1996. ).

Сува хемикалија

Суво хемијско нагризање је област све већег интересовања и употребе због своје способности да боље контролише процес јеткања и смањи нивое контаминације. Сува хемијска обрада ефикасно уграђује жељене слојеве употребом хемијски реактивних гасова или физичким бомбардовањем.

Развијени су хемијски реактивни системи за јеткање плазмом који могу ефикасно јеткати силицијум, силицијум диоксид, силицијум нитрид, алуминијум, тантал, једињења тантала, хром, волфрам, злато и стакло. У употреби су две врсте система реактора за плазма јеткање — буре, или цилиндричне, и паралелне плоче, или планарне. Оба раде на истим принципима и првенствено се разликују само по конфигурацији.

Плазма је слична гасу само што су неки атоми или молекули плазме јонизовани и могу садржати значајан број слободних радикала. Типичан реактор се састоји од вакуум реакторске коморе која садржи плочицу, обично направљену од алуминијума, стакла или кварца; радио-фреквенцијски (РФ) извор енергије—обично на 450 кХз, 13.56 МХз или 40.5 МХз и контролни модул за контролу времена обраде, састава реактантног гаса, протока гаса и нивоа РФ снаге. Поред тога, извор вакуума пумпе за грубу обраду подмазан уљем (старија технологија) или суви (новија технологија) је у линији са комором реактора. Облатне се стављају у реактор, појединачно или у касетама, пумпа евакуише комору и гас реагенс (обично угљен-тетрафлуорид) се уводи. Јонизација гаса формира плазму за нагризање, која реагује са плочицама и формира испарљиве производе који се испумпају. Увођење свежег реактантног гаса у комору одржава активност јеткања. Табела 4 идентификује материјале и гасове плазме који се користе за нагризање различитих слојева.

Табела 4. Гасови за јеткање плазмом и гравирани материјали

 

Друга метода која се тренутно развија за гравирање је микроталасна пећница низводно. Користи микроталасно пражњење велике густине за производњу метастабилних атома са дугим животним веком који угризају материјал скоро као да је уроњен у киселину.

Процеси физичког јеткања су слични пескарењу јер се атоми гаса аргона користе за физичко бомбардовање слоја који се нагриза. За уклањање дислоцираних материјала користи се систем вакуум пумпе. Реактивно јонско нагризање укључује комбинацију хемијског и физичког сувог јеткања.

Процес прскања је један од утицаја јона и преноса енергије. Нагризање распршивањем укључује систем распршивања, где је плочица која се угравира причвршћена на негативну електроду или мету у кругу ужареног пражњења. Материјал се распршује из плочице бомбардовањем позитивним јонима, обично аргоном, и резултира дислокацијом површинских атома. Напајање обезбеђује РФ извор на фреквенцији од 450 кХз. Ин-лине вакуум систем се користи за контролу притиска и уклањање реактаната.

Јеткање и млевење јонским снопом је нежан процес јеткања који користи сноп нискоенергетских јона. Систем јонског снопа се састоји од извора за генерисање јонског снопа, радне коморе у којој се врши нагризање или млевење, фиксирања са циљном плочом за држање плочица у јонском снопу, система вакуум пумпе, пратеће електронике и инструмената. Јонски сноп се екстрахује из јонизованог гаса (аргон или аргон/кисеоник) или плазме, која настаје електричним пражњењем. Пражњење се добија применом напона између катоде са врућим филаментом која емитује електроне и анодног цилиндра који се налази у спољашњем пречнику области пражњења.

Млевење јонским снопом се врши у нискоенергетском опсегу јонског бомбардовања, где се јављају само површинске интеракције. Ови јони, обично у опсегу од 500 до 1,000 еВ, погађају мету и спуттер офф површинских атома разбијањем сила које везују атом за његовог суседа. Јеткање јонским снопом се врши у нешто већем енергетском опсегу, што укључује драматичније дислокације површинских атома.

Реактивно јонско јеткање (РИЕ) је комбинација физичког распршивања и хемијског јеткања реактивних врста при ниским притисцима. РИЕ користи јонско бомбардовање за постизање усмереног нагризања и такође хемијски реактивни гас, угљен-тетрафлуорид (ЦФ₄) или угљен-тетрахлорид (ЦЦл₄), за одржавање добре селективности нагризаног слоја. Облатна се ставља у комору са атмосфером хемијски реактивног гасног једињења на ниском притиску од око 0.1 тора (1.3 к 10^{-КСНУМКС} атмосфера). Електрично пражњење ствара плазму реактивних „слободних радикала“ (јона) са енергијом од неколико стотина електрон волти. Јони ударају о површину плочице вертикално, где реагују да формирају испарљиве врсте које се уклањају линијским вакуум системом ниског притиска.

Суви нагризачи понекад имају циклус чишћења који се користи за уклањање наслага које се акумулирају у унутрашњости реакционих комора. Матична једињења која се користе за плазму циклуса чишћења укључују азот трифлуорид (НФ₃), хексафлуороетан (Ц₂F₆) и октафлуоропропан (Ц₃F₈).

Ова три гаса који се користе у процесу чишћења, као и многи гасови који се користе у јеткању, представљају камен темељац за еколошки проблем са којим се суочава индустрија полупроводника који се појавио средином 1990-их. За неколико високо флуорованих гасова идентификовано је да имају значајан потенцијал глобалног загревања (или ефекта стаклене баште). (Ови гасови се такође називају ПФЦ, перфлуорована једињења.) Дуг животни век атмосфере, висок потенцијал глобалног загревања и значајно повећана употреба ПФЦ-а као што је НФ₃, Ц₂F₆, Ц₃F₈, ЦФ₄, трифлуорометан (ЦХФ₃) и сумпор хексафлуорид (СФ₆) је индустрија полупроводника фокусирала на начине да смање своје емисије.

Атмосферске емисије ПФЦ-а из индустрије полупроводника су последица слабе ефикасности алата (многи алати су трошили само 10 до 40% употребљеног гаса) и неадекватне опреме за смањење емисије у ваздух. Мокри уређаји за чишћење нису ефикасни у уклањању ПФЦ-а, а тестови на многим јединицама за сагоревање открили су слабу ефикасност уништавања неких гасова, посебно ЦФ₄. Многе од ових јединица за сагоревање су поквариле Ц₂F₆ и Ц₃F₈ у ЦФ₄. Такође, висока цена поседовања ових алата за смањење, њихова потражња за електричном енергијом, њихово ослобађање других гасова глобалног загревања и нуспродукти њиховог сагоревања опасних загађивача ваздуха указују на то да смањење сагоревања није прикладан метод за контролу емисија ПФЦ.

Учинити процесне алате ефикаснијим, идентификовати и развити еколошки прихватљивије алтернативе за ове суве нагризајуће гасове и поврат/рециклирање издувних гасова били су еколошки нагласци повезани са сувим нагризањима.

Највећи нагласак на хигијени рада за суве нагризалице је био на потенцијалној изложености особља за одржавање које ради на реакционим коморама, пумпама и другој повезаној опреми која може садржати остатке производа реакције. Сложеност плазма металних нагризача и тешкоћа у карактеризацији мириса повезаних са њиховим одржавањем учинили су их предметом многих истраживања.

Реакциони производи формирани у плазма металним једињењима су сложена мешавина хлорисаних и флуорованих једињења. Одржавање метала за гравирање често укључује краткотрајне операције које стварају јаке мирисе. Утврђено је да је хексахлоретан главни узрок мириса у једном типу бакра за алуминијум (Хелб ет ал. 1983). У другом, цијаноген хлорид је био главни проблем: нивои изложености били су 11 пута већи од границе професионалне изложености од 0.3 ппм (Балдвин 1985). У још неким врстама бакра, хлороводоник је повезан са мирисом; максимална измерена изложеност била је 68 ппм (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993). За додатне информације о овој теми видети Муеллер и Кунесх (1989).

Сложеност хемија присутних у издувним гасовима метала је навела истраживаче да развију експерименталне методе за испитивање токсичности ових смеша (Бауер ет ал. 1992а). Примена ових метода у студијама глодара указује да су одређене од ових хемијских смеша сумњиви мутагени (Бауер ет ал. 1992б) и сумњиви репродуктивни токсини (Сцхмидт ет ал. 1995).

Пошто суви грабачи раде као затворени системи, хемијска изложеност оператерима опреме обично се не дешава док је систем затворен. Један редак изузетак од овога је када циклус прочишћавања за старије серије за нагризање није довољно дуг да би се адекватно уклонили гасови за нагризање. Кратка, али иритирајућа изложеност једињењима флуора која су испод границе детекције за типичне поступке надзора индустријске хигијене пријављена су када се отворе врата ових граватора. Обично се ово може исправити једноставним повећањем дужине циклуса прочишћавања пре отварања врата коморе за нагризање.

Примарна брига за излагање оператера РФ енергији долази током плазма нагризања и пепела (Цохен 1986; Јонес 1988). Типично, цурење РФ енергије може бити узроковано:

• погрешно постављена врата
• пукотине и рупе у орманима
• метални столови и електрични каблови који делују као антене због неправилног уземљења нагризача
• нема пригушивача у прозору за гледање гравирача (Јонес 1988; Хоровитз 1992).

 

Излагање радиофреквентним таласима се такође може јавити током одржавања граватора, посебно ако је кућиште опреме уклоњено. Експозиција од 12.9 мВ/цм² је пронађен на врху старијег модела плазма гравирача са уклоњеним поклопцем ради одржавања (Хоровитз 1992). Стварно цурење РФ зрачења у области где оператер стоји обично је било мање од 4.9 мВ/цм².

допинг

Формирање електричног споја или границе између p n региони у монокристалној силицијумској плочици су суштински елемент за функционисање свих полупроводничких уређаја. Спојеви дозвољавају струји да тече у једном правцу много лакше него у другом. Они пружају основу за ефекте диода и транзистора у свим полупроводницима. У интегрисаном колу, контролисан број елементарних нечистоћа или додатака, мора бити уведен у одабране урезане регионе силицијумске подлоге, или плочице. Ово се може урадити техникама дифузије или јонске имплантације. Без обзира на коришћену технику, исти типови или додаци се користе за производњу полупроводничких спојева. Табела 5 идентификује главне компоненте које се користе за допинг, њихово физичко стање, електрични тип (p or n) и примарну технику спајања која се користи — дифузију или имплантацију јона.

Табела 5. Допанти за формирање споја за дифузију и имплантацију јона

 

Рутинска изложеност хемикалијама оператера и дифузионих пећи и јонских имплантатора је ниска — обично мања од границе детекције стандардних процедура узорковања хигијене на раду. Хемијска забринутост процеса усредсређена је на могућност ослобађања токсичних гасова.

Већ 1970-их, прогресивни произвођачи полупроводника почели су да инсталирају прве системе за континуирано праћење гасова запаљивих и токсичних гасова. Главни фокус овог мониторинга је био да се открију случајна испуштања најотровнијих допантних гасова са праговима мириса изнад њихових граница излагања на радном месту (нпр. арсина и диборана).

Већина индустријских хигијенских монитора ваздуха у индустрији полупроводника користи се за детекцију цурења запаљивих и токсичних гасова. Међутим, неки објекти такође користе системе за континуирано праћење да:

• анализирају емисије из издувног канала (слој).
• квантификовати концентрацију испарљивих хемикалија у амбијенталном ваздуху
• идентификују и квантификују мирисе у фаб областима.

 

Технологије које се најчешће користе у индустрији полупроводника за ову врсту надзора су колориметријска детекција гаса (нпр. МДА континуирани детектор гаса), електрохемијски сензори (нпр. сенсидине монитори) и инфрацрвена Фуријеова трансформација (нпр. Телос АЦМ) (Балдвин и Виллиамс 1996) .

радиодифузија

радиодифузија је термин који се користи да опише кретање додатака од региона високе концентрације на крају извора дифузионе пећи у регионе ниже концентрације унутар силицијумске плочице. Дифузија је најпознатија метода формирања спојева.

Ова техника укључује излагање плочице загрејаној атмосфери унутар дифузионе пећи. Пећ садржи жељене додатке у облику паре и резултира стварањем региона допиране електричне активности, било p or n. Допанти који се најчешће користе су бор за п-тип; и фосфор (П), арсен (Ас) или антимон (Сб) за н-тип (видети табелу 5).

Обично се облатне слажу у кварцни носач или чамац и стављају у дифузиону пећ. Дифузиона пећ садржи дугачку кварцну цев и механизам за прецизну контролу температуре. Контрола температуре је изузетно важна, јер су брзине дифузије различитих силицијумских додатака првенствено функција температуре. Температуре у употреби су од 900 до 1,300 ^oЦ, у зависности од специфичне допанте и процеса.

Загревање силицијумске плочице на високу температуру омогућава атомима нечистоћа да полако дифундују кроз кристалну структуру. Нечистоће се спорије крећу кроз силицијум диоксид него кроз сам силицијум, што омогућава танак оксид узорак да служи као маска и на тај начин дозвољава додатку да уђе у силицијум само тамо где је незаштићен. Након што се накупи довољно нечистоћа, облатне се уклањају из пећи и дифузија ефективно престаје.

За максималну контролу, већина дифузије се изводи у два корака -предепозиција углавити. Предталожење, или дифузија са константним извором, је први корак и одвија се у пећи у којој је температура одабрана да би се постигла најбоља контрола количине нечистоћа. Температура одређује растворљивост додатка. После релативно кратког третмана пре таложења, плочица се физички премешта у другу пећ, обично на вишој температури, где друга топлотна обрада доводи допант до жељене дубине дифузије у решетки силицијумске плочице.

Извори допанта који се користе у кораку пре таложења су у три различита хемијска стања: гас, течност и чврста. Табела 5 идентификује различите типове дифузионих извора допаната и њихова физичка стања.

Гасови се углавном снабдевају из боца са компримованим гасом са контролама или регулаторима притиска, запорним вентилима и разним прикључцима за прочишћавање и дозирају се кроз металне цеви малог пречника.

Течности се нормално испуштају из мехурића, који засићују струју носећег гаса, обично азота, са течним допантним парама, као што је описано у одељку о влажној оксидацији. Други облик дозирања течности је коришћење спин-он допинг апарата. Ово подразумева стављање чврстог допанта у раствор са течним носачем растварача, затим капање раствора на плочицу и окретање, на начин сличан примени фоторезиста.

Чврсти извори могу бити у облику плочице бор нитрида, која је у сендвичу између две силицијумске плочице која се допира и затим ставља у дифузиону пећ. Такође, чврсте додатке, у облику праха или куглица, могу се ставити у а кварцна бомба кућиште (арсеник триоксид), ручно бачено у изворни крај дифузионе цеви или напуњено у одвојену изворну пећ у складу са главном дифузионом пећи.

У недостатку одговарајућих контрола, изложеност арсену изнад 0.01 мг/м³ су пријављени током чишћења пећи за таложење (Ваде ет ал. 1981) и током чишћења комора кућишта извора за имплантате са чврстим извором јона (МцЦартхи 1985; Балдвин, Кинг и Сцарпаце 1988). До ових излагања дошло је када нису предузете мере предострожности да се ограничи количина прашине у ваздуху. Међутим, када су остаци остали влажни током чишћења, изложеност је смањена на далеко испод границе изложености у ваздуху.

У старијим дифузионим технологијама постоје опасности по безбедност приликом уклањања, чишћења и уградње цеви пећи. Опасности укључују потенцијалне посекотине од сломљеног кварцног посуђа и опекотине киселином током ручног чишћења. У новијим технологијама ове опасности су смањене на лицу места чишћење цеви које елиминише већи део ручног руковања.

Руковаоци дифузионих пећи доживљавају највећу рутинску изложеност чистим просторијама екстремно нискофреквентним електромагнетним пољима (нпр. 50 до 60 херца) у производњи полупроводника. Просечна изложеност већа од 0.5 микротесла (5 милигауса) је пријављена током стварног рада пећи (Цравфорд ет ал. 1993). Ова студија је такође приметила да је особље у чистим собама које је радило у близини дифузионих пећи имало просечну измерену изложеност која је била приметно већа од оних других радника чистих соба. Овај налаз је био у складу са тачкастим мерењима које су известили Росентхал и Абдоллахзадех (1991), који су открили да дифузионе пећи дају очитања близине (5 цм или 2 инча) до висине од 10 до 15 микротесла, при чему околна поља опадају све постепено са растојањем. него остала проучавана опрема за чисте собе; чак и на удаљености од 6 стопа од дифузионих пећи, пријављене густине флукса биле су 1.2 до 2 микротесла (Цравфорд ет ал. 1993). Ови нивои емисије су знатно испод тренутних граница изложености заснованих на здрављу које је поставила Светска здравствена организација и оне које су поставиле појединачне земље.

Ионска имплантација

Јонска имплантација је новији метод увођења елемената нечистоћа на собној температури у силицијумске плочице за формирање споја. Јонизовани допантни атоми (тј. атоми лишени једног или више својих електрона) се убрзавају до високе енергије проласком кроз потенцијалну разлику од десетина хиљада волти. На крају свог пута, они ударају у плочицу и уграђују се на различите дубине, у зависности од њихове масе и енергије. Као и код конвенционалне дифузије, оксидни слој са узорком или узорак фоторезиста селективно маскира плочицу од јона.

Типичан систем за имплантацију јона састоји се од извора јона (извор гасовитих додатака, обично у малим бочицама за предавања), опреме за анализу, акцелератора, сочива за фокусирање, неутралног хватача зрака, коморе за процес скенера и вакуумског система (обично три одвојена сета ин-лине пумпе за грубу обраду и уље-дифузију). Струја електрона се генерише из вруће филаменте отпором, лучним пражњењем или снопом електрона хладне катоде.

Генерално, након што се плочице имплантирају, корак жарења на високој температури (900 до 1,000°Ц) се изводи жарењем ласерским снопом или пулсним жарењем са извором електронског зрака. Процес жарења помаже у поправљању оштећења спољашње површине имплантиране плочице изазване бомбардовањем допантних јона.

Са појавом безбедног система за испоруку гасних боца са арсином, фосфином и бор трифлуоридом који се користе у јонским имплантаторима, потенцијал за катастрофално ослобађање ових гасова је у великој мери смањен. Ови мали гасни цилиндри су напуњени једињењем на које су адсорбовани арсин, фосфин и бор трифлуорид. Гасови се извлаче из цилиндара помоћу вакуума.

Ионски имплантатори су једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада унутар имплантатора. Пажљив преглед операција одржавања и електричних опасности је загарантован за сву новоинсталисану опрему, а посебно за јонске имплантате.

Изложеност хидридима (вероватно мешавини арсина и фосфина) до 60 ппб пронађена је током одржавања крио-пумпе са јонским имплантатом (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993). Такође, високе концентрације и арсина и фосфина могу да испусте гас из контаминираних делова имплантата који се уклањају током превентивног одржавања (Флипп, Хунсакер и Херринг 1992).

Преносни усисивачи са високоефикасним атенуатором честица (ХЕПА) филтерима се користе за чишћење радних површина контаминираних арсеном у областима за имплантацију јона. Изложености изнад 1,000 μг/м³ су мерени када су ХЕПА усисивачи били непрописно очишћени. ХЕПА усисивачи, приликом пражњења у радни простор, такође могу ефикасно да дистрибуирају карактеристичан, хидридни мирис повезан са чишћењем линије снопа јонског имплантата (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Иако је забринутост, није било објављених извештаја о значајном излагању допантним гасовима током замене уља у вакуум пумпама које се користе са додацима — вероватно зато што се то обично ради као затворени систем. Недостатак пријављене изложености такође може бити резултат ниског нивоа гасова хидрида из коришћеног уља.

Резултат теренске студије у којој је загрејано 700 мл коришћеног уља за грубу пумпу из јонског имплантатора који је користио и арсин и фосфин показао је детективне концентрације хидрида у ваздуху у простору главе пумпе када је уље пумпе прешло 70^oЦ (Балдвин, Кинг анд Сцарпаце 1988). Пошто су нормалне радне температуре за механичке пумпе за грубу обраду 60 до 80^oЦ, ова студија није указала на потенцијал за значајну изложеност.

Током имплантације јона, рендгенски зраци се формирају успутно операцији. Већина имплантатора је дизајнирана са довољном заштитом кућишта (што укључује оловну фолију стратешки постављену око кућишта извора јона и суседних приступних врата) да би се одржала изложеност запослених испод 2.5 микросиверта (0.25 миллирема) на сат (Малетскос и Ханлеи 1983). Међутим, утврђено је да старији модел имплантатора има цурење рендгенских зрака изнад 20 микросиверта на сат (μСв/хр) на површини јединице (Балдвин, Кинг и Сцарпаце 1988). Ови нивои су смањени на мање од 2.5 μСв/х након што је уграђена додатна оловна заштита. Утврђено је да још један старији модел јонског имплантатора има цурење рендгенских зрака око приступних врата (до 15 μСв/х) и на видном пољу (до 3 μСв/х). Додата је додатна оловна заштита да би се ублажила могућа изложеност (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Поред излагања рендгенским зрацима из јонских имплантатора, претпостављена је могућност формирања неутрона ако имплантатор ради изнад 8 милиона електрон волти (МеВ) или се гас деутеријум користи као извор јона (Рогерс 1994). Међутим, имплантати су обично дизајнирани да раде на знатно испод 8 МеВ, а деутеријум се обично не користи у индустрији (Балдвин и Виллиамс 1996).

Хемијско таложење паре

Хемијско таложење паре (ЦВД) укључује наношење слојева додатног материјала на површину силицијумске плочице. ЦВД јединице нормално раде као затворени систем што доводи до малог или никаквог излагања оператерима хемикалијама. Међутим, може доћи до кратког излагања хлороводонику изнад 5 ппм када се чисте одређени ЦВД пресцрубери (Балдвин и Стеварт 1989). Две широке категорије таложења су у уобичајеној употреби — епитаксијална и општија категорија неепитаксијалних ЦВД.

Епитаксијално хемијско таложење паре

Епитаксијални раст је строго контролисано таложење танког монокристалног филма материјала који одржава исту кристалну структуру као постојећи слој подлоге. Служи као матрица за производњу полупроводничких компоненти у наредним процесима дифузије. Већина епитаксијалних филмова се узгаја на подлогама од истог материјала, као што је силицијум на силицијуму, у процесу који се назива хомоепитаксија. Растуће слојеве различитих материјала на подлози, као што је силицијум на сафиру, назива се обрада хетероепитаксијском ИЦ уређајем.

За узгој епитаксијалних слојева користе се три примарне технике: парна фаза, течна фаза и молекуларни сноп. Течна фаза и епитаксија молекуларним снопом се првенствено користе у обради ИИИ-В (нпр. ГаАс) уређаја. О њима се говори у чланку „Производња полупроводника ИИИ-В“.

Епитаксија парне фазе се користи за узгој филма помоћу ЦВД молекула на температури од 900 до 1,300^oЦ. Паре које садрже силицијум и контролисане количине додатака п- или н-типа у гасу носачу (обично водоник) пролазе преко загрејаних плочица да се таложе допирани слојеви силицијума. Процес се углавном изводи на атмосферском притиску.

Табела 6 идентификује четири главна типа епитаксије у парној фази, параметре и хемијске реакције које се одвијају.

Табела 6. Главне категорије епитаксије у парној фази силицијума

 

Секвенца таложења која се обично прати у епитаксијалном процесу укључује:

• чишћење подлоге—физичко чишћење, одмашћивање растварачем, чишћење киселином (сумпорна, азотна и хлороводонична, а флуороводонична је уобичајена секвенца) и операција сушења

• учитавање вафла

• загрејати—пречишћавање азотом и загревање на приближно 500 °Ц, затим се користи гас водоник и РФ генератори индуктивно загревају плочице

• хлороводоник (ХЦл) нагризање—обично се 1 до 4% концентрације ХЦл дозира у реакторску комору

• таложење—извор силицијума и допантни гасови се дозирају и одлажу на површину плочице

• охладити-гас водоник поново прешао на азот на 500°Ц

• истовар.

 

Неепитаксијално хемијско таложење паре

Док је епитаксијални раст високо специфичан облик ЦВД где депоновани слој има исту оријентацију кристалне структуре као слој супстрата, неепитаксијални ЦВД је формирање стабилног једињења на загрејаној подлози термичком реакцијом или разградњом гасовитих једињења.

ЦВД се може користити за депоновање многих материјала, али у обради силицијумских полупроводника материјали који се генерално сусрећу, поред епитаксијалног силицијума, су:

• поликристални силицијум (поли Си)

• силицијум диоксид (СиО₂—и допиране и недопиране; п-допирано стакло)

• силицијум нитрид (Си₃N₄).

 

Сваки од ових материјала може се депоновати на различите начине, и сваки има много примена.

Табела 7 идентификује три главне категорије КВБ користећи радну температуру као механизам диференцијације.

Табела 7. Главне категорије хемијског таложења силицијумске паре (ЦВД)

* Напомена: Реакције нису стехиометријски избалансиране.

** Генерички, власнички или заштићени називи за ЦВД реакторске системе

 

Следеће компоненте се налазе у скоро свим врстама ЦВД опреме:

• реакциона комора
• одељак за контролу гаса
• контрола времена и редоследа
• извор топлоте за подлоге
• руковање отпадним водама.

 

У основи, ЦВД процес подразумева снабдевање контролисаних количина гасова извора силицијума или нитрида, у спрези са гасовима који носе азот и/или водоник, и допантног гаса ако се жели, за хемијску реакцију унутар реакторске коморе. Топлота се примењује да би се обезбедила неопходна енергија за хемијску реакцију поред контроле површинске температуре реактора и плочица. Након што је реакција завршена, неизреаговани изворни гас плус носећи гас се одводе кроз систем за руковање ефлуентом и одводе у атмосферу.

Пасивација је функционални тип КВБ. Укључује раст заштитног оксидног слоја на површини силицијумске плочице, генерално као последњи корак производње пре нефабрикационе обраде. Слој обезбеђује електричну стабилност тако што изолује површину интегрисаног кола од електричних и хемијских услова у окружењу.

Метализација

Након што су уређаји произведени у силицијумској подлози, они морају бити повезани заједно да би обављали функције кола. Овај процес је познат као метализација. Метализација обезбеђује начин ожичења или међусобног повезивања највиших слојева интегрисаних кола депоновањем сложених образаца проводних материјала, који усмеравају електричну енергију унутар кола.

Широки процес метализације разликује се према величини и дебљини слојева метала и других материјала који се таложе. Су:

• танак филм—приближна дебљина филма од једног микрона или мање

• дебели филм—приближна дебљина филма од 10 микрона или више

• платинг—дебљине филма варирају од танких до дебелих, али углавном дебелих филмова.

 

Најчешћи метали који се користе за метализацију силицијумских полупроводника су: алуминијум, никл, хром или легура која се зове нихром, злато, германијум, бакар, сребро, титанијум, волфрам, платина и тантал.

Танки или дебели филмови се такође могу испарити или нанети на различите керамичке или стаклене подлоге. Неки примери ових супстрата су: глиница (96% Ал₂0₃), берилију (99% БеО), боросиликатно стакло, пирокерам и кварц (СиО₂).

Танак филм

Танкофилна метализација се често примењује коришћењем технике таложења или испаравања у високом или делимичном вакууму. Главни типови испаравања у високом вакууму су електронски сноп, флеш и отпорни, док се таложење делимичног вакуума првенствено врши распршивањем.

За обављање било које врсте танкослојне вакуумске метализације, систем се обично састоји од следећих основних компоненти:

• комора која се може евакуисати да би се обезбедио довољан вакуум за таложење

• вакуум пумпа (или пумпе) за смањење амбијенталних гасова у комори

• инструментација за праћење нивоа вакуума и других параметара

• метода наношења или испаравања слојева метализирајућег материјала.

 

Испаравање електронским снопом, често називан Е беам, користи фокусирани сноп електрона за загревање материјала за метализацију. Сноп електрона високог интензитета се генерише на начин сличан оном који се користи у телевизијској цеви. Струја електрона се убрзава кроз електрично поље типично од 5 до 10 кВ и фокусира се на материјал који треба да се испари. Фокусирани сноп електрона топи материјал садржан у блоку хлађеном водом са великом депресијом званом огњиште. Отопљени материјал затим испарава унутар вакуумске коморе и кондензује се на хладним плочицама, као и на целој површини коморе. Затим се изводе стандардни фотоотпорни поступци, експозиција, развој и мокро или суво нагризање да би се оцртало сложено метализовано коло.

Фласх евапоратион је још једна техника за таложење танких метализованих филмова. Ова метода се првенствено користи када се мешавина два материјала (легура) истовремено испарава. Неки примери двокомпонентних филмова су: никл/хром (Нихром), хром/силицијум моноксид (СиО) и алуминијум/силицијум.

Приликом брзог испаравања, керамичка шипка се загрева топлотним отпором и континуално напајана калем жице, млаз пелета или вибрационо распршен прах доводи се у контакт са врућим филаментом или шипком. Испарени метали затим облажу унутрашњу комору и површине плочице.

Отпорно испаравање (познато и као испаравање филамента) је најједноставнији и најјефтинији облик таложења. Испаравање се постиже постепеним повећањем струје која тече кроз филамент да би се прво отопиле петље материјала који треба да се испари, чиме се филамент влаже. Када се филамент навлажи, струја кроз филамент се повећава све док не дође до испаравања. Примарна предност отпорног испаравања је широк избор материјала који се могу испарити.

Радови на одржавању се понекад обављају на унутрашњој површини комора за таложење испаривача Е-зрака које се називају посудама. Када техничари за одржавање имају главе у посудама за звоно, може доћи до значајних изложености. Уклањање металних остатака који се таложе на унутрашњој површини посуда за звонце може довести до таквих изложености. На пример, изложености техничара далеко изнад границе излагања сребру у ваздуху мерене су током уклањања остатака из испаривача који се користи за таложење сребра (Балдвин и Стеварт 1989).

Чишћење остатака тегле са органским растварачима за чишћење такође може довести до велике изложености растварачу. Током овог типа чишћења дошло је до излагања техничара метанолу изнад 250 ппм. Ова изложеност се може елиминисати коришћењем воде као растварача за чишћење уместо метанола (Балдвин и Стеварт 1989).

таложење прскањем процес се одвија у атмосфери гаса ниског притиска или делимичног вакуума, користећи или једносмерну електричну струју (ДЦ или катодно распршивање) или РФ напоне као извор високе енергије. Код распршивања, јони инертног гаса аргона се уводе у вакуумску комору након што је постигнут задовољавајући ниво вакуума употребом пумпе за грубу обраду. Електрично поље се формира применом високог напона, обично 5,000 В, између две супротно наелектрисане плоче. Ово високоенергетско пражњење јонизује атоме гаса аргона и доводи до њиховог померања и убрзања до једне од плоча у комори која се зове мета. Када јони аргона ударе у мету направљену од материјала који се депонује, они померају или распршују ове атоме или молекуле. Померени атоми материјала за метализацију се затим таложе у танком филму на силицијумске подлоге које су окренуте према мети.

Утврђено је да цурење радиофреквентних таласа са стране и са задње стране на многим старијим јединицама за распршивање премашује границу професионалне изложености (Балдвин и Стеварт 1989). Већина цурења се може приписати пукотинама у ормарићима узрокованим поновљеним уклањањем панела за одржавање. Код новијих модела истог произвођача, панели са жичаном мрежом дуж шавова спречавају значајно цурење. Старији распршивачи се могу накнадно опремити жичаном мрежом или се, алтернативно, може користити бакарна трака за покривање шавова како би се смањило цурење.

Дебео филм

Структура и димензија већине дебелих филмова нису компатибилни са метализацијом силицијумских интегрисаних кола, првенствено због ограничења величине. Дебели филмови се углавном користе за метализацију хибридних електронских структура, као што је производња ЛЦД-а.

Процес ситоситовања је доминантна метода наношења дебелог филма. Материјали са дебелим филмом који се обично користе су паладијум, сребро, титанијум диоксид и стакло, злато-платина и стакло, златно стакло и сребрно стакло.

Отпорни дебели филмови се обично наносе и обликују на керамичку подлогу коришћењем техника ситопросијавања. Кермет је облик отпорног дебелог филма који се састоји од суспензије проводљивих металних честица у керамичкој матрици са органском смолом као пунилом. Типичне структуре кермета се састоје од хрома, сребра или оловног оксида у матрици од силицијум моноксида или диоксида.

Позлаћивање

За формирање металних филмова на полупроводничким подлогама користе се два основна типа техника облагања: галванизација и безелектрична обрада.

In галванско полирање, супстрат који се облаже поставља се на катоду, или негативно наелектрисан терминал, резервоара за облагање и урања у електролитички раствор. Електрода направљена од метала који се облаже служи као анода или позитивно наелектрисани терминал. Када се једносмерна струја прође кроз раствор, позитивно наелектрисани јони метала, који се растварају у раствору са аноде, мигрирају и постављају се на катоду (подлогу). Ова метода полагања се користи за формирање проводних филмова од злата или бакра.

In електро -оплата, истовремена редукција и оксидација метала који се облаже користи се за формирање слободног атома или молекула метала. Пошто овај метод не захтева електричну проводљивост током процеса облагања, може се користити са подлогама изолационог типа. Никл, бакар и злато су најчешћи метали депоновани на овај начин.

Легирање/жарење

Након што су метализоване интерконекције таложене и урезане, може се извршити последњи корак легирања и жарења. Легирање се састоји од постављања метализованих супстрата, обично са алуминијумом, у нискотемпературну дифузиону пећ да би се обезбедио контакт ниске отпорности између алуминијумског метала и силицијумске подлоге. Коначно, било током корака легуре или директно након њега, плочице су често изложене мешавини гаса која садржи водоник у дифузионој пећи на 400 до 500°Ц. Корак жарења је дизајниран да оптимизује и стабилизује карактеристике уређаја комбиновањем водоника са неповезаним атомима на или близу интерфејса силицијум-силицијум диоксид.

Бацклаппинг и бацксиде метализација

Постоји и опциони корак обраде метализације који се зове бацклаппинг. Задња страна плочице се може преклопити или брушити помоћу влажног абразивног раствора и притиска. Метал као што је злато може се нанијети на задњу страну плочице прскањем. Ово олакшава причвршћивање одвојене матрице за паковање у коначном склапању.

Монтажа и испитивање

Непроизводна обрада, која укључује спољно паковање, причвршћивање, капсулирање, монтажу и тестирање, обично се обавља у одвојеним производним погонима и много пута се ради у земљама југоисточне Азије, где су ови радно интензивни послови јефтинији за обављање. Поред тога, захтеви за вентилацију за контролу процеса и честица су генерално различити (не-чисте просторије) у областима за прераду без производње. Ови последњи кораци у производном процесу укључују операције које укључују лемљење, одмашћивање, тестирање хемикалијама и изворима зрачења, и обрезивање и обележавање ласерима.

Лемљење током производње полупроводника обично не доводи до велике изложености олову. Да би се спречило термичко оштећење интегрисаног кола, температура лемљења се одржава испод температуре на којој може доћи до значајног формирања истопљеног олова (430°Ц). Међутим, чишћење опреме за лемљење стругањем или четкањем остатака који садрже олово може довести до излагања олову изнад 50 μг/м³ (Болдвин и Стјуарт 1989). Такође, изложеност олову од 200 μг/м³ су се десиле када се користе неправилне технике уклањања шљаке током операција таласног лемљења (Балдвин и Виллиамс 1996).

Једна све већа забринутост у вези са операцијама лемљења је иритација дисајних путева и астма због излагања продуктима пиролизе флукса за лемљење, посебно током ручног лемљења или операција дотеривања, где се историјски локална издувна вентилација није уобичајено користила (за разлику од операција таласног лемљења, које последњих неколико деценија обично су били затворени у исцрпљеним ормарићима) (Гох и Нг 1987). Погледајте чланак „Штампана плоча и склоп рачунара“ за више детаља.

Пошто је колофонија у флуксу за лемљење сензибилизатор, све изложености треба смањити на што је могуће ниже, без обзира на резултате узорковања ваздуха. Нове инсталације за лемљење посебно треба да укључе локалну издувну вентилацију када се лемљење изводи на дужи временски период (нпр. дуже од 2 сата).

Испарења од ручног лемљења ће се вертикално подићи на топлотним струјама, улазећи у зону дисања запосленог док се особа нагиње преко тачке лемљења. Контрола се обично постиже помоћу ефективне локалне издувне вентилације велике брзине и мале запремине на врху лемљења.

Уређаји који враћају филтрирани ваздух на радно место могу, ако је ефикасност филтрације неадекватна, изазвати секундарно загађење које може утицати на људе у радној просторији осим оних који лемљују. Филтрирани ваздух не би требало да се враћа у радну просторију осим ако је количина лемљења мала и просторија има добру општу вентилацију за разблаживање.

Разврстајте и тестирајте вафле

Након што је производња плочице завршена, свака интринзично готова плочица пролази кроз процес сортирања плочице где се интегрисана кола на свакој специфичној плочици електрично тестирају помоћу компјутерски контролисаних сонди. Појединачна плочица може да садржи од сто до више стотина одвојених калупа или чипова који се морају тестирати. Након што су резултати теста готови, матрице се физички обележавају аутоматски дозираном једнокомпонентном епоксидном смолом. Црвена и плава се користе за идентификацију и сортирање матрица које не испуњавају жељене електричне спецификације.

Дие раздвајање

Када су уређаји или кола на плочици тестирани, означени и сортирани, појединачне матрице на плочици морају бити физички одвојене. Бројне методе су дизајниране за одвајање појединачних калупа — дијамантско пререзивање, ласерско исписивање и тестерисање дијамантским точком.

Дијамантско урезивање је најстарији метод који се користи и укључује цртање прецизно обликованог врха уметнутог дијамантом преко облатне дуж линије писача или „улице“ која раздваја појединачне калупе на површини облатне. Несавршеност у кристалној структури узрокована сцрибингом омогућава да се плочица савија и ломи дуж ове линије.

Ласерско исписивање је релативно скорашња техника одвајања калупа. Ласерски зрак генерише импулсни неодимијум-итријум ласер велике снаге. Зрака ствара жлеб у силиконској плочици дуж линија писача. Жлеб служи као линија дуж које се облатна ломи.

Широко коришћена метода одвајања калупа је мокро тестерисање — резање подлога дуж улице брзом кружном дијамантском тестером. Тестерисањем се може делимично пресећи (писало) или потпуно (коцкице) кроз силиконску подлогу. Тестерисањем настаје мокра каша материјала уклоњеног са улице.

Причвршћивање и спајање калупа

Појединачна матрица или чип морају бити причвршћени за носећи пакет и метални оловни оквир. Носачи су обично направљени од изолационог материјала, било керамике или пластике. Керамички носећи материјали се обично праве од глинице (Ал₂O₃), али се може састојати од берилије (БеО) или стеатита (МгО-СиО₂). Пластични носећи материјали су термопластичне или термореактивне смоле.

Причвршћивање појединачних калупа се генерално постиже једним од три различита типа причвршћивања: еутектичким, преформираним и епоксидним. Причвршћивање еутектичке матрице укључује употребу еутектичке легуре за лемљење, као што је злато-силицијум. У овој методи, слој златног метала је претходно постављен на полеђини матрице. Загревањем паковања изнад еутектичке температуре (370°Ц за злато-силицијум) и постављањем матрице на њу, формира се веза између матрице и паковања.

Везивање предформе укључује употребу малог комада специјалног композитног материјала који ће се залепити и за матрицу и за паковање. Предформа се поставља на подручје паковања за причвршћивање и оставља да се истопи. Матрица се затим трља по целом региону док се матрица не причврсти, а затим се паковање охлади.

Епоксидно везивање укључује употребу епоксидног лепка за причвршћивање матрице на паковање. Кап епоксида се наноси на паковање и матрица се поставља на њега. Паковање ће можда морати да се пече на повишеној температури да би се епоксид правилно очврснуо.

Када је матрица физички причвршћена за паковање, морају се обезбедити електричне везе између интегрисаног кола и каблова за пакет. Ово се постиже коришћењем термокомпресионих, ултразвучних или термозвучних техника везивања за причвршћивање златних или алуминијумских жица између контактних површина на силиконском чипу и каблова за паковање.

Термокомпресионо везивање се често користи са златном жицом и укључује загревање пакета на приближно 300^oЦ и формирање везе између жице и везивних јастучића користећи топлоту и притисак. У употреби су два главна типа термокомпресионог везивања—везивање лопте клинасто везивање. Куглично везивање, које се користи само са златном жицом, доводи жицу кроз капиларну цев, сабија је, а затим пламен водоника топи жицу. Поред тога, ово формира нову куглицу на крају жице за следећи циклус везивања. Клинасто спајање укључује клинасти алат за спајање и микроскоп који се користи за прецизно позиционирање силиконског чипа и паковања преко подлоге за везивање. Процес се изводи у инертној атмосфери.

Ултразвучно везивање користи пулс ултразвучне, високофреквентне енергије да обезбеди акцију рибања која формира везу између жице и јастучића за везивање. Ултразвучно спајање се првенствено користи са алуминијумском жицом и често се преферира од термокомпресионог везивања, пошто не захтева да се чип кола загрева током операције везивања.

Термозвучно везивање је недавна технолошка промена у везивању златне жице. Укључује употребу комбинације ултразвучне и топлотне енергије и захтева мање топлоте од термокомпресионог везивања.

Капсулација

Примарна сврха инкапсулације је да се интегрисано коло стави у пакет који испуњава електричне, термичке, хемијске и физичке захтеве повезане са применом интегрисаног кола.

Најраспрострањенији типови паковања су радијални тип, равно паковање и двоструко-линијско (ДИП) паковање. Паковање радијално-оловног типа углавном се израђује од Ковара, легуре гвожђа, никла и кобалта, са тврдим стакленим заптивкама и коварским оловкама. Плоснати пакети користе оквире од металног олова, обично направљене од легуре алуминијума у ​​комбинацији са керамичким, стакленим и металним компонентама. Дуал-ин-лине пакети су генерално најчешћи и често користе керамичку или ливену пластику.

Обликовани пластични полупроводнички пакети се првенствено производе у два одвојена процеса -трансфер калуповање бризгање. Преносно обликовање је доминантна метода пластичне капсуле. У овој методи, чипови се монтирају на необрезане оловне оквире, а затим се серијски утоварују у калупе. Прашкасти или пелетирани облици термореактивне пластичне масе за калуповање се топе у загрејаној посуди, а затим се присилно убацују (пребацују) под притиском у напуњене калупе. Системи пластичне масе у облику праха или пелета могу се користити на епоксидним, силиконским или силиконским/епоксидним смолама. Систем се обично састоји од мешавине:

• термореактивне смоле—епоксид, силикон или силикон/епоксид

• учвршћивачи—епоксидни новолаци и епоксидни анхидриди

• пунила— силицијум-фузионисан или кристални силицијум диоксид (СиО₂) и глинице (Ал₂O₃), углавном 50-70% по тежини

• на ватру-антимон триоксид (Сб₂O₃) углавном 1-5% по тежини.

 

Ињекционо ливење користи или термопластичну или термореактивну смешу за ливење која се загрева до тачке топљења у цилиндру на контролисаној температури и убацује под притиском кроз млазницу у калуп. Смола се брзо очвршћава, калуп се отвара и паковање за инкапсулацију се избацује. Широка лепеза пластичних једињења се користи у бризгању, при чему су епоксидне и полифениленсулфидне (ППС) смоле најновији уноси у капсулирању полупроводника.

Коначно паковање силицијумског полупроводничког уређаја је класификовано према његовој отпорности на цурење или способности да изолује интегрисано коло из околине. Они се разликују као херметички (непропусни) или нехерметички затворени.

Испитивање цурења и сагоревање

Тестирање цурења је поступак развијен за тестирање стварне способности заптивања или херметизма упакованог уређаја. У употреби су два уобичајена облика испитивања цурења: детекција цурења хелијума и детекција цурења радиоактивним трагачем.

У детекцији цурења хелијума, комплетирани пакети се стављају у атмосферу под притиском хелијума на одређени временски период. Хелијум је у стању да продре кроз несавршености у паковање. Након уклањања из коморе за хлађење хелијума, паковање се преноси у комору масеног спектрометра и тестира да хелијум цури из несавршености у паковању.

Радиоактивни гас за праћење, обично криптон-85 (Кр-85), замењује се хелијумом у другој методи и мери се радиоактивни гас који цури из паковања. У нормалним условима, изложеност особља овом процесу је мања од 5 милисиверта (500 милирема) годишње (Балдвин и Стеварт 1989). Контроле за ове системе обично укључују:

• изолација у просторијама са приступом ограниченим само на неопходно особље

• на вратима соба у којима се налази Кр-85 поставили знакове упозорења о зрачењу

• континуирани монитори зрачења са алармима и аутоматским искључивањем/изолацијом

• наменски издувни систем и просторија са негативним притиском

• праћење изложености личном дозиметријом (нпр. значке филма радијације)

• редовно одржавање аларма и блокада

• редовне провере цурења радиоактивног материјала

• безбедносна обука за оператере и техничаре

• обезбеђујући да изложеност зрачењу буде што ниска колико је то разумно могуће (АЛАРА).

 

Такође, материјали који долазе у контакт са Кр-85 (нпр. изложени ИЦ, коришћено уље за пумпе, вентили и О-прстенови) се испитују како би се осигурало да не емитују превелике нивое радијације због заосталог гаса у себи пре него што се уклоне из контролисано подручје. Леацх-Марсхал (1991) пружа детаљне информације о изложености и контроли из Кр-85 система за детекцију финог цурења.

Запалити је операција температурног и електричног напрезања за одређивање поузданости коначног упакованог уређаја. Уређаји се стављају у пећницу са контролисаном температуром на дужи временски период користећи или амбијенталну атмосферу или инертну атмосферу азота. Температуре се крећу од 125°Ц до 200°Ц (150°Ц је просек), а временски периоди од неколико сати до 1,000 сати (48 сати је просек).

Завршни тест

За коначну карактеризацију перформанси упакованог силицијумског полупроводничког уређаја, врши се завршни електрични тест. Због великог броја и сложености потребних тестова, рачунар врши и оцењује тестирање бројних параметара важних за евентуално функционисање уређаја.

Означите и спакујте

Физичка идентификација коначног упакованог уређаја се постиже употребом различитих система обележавања. Две главне категорије обележавања компоненти су контактно и бесконтактно штампање. Контактна штампа обично укључује технику ротационог офсета коришћењем мастила на бази растварача. Бесконтактно штампање, које преноси ознаке без физичког контакта, укључује инк-јет главу или штампање тонером помоћу мастила на бази растварача или ласерског обележавања.

Растварачи који се користе као носачи за штампарске боје и као средство за претходно чишћење обично се састоје од мешавине алкохола (етанола) и естара (етил ацетат). Већина система за обележавање компоненти, осим ласерског обележавања, користи мастила која захтевају додатни корак за постављање или очвршћавање. Ове методе очвршћавања су ваздушно очвршћавање, топлотно очвршћавање (термичко или инфрацрвено) и ултраљубичасто очвршћавање. Мастила за очвршћавање ултраљубичастим зрацима не садрже раствараче.

Ласерски системи за обележавање користе или угљен-диоксид велике снаге (ЦО₂) ласер, или неодимијум:итријум ласер велике снаге. Ови ласери су обично уграђени у опрему и имају испреплетене ормаре који затварају путању снопа и тачку где сноп долази у контакт са метом. Ово елиминише опасност од ласерског зрака током нормалних операција, али постоји забринутост када су безбедносне блокаде поражене. Најчешћа операција где је потребно уклонити кућишта снопа и разбити блокаде је поравнање ласерског зрака.

Током ових операција одржавања, идеално би било да се просторија у којој се налази ласер евакуише, осим неопходних техничара за одржавање, са закључаним вратима собе и постављеним одговарајућим ласерским сигурносним знаковима. Међутим, ласери велике снаге који се користе у производњи полупроводника често се налазе у великим, отвореним производним просторима, што чини непрактичним премештање особља које није за одржавање током одржавања. За ове ситуације обично се успоставља привремена контролна зона. Обично се ове контролне области састоје од ласерских завеса или екрана за заваривање који могу да издрже директан контакт са ласерским снопом. Улаз у привремену контролну област се обично одвија кроз улаз у лавиринт који је постављен знаком упозорења кад год су блокаде за ласер поражене. Остале мере предострожности током поравнања зрака су сличне онима које су потребне за рад ласера ​​велике снаге отвореног снопа (нпр. обука, заштита очију, писмене процедуре и тако даље).

Ласери велике снаге су такође једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада у кућишту.

Поред опасности од снопа и електричне енергије, треба водити рачуна иу одржавању система за ласерско обележавање због могућности хемијске контаминације антимон триоксидом и берилијумом отпорним на ватру (керамичка паковања која садрже ово једињење ће бити означена). Димови се могу створити током обележавања снажним ласерима и створити остатке на површинама опреме и филтерима за екстракцију дима.

Одмашћивачи су се у прошлости користили за чишћење полупроводника пре него што су означени идентификационим кодовима. Изложеност растварачу изнад применљиве професионалне границе изложености ваздухом може лако да се деси ако се глава оператера постави испод расхладних калемова који изазивају поновну кондензацију пара, као што се може десити када оператер покуша да узме испуштене делове или када техничар очисти остатке са дна јединица (Балдвин и Стеварт 1989). Употреба одмашћивача је знатно смањена у индустрији полупроводника због ограничења употребе супстанци које оштећују озонски омотач као што су хлорофлуороугљеници и хлоровани растварачи.

Анализа кварова и осигурање квалитета

Лабораторије за анализу кварова и анализу квалитета обично обављају различите операције које се користе да би се осигурала поузданост уређаја. Неке од операција које се обављају у овим лабораторијама представљају потенцијал за изложеност запослених. Ови укључују:

• тестови за обележавање коришћење различитих растварача и корозивних смеша у загрејаним чашама на рингли. Локална издувна вентилација (ЛЕВ) у облику металне хаубе са адекватним брзинама лица потребна је за контролу фугитивних емисија. Раствори моноетаноламина могу да доведу до изложености која прелази границу изложености у ваздуху (Балдвин и Виллиамс 1996).

• испитивање мехурића/цурења коришћење флуороугљеника високе молекуларне тежине (заштићено име Флуоринертс)

• рендгенске јединице за паковање.

 

Кобалт-60 (до 26,000 кирија) се користи у ирадиаторима за тестирање способности ИЦ-а да издрже излагање гама зрачењу у војним и свемирским апликацијама. У нормалним условима, изложеност особља из ове операције је мања од 5 милисиверта (500 милирема) годишње (Балдвин и Стеварт 1989). Контроле за ову донекле специјализовану операцију су сличне онима које се користе за Кр-85 системе финог цурења (нпр. изолована просторија, континуирани монитори радијације, праћење изложености особља и тако даље).

Мали алфа извори „специфичне лиценце“ (нпр. микро- и миликурије америцијума-241) се користе у процесу анализе отказа. Ови извори су прекривени танким заштитним премазом који се зове прозор који омогућава емитовање алфа честица из извора како би се тестирала способност интегрисаног кола да ради када га бомбардују алфа честице. Обично се извори периодично (нпр. полугодишње) проверавају на цурење радиоактивног материјала до којег може доћи ако је заштитни прозор оштећен. Свако цурење које се може открити обично покреће уклањање извора и његову испоруку назад произвођачу.

Кабинетни рендгенски системи се користе за проверу дебљине металних премаза и за идентификацију недостатака (нпр. мехурићи ваздуха у паковањима мешавине калупа). Иако нису значајан извор цурења, ове јединице се обично проверавају на периодичној основи (нпр. једном годишње) помоћу ручног мерача за мерење цурења рендгенских зрака и проверава се да би се осигурало да блокаде врата исправно раде.

поштарина

Испорука је крајња тачка учешћа већине произвођача силицијумских полупроводничких уређаја. Трговци произвођачи полупроводника продају своје производе другим произвођачима крајњих производа, док заробљени произвођачи користе уређаје за сопствене крајње производе.

Здравствена студија

Сваки корак процеса користи одређени скуп хемија и алата који резултирају специфичним проблемима ЕХС. Поред забринутости повезаних са специфичним корацима процеса у обради силицијумских полупроводничких уређаја, епидемиолошка студија је истраживала здравствене ефекте међу запосленима у индустрији полупроводника (Сцхенкер ет ал. 1992). Погледајте и дискусију у чланку „Здравствени ефекти и обрасци болести“.

Главни закључак студије био је да је рад у објектима за производњу полупроводника повезан са повећаном стопом спонтаног побачаја (САБ). У историјској компоненти студије, број трудноћа које су проучаване у фабрикационим и нефабрикационим пословима био је приближно једнак (447 и 444 респективно), али је било више спонтаних побачаја у фабрикованим (н=67) него у непромишљеним (н=46) . Када се прилагоди различитим факторима који би могли да изазову пристрасност (старост, етничка припадност, пушење, стрес, социо-економски статус и историја трудноће), релативни ризик (РР) за нефабрикацију стихова је 1.43 (95% интервал поверења=0.95-2.09) .

Истраживачи су повезали повећану стопу САБ са излагањем одређеним гликол етерима на бази етилена (ЕГЕ) који се користе у производњи полупроводника. Специфични гликол етри који су били укључени у студију и за које се сумња да изазивају штетне репродуктивне ефекте су:

• 2-метоксиетанол (ЦАС 109-86-4)

• 2-метоксиетил ацетат (ЦАС 110-49-6)

• 2-етоксиетил ацетат (ЦАС 111-15-9).

 

Иако нису део студије, два друга гликол етра која се користе у индустрији, 2-етоксиетанол (ЦАС 110-80-5) и диетилен гликол диметил етар (ЦАС 111-96-6) имају сличне токсичне ефекте и неки су их забранили произвођачи полупроводника.

Поред повећане стопе САБ повезане са излагањем одређеним гликол етрима, студија је такође закључила:

• Постојала је недоследна повезаност за излагање флуориду (у јеткању) и САБ.

• Стрес који је сам пријавио био је снажан независни фактор ризика за САБ међу женама које раде у областима фабрикације.

• Женама које су радиле у области производње било је потребно више времена да затрудне у поређењу са женама у областима без производње.

• Повећање респираторних симптома (иритација очију, носа и грла и пискање) било је присутно код радника у производњи у поређењу са радницима који нису у производњи.

• Мишићно-скелетни симптоми дисталног горњег екстремитета, као што су бол у шаци, зглобу, лакту и подлактици, били су повезани са радом у просторији за производњу.

• Дерматитис и губитак косе (алопеција) су чешће пријављивани међу радницима у производњи него међу радницима који нису у производњи.

 

Преглед опреме

Сложеност опреме за производњу полупроводника, заједно са континуираним напретком у производним процесима, чини преглед нове процесне опреме пре инсталације важним за минимизирање ЕХС ризика. Два процеса прегледа опреме помажу да се осигура да ће нова полупроводничка процесна опрема имати одговарајуће ЕХС контроле: ЦЕ ознаку и међународне (СЕМИ) стандарде за полупроводничку опрему и материјале.

ЦЕ ознака је изјава произвођача да је тако означена опрема усклађена са захтјевима свих примјењивих директива Европске уније (ЕУ). За опрему за производњу полупроводника, Директива о машинама (МД), Директива о електромагнетној компатибилности (ЕМЦ) и Директива о ниском напону (ЛВД) сматрају се најприменљивијим директивама.

У случају Директиве о електромагнетној компатибилности, потребно је задржати службе надлежног органа (организације која је званично овлашћена од стране државе чланице ЕУ) да би дефинисала захтеве за испитивање и одобрила налазе испитивања. МД и ЛВД може да процени или произвођач или овлашћено тело (организација званично овлашћена од стране државе чланице ЕУ). Без обзира на изабрану путању (самопроцена или треће лице), регистровани увозник је одговоран да увезени производ буде означен ЦЕ. Они могу користити информације треће стране или информације о самооцењивању као основу за своје уверење да опрема испуњава захтеве важећих директива, али, на крају, они ће сами припремити изјаву о усаглашености и ставити ЦЕ ознаку.

Семицондуцтор Екуипмент анд Материалс Интернатионал је међународно трговинско удружење које представља добављаче опреме и материјала за полупроводничке и равне дисплеје. Међу њеним активностима је и развој добровољних техничких стандарда који су споразуми између добављача и купаца који имају за циљ побољшање квалитета и поузданости производа по разумној цени и стабилном снабдевању.

Два СЕМИ стандарда која се посебно примењују на бриге о ЕХС за нову опрему су СЕМИ С2 и СЕМИ С8. СЕМИ С2-93, Безбедносне смернице за опрему за производњу полупроводника, намењен је као минимални скуп ЕХС разматрања заснованих на перформансама за опрему која се користи у производњи полупроводника. СЕМИ С8-95, Ергономски критеријуми успеха добављача Упутство за употребу, проширује секцију ергономије у СЕМИ С2.

Многи произвођачи полупроводника захтевају да нова опрема буде сертификована од треће стране да испуњава захтеве СЕМИ С2. Смернице за тумачење СЕМИ С2-93 и СЕМИ С8-95 садржане су у публикацији индустријског конзорцијума СЕМАТЕЦХ (СЕМАТЕЦХ 1996). Додатне информације о СЕМИ-ју доступне су на светској мрежи (http://www.semi.org).

Цхемицал Хандлинг

Дозирање течности

Пошто су аутоматизовани системи за дозирање хемикалија постали правило, а не изузетак, смањен је број хемијских опекотина запослених. Међутим, у овим аутоматизованим системима за дозирање хемикалија потребно је инсталирати одговарајуће заштитне мере. Ови укључују:

• откривање цурења и аутоматско искључивање на извору расуте количине и на разводним кутијама

• двоструко задржавање водова ако се хемикалија сматра опасним материјалом

• сензори високог нивоа на крајњим тачкама (купатило или посуда за алат)

• временско искључивање пумпе (омогућава да се само одређена количина пумпа на локацију пре него што се аутоматски искључи).

Испуштање гаса

Безбедност дистрибуције гаса је значајно побољшана током година са појавом нових типова вентила за цилиндре, отвора са ограниченим протоком уграђених у цилиндар, аутоматизованих панела за прочишћавање гаса, детекције и затварања високог протока и софистицираније опреме за откривање цурења. Због свог пирофорног својства и широке употребе као сировине, силан гас представља највећу опасност од експлозије у индустрији. Међутим, инциденти са силанским гасом постали су предвидљивији са новим истраживањем које су спровели Фацтори Мутуал и СЕМАТЕЦХ. Са одговарајућим отворима смањеног протока (РФО), притисцима испоруке и вентилационим брзинама, већина експлозивних инцидената је елиминисана (СЕМАТЕЦХ 1995).

Неколико безбедносних инцидената догодило се последњих година због неконтролисаног мешања некомпатибилних гасова. Због ових инцидената, произвођачи полупроводника често прегледају инсталације гасовода и кутије за гас за алате како би осигурали да не може доћи до неправилног мешања и/или повратног тока гасова.

Хемијски проблеми обично изазивају највећу забринутост у производњи полупроводника. Међутим, већина повреда и смрти у индустрији је резултат нехемијских опасности.

Електрична безбедност

Постоје бројне електричне опасности повезане са опремом која се користи у овој индустрији. Сигурносне блокаде играју важну улогу у електричној сигурности, али техничари за одржавање често превазилазе ове блокаде. Значајна количина радова на одржавању се обично изводи док је опрема још увек под напоном или само делимично без струје. Најзначајније електричне опасности повезане су са јонским имплантаторима и ласерским изворима напајања. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада унутар алата. Процес прегледа СЕМИ С2 у Сједињеним Државама и ЦЕ ознака у Европи су помогли да се побољша електрична безбедност нове опреме, али операције одржавања нису увек адекватно разматране. За сву новоинсталисану опрему потребан је пажљив преглед операција одржавања и електричних опасности.

Други на листи електричних опасности је скуп опреме која генерише РФ енергију током процеса јеткања, прскања и чишћења коморе. Потребна је одговарајућа заштита и уземљење да би се смањио ризик од РФ опекотина.

Ове електричне опасности и многи алати који се не искључују током операција одржавања захтевају од техничара за одржавање да користе друга средства да се заштите, као што су процедуре закључавања/означавања. Опасности од електричне енергије нису једини извори енергије који се решавају закључавањем/означавањем. Остали извори енергије укључују водове под притиском, од којих многи садрже опасне гасове или течности, и пнеуматске контроле. Искључци за контролу ових извора енергије морају бити на лако доступној локацији—унутар fab (производња) или јури подручје где ће запослени радити, а не на незгодним локацијама као што су подфабови.

Ергономија

Интерфејс између запосленог и алата наставља да изазива повреде. Напрезање мишића и уганућа су прилично чести у индустрији полупроводника, посебно код техничара за одржавање. Приступ пумпама, поклопцима комора и тако даље често није добро дизајниран током производње алата и приликом постављања алата у фабрику. Пумпе треба да буду на точковима или постављене у фиоке или тацне на извлачење. Уређаји за подизање морају бити уграђени за многе операције.

Једноставно руковање плочицама узрокује ергономске опасности, посебно у старијим објектима. Новија постројења обично имају веће плочице и стога захтевају више аутоматизованих система за руковање. Многи од ових система за руковање плочицама се сматрају роботским уређајима, а забринутост за безбедност ових система мора се узети у обзир када су пројектовани и инсталирани (АНСИ 1986).

Безбедност од пожара

Поред гаса силана, који је већ обрађен, гас водоник има потенцијал да представља значајну опасност од пожара. Међутим, то се боље разуме и индустрија није видела много великих проблема повезаних са водоником.

Најозбиљнија опасност од пожара сада је повезана са влажне палубе или купке за нагризање. Типични пластични материјали за конструкцију (поливинилхлорид, полипропилен и полипропилен отпорни на пламен) су укључени у фаб. пожари. Извор паљења може бити грејач купатила за нагризање или облагање, електричне контроле монтиране директно на пластику или суседни алат. Ако дође до пожара са једним од ових пластичних алата, контаминација честицама и корозивни производи сагоревања се шире по фабрици. Економски губитак је велики због времена застоја у фабрици, док су простор и опрема враћени на стандарде чистих просторија. Често се нека скупа опрема не може адекватно деконтаминирати и мора се купити нова опрема. Стога су и адекватна превенција пожара и заштита од пожара критичне.

Превенција пожара се може решити различитим незапаљивим грађевинским материјалима. Нерђајући челик је пожељан материјал за конструкцију ових мокрих палуба, али често процес неће „прихватити“ метални алат. Пластика са мањим потенцијалом ватре/дима постоји, али још увек није адекватно тестирана да би се утврдило да ли ће бити компатибилна са процесима производње полупроводника.

Ради заштите од пожара, ови алати морају бити заштићени неометаном заштитом прскалица. Постављање ХЕПА филтера изнад мокрих клупа често блокира главе прскалица. Ако се то догоди, испод филтера се постављају додатне главе прскалице. Многе компаније такође захтевају да се систем за детекцију и гашење пожара инсталира унутар пленумских шупљина на овим алатима, где многи пожари почињу.

 

Назад