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83. Mikroelektronik und Halbleiter

Kapitel-Editor: Michael E. Williams


Inhaltsverzeichnis

Tabellen und Abbildungen

Allgemeines Profil
Michael E. Williams

Herstellung von Siliziumhalbleitern
David G. Baldwin, James R. Rubin und Afsaneh Gerami

Flüssigkristallanzeigen
David G. Baldwin, James R. Rubin und Afsaneh Gerami

III-V-Halbleiterherstellung
David G. Baldwin, Afsaneh Gerami und James R. Rubin

Leiterplatten- und Computermontage
Michael E. Williams

Gesundheitliche Auswirkungen und Krankheitsbilder
Donald V. Lassiter

Umwelt- und Gesundheitsfragen
Korky Chew

Tische

Klicken Sie unten auf einen Link, um die Tabelle im Artikelkontext anzuzeigen.

1. Photoresist-Systeme
2. Photoresist-Stripper
3. Nasschemische Ätzmittel
4. Plasmaätzgase und geätzte Materialien
5. Übergangsbildungsdotierstoffe für die Diffusion
6. Hauptkategorien der Siliziumepitaxie
7. Hauptkategorien von CVD
8. Reinigung von Flachbildschirmen
9. PWB-Prozess: Umwelt, Gesundheit und Sicherheit
10 Erzeugung und Kontrolle von PWB-Abfall
11 Erzeugung und Kontrolle von PCB-Abfällen
12 Abfallerzeugung und -kontrolle
13 Matrix der vorrangigen Bedürfnisse

Zahlen

Zeigen Sie auf eine Miniaturansicht, um die Bildunterschrift anzuzeigen, klicken Sie, um die Abbildung im Artikelkontext anzuzeigen.

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Samstag, März 19 2011 20: 40

Allgemeines Profil

Die Vielfalt der Prozesse und Produkte innerhalb der Mikroelektronik- und Halbleiterindustrie ist immens. Der Schwerpunkt der Arbeitsschutzdiskussion in diesem Kapitel liegt auf der Produktion von integrierten Halbleiterschaltungen (ICs) (sowohl in Produkten auf Siliziumbasis als auch in Verbindungen mit der Wertigkeit III-V), der Produktion von Leiterplatten (PWB), Leiterplatten (PCB) Montage und Computermontage.

Die Branche besteht aus zahlreichen Hauptsegmenten. Die Electronics Industry Association verwendet die folgende Abgrenzung bei der Berichterstattung über relevante Trends, Verkäufe und Beschäftigung in der Branche:

  • elektronische Bauteile
  • Unterhaltungselektronik
  • Telekommunikation
  • Verteidigungskommunikation
  • Computer und Peripheriegeräte
  • Industrieelektronik
  • medizinische Elektronik.

 

Zu den elektronischen Komponenten gehören Elektronenröhren (z. B. Empfangs-, Spezial- und Fernsehröhren), Festkörperprodukte (z. B. Transistoren, Dioden, ICs, Leuchtdioden (LEDs) und Flüssigkristallanzeigen (LCDs)) und passive und andere Komponenten (z. B. Kondensatoren, Widerstände, Spulen, Transformatoren und Schalter).

Unterhaltungselektronik umfasst Fernsehgeräte und andere Heim- und tragbare Audio- und Videoprodukte sowie Informationsgeräte wie PCs, Faxübertragungsgeräte und Telefonanrufbeantworter. Hardware und Software für elektronische Spiele, Heimsicherheitssysteme, leere Audio- und Videokassetten und Disketten, elektronisches Zubehör und Primärbatterien insgesamt fallen ebenfalls unter die Rubrik Unterhaltungselektronik.

Zusätzlich zu Allzweck- und Spezialcomputern umfassen Computer und Peripheriegeräte zusätzliche Speichergeräte, Eingabe-/Ausgabegeräte (z. B. Tastaturen, Mäuse, optische Abtastgeräte und Drucker), Terminals und so weiter. Während Telekommunikation, Verteidigungskommunikation und Industrie- und Medizinelektronik zum Teil dieselbe Technologie verwenden, umfassen diese Segmente auch Spezialgeräte.

Das Aufkommen der Mikroelektronikindustrie hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklung und Struktur der Weltwirtschaft. Das Tempo des Wandels in den Industrienationen der Welt wurde stark von Fortschritten in dieser Industrie beeinflusst, insbesondere in der Entwicklung der integrierten Schaltung. Dieses Änderungstempo wird grafisch in der Zeitachse der Anzahl von Transistoren pro integriertem Schaltungschip dargestellt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Transistoren pro IC-Chip

MICO10F1

Die wirtschaftliche Bedeutung des weltweiten Halbleiterabsatzes ist erheblich. Abbildung 2 ist eine Hochrechnung der Semiconductor Industry Association für den weltweiten und regionalen Halbleiterumsatz für 1993 bis 1998.

Abbildung 2. Weltweite Umsatzprognose für Halbleiter

MICO10F2

Die Halbleiter-IC- und Computer-/Elektronik-Montageindustrien sind einzigartig im Vergleich zu den meisten anderen Industriekategorien in der relativen Zusammensetzung ihrer Produktionsmitarbeiter. Der Halbleiterfertigungsbereich hat einen hohen Prozentsatz weiblicher Bediener, die die Prozessausrüstung bedienen. Die bedienerbezogenen Aufgaben erfordern normalerweise kein schweres Heben oder übermäßige körperliche Kraft. Außerdem erfordern viele der Arbeitsaufgaben Feinmotorik und Liebe zum Detail. Männliche Arbeitnehmer überwiegen in den Wartungsaufgaben, Ingenieurfunktionen und im Management. Eine ähnliche Zusammensetzung findet sich im Bereich Computer-/Elektronikmontage dieses Industriesegments. Ein weiteres ungewöhnliches Merkmal dieser Branche ist die Konzentration der Fertigung im asiatisch-pazifischen Raum der Welt. Dies gilt insbesondere in der Endmontage or Back-End Prozesse in der Halbleiterindustrie. Diese Verarbeitung umfasst das Positionieren und Platzieren des hergestellten integrierten Schaltungschips (technisch als Chip bekannt) auf einem Chipträger und einem Leiterrahmen. Diese Verarbeitung erfordert eine präzise Positionierung des Chips, typischerweise durch ein Mikroskop, und sehr feine motorische Fähigkeiten. Auch in diesem Teil des Prozesses überwiegen Arbeiterinnen, wobei der Großteil der weltweiten Produktion im pazifischen Raum konzentriert ist, mit hohen Konzentrationen in Taiwan, Malaysia, Thailand, Indonesien und den Philippinen und einer wachsenden Zahl in China und Vietnam.

Die Halbleiter-IC-Fertigungsbereiche haben verschiedene ungewöhnliche Eigenschaften und Merkmale, die für diese Branche einzigartig sind. Die IC-Verarbeitung beinhaltet nämlich extrem strenge Vorschriften und Anforderungen zur Partikelkontrolle. Ein typischer moderner IC-Fertigungsbereich kann als Reinraum der Klasse 1 oder weniger eingestuft werden. Als Vergleichsmethode wäre eine Außenumgebung größer als Klasse 500,000; ein typischer Raum in einem Haus der Klasse 100,000; und ein Halbleiter-Back-End-Montagebereich von ungefähr Klasse 10,000. Um dieses Maß an Partikelkontrolle zu erreichen, muss der Fertigungsarbeiter tatsächlich vollständig eingeschlossen werden Hasenanzüge die über Luftversorgungs- und Filtersysteme verfügen, um die von den Arbeitern im Fertigungsbereich erzeugten Partikelwerte zu kontrollieren. Die menschlichen Bewohner der Produktionsbereiche gelten als sehr starke Erzeuger von Feinstaub aus ihrer ausgeatmeten Luft, Haut- und Haarausfall sowie aus ihrer Kleidung und ihren Schuhen. Diese Anforderung, beengende Kleidung zu tragen und Arbeitsroutinen zu isolieren, hat dazu beigetragen, dass sich die Mitarbeiter in einer „nicht gastfreundlichen“ Arbeitsumgebung fühlen. Siehe Abbildung 3. Auch im fotolithografischen Bereich umfasst die Verarbeitung das Aussetzen des Wafers einer fotoaktiven Lösung und das anschließende Strukturieren eines Bildes auf der Waferoberfläche unter Verwendung von ultraviolettem Licht. Um unerwünschtes ultraviolettes (UV) Licht aus diesem Verarbeitungsbereich abzuschwächen, werden spezielle gelbe Lichter verwendet (ihnen fehlt die UV-Wellenlängenkomponente, die normalerweise in Innenbeleuchtung zu finden ist). Diese gelben Lichter tragen dazu bei, den Arbeitern das Gefühl zu geben, dass sie sich in einer anderen Arbeitsumgebung befinden, und können möglicherweise eine verwirrende Wirkung auf einige Personen haben.

Abbildung 3. Ein hochmoderner Reinraum

MIC010F3

 

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Samstag, März 19 2011 20: 44

Herstellung von Siliziumhalbleitern

Prozessübersicht

Die Beschreibung der Verarbeitung von Silizium-Halbleitergeräten, entweder diskrete Geräte (ein Halbleiter, der nur ein aktives Gerät enthält, wie z. B. einen Transistor) oder ICs (miteinander verbundene Arrays aktiver und passiver Elemente innerhalb eines einzelnen Halbleitersubstrats, die mindestens eine elektronische Schaltungsfunktion ausführen können) , umfasst zahlreiche hochtechnische und spezifische Operationen. Die Absicht dieser Beschreibung besteht darin, einen grundlegenden Rahmen und eine Erläuterung der Hauptkomponentenschritte bereitzustellen, die bei der Herstellung einer Silizium-Halbleitervorrichtung und der damit verbundenen Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheits(EHS)-Probleme verwendet werden.

Die Herstellung eines IC beinhaltet eine Abfolge von Prozessen, die viele Male wiederholt werden können, bevor ein Schaltkreis vollständig ist. Die gängigsten ICs verwenden 6 oder mehr Masken, um Musterungsprozesse abzuschließen, wobei 10 bis 24 Masken typisch sind. Die Herstellung einer Mikroschaltung beginnt mit einem ultrahochreinen Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 4 bis 12 Zoll. Perfekt reines Silizium ist fast ein Isolator, aber gewisse Verunreinigungen, genannt Dotierstoffe, in Mengen von 10 bis 100 Teilen pro Million zugesetzt, machen Silizium elektrisch leitfähig.

Eine integrierte Schaltung kann aus Millionen von Transistoren (auch Dioden, Widerständen und Kondensatoren) aus dotiertem Silizium bestehen, die alle durch das entsprechende Leitermuster verbunden sind, um die Computerlogik, den Speicher oder eine andere Art von Schaltung zu erzeugen. Hunderte von Mikroschaltkreisen können auf einem Wafer hergestellt werden.

Sechs Hauptherstellungsverarbeitungsschritte sind universell für alle Silizium-Halbleiterbauelemente: Oxidation, Lithographie, Ätzen, Dotieren, chemische Dampfabscheidung und Metallisierung. Es folgen Montage, Prüfung, Kennzeichnung, Verpackung und Versand.

Oxidation

Im Allgemeinen beinhaltet der erste Schritt bei der Verarbeitung von Halbleiterbauelementen die Oxidation der äußeren Oberfläche des Wafers, um eine dünne Schicht (etwa einen Mikrometer) aus Siliziumdioxid (SiO2). Diese schützt in erster Linie die Oberfläche vor Verunreinigungen und dient als Maske für den nachfolgenden Diffusionsprozess. Diese Fähigkeit, einen chemisch stabilen Schutzwafer aus Siliziumdioxid auf Silizium zu züchten, macht Siliziumwafer zum am weitesten verbreiteten Halbleitersubstrat.

Die Oxidation, allgemein als thermische Oxidation bezeichnet, ist ein diskontinuierlicher Prozess, der in einem Hochtemperatur-Diffusionsofen stattfindet. Die schützende Siliziumdioxidschicht wird in Atmosphären aufgewachsen, die entweder Sauerstoff (O2) (Trockenoxidation) oder Sauerstoff in Verbindung mit Wasserdampf (H2O) (Nassoxidation). Die Temperaturen im Ofen reichen von 800 bis 1,300oC. Chlorverbindungen in Form von Chlorwasserstoff (HCl) können ebenfalls hinzugefügt werden, um die Bekämpfung unerwünschter Verunreinigungen zu unterstützen.

Die Tendenz in neueren Fabrikationsanlagen geht zu vertikalen Oxidationsöfen. Vertikalöfen erfüllen besser die Notwendigkeit einer besseren Kontaminationskontrolle, einer größeren Wafergröße und einer gleichmäßigeren Verarbeitung. Sie ermöglichen eine kleinere Stellfläche der Ausrüstung, wodurch wertvolle Reinraumfläche eingespart wird.

Trockene Oxidation

Zu oxidierende Siliziumwafer werden zuerst unter Verwendung einer Lösung aus Detergens und Wasser gereinigt und mit Xylol, Isopropylalkohol oder anderen Lösungsmitteln gespült. Die gereinigten Wafer werden getrocknet und in einen als a bezeichneten Quarzwaferhalter geladen Boat und in das Operatorende geladen (Ende laden) der Quarzdiffusionsofenröhre oder -zelle. Das Einlassende des Rohres (Quelle Ende) liefert hochreinen Sauerstoff oder Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch. Der „trockene“ Sauerstoffstrom wird in das Quarzrohr geregelt und sorgt dafür, dass ein Überschuss an Sauerstoff für das Wachstum von Siliziumdioxid auf der Siliziumwaferoberfläche zur Verfügung steht. Die grundlegende chemische Reaktion ist:

Si + O2 → SiO2

Nassoxidation

Wenn Wasser das Oxidationsmittel ist, werden üblicherweise vier Methoden zum Einbringen von Wasserdampf verwendet – Pyrophor, Hochdruck, Bubbler und Flash. Die grundlegenden chemischen Reaktionen sind:

Pyrophor und Hochdruck: Si + 2O2 2 + H2 → SiO2 + 2H2O

Blitz und Sprudler: Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

Pyrophore Oxidation beinhaltet die Einführung und Verbrennung eines Wasserstoff/Sauerstoff-Gasgemisches. Solche Systeme werden allgemein als verbrannter Wasserstoff or Fackel Systeme. Wasserdampf wird erzeugt, wenn geeignete Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff am Einlassende des Rohrs eingeführt und reagieren gelassen werden. Die Mischung muss genau kontrolliert werden, um eine ordnungsgemäße Verbrennung zu gewährleisten und die Ansammlung von explosivem Wasserstoffgas zu verhindern.

Hochdruckoxidation (HiPox) wird technisch als Wasserpyrosynthesesystem bezeichnet und erzeugt Wasserdampf durch die Reaktion von ultrareinem Wasserstoff und Sauerstoff. Der Dampf wird dann in eine Hochdruckkammer gepumpt und auf 10 Atmosphären unter Druck gesetzt, was den Nassoxidationsprozess beschleunigt. Als Dampfquelle kann auch entionisiertes Wasser verwendet werden.

In Bubbler-Oxidation entionisiertes Wasser wird in einen Behälter namens a gegeben Bubbler und durch die Verwendung eines Heizmantels auf einer konstanten Temperatur unterhalb seines Siedepunkts von 100°C gehalten. Stickstoff- oder Sauerstoffgas tritt an der Einlassseite des Bubblers ein, wird beim Aufsteigen durch das Wasser mit Wasserdampf gesättigt und tritt durch den Auslass in den Diffusionsofen aus. Bubbler-Systeme scheinen das am weitesten verbreitete Oxidationsverfahren zu sein.

In Flash-Oxidation entionisiertes Wasser wird kontinuierlich in die erhitzte Bodenfläche eines Quarzbehälters getropft und das Wasser verdunstet schnell, sobald es auf die heiße Oberfläche trifft. Stickstoff- oder Sauerstoffträgergas strömt über das verdampfende Wasser und trägt den Wasserdampf in den Diffusionsofen.

Lithografie

Lithographie, auch bekannt als Photolithographie oder einfach Maskieren, ist ein Verfahren zum genauen Bilden von Mustern auf dem oxidierten Wafer. Die mikroelektronische Schaltung wird Schicht für Schicht aufgebaut, wobei jede Schicht ein Muster von einer im Schaltungsdesign vorgegebenen Maske erhält.

Die Druckerberufe entwickelten die wahren Vorläufer der heutigen Mikrofertigungsprozesse für Halbleitergeräte. Diese Entwicklungen beziehen sich auf die Herstellung von Druckplatten, üblicherweise aus Metall, auf denen durch Materialabtragung durch chemisches Ätzen ein Oberflächenreliefmuster erzeugt wird. Dieselbe grundlegende Technik wird bei der Herstellung verwendet Meister Masken Wird bei der Herstellung jeder Verarbeitungsschicht eines Geräts verwendet.

Schaltungsdesigner digitalisieren die Grundschaltung jeder Schicht. Dieses computergestützte Schema ermöglicht eine schnelle Erzeugung der Maskenschaltung und erleichtert alle erforderlichen Änderungen. Diese Technik wird als Computer Aided Design (CAD) bezeichnet. Unter Verwendung leistungsstarker Computeralgorithmen ermöglichen diese Online-Designsysteme dem Designer, die Schaltung direkt auf Videoanzeigebildschirmen mit interaktiven Grafikfähigkeiten zu entwerfen und zu modifizieren.

Die endgültige Zeichnung oder Maske für jede Schaltungsschicht wird von einem computergesteuerten Fotoplotter oder Mustergenerator erstellt. Diese Fotoplotzeichnungen werden dann auf die tatsächliche Größe der Schaltung, einer auf Glas mit Chromrelief hergestellten Mastermaske, verkleinert und auf einer Arbeitsplatte reproduziert, die entweder zum Kontakt- oder Projektionsdruck auf dem Wafer dient.

Diese Masken beschreiben das Muster der leitenden und isolierenden Bereiche, die durch Photolithographie auf den Wafer übertragen werden. Die meisten Unternehmen stellen keine eigenen Masken her, sondern verwenden die von einem Maskenhersteller bereitgestellten.

Reinigung

Die Notwendigkeit einer partikel- und kontaminationsfreien äußeren Waferoberfläche erfordert eine häufige Reinigung. Die Hauptkategorien sind:

  • Entionisiertes Wasser und Waschmittel
  • Lösungsmittel: Isopropylalkohol (IPA), Aceton, Ethanol, Terpene
  • Säure: Flusssäure (HF), Schwefelsäure (H2SO4) und Wasserstoffperoxid (H2O2), Salzsäure (HCl), Salpetersäure (HNO3) und Mischungen
  • Ätzmittel: Ammoniumhydroxid (NH4OH).

 

Anwendung widerstehen

Wafer werden mit einem Resistmaterial aus Polymer auf Lösungsmittelbasis beschichtet und schnell auf einem rotiert Spinner, die eine dünne gleichmäßige Schicht ausbreitet. Die Lösungsmittel verdunsten dann und hinterlassen einen Polymerfilm. Alle Resistmaterialien hängen von (hauptsächlich ultravioletten) Strahlungs-induzierten Änderungen in der Löslichkeit eines synthetischen organischen Polymers in einer ausgewählten Entwicklerspülung ab. Resistmaterialien werden in Negativ- oder Positivresists eingeteilt, je nachdem, ob die Löslichkeit im Entwickler bei Bestrahlung abnimmt (negativ) oder zunimmt (positiv). Tabelle 1 identifiziert den Komponentenaufbau verschiedener Photoresistsysteme.

Tabelle 1. Photoresistsysteme

Ultraviolett

Nah (350–450 nm)

Schwächen

PB
S
D

Aliphatischer Kautschuk auf Azidbasis (Isopren)
n-Butylacetat, Xylol, n-Methyl-2-pyrrolidon, Ethylbenzol
Xylol, aliphatische Kohlenwasserstoffe, n-Butylacetat,
Stoddard-Lösungsmittel (Erdöldestillate)

 

Stärken

PB
S


D

Ortho-Diazoketon
Propylenglycolmonomethyletheracetat, Ethyllactat, Methyl
Methoxypropionat, Ethylethoxypropionat, n-Butylacetat, Xylol,
Chlortoluol
Natriumhydroxid, Silikate, Kaliumhydroxid

Tief (200–250 nm)

In erster Linie
positiv widersteht

   

Elektronenstrahl (ca. 100 nm)

 

Schwächen

PB
S
D

Copolymer-Ethylacrylat und Glycidylmethacrylat (COP)
n / a
n / a

 

Stärken

PB

S
D

Polymethylmethacrylat, Polyfluoralkylmethacrylat, Polyalkylaldehyd, Polycyanoethylacrylat
Propylenglycolmonomethyletheracetat
Alkalisch oder IPA, Ethylacetat oder Methylisobutylketon (MIBK)

Röntgen (0.5–5 nm)

 

Schwächen

PB
S
D

Copolymer-Ethylacrylat und Glycidylmethacrylat (COP)
n / a
n / a

 

Stärken

PB

S
D

Polymethylmethacrylat, ortho-Diazoketon, Poly
(Hexafluorbutylmethacrylat), Poly(buten-1-sulfon)
Propylenglycolmonomethyletheracetat
n / a

PB = Polymerbasis; S = Lösungsmittel; D = Entwickler.

Da die meisten Fotolacke für ultraviolettes (UV) Licht empfindlich sind, wird der Verarbeitungsbereich mit speziellen gelben Lichtern beleuchtet, denen empfindliche UV-Wellenlängen fehlen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Fotolithografische „Gelbraum“-Ausrüstung

MIC020F3

In der Industrie werden vor allem Negativ- und Positiv-UV-Resists eingesetzt. E-Beam- und Röntgenresists gewinnen jedoch aufgrund ihrer höheren Auflösungen an Marktanteilen. Gesundheitliche Bedenken bei der Lithographie werden hauptsächlich durch potenzielle Gefahren für die Fortpflanzung verursacht, die mit ausgewählten positiven Resists (z. B. Ethylenglycolmonoethyletheracetat als Träger) verbunden sind, die derzeit von der Industrie auslaufen. Gelegentliche Gerüche von Negativlacken (z. B. Xylol) führen ebenfalls zu Bedenken der Mitarbeiter. Aufgrund dieser Bedenken verbringen die Industriehygieniker der Halbleiterindustrie viel Zeit damit, Photoresist-Operationen zu testen. Während dies zur Charakterisierung dieser Vorgänge nützlich ist, liegen die routinemäßigen Expositionen während des Schleuder- und Entwicklerbetriebs typischerweise unter 5 % der luftgetragenen Standards für die berufliche Exposition für die im Prozess verwendeten Lösungsmittel (Scarpace et al. 1989).

Während des Betriebs eines Schleudersystems wurde eine einstündige Exposition gegenüber Ethylenglycolmonoethyletheracetat von 1 ppm festgestellt. Diese Exposition wurde hauptsächlich durch schlechte Arbeitspraktiken während der Wartungsarbeiten verursacht (Baldwin, Rubin und Horowitz 6.3).

Trocknen und vorbacken

Nach dem Auftragen des Resists werden die Wafer auf einer Bahn oder manuell von der Schleuder in einen temperaturgeregelten Ofen mit Stickstoffatmosphäre bewegt. Eine moderate Temperatur (70 bis 90 °C) bewirkt, dass der Fotolack aushärtet (Soft Bake) und die restlichen Lösungsmittel verdunsten.

Um die Haftung der Resistschicht auf dem Wafer sicherzustellen, wird ein Primer, Hexamethyldisilizan (HMDS), auf den Wafer aufgetragen. Der Primer bindet molekulares Wasser auf der Waferoberfläche. HMDS wird entweder direkt in einem Tauch- oder Aufschleuderverfahren oder durch eine Dampfgrundierung aufgebracht, die Verfahrens- und Kostenvorteile gegenüber den anderen Verfahren bietet.

Maskenausrichtung und Belichtung

Die Maske und der Wafer werden unter Verwendung eines präzisen optischen/mechanischen Geräts dicht zusammengebracht, und das Bild auf der Maske wird auf ein beliebiges Muster ausgerichtet, das bereits im Wafer unter der Fotolackschicht vorhanden ist. Für die erste Maske ist keine Ausrichtung erforderlich. Bei älteren Technologien wird die Ausrichtung für aufeinanderfolgende Schichten durch die Verwendung eines Biskops (Zweilinsenmikroskop) und Präzisionssteuerungen zum Positionieren des Wafers in Bezug auf die Maske ermöglicht. Bei neueren Technologien erfolgt die Ausrichtung automatisch anhand von Referenzpunkten auf den Wafern.

Sobald die Ausrichtung erfolgt ist, scheint eine hochintensive ultraviolette Quecksilberdampf- oder Bogenlampenquelle durch die Maske, wodurch der Resist an Stellen freigelegt wird, die nicht durch undurchsichtige Bereiche der Maske geschützt sind.

Die verschiedenen Methoden der Waferausrichtung und -belichtung umfassen UV-Flutbelichtung (Kontakt oder Nähe), UV-Belichtung durch eine Projektionslinse zur Verkleinerung (Projektion), UV-Stufen- und Wiederholungsreduktionsbelichtung (Projektion), Röntgenflutung (Nähe) und Elektronenstrahlabtastung Belichtung (direktes Schreiben). Die hauptsächlich verwendete Methode umfasst die UV-Bestrahlung von Quecksilberdampf- und Bogenlampen durch Proximity- oder Projektions-Aligner. Die UV-Resists sind entweder so konzipiert, dass sie auf ein breites Spektrum von UV-Wellenlängen reagieren, oder sie sind so formuliert, dass sie bevorzugt auf eine oder mehrere der von der Lampe emittierten Hauptspektrumlinien reagieren (z. B. g-Linie bei 435 nm, h-Linie bei 405 nm und i-Linie bei 365 nm).

Die vorherrschenden Wellenlängen von UV-Licht, die derzeit bei der Photomaskierung verwendet werden, sind 365 nm oder darüber, aber die Spektren von UV-Lampen enthalten auch erhebliche Energie im gesundheitlich bedenklichen Wellenlängenbereich, dem aktinischen Bereich unter 315 nm. Normalerweise ist die Intensität der aus dem Gerät austretenden UV-Strahlung geringer als sowohl die Intensität des Sonnenlichts im aktinischen Bereich als auch die für die berufliche UV-Exposition festgelegten Standards.

Gelegentlich erfordert die Ausrichtung der UV-Lampe während der Wartung, dass sie außerhalb des Geräteschranks oder ohne normale Schutzfilter eingeschaltet wird. Die Expositionsniveaus während dieses Vorgangs können die beruflichen Expositionsgrenzwerte überschreiten, aber normale Reinraumkleidung (z. B. Kittel, Vinylhandschuhe, Gesichtsmasken und Polycarbonat-Schutzbrillen mit UV-Inhibitor) ist normalerweise ausreichend, um das UV-Licht unter die Expositionsgrenzwerte zu dämpfen (Baldwin und Stewart 1989 ).

Während die vorherrschenden Wellenlängen für UV-Lampen, die in der Photolithographie verwendet werden, 365 nm oder mehr betragen, führt die Suche nach kleineren Merkmalen in fortschrittlichen ICs zur Verwendung von Belichtungsquellen mit kleineren Wellenlängen, wie z. B. tiefes UV und Röntgenstrahlen. Eine neue Technologie für diesen Zweck ist die Verwendung von Krypton-Fluorid-Excimer-Lasern, die in Steppern verwendet werden. Diese Stepper verwenden eine Wellenlänge von 248 nm mit hoher Laserleistung. Gehäuse für diese Systeme enthalten jedoch den Strahl während des normalen Betriebs.

Wie bei anderen Geräten mit Hochleistungslasersystemen, die in der Halbleiterfertigung verwendet werden, besteht die Hauptsorge darin, wenn Verriegelungen für das System während der Strahlausrichtung umgangen werden müssen. Hochleistungslaser sind auch eine der bedeutendsten elektrischen Gefahren in der Halbleiterindustrie. Auch nach dem Abschalten des Stroms besteht innerhalb des Werkzeugs ein erhebliches Schockpotential. Kontrollen und Überlegungen zum Sicherheitsdesign für diese Systeme werden von Escher, Weathers und Labonville (1993) behandelt.

Eine Belichtungsquelle mit fortschrittlicher Technologie, die in der Lithographie verwendet wird, sind Röntgenstrahlen. Emissionspegel von Röntgenlithographiequellen können zu Dosisraten führen, die sich 50 Millisievert (5 Rems) pro Jahr im Zentrum der Ausrüstung nähern. Es wird empfohlen, den Zugang zu Bereichen innerhalb der abgeschirmten Wand zu beschränken, um die Exposition zu minimieren (Rooney und Leavey 1989).

Entwicklung

Während des Entwicklungsschrittes werden die unpolymerisierten Bereiche des Resists aufgelöst und entfernt. Entwickler auf Lösungsmittelbasis wird auf die mit Resist bedeckte Waferoberfläche entweder durch Eintauchen, Sprühen oder Zerstäuben aufgebracht. Entwicklerlösungen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Eine Lösungsmittelspülung (n-Butylacetat, Isopropylalkohol, Aceton usw.) wird normalerweise nach dem Entwickler aufgetragen, um jegliches Restmaterial zu entfernen. Der nach dem Entwickeln verbleibende Resist schützt die einzelnen Schichten bei der weiteren Verarbeitung.

Backen

Nach dem Ausrichten, Belichten und Entwickeln des Resists gelangen die Wafer dann in einen weiteren temperaturgesteuerten Ofen mit Stickstoffatmosphäre. Der Ofen mit höherer Temperatur (120 bis 135 °C) bewirkt, dass der Fotolack auf der Waferoberfläche aushärtet und vollständig polymerisiert (Hard Bake).

Photoresist-Stripping

Der entwickelte Wafer wird dann selektiv mit Nass- oder Trockenchemikalien geätzt (siehe „Ätzen“ unten). Der restliche Fotolack muss vor der weiteren Verarbeitung vom Wafer abgezogen werden. Dies geschieht entweder durch den Einsatz nasschemischer Lösungen in temperierten Bädern oder durch den Einsatz eines Plasma-Aschers oder einer Trockenchemikalie. Tabelle 2 identifiziert sowohl nasse als auch trockene chemische Bestandteile. Es folgt eine Erörterung des trockenchemischen Plasmaätzens – unter Verwendung der gleichen Ausrüstung und Betriebsprinzipien wie beim Plasmaveraschen.


Tabelle 2. Photoresist-Stripper

Nasse Chemikalie

 Säure

Schwefelsäure (H2SO4) und Chrom (CrO3)

Schwefelsäure (H2SO4) und Ammoniumpersulfat ((NH4)2S2O8)

Schwefelsäure (H2SO4) und Wasserstoffperoxid (H2O2)

Organische

Phenole, Schwefelsäuren, Trichlorbenzol, Perchlorethylen

Glykolether, Ethanolamin, Triethanolamin

Natronlauge und Silikate (Positivresist)

Trockenchemikalie

Plasmaveraschung (Strippen)

HF-Stromquelle (Hochfrequenz) – Frequenz 13.56 MHz oder 2,450 MHz

Sauerstoff (O2) Quellgas

Vakuumpumpsysteme

—Ölgeschmiert mit Flüssigstickstofffalle (alte Technologie)
—Geschmiert mit inerten Perfluorpolyether-Flüssigkeiten (neuere Technologie)
—Trockenpumpe (neueste Technologie)


Radierung

Ätzen entfernt Schichten aus Siliziumdioxid (SiO2), Metalle und Polysilizium sowie Resists, gemäß den gewünschten Mustern, die durch den Resist beschrieben werden. Die beiden Hauptkategorien des Ätzens sind Nass- und Trockenchemikalien. Überwiegend wird das Nassätzen verwendet, bei dem es sich um Lösungen handelt, die die Ätzmittel (meist ein Säuregemisch) in der gewünschten Stärke enthalten, die mit den zu entfernenden Materialien reagieren. Beim Trockenätzen werden reaktive Gase unter Vakuum in einer Kammer mit hoher Energie verwendet, wodurch auch die gewünschten Schichten entfernt werden, die nicht durch Resist geschützt sind.

Nasse Chemikalie

Die nasschemischen Ätzlösungen befinden sich in temperierten Ätzbädern aus Polypropylen (Poly-Pro), schwer entflammbarem Polypropylen (GFK) oder Polyvinylchlorid (PVC). Die Bäder sind im Allgemeinen entweder mit einer Ringabsaugung vom Ringtyp oder einer Schlitzabsaugung an der Rückseite der nasschemischen Ätzstation ausgestattet. Vertikale Laminarströmungshauben führen der Oberfläche der Ätzbäder gleichmäßig gefilterte, partikelfreie Luft zu. Gängige Lösungen von Nassätzchemikalien sind in Tabelle 3 in Bezug auf die zu ätzende Oberflächenschicht dargestellt.

Tabelle 3. Nasschemische Ätzmittel

Material zum Ätzen

Ätzmittel

Silizium

Polykristallines Silizium (Si)

Flusssäure, Salpetersäure, Essigsäure und Jod
Kaliumhydroxid
Ethylendiamin/Catechin
Ammoniumfluorid, Eisessig und Salpetersäure

Siliziumdioxid (SiO2)

Gepuffertes Oxidätzen (BOE) - Fluorwasserstoff und
Ammoniumfluorid
BOE, Ethylenglycol, Monomethylether
Flusssäure und Salpetersäure (P-Ätz)

Siliziumnitrid (Si3N4)

Phosphor- und Flusssäuren

CVD-Oxid- oder Pad-Ätzung

Ammoniumfluorid, Essig- und Flusssäure

Metallindustrie

Aluminium (Al)

Phosphor-, Salpeter-, Essig- und Salzsäure
Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid

Chrom-Nickel (Cr/Ni)

Cerammoniumnitrat und Salpetersäure
Salz- und Salpetersäure (Königswasser)

Gold (Au)

Salz- und Salpetersäure (Königswasser)
Kaliumiodid (KI)
Kaliumcyanid (KCN) und Wasserstoffperoxid (H2O2)
Eisenchlorid (FeCl3) und Salzsäure

Silber (Ag)

Eisennitrat (FeNO3) und Ethylenglykol
Salpetersäure

Compounds

Formel

Standardkonzentration (%)

Essigsäure

CH3COOH

36

Ammoniumfluorid

NH4F

40

Eisessig

CH3COOH

99.5

Salzsäure

HCl

36

Fluorwasserstoffsäure

HF

49

Salpetersäure

Hno3  

67

Phosphorsäure

H3PO4  

85

Kaliumhydroxid

KOH

50 oder 10

Natriumhydroxid

NaOH

50 oder 10

Schwefelsäure

H2SO4  

96

 

Vertikal montierte Strömungsversorgungshauben können bei Verwendung in Verbindung mit Spritzschutz und Absaugung Bereiche mit Luftturbulenzen innerhalb der nasschemischen Ätzstation erzeugen. Infolgedessen ist eine Verringerung der Wirksamkeit der örtlichen Absaugung beim Auffangen und Ableiten von flüchtigen Luftverunreinigungen aus den verwendeten Ätzbädern möglich.

Das Hauptproblem beim Nassätzen ist die Möglichkeit des Hautkontakts mit den konzentrierten Säuren. Während alle beim Ätzen verwendeten Säuren Verätzungen verursachen können, ist der Kontakt mit Flusssäure (HF) besonders besorgniserregend. Die zeitliche Verzögerung zwischen Hautkontakt und Schmerz (bis zu 24 Stunden bei Lösungen mit weniger als 20 % HF und 1 bis 8 Stunden bei 20 bis 50 %igen Lösungen) kann zu einer verzögerten Behandlung und schwereren Verbrennungen als erwartet führen (Hathaway et al. 1991). .

In der Vergangenheit waren Verätzungen durch Säure ein besonderes Problem in der Industrie. Der Hautkontakt mit Säuren ist jedoch in den letzten Jahren zurückgegangen. Ein Teil dieser Reduzierung wurde durch produktbezogene Verbesserungen im Ätzprozess verursacht, wie z. B. die Umstellung auf Trockenätzen, den Einsatz von mehr Robotern und die Installation von Chemikaliendosiersystemen. Die Verringerung der Verätzungsrate kann auch auf bessere Handhabungstechniken, stärkere Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, besser gestaltete Nassdecks und besseres Training zurückgeführt werden – all dies erfordert kontinuierliche Aufmerksamkeit, wenn die Rate weiter sinken soll (Baldwin und Williams 1996 ).

Trockenchemikalie

Trockenchemisches Ätzen ist aufgrund seiner Fähigkeit, den Ätzprozess besser zu kontrollieren und das Kontaminationsniveau zu reduzieren, ein Bereich von wachsendem Interesse und zunehmender Verwendung. Die trockenchemische Verarbeitung ätzt die gewünschten Schichten effektiv durch die Verwendung von chemisch reaktiven Gasen oder durch physikalischen Beschuss.

Es wurden chemisch reaktive Plasmaätzsysteme entwickelt, die Silizium, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminium, Tantal, Tantalverbindungen, Chrom, Wolfram, Gold und Glas effektiv ätzen können. Es werden zwei Arten von Plasmaätzreaktorsystemen verwendet – das Fass oder zylindrisch und die Parallelplatte oder planar. Beide arbeiten nach den gleichen Prinzipien und unterscheiden sich hauptsächlich nur in der Konfiguration.

Ein Plasma ähnelt einem Gas, außer dass einige der Atome oder Moleküle des Plasmas ionisiert sind und eine beträchtliche Anzahl freier Radikale enthalten können. Der typische Reaktor besteht aus einer Vakuumreaktorkammer, die den Wafer enthält, der normalerweise aus Aluminium, Glas oder Quarz besteht; eine Hochfrequenz(HF)-Energiequelle – normalerweise bei 450 kHz, 13.56 MHz oder 40.5 MHz und ein Steuermodul zum Steuern der Verarbeitungszeit, der Zusammensetzung des Reaktionsgases, der Gasflussrate und des HF-Leistungspegels. Zusätzlich ist eine ölgeschmierte (ältere Technologie) oder trockene (neuere Technologie) Grobpumpen-Vakuumquelle mit der Reaktorkammer in Reihe geschaltet. Wafer werden entweder einzeln oder in Kassetten in den Reaktor geladen, eine Pumpe evakuiert die Kammer und das Reagensgas (normalerweise Tetrafluorkohlenstoff) wird eingeführt. Die Ionisierung des Gases bildet das Ätzplasma, das mit den Wafern reagiert, um flüchtige Produkte zu bilden, die abgepumpt werden. Die Einführung von frischem Reaktionsgas in die Kammer hält die Ätzaktivität aufrecht. Tabelle 4 identifiziert die Materialien und Plasmagase, die zum Ätzen verschiedener Schichten verwendet werden.

Tabelle 4. Plasmaätzgase und geätzte Materialien

Material

Gas

Silizium

Polysilizium (polySi) und Silizium

CF+O2, CCl4 oder CF3Cl, CF4 und HCl

Siliziumdioxid (SiO2)

C2F6, C3F8, CF.4, SiF4, C5F12, CHF3, CCl2F2, SF6, HF

Siliziumnitrid (Si3N4)

CF4 +Ar, CF4 + O2, CF.4 + H2

Metallindustrie

Aluminium (Al)

CCl4 oder BCl3 + Er oder Ar

Chrom (Cr)

CCl4

Chromoxid (CrO3)

Cl2 + Ar oder CCl4 + Ar

Galliumarsenid (GaAs)

CCl2F2

Vanadium (V)

CF4

Titan (Ti)

CF4

Tantuum (Ta)

CF4

Molybdän (Mo)

CF4

Wolfram (W)

CF4

 

Ein weiteres Verfahren, das derzeit zum Ätzen entwickelt wird, ist das Mikrowellen-Downstream-Verfahren. Es verwendet eine Mikrowellenentladung mit hoher Leistungsdichte, um metastabile Atome mit langer Lebensdauer zu erzeugen, die Material fast so ätzen, als ob es in Säure getaucht wäre.

Physikalische Ätzverfahren ähneln dem Sandstrahlen darin, dass Argongasatome verwendet werden, um die zu ätzende Schicht physikalisch zu bombardieren. Ein Vakuumpumpsystem wird verwendet, um disloziertes Material zu entfernen. Beim reaktiven Ionenätzen handelt es sich um eine Kombination aus chemischem und physikalischem Trockenätzen.

Der Sputterprozess ist ein Prozess des Ionenaufpralls und der Energieübertragung. Das Sputterätzen beinhaltet ein Sputtersystem, bei dem der zu ätzende Wafer an einer negativen Elektrode oder einem Target in einer Glimmentladungsschaltung befestigt wird. Durch den Beschuss mit positiven Ionen, üblicherweise Argon, spritzt Material vom Wafer ab und führt zu einer Versetzung der Oberflächenatome. Die Stromversorgung erfolgt über eine HF-Quelle mit einer Frequenz von 450 kHz. Ein Inline-Vakuumsystem wird zur Drucksteuerung und Entfernung der Reaktanten verwendet.

Ionenstrahlätzen und -fräsen ist ein schonendes Ätzverfahren, bei dem ein Strahl niederenergetischer Ionen verwendet wird. Das Ionenstrahlsystem besteht aus einer Quelle zur Erzeugung des Ionenstrahls, einer Arbeitskammer, in der geätzt oder gefräst wird, einer Halterung mit einer Zielplatte zum Halten der Wafer im Ionenstrahl, einem Vakuumpumpsystem, unterstützender Elektronik und Instrumenten. Der Ionenstrahl wird aus einem ionisierten Gas (Argon oder Argon/Sauerstoff) oder Plasma gewonnen, das durch die elektrische Entladung entsteht. Die Entladung wird durch Anlegen einer Spannung zwischen einer elektronenemittierenden Glühfadenkathode und einem Anodenzylinder, der sich im Außendurchmesser des Entladungsbereichs befindet, erhalten.

Das Ionenstrahlfräsen erfolgt im niederenergetischen Bereich des Ionenbeschusses, wo nur Oberflächenwechselwirkungen auftreten. Diese Ionen, normalerweise im Bereich von 500 bis 1,000 eV, treffen auf ein Ziel und abspritzen Oberflächenatome, indem sie die Kräfte brechen, die das Atom mit seinem Nachbarn verbinden. Das Ionenstrahlätzen wird in einem etwas höheren Energiebereich durchgeführt, was eine dramatischere Verschiebung von Oberflächenatomen beinhaltet.

Reaktives Ionenätzen (RIE) ist eine Kombination aus physikalischem Sputtern und chemischem Ätzen reaktiver Spezies bei niedrigen Drücken. RIE verwendet Ionenbeschuss, um gerichtetes Ätzen zu erreichen, und auch ein chemisch reaktives Gas, Tetrafluorkohlenstoff (CF4) oder Tetrachlorkohlenstoff (CCl4), um eine gute Ätzschichtselektivität aufrechtzuerhalten. Ein Wafer wird in eine Kammer mit einer Atmosphäre aus einer chemisch reaktiven Gasverbindung bei einem niedrigen Druck von etwa 0.1 Torr (1.3 x 10-4 Atmosphäre). Eine elektrische Entladung erzeugt ein Plasma aus reaktiven „freien Radikalen“ (Ionen) mit einer Energie von einigen hundert Elektronenvolt. Die Ionen treffen vertikal auf die Waferoberfläche, wo sie reagieren, um flüchtige Spezies zu bilden, die durch ein Inline-Vakuumsystem mit niedrigem Druck entfernt werden.

Trockenätzer haben manchmal einen Reinigungszyklus, der verwendet wird, um Ablagerungen zu entfernen, die sich auf der Innenseite der Reaktionskammern ansammeln. Ausgangsverbindungen, die für die Plasmen des Reinigungszyklus verwendet werden, umfassen Stickstofftrifluorid (NF3), Hexafluorethan (C2F6) und Octafluorpropan (C3F8).

Diese drei im Reinigungsprozess verwendeten Gase und viele der beim Ätzen verwendeten Gase sind ein Eckpfeiler für ein Umweltproblem, mit dem die Halbleiterindustrie konfrontiert ist und das Mitte der 1990er Jahre auftauchte. Mehreren der hochfluorierten Gase wurde ein erhebliches Treibhauspotenzial (oder Treibhauseffekt) zugesprochen. (Diese Gase werden auch als PFCs, perfluorierte Verbindungen, bezeichnet.) Die lange atmosphärische Lebensdauer, das hohe Treibhauspotenzial und der deutlich erhöhte Einsatz von PFCs wie NF3, C2F6, C3F8, CF.4, Trifluormethan (CHF3) und Schwefelhexafluorid (SF6) veranlasste die Halbleiterindustrie, sich auf Möglichkeiten zur Reduzierung ihrer Emissionen zu konzentrieren.

Atmosphärische Emissionen von PFCs aus der Halbleiterindustrie sind auf eine schlechte Werkzeugeffizienz (viele Werkzeuge verbrauchten nur 10 bis 40 % des verwendeten Gases) und unzureichende Ausrüstung zur Verringerung der Luftemission zurückzuführen. Nasswäscher sind bei der Entfernung von PFCs nicht effektiv, und Tests an vielen Verbrennungseinheiten ergaben eine schlechte Zerstörungseffizienz für einige Gase, insbesondere CF4. Viele dieser Verbrennungseinheiten brachen C ab2F6 und C3F8 in CF4. Auch die hohen Betriebskosten für diese Minderungswerkzeuge, ihr Energiebedarf, ihre Freisetzung anderer Gase der globalen Erwärmung und ihre Verbrennungsnebenprodukte von gefährlichen Luftschadstoffen zeigten, dass die Verbrennungsminderung kein geeignetes Verfahren zur Kontrolle von PFC-Emissionen war.

Prozesswerkzeuge effizienter zu machen, umweltfreundlichere Alternativen zu diesen Trockenätzgasen zu identifizieren und zu entwickeln und die Abgase wiederzugewinnen/zu recyceln waren die mit Trockenätzern verbundenen Umweltschwerpunkte.

Der Hauptschwerpunkt der Arbeitshygiene bei Trockenätzern lag auf der möglichen Exposition von Wartungspersonal, das an den Reaktionskammern, Pumpen und anderen zugehörigen Geräten arbeitet, die Rückstände von Reaktionsprodukten enthalten können. Die Komplexität von Plasma-Metallätzern und die Schwierigkeit, die mit ihrer Wartung verbundenen Gerüche zu charakterisieren, hat sie zum Gegenstand vieler Untersuchungen gemacht.

Die in Plasmametallätzern gebildeten Reaktionsprodukte sind ein komplexes Gemisch aus chlorierten und fluorierten Verbindungen. Die Wartung von Metallätzern beinhaltet oft kurzzeitige Arbeiten, die starke Gerüche erzeugen. Hexachlorethan wurde bei einem Typ von Aluminiumätzern als die Hauptursache für Gerüche gefunden (Helb et al. 1983). In einem anderen Fall war Chlorcyan das Hauptproblem: Die Expositionswerte betrugen das 11-fache des Arbeitsplatzgrenzwerts von 0.3 ppm (Baldwin 1985). Bei noch anderen Arten von Ätzern ist Chlorwasserstoff mit dem Geruch verbunden; die maximal gemessene Exposition betrug 68 ppm (Baldwin, Rubin und Horowitz 1993). Für weitere Informationen zu diesem Thema siehe Mueller und Kunesh (1989).

Die Komplexität der Chemie in Metallätzabgasen hat Forscher dazu veranlasst, experimentelle Methoden zur Untersuchung der Toxizität dieser Mischungen zu entwickeln (Bauer et al. 1992a). Die Anwendung dieser Methoden in Nagetierstudien weist darauf hin, dass bestimmte dieser chemischen Mischungen mutagene Mutagene (Bauer et al. 1992b) und reproduktionstoxische (Schmidt et al. 1995) sind.

Da Trockenätzer als geschlossene Systeme arbeiten, kommt es bei geschlossenem System typischerweise nicht zu einer chemischen Belastung der Bediener der Ausrüstung. Eine seltene Ausnahme hiervon ist, wenn der Spülzyklus für ältere Batch-Ätzer nicht lang genug ist, um die Ätzgase angemessen zu entfernen. Beim Öffnen der Türen zu diesen Ätzanlagen wurden kurze, aber irritierende Expositionen gegenüber Fluorverbindungen gemeldet, die unterhalb der Nachweisgrenze für typische industrielle Hygieneüberwachungsverfahren liegen. Normalerweise kann dies korrigiert werden, indem einfach die Länge des Spülzyklus vor dem Öffnen der Ätzkammertür verlängert wird.

Die Hauptbedenken hinsichtlich der Exposition des Bedieners gegenüber HF-Energie entstehen während des Plasmaätzens und -veraschens (Cohen 1986; Jones 1988). Typischerweise kann der Verlust von HF-Energie verursacht werden durch:

  • falsch ausgerichtete Türen
  • Risse und Löcher in den Schränken
  • Metalltische und Elektrokabel, die aufgrund unsachgemäßer Erdung des Ätzers als Antennen fungieren
  • kein Dämpfungsschirm im Sichtfenster des Ätzers (Jones 1988; Horowitz 1992).

 

Hochfrequenzbelastung kann auch während der Wartung von Ätzern auftreten, insbesondere wenn der Geräteschrank entfernt wurde. Eine Belichtung von 12.9 mW/cm2 wurde oben auf einem Plasmaätzer eines älteren Modells gefunden, dessen Abdeckung zur Wartung entfernt wurde (Horowitz 1992). Der tatsächliche HF-Strahlungsverlust in dem Bereich, in dem der Bediener steht, lag typischerweise unter 4.9 mW/cm2.

Doping

Die Bildung einer elektrischen Verbindung oder Grenze zwischen p und n Bereichen in einem Einkristall-Siliziumwafer ist das wesentliche Element für das Funktionieren aller Halbleiterbauelemente. Übergänge lassen Strom viel leichter in eine Richtung fließen als in die andere. Sie bilden die Grundlage für Dioden- und Transistoreffekte in allen Halbleitern. In einer integrierten Schaltung muss eine kontrollierte Anzahl elementarer Verunreinigungen oder Dotierstoffe in ausgewählte geätzte Bereiche des Siliziumsubstrats oder Wafers eingeführt werden. Dies kann entweder durch Diffusions- oder Ionenimplantationstechniken erfolgen. Unabhängig von der verwendeten Technik werden für die Herstellung von Halbleiterübergängen die gleichen Typen oder Dotierstoffe verwendet. Tabelle 5 identifiziert die Hauptkomponenten, die zum Dotieren verwendet werden, ihren physikalischen Zustand, elektrischen Typ (p or n) und der verwendeten Primärübergangstechnik – Diffusion oder Ionenimplantation.

Tabelle 5. Dotierstoffe zur Sperrschichtbildung für Diffusion und Ionenimplantation

Element

Compounds

Formel

Bundesstaat

Technik

n-Typ

Antimon

Antimontrioxid
Antimontrichlorid

Sb2O3
SbCl3

Solid
Flüssigkeit

Rundfunk
Rundfunk

Arsen

Arsentrioxid
Arsentrioxid
Arsin
Arsenpentafluorid

As2O3
As2O3
Asche3
AsF5

Solid
Flüssigkeit
Gas
Gas

Rundfunk
Diffusion – drehen Sie weiter
Diffusion und Ionenimplantation
Ionenimplantation

Phosphor

Phosphorpentoxid
Phosphorpentoxid
Phosphortribromid
Phosphortrichlorid
Phosphoroxychlorid
Phosphin
Phosphorpentafluorid

P2O5
P2O5
PBr3
PCl3
POCl3
PH3
PF5

Solid
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Gas
Gas

Rundfunk
Diffusion – drehen Sie weiter
Rundfunk
Rundfunk
Rundfunk
Ionenimplantation
Ionenimplantation

p-Typ

Bor

Bornitrid
Bortribromid
Bortrioxid
Bortrioxid
Triethylborat
Siliciumtetrabromid
Bortrichlorid
Bortrifluorid
Diborane

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

Solid
Flüssigkeit
Solid
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Flüssigkeit
Gas
Gas

Rundfunk
Rundfunk
Rundfunk
Diffusion – drehen Sie weiter
Diffusion – drehen Sie weiter
Rundfunk
Diffusionsionenimplantation
Ionenimplantation
Ionenimplantation

 

Die routinemäßige chemische Exposition von Bedienern sowohl von Diffusionsöfen als auch von Ionenimplantationsgeräten ist gering – typischerweise geringer als die Nachweisgrenze von standardmäßigen arbeitshygienischen Probenahmeverfahren. Chemische Bedenken mit dem Prozesszentrum bezüglich der Möglichkeit der Freisetzung giftiger Gase.

Bereits in den 1970er Jahren begannen fortschrittliche Halbleiterhersteller mit der Installation der ersten kontinuierlichen Gasüberwachungssysteme für brennbare und toxische Gase. Das Hauptaugenmerk dieser Überwachung lag auf der Erkennung unbeabsichtigter Freisetzungen der giftigsten Dotierungsgase mit Geruchsschwellenwerten oberhalb ihrer Arbeitsplatzgrenzwerte (z. B. Arsenwasserstoff und Diboran).

Die meisten Industriehygiene-Luftüberwachungsgeräte in der Halbleiterindustrie werden für die Lecksuche von brennbaren und toxischen Gasen verwendet. Einige Einrichtungen verwenden jedoch auch kontinuierliche Überwachungssysteme, um:

  • Emissionen aus dem Abgaskanal (Schornstein) analysieren
  • Quantifizieren Sie die Konzentrationen flüchtiger Chemikalien in der Umgebungsluft
  • Gerüche in den Fab-Bereichen identifizieren und quantifizieren.

 

Die in der Halbleiterindustrie für diese Art der Überwachung am häufigsten verwendeten Technologien sind kolorimetrische Gasdetektion (z. B. MDA-Dauergasdetektor), elektrochemische Sensoren (z. B. Sensydyne-Monitore) und Fourier-Transformations-Infrarot (z. B. Telos ACM) (Baldwin und Williams 1996). .

Rundfunk

Rundfunk ist ein Begriff, der verwendet wird, um die Bewegung von Dotierungsmitteln weg von Bereichen mit hoher Konzentration am Source-Ende des Diffusionsofens zu Bereichen mit niedrigerer Konzentration innerhalb des Siliziumwafers zu beschreiben. Diffusion ist die etablierteste Methode zur Bildung von Verbindungen.

Bei dieser Technik wird ein Wafer innerhalb des Diffusionsofens einer erhitzten Atmosphäre ausgesetzt. Der Ofen enthält die gewünschten Dotierstoffe in Dampfform und führt ebenfalls zur Erzeugung von Bereichen mit dotierter elektrischer Aktivität p or n. Die am häufigsten verwendeten Dotierstoffe sind Bor für den p-Typ; und Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) für den n-Typ (siehe Tabelle 5).

Typischerweise werden Wafer in einem Quarzträger oder Schiffchen gestapelt und in den Diffusionsofen eingebracht. Der Diffusionsofen enthält ein langes Quarzrohr und einen Mechanismus zur genauen Temperaturregelung. Die Temperaturkontrolle ist äußerst wichtig, da die Diffusionsgeschwindigkeiten der verschiedenen Siliziumdotierungsmittel hauptsächlich eine Funktion der Temperatur sind. Die Einsatztemperaturen reichen von 900 bis 1,300 oC, je nach spezifischem Dotierungsmittel und Verfahren.

Das Erhitzen des Siliziumwafers auf eine hohe Temperatur ermöglicht es den Fremdatomen, langsam durch die Kristallstruktur zu diffundieren. Verunreinigungen bewegen sich langsamer durch Siliziumdioxid als durch das Silizium selbst, wodurch das dünne Oxid aktiviert wird Das Muster dient als Maske und erlaubt dadurch dem Dotierstoff nur dort in das Silizium einzudringen, wo es ungeschützt ist. Nachdem sich genügend Verunreinigungen angesammelt haben, werden die Wafer aus dem Ofen entfernt und die Diffusion hört effektiv auf.

Für maximale Kontrolle werden die meisten Diffusionen in zwei Schritten durchgeführt—Vorurteil und fahren. Die Vorabscheidung oder Diffusion mit konstanter Quelle ist der erste Schritt und findet in einem Ofen statt, in dem die Temperatur so gewählt wird, dass die beste Kontrolle der Verunreinigungsmengen erreicht wird. Die Temperatur bestimmt die Löslichkeit des Dotierstoffs. Nach einer vergleichsweise kurzen Vorabscheidungsbehandlung wird der Wafer physikalisch zu einem zweiten Ofen bewegt, üblicherweise bei einer höheren Temperatur, wo eine zweite Wärmebehandlung den Dotierstoff bis zu der gewünschten Diffusionstiefe in das Siliziumwafergitter eintreibt.

Die im Vorabscheidungsschritt verwendeten Dotierstoffquellen befinden sich in drei unterschiedlichen chemischen Zuständen: gasförmig, flüssig und fest. Tabelle 5 identifiziert die verschiedenen Typen von Diffusionsquellen-Dotierungsmitteln und ihre physikalischen Zustände.

Gase werden im Allgemeinen aus Druckgasflaschen mit Druckreglern oder -reglern, Absperrventilen und verschiedenen Spülanschlüssen zugeführt und durch Metallrohre mit kleinem Durchmesser abgegeben.

Flüssigkeiten werden normalerweise aus Bubblern abgegeben, die einen Trägergasstrom, normalerweise Stickstoff, mit den flüssigen Dotiermitteldämpfen sättigen, wie es im Abschnitt über die Nassoxidation beschrieben ist. Eine andere Form der Flüssigkeitsabgabe erfolgt durch die Verwendung von Spin-on Dotiermittel Gerät. Dazu wird ein fester Dotierstoff mit einem flüssigen Lösungsmittelträger in Lösung gebracht, dann die Lösung auf den Wafer getropft und geschleudert, ähnlich wie beim Auftragen von Photoresists.

Feste Quellen können die Form eines Bornitridwafers haben, der zwischen zwei zu dotierende Siliziumwafer eingelegt und dann in einen Diffusionsofen gegeben wird. Auch die festen Dotierstoffe in Pulver- oder Perlenform können in a eingebracht werden Quarzbombe (Arsentrioxid), manuell in das Quellenende eines Diffusionsrohrs gekippt oder in einen separaten Quellenofen in Reihe mit dem Hauptdiffusionsofen geladen.

In Ermangelung geeigneter Kontrollen Arsenexposition über 0.01 mg/m3 wurden während der Reinigung eines Abscheidungsofens (Wade et al. 1981) und während der Reinigung von Quellengehäusekammern für Festquellen-Ionenimplantatoren (McCarthy 1985; Baldwin, King und Scarpace 1988) berichtet. Diese Expositionen traten auf, als keine Vorkehrungen getroffen wurden, um die Staubmenge in der Luft zu begrenzen. Wenn die Rückstände jedoch während der Reinigung feucht gehalten wurden, wurden die Expositionen weit unter den Expositionsgrenzwert für die Luft reduziert.

Bei den älteren Diffusionstechnologien bestehen Sicherheitsrisiken während des Ausbaus, der Reinigung und des Einbaus von Ofenrohren. Zu den Gefahren gehören mögliche Schnittverletzungen durch zerbrochenes Quarzgut und Säureverbrennungen während der manuellen Reinigung. In neueren Technologien werden diese Gefahren durch verringert in situ Schlauchreinigung, die einen Großteil der manuellen Handhabung überflüssig macht.

Bediener von Diffusionsöfen sind in der Halbleiterfertigung der höchsten routinemäßigen Reinraumexposition gegenüber extrem niederfrequenten elektromagnetischen Feldern (z. B. 50 bis 60 Hertz) ausgesetzt. Während des tatsächlichen Betriebs der Öfen wurden durchschnittliche Expositionen von mehr als 0.5 Mikrotesla (5 Milligauss) gemeldet (Crawford et al. 1993). Diese Studie stellte auch fest, dass Reinraumpersonal, das in der Nähe von Diffusionsöfen arbeitete, durchschnittlich gemessene Expositionen aufwies, die merklich höher waren als die anderer Reinraumarbeiter. Dieser Befund stimmte mit Punktmessungen überein, die von Rosenthal und Abdollahzadeh (1991) berichtet wurden, die herausfanden, dass Diffusionsöfen Näherungswerte (5 cm oder 2 Zoll entfernt) von bis zu 10 bis 15 Mikrotesla erzeugten, wobei die umgebenden Felder mit zunehmender Entfernung allmählich abfielen als andere untersuchte Reinraumgeräte; Selbst in 6 Fuß Entfernung von Diffusionsöfen betrugen die berichteten Flussdichten 1.2 bis 2 Mikrotesla (Crawford et al. 1993). Diese Emissionswerte liegen weit unter den aktuellen gesundheitsbasierten Expositionsgrenzwerten, die von der Weltgesundheitsorganisation und den von einzelnen Ländern festgelegten Grenzwerten festgelegt wurden.

Ionenimplantation

Ionenimplantation ist das neuere Verfahren zum Einbringen von Fremdelementen bei Raumtemperatur in Siliziumwafer zur Bildung von Übergängen. Ionisierte Dotierungsatome (dh Atome, denen eines oder mehrere ihrer Elektronen entzogen wurden) werden auf eine hohe Energie beschleunigt, indem sie durch eine Potentialdifferenz von Zehntausenden Volt geleitet werden. Am Ende ihres Weges treffen sie auf den Wafer und werden je nach Masse und Energie unterschiedlich tief eingebettet. Wie bei der herkömmlichen Diffusion maskiert eine gemusterte Oxidschicht oder ein Photoresistmuster den Wafer selektiv vor den Ionen.

Ein typisches Ionenimplantationssystem besteht aus einer Ionenquelle (gasförmige Dotierstoffquelle, normalerweise in kleinen Messflaschen), Analysegeräten, Beschleuniger, Fokussierlinse, Neutralstrahlfalle, Scanner-Prozesskammer und einem Vakuumsystem (normalerweise drei separate Sätze von Inline- Vor- und Öldiffusionspumpen). Der Elektronenstrom wird aus einem heißen Faden durch Widerstand, eine Bogenentladung oder einen Kaltkathoden-Elektronenstrahl erzeugt.

Im Allgemeinen wird nach dem Implantieren von Wafern ein Hochtemperatur-Ausheilschritt (900 bis 1,000°C) durch ein Laserstrahlausheilen oder gepulstes Ausheilen mit einer Elektronenstrahlquelle durchgeführt. Der Glühprozess hilft, den Schaden an der äußeren Oberfläche des implantierten Wafers zu reparieren, der durch das Bombardement von Dotierungsionen verursacht wird.

Mit dem Aufkommen eines sicheren Abgabesystems für Arsin-, Phosphin- und Bortrifluorid-Gasflaschen, die in Ionenimplantationsgeräten verwendet werden, wurde das Potenzial für eine katastrophale Freisetzung dieser Gase stark reduziert. Diese kleinen Gaszylinder sind mit einer Verbindung gefüllt, an der Arsenwasserstoff, Phosphin und Bortrifluorid adsorbiert sind. Die Gase werden durch Vakuum aus den Zylindern gezogen.

Ionenimplantatoren sind eine der bedeutendsten elektrischen Gefahren in der Halbleiterindustrie. Auch nach dem Abschalten des Stroms besteht innerhalb des Werkzeugs ein erhebliches Schockpotential, das vor Arbeiten im Inneren des Implantierers abgeleitet werden muss. Eine sorgfältige Überprüfung der Wartungsarbeiten und der elektrischen Gefahren ist für alle neu installierten Geräte gewährleistet, insbesondere jedoch für Ionenimplantierer.

Expositionen gegenüber Hydriden (wahrscheinlich eine Mischung aus Arsin und Phosphin) von bis zu 60 ppb wurden während der Wartung von Ionenimplantations-Kryopumpen festgestellt (Baldwin, Rubin und Horowitz 1993). Außerdem können hohe Konzentrationen sowohl von Arsin als auch von Phosphin aus kontaminierten Teilen des Implantierers entweichen, die während der vorbeugenden Wartung entfernt werden (Flipp, Hunsaker und Herring 1992).

Tragbare Staubsauger mit hocheffizienten Partikelabschwächungsfiltern (HEPA) werden verwendet, um mit Arsen kontaminierte Arbeitsflächen in Ionenimplantationsbereichen zu reinigen. Expositionen über 1,000 μg/m3 wurden gemessen, als HEPA-Staubsauger unsachgemäß gereinigt wurden. HEPA-Sauger können beim Entladen in den Arbeitsbereich auch den charakteristischen, hydridartigen Geruch, der mit der Strahllinienreinigung des Ionenimplantators verbunden ist, effizient verteilen (Baldwin, Rubin und Horowitz 1993).

Obwohl dies Anlass zur Sorge gibt, gibt es keine veröffentlichten Berichte über eine signifikante Exposition gegenüber Dotiergas während des Ölwechsels von Vakuumpumpen, die mit Dotiermitteln verwendet werden – möglicherweise, weil dies normalerweise als geschlossenes System erfolgt. Das Fehlen einer gemeldeten Exposition kann auch auf eine geringe Ausgasung von Hydriden aus dem Altöl zurückzuführen sein.

Das Ergebnis einer Feldstudie, bei der 700 ml gebrauchtes Grobpumpenöl aus einem Ionenimplantierer, der sowohl Arsin als auch Phosphin verwendete, erhitzt wurde, zeigte nur nachweisbare Konzentrationen von luftgetragenen Hydriden im Pumpenkopfraum, wenn das Pumpenöl 70 überstiegoC (Baldwin, King und Scarpace 1988). Da die normalen Betriebstemperaturen für mechanische Vorvakuumpumpen 60 bis 80 °C betragenoC, diese Studie zeigte kein Potenzial für eine signifikante Exposition.

Während der Ionenimplantation werden neben der Operation Röntgenstrahlen erzeugt. Die meisten Implantiergeräte sind mit einer ausreichenden Gehäuseabschirmung ausgestattet (einschließlich Bleifolie, die strategisch um das Ionenquellengehäuse und angrenzende Zugangstüren platziert ist), um die Exposition der Mitarbeiter unter 2.5 Mikrosievert (0.25 Millirem) pro Stunde zu halten (Maletskos und Hanley 1983). Bei einem älteren Modell von Implantierern wurde jedoch festgestellt, dass Röntgenstrahlen an der Oberfläche der Einheit über 20 Mikrosievert pro Stunde (μSv/h) austreten (Baldwin, King und Scarpace 1988). Diese Werte wurden auf weniger als 2.5 μSv/h reduziert, nachdem eine zusätzliche Bleiabschirmung installiert wurde. Bei einem anderen älteren Modell des Ionenimplantators wurde festgestellt, dass Röntgenstrahlen um eine Zugangstür herum (bis zu 15 μSv/h) und an einem Sichtfenster (bis zu 3 μSv/h) austreten. Eine zusätzliche Bleiabschirmung wurde hinzugefügt, um mögliche Expositionen abzuschwächen (Baldwin, Rubin und Horowitz 1993).

Neben Röntgenaufnahmen durch Ionenimplanter wurde die Möglichkeit der Neutronenbildung postuliert, wenn der Implanter über 8 Millionen Elektronenvolt (MeV) betrieben wird oder Deuteriumgas als Ionenquelle verwendet wird (Rogers 1994). Typischerweise sind Implantierer jedoch so ausgelegt, dass sie bei weit unter 8 MeV arbeiten, und Deuterium wird in der Industrie nicht allgemein verwendet (Baldwin und Williams 1996).

Chemische Gasphasenabscheidung

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird zusätzliches Material auf die Oberfläche des Siliziumwafers aufgetragen. CVD-Einheiten arbeiten normalerweise als geschlossenes System, was dazu führt, dass die Bediener nur wenig oder gar keinen Chemikalien ausgesetzt sind. Bei der Reinigung bestimmter CVD-Vorwäscher kann es jedoch zu einer kurzzeitigen Chlorwasserstoffbelastung von über 5 ppm kommen (Baldwin und Stewart 1989). Zwei breite Abscheidungskategorien werden allgemein verwendet – epitaktische und die allgemeinere Kategorie der nicht-epitaxialen CVD.

Epitaktische chemische Dampfabscheidung

Das epitaxiale Wachstum ist eine streng kontrollierte Abscheidung eines dünnen Einkristallfilms aus einem Material, das die gleiche Kristallstruktur wie die bestehende Substratwaferschicht beibehält. Es dient als Matrix zur Herstellung von Halbleiterbauelementen in nachfolgenden Diffusionsprozessen. Die meisten Epitaxialfilme werden in einem als Homoepitaxie bezeichneten Prozess auf Substraten aus dem gleichen Material, wie z. B. Silizium auf Silizium, gezüchtet. Das Aufwachsen von Schichten aus unterschiedlichen Materialien auf einem Substrat, wie z. B. Silizium auf Saphir, wird als Heteroepitaxie-IC-Vorrichtungsverarbeitung bezeichnet.

Drei Haupttechniken werden verwendet, um epitaxiale Schichten zu züchten: Dampfphase, Flüssigphase und Molekularstrahl. Flüssigphasen- und Molekularstrahlepitaxie werden hauptsächlich bei der Verarbeitung von III-V- (z. B. GaAs-)Vorrichtungen verwendet. Diese werden im Artikel „III-V-Halbleiterfertigung“ diskutiert.

Dampfphasenepitaxie wird verwendet, um einen Film durch CVD von Molekülen bei einer Temperatur von 900 bis 1,300 aufwachsen zu lassenoC. Dämpfe, die das Silizium und kontrollierte Mengen an Dotierungsmitteln vom p- oder n-Typ in einem Trägergas (normalerweise Wasserstoff) enthalten, werden über erhitzte Wafer geleitet, um dotierte Siliziumschichten abzuscheiden. Das Verfahren wird im Allgemeinen bei Atmosphärendruck durchgeführt.

Tabelle 6 identifiziert die vier Haupttypen der Dampfphasenepitaxie, Parameter und die stattfindenden chemischen Reaktionen.

Tabelle 6. Hauptkategorien der Siliziumdampfphasenepitaxie

Parameter

Druckscheiben

atmosphärisch

Temperaturen

900-1300 ° C

Siliziumquellen

Silan (SiH4), Siliciumtetrachlorid (SiCl4), Trichlorsilan (SiHCl3),
und Dichlorsilan (SiH2Cl2)

Dotiergase

Arsin (AsH3), Phosphin (PH3), Diboran (B2H6)

Dotierungsgaskonzentration

≈100 ppm

Ätzgas

Chlorwasserstoff (HCl)

Ätzgaskonzentration

≈1–4 %

Trägergase

Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2)

Heizquelle

Hochfrequenz (RF) oder Infrarot (IR)

Typen der Dampfphasenepitaxie

Chemische Reaktionen

Wasserstoffreduktion von Siliciumtetrachlorid
(1,150–1,300 °C)

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Pyrolytische Zersetzung von Silan
(1,000–1,100 °C)

JaH4 → Si + 2H2

Wasserstoffreduktion von Trichlorsilan

SiHCl3 + H2 → Si + 3 HCl

Reduktion von Dichlorsilan

JaH2Cl2 → Si + 2HCl

 

Die normalerweise in einem Epitaxieprozess befolgte Abscheidungssequenz beinhaltet:

  • Substratreinigung—physikalisches Schrubben, Lösungsmittelentfettung, Säurereinigung (Schwefel-, Salpeter- und Salzsäure sowie Flusssäure ist eine übliche Abfolge) und Trocknungsvorgang
  • Wafer-Laden
  • Aufheizen– Spülen mit Stickstoff und Erhitzen auf ungefähr 500 °C, dann wird Wasserstoffgas verwendet und HF-Generatoren erhitzen Wafer induktiv
  • Chlorwasserstoff (HCl) ätzen—normalerweise wird 1 bis 4 % HCl-Konzentration in die Reaktorkammer abgegeben
  • Ablage– Siliziumquellen- und Dotierungsgase werden zudosiert und auf der Waferoberfläche abgeschieden
  • abkühlen-Wasserstoffgas wurde bei 500°C wieder zu Stickstoff umgeschaltet
  • Entladung.

 

Nicht-epitaxiale chemische Gasphasenabscheidung

Während epitaxiales Wachstum eine hochspezifische Form von CVD ist, bei der die abgeschiedene Schicht dieselbe Kristallstrukturorientierung wie die Substratschicht aufweist, ist nicht-epitaxiales CVD die Bildung einer stabilen Verbindung auf einem erhitzten Substrat durch die thermische Reaktion oder Zersetzung gasförmiger Verbindungen.

CVD kann verwendet werden, um viele Materialien abzuscheiden, aber bei der Verarbeitung von Siliziumhalbleitern werden neben epitaxialem Silizium im Allgemeinen folgende Materialien angetroffen:

  • polykristallines Silizium (Poly-Si)
  • Siliziumdioxid (SiO2– sowohl dotiert als auch undotiert; p-dotiertes Glas)
  • Siliziumnitrid (Si3N4).

 

Jedes dieser Materialien kann auf vielfältige Weise abgeschieden werden, und jedes hat viele Anwendungen.

Tabelle 7 identifiziert die drei Hauptkategorien von CVD unter Verwendung der Betriebstemperatur als Unterscheidungsmechanismus.

Tabelle 7. Hauptkategorien der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von Silizium

Parameter

Druckscheiben

Atmosphärischer (APCVD) oder niedriger Druck (LPCVD)

Temperaturen

500-1,100 ° C

Silizium- und Nitridquellen

Silan (SiH4), Siliciumtetrachlorid (SiCl4), Ammoniak (NH3), Lachgas (N20)

Dotierquellen

Arsin (AsH3), Phosphin (PH3), Diboran (B2H6)

Trägergase

Stickstoff (N.2), Wasserstoff (H2)

Heizquelle

Kaltwandsystem – Hochfrequenz (RF) oder Infrarot (IR)
Heißwandsystem – Wärmewiderstand

CVD-Typ

Reaktion

Trägergas

Temperaturen

Mediumstemperatur (≈ 600–1,100 °C)

Siliziumnitrid (Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 → Si3N4 + 12H2

H2

900-1,100 ° C

Polysilizium (Poly-Si)

JaH4 + Hitze → Si + 2H2

H2
N2

850-1,000 ° C
600-700 ° C

Siliziumdioxid (SiO2)

JaH4 + 4CO2 → SiO2 + 4CO + 2H2O
2H2 + SiCl4 + CO2 → SiO2 + 4HCl *
JaH4 + CO → SiO2 + 2H2 *

N2
H2
H2

500-900 ° C
800-1,000 ° C
600-900 ° C

Niedertemperatur (≈<600 C) Silox, Pyrox, Vapox und Nitrox**

Siliziumdioxid (SiO2) oder p-dotiertes SiO2

     

Silox

JaH4 + 2O2 + Dotierstoff → SiO2 + 2H2O

N2

200-500 ° C

Pyrox

JaH4 + 2O2 + Dotierstoff → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C.

Vapox

JaH4 + 2O2 + Dotierstoff → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C.

Siliziumnitrid (Si3N4)

     

Nitrox

3SiH4 + 4NH3 (oder n2O*) → Si3N4 + 12 Std2

N2

600-700 ° C

Niedertemperaturplasmaverstärkt (Passivierung) (<600°C)

Verwendung von Hochfrequenz (RF) oder
reaktives Sputtern

     

Siliziumdioxid (SiO2)

JaH4 + 2O2 → SiO2 + 2H20

   

Siliziumnitrid (Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 (oder n2O*) → Si3N4 + 12 Std2

   

* Hinweis: Die Reaktionen sind nicht stöchiometrisch ausgeglichen.

**Allgemeine, geschützte oder Markennamen für CVD-Reaktorsysteme

 

Die folgenden Komponenten sind in fast allen Arten von CVD-Anlagen zu finden:

  • Reaktionskammer
  • Gasregelabschnitt
  • Zeit- und Ablaufsteuerung
  • Wärmequelle für Substrate
  • Abwasserbehandlung.

 

Grundsätzlich beinhaltet das CVD-Verfahren das Zuführen kontrollierter Mengen von Silizium- oder Nitridquellengasen in Verbindung mit Stickstoff- und/oder Wasserstoffträgergasen und, falls gewünscht, einem Dotierungsgas für die chemische Reaktion innerhalb der Reaktorkammer. Zusätzlich zur Steuerung der Oberflächentemperaturen des Reaktors und der Wafer wird Wärme zugeführt, um die notwendige Energie für die chemische Reaktion bereitzustellen. Nachdem die Reaktion abgeschlossen ist, werden das nicht umgesetzte Quellengas plus das Trägergas durch das Abwasserhandhabungssystem abgeführt und in die Atmosphäre entlüftet.

Die Passivierung ist eine funktionelle Art der CVD. Es umfasst das Aufwachsen einer schützenden Oxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumwafers, im Allgemeinen als letzter Herstellungsschritt vor der Verarbeitung ohne Herstellung. Die Schicht sorgt für elektrische Stabilität, indem sie die Oberfläche der integrierten Schaltung von elektrischen und chemischen Bedingungen in der Umgebung isoliert.

Metallisierung

Nachdem die Vorrichtungen in dem Siliziumsubstrat hergestellt wurden, müssen sie miteinander verbunden werden, um Schaltungsfunktionen auszuführen. Dieser Vorgang wird als Metallisierung bezeichnet. Die Metallisierung stellt ein Mittel zum Verdrahten oder Verbinden der obersten Schichten integrierter Schaltungen bereit, indem komplexe Muster aus leitfähigen Materialien abgeschieden werden, die elektrische Energie innerhalb der Schaltungen leiten.

Der breite Prozess der Metallisierung unterscheidet sich nach der Größe und Dicke der abgeschiedenen Schichten aus Metallen und anderen Materialien. Diese sind:

  • dünner Film– ungefähre Filmdicke von einem Mikrometer oder weniger
  • dicker Film– ungefähre Filmdicke von 10 Mikron oder mehr
  • Überzug– Filmdicken sind variabel von dünnen bis dicken, aber im Allgemeinen dicken Filmen.

 

Die am häufigsten verwendeten Metalle für die Metallisierung von Siliziumhalbleitern sind: Aluminium, Nickel, Chrom oder eine Legierung namens Nichrom, Gold, Germanium, Kupfer, Silber, Titan, Wolfram, Platin und Tantal.

Dünne oder dicke Filme können auch aufgedampft oder auf verschiedenen Keramik- oder Glassubstraten abgeschieden werden. Einige Beispiele für diese Substrate sind: Aluminiumoxid (96 % Al203), Berylliumoxid (99 % BeO), Borosilikatglas, Pyroceram und Quarz (SiO2).

Dünner Film

Die Dünnfilmmetallisierung wird häufig durch die Verwendung einer Hochvakuum- oder Teilvakuumabscheidungs- oder -verdampfungstechnik aufgebracht. Die Hauptarten der Hochvakuumverdampfung sind Elektronenstrahl-, Blitz- und Widerstandsverdampfung, während die Teilvakuumabscheidung hauptsächlich durch Sputtern erfolgt.

Um jede Art von Dünnschicht-Vakuummetallisierung durchzuführen, besteht ein System normalerweise aus den folgenden Grundkomponenten:

  • eine Kammer, die evakuiert werden kann, um ein ausreichendes Vakuum für die Abscheidung bereitzustellen
  • eine Vakuumpumpe (oder -pumpen), um Umgebungsgase in der Kammer zu reduzieren
  • Instrumentierung zur Überwachung des Vakuumniveaus und anderer Parameter
  • ein Verfahren zum Abscheiden oder Verdampfen der Schichten aus Metallisierungsmaterial.

 

Elektronenstrahlverdampfung, häufig genannt E-Strahlverwendet einen fokussierten Elektronenstrahl, um das Metallisierungsmaterial zu erhitzen. Ein hochintensiver Elektronenstrahl wird ähnlich wie bei einer Fernsehbildröhre erzeugt. Ein Elektronenstrom wird durch ein elektrisches Feld von typischerweise 5 bis 10 kV beschleunigt und auf das zu verdampfende Material fokussiert. Der fokussierte Elektronenstrahl schmilzt das Material in einem wassergekühlten Block mit einer großen Vertiefung, die als Herd bezeichnet wird. Das geschmolzene Material verdampft dann innerhalb der Vakuumkammer und kondensiert auf den kühlen Wafern sowie auf der gesamten Kammeroberfläche. Dann werden standardmäßige Photoresist-, Belichtungs-, Entwicklungs- und Naß- oder Trockenätzvorgänge durchgeführt, um die komplizierte metallisierte Schaltung abzugrenzen.

Blitzverdampfung ist eine weitere Technik zur Abscheidung dünner metallisierter Filme. Dieses Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn ein Gemisch aus zwei Materialien (Legierungen) gleichzeitig verdampft werden soll. Einige Beispiele für Zweikomponentenfilme sind: Nickel/Chrom (Nichrom), Chrom/Siliziummonoxid (SiO) und Aluminium/Silizium.

Bei der Entspannungsverdampfung wird ein Keramikstab durch Wärmewiderstand erhitzt und eine kontinuierlich zugeführte Drahtspule, ein Strom von Pellets oder durch Vibration abgegebenes Pulver wird mit dem heißen Filament oder Stab in Kontakt gebracht. Die verdampften Metalle beschichten dann die Innenkammer und die Waferoberflächen.

Widerstandsverdampfung (auch Filamentverdampfung genannt) ist die einfachste und kostengünstigste Form der Abscheidung. Die Verdampfung wird erreicht, indem der durch das Filament fließende Strom allmählich erhöht wird, um zuerst die Schlaufen des zu verdampfenden Materials zu schmelzen, wodurch das Filament benetzt wird. Sobald das Filament benetzt ist, wird der Strom durch das Filament erhöht, bis eine Verdampfung auftritt. Der Hauptvorteil der Widerstandsverdampfung ist die große Vielfalt an Materialien, die verdampft werden können.

Wartungsarbeiten werden manchmal an der Innenfläche von Elektronenstrahlverdampfer-Abscheidungskammern, sogenannten Glockengläsern, durchgeführt. Wenn die Wartungstechniker ihre Köpfe in den Glasglocken haben, können erhebliche Expositionen auftreten. Das Entfernen der Metallrückstände, die sich auf der Innenfläche von Glocken ablagern, kann zu solchen Expositionen führen. Zum Beispiel wurden Expositionen von Technikern, die weit über dem luftgetragenen Expositionsgrenzwert für Silber lagen, während der Entfernung von Rückständen aus einem Verdampfer gemessen, der zur Abscheidung von Silber verwendet wurde (Baldwin und Stewart 1989).

Die Reinigung von Glasglockenrückständen mit organischen Reinigungslösungsmitteln kann ebenfalls zu einer hohen Lösungsmittelexposition führen. Während dieser Art der Reinigung sind Techniker Methanol von über 250 ppm ausgesetzt worden. Diese Exposition kann durch die Verwendung von Wasser anstelle von Methanol als Reinigungslösung eliminiert werden (Baldwin und Stewart 1989).

Der Sputterablagerung Der Prozess findet in einer Niederdruck- oder Teilvakuum-Gasatmosphäre statt, wobei entweder Gleichstrom (DC oder Kathodenzerstäubung) oder HF-Spannungen als Hochenergiequelle verwendet werden. Beim Sputtern werden Argon-Inertgasionen in eine Vakuumkammer eingeführt, nachdem ein zufriedenstellendes Vakuumniveau durch die Verwendung einer Grobpumpe erreicht wurde. Ein elektrisches Feld entsteht durch Anlegen einer Hochspannung, typischerweise 5,000 V, zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Platten. Diese hochenergetische Entladung ionisiert die Argongasatome und bewirkt, dass sie sich zu einer der Platten in der Kammer bewegen und beschleunigen, die als Target bezeichnet werden. Wenn die Argonionen auf das Target auftreffen, das aus dem abzuscheidenden Material besteht, entfernen oder zerstäuben sie diese Atome oder Moleküle. Die abgelösten Atome des Metallisierungsmaterials werden dann in einem dünnen Film auf den dem Target zugewandten Siliziumsubstraten abgeschieden.

Es wurde festgestellt, dass HF-Leckage von den Seiten und Rückseiten vieler älterer Sputter-Einheiten den Arbeitsplatzgrenzwert überschreitet (Baldwin und Stewart 1989). Der größte Teil der Leckage war auf Risse in den Schränken zurückzuführen, die durch wiederholtes Entfernen der Wartungsabdeckungen verursacht wurden. Bei neueren Modellen desselben Herstellers verhindern Paneele mit Drahtgeflecht entlang der Nähte ein erhebliches Auslaufen. Die älteren Sputterer können mit Drahtgeflecht nachgerüstet werden oder alternativ kann Kupferband verwendet werden, um die Nähte abzudecken, um die Leckage zu reduzieren.

Dicker Film

Die Struktur und Abmessung der meisten Dickfilme sind nicht mit der Metallisierung von integrierten Siliziumschaltungen kompatibel, hauptsächlich aufgrund von Größenbeschränkungen. Dickfilme werden hauptsächlich zur Metallisierung von elektronischen Hybridstrukturen verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von LCDs.

Das Siebdruckverfahren ist die dominierende Methode des Dickschichtauftrags. Typischerweise verwendete Dickschichtmaterialien sind Palladium, Silber, Titandioxid und Glas, Gold-Platin und Glas, Gold-Glas und Silber-Glas.

Widerstandsdicke Filme werden normalerweise unter Verwendung von Siebdrucktechniken auf einem Keramiksubstrat abgeschieden und gemustert. Cermet ist eine Art widerstandsfähiger Dickfilm, der aus einer Suspension leitfähiger Metallpartikel in einer Keramikmatrix mit einem organischen Harz als Füllstoff besteht. Typische Cermet-Strukturen bestehen aus Chrom-, Silber- oder Bleioxid in einer Siliziummonoxid- oder -dioxid-Matrix.

Überzug

Zwei Grundtypen von Plattierungstechniken werden beim Bilden metallischer Filme auf Halbleitersubstraten verwendet: Elektroplattieren und stromloses Plattieren.

In Galvanisierenwird das zu plattierende Substrat an der Kathode oder dem negativ geladenen Anschluss des Plattierungstanks angeordnet und in eine Elektrolytlösung eingetaucht. Als Anode oder positiv geladener Anschluss dient eine Elektrode aus dem zu plattierenden Metall. Wenn ein Gleichstrom durch die Lösung geleitet wird, wandern die positiv geladenen Metallionen, die sich von der Anode in die Lösung lösen, und lagern sich auf der Kathode (Substrat) ab. Dieses Plattierungsverfahren wird zum Bilden von leitfähigen Filmen aus Gold oder Kupfer verwendet.

In stromlose Beschichtungwird die gleichzeitige Reduktion und Oxidation des zu plattierenden Metalls zur Bildung eines freien Metallatoms oder -moleküls verwendet. Da dieses Verfahren keine elektrische Leitung während des Plattierungsprozesses erfordert, kann es mit Substraten vom isolierenden Typ verwendet werden. Nickel, Kupfer und Gold sind die am häufigsten auf diese Weise abgeschiedenen Metalle.

Legieren/Glühen

Nachdem die metallisierten Zwischenverbindungen abgeschieden und geätzt wurden, kann ein letzter Schritt des Legierens und Temperns durchgeführt werden. Das Legieren besteht darin, die metallisierten Substrate, üblicherweise mit Aluminium, in einen Niedertemperatur-Diffusionsofen zu legen, um einen niederohmigen Kontakt zwischen dem Aluminiummetall und dem Siliziumsubstrat sicherzustellen. Schließlich werden die Wafer entweder während des Legierungsschritts oder direkt danach häufig in einem Diffusionsofen bei 400 bis 500 °C einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch ausgesetzt. Der Temperschritt dient dazu, die Eigenschaften der Vorrichtung zu optimieren und zu stabilisieren, indem der Wasserstoff mit freien Atomen an oder in der Nähe der Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche kombiniert wird.

Hinterlappung und Rückseitenmetallisierung

Es gibt auch einen optionalen Metallisierungsverarbeitungsschritt, der Backläppung genannt wird. Die Rückseite des Wafers kann unter Verwendung einer Nassschleiflösung und Druck geläppt oder abgeschliffen werden. Ein Metall wie Gold kann durch Sputtern auf der Rückseite des Wafers abgeschieden werden. Dies erleichtert die Befestigung des getrennten Chips am Gehäuse bei der Endmontage.

Montage und Prüfung

Die Verarbeitung außerhalb der Fertigung, die externe Verpackung, Befestigungen, Verkapselung, Montage und Prüfung umfasst, wird normalerweise in separaten Produktionsstätten durchgeführt und oft in südostasiatischen Ländern durchgeführt, wo diese arbeitsintensiven Arbeiten kostengünstiger durchzuführen sind. Darüber hinaus sind die Belüftungsanforderungen für die Prozess- und Partikelkontrolle in den Nicht-Fertigungsverarbeitungsbereichen im Allgemeinen unterschiedlich (Nicht-Reinraum). Diese letzten Schritte im Herstellungsprozess umfassen Arbeitsgänge wie Löten, Entfetten, Testen mit Chemikalien und Strahlungsquellen sowie Trimmen und Markieren mit Lasern.

Das Löten während der Halbleiterherstellung führt normalerweise nicht zu hohen Freilegungen von Blei. Um eine thermische Beschädigung der integrierten Schaltung zu verhindern, wird die Löttemperatur unter der Temperatur gehalten, bei der eine erhebliche Bildung von geschmolzenem Bleidampf auftreten kann (430 °C). Das Reinigen von Lötgeräten durch Abkratzen oder Abbürsten der bleihaltigen Rückstände kann jedoch zu Bleibelastungen von über 50 μg/m führen3 (Baldwin und Stewart 1989). Auch Bleibelastungen von 200 μg/m3 sind aufgetreten, wenn bei Wellenlötvorgängen unsachgemäße Schlackenentfernungstechniken verwendet wurden (Baldwin und Williams 1996).

Ein wachsendes Problem bei Lötvorgängen sind Atemwegsreizungen und Asthma aufgrund der Exposition gegenüber den Pyrolyseprodukten der Lötflussmittel, insbesondere beim Handlöten oder bei Ausbesserungsvorgängen, bei denen in der Vergangenheit keine lokale Absaugung verwendet wurde (im Gegensatz zu Wellenlötvorgängen, die wurden in den letzten Jahrzehnten typischerweise in erschöpften Schränken eingeschlossen) (Goh und Ng 1987). Weitere Informationen finden Sie im Artikel „Leiterplatten- und Computermontage“.

Da Kolophonium im Lötflussmittel ein Sensibilisator ist, sollten alle Expositionen so gering wie möglich gehalten werden, unabhängig von den Ergebnissen der Luftprobenahme. Neue Lötanlagen sollten insbesondere eine lokale Absaugung enthalten, wenn das Löten über längere Zeiträume (z. B. länger als 2 Stunden) durchgeführt werden soll.

Dämpfe vom Handlöten steigen bei thermischen Strömen vertikal auf und gelangen in die Atemzone des Mitarbeiters, wenn sich die Person über die Lötstelle beugt. Die Kontrolle wird normalerweise durch eine effektive lokale Absaugung mit hoher Geschwindigkeit und geringem Volumen an der Lötspitze erreicht.

Geräte, die gefilterte Luft an den Arbeitsplatz zurückführen, können bei unzureichender Filterleistung eine Sekundärverschmutzung verursachen, die andere Personen im Arbeitsraum als die Lötenden beeinträchtigen kann. Gefilterte Luft sollte nicht in den Arbeitsraum zurückgeführt werden, es sei denn, es wird wenig gelötet und der Raum verfügt über eine gute allgemeine Verdünnungsbelüftung.

Wafer sortieren und testen

Nachdem die Waferherstellung abgeschlossen ist, wird jeder intrinsisch fertiggestellte Wafer einem Wafersortierungsprozess unterzogen, bei dem integrierte Schaltkreise auf jedem spezifischen Chip mit computergesteuerten Sonden elektrisch getestet werden. Ein einzelner Wafer kann einhundert bis viele hundert getrennte Dies oder Chips enthalten, die getestet werden müssen. Nach Abschluss der Testergebnisse werden die Stümpfe mit einem automatisch dosierten Einkomponenten-Epoxidharz physisch markiert. Rot und Blau werden verwendet, um Chips zu identifizieren und zu sortieren, die die gewünschten elektrischen Spezifikationen nicht erfüllen.

Die Trennung

Nachdem die Bauelemente oder Schaltungen auf dem Wafer getestet, markiert und sortiert wurden, müssen die einzelnen Chips auf dem Wafer physikalisch getrennt werden. Eine Reihe von Verfahren wurde entwickelt, um die einzelnen Chips zu trennen – Diamantritzen, Laserritzen und Sägen mit einer Diamantscheibe.

Das Diamantritzen ist die älteste verwendete Methode und beinhaltet das Ziehen einer präzise geformten, in Diamanten eingebetteten Spitze über den Wafer entlang der Ritzlinie oder „Straße“, die die einzelnen Chips auf der Waferoberfläche trennt. Die durch das Ritzen verursachte Unvollkommenheit in der Kristallstruktur ermöglicht es, dass der Wafer entlang dieser Linie gebogen und gebrochen wird.

Laserritzen ist eine relativ neue Chip-Trenntechnik. Ein Laserstrahl wird durch einen gepulsten Hochleistungs-Neodym-Yttrium-Laser erzeugt. Der Strahl erzeugt entlang der Ritzlinien eine Rille im Siliziumwafer. Die Rille dient als Linie, entlang der der Wafer bricht.

Eine weit verbreitete Methode der Chip-Trennung ist das Nasssägen – das Schneiden von Substraten entlang der Straße mit einer Hochgeschwindigkeits-Diamantkreissäge. Beim Sägen kann das Siliziumsubstrat entweder teilweise geschnitten (Scribe) oder vollständig geschnitten (Diced) werden. Durch Sägen entsteht ein nasser Schlamm aus Straßenabtrag.

Die Attach und Bonding

Der einzelne Chip oder Chip muss an einem Trägergehäuse und einem Metallleiterrahmen befestigt werden. Träger bestehen typischerweise aus einem isolierenden Material, entweder Keramik oder Kunststoff. Keramische Trägermaterialien bestehen üblicherweise aus Aluminiumoxid (Al2O3), kann aber möglicherweise aus Berylliumoxid (BeO) oder Steatit (MgO-SiO) bestehen2). Kunststoffträgermaterialien sind entweder vom thermoplastischen oder duroplastischen Harztyp.

Die Befestigung des einzelnen Chips wird im Allgemeinen durch eine von drei unterschiedlichen Befestigungsarten erreicht: eutektisch, Vorform und Epoxid. Die eutektische Formbefestigung beinhaltet die Verwendung einer eutektischen Lötlegierung, wie z. B. Gold-Silizium. Bei diesem Verfahren wird eine Schicht aus Goldmetall auf der Rückseite des Chips vorab abgeschieden. Durch Erhitzen des Gehäuses über die eutektische Temperatur (370 °C für Gold-Silizium) und Platzieren des Chips darauf wird eine Verbindung zwischen dem Chip und dem Gehäuse gebildet.

Das Preform-Bonden beinhaltet die Verwendung eines kleinen Stücks aus einem Material mit spezieller Zusammensetzung, das sowohl am Chip als auch am Gehäuse haftet. Ein Vorformling wird auf den Die-Attach-Bereich einer Verpackung gelegt und schmelzen gelassen. Der Chip wird dann über den Bereich geschrubbt, bis der Chip angebracht ist, und dann wird das Gehäuse gekühlt.

Epoxidbonden beinhaltet die Verwendung eines Epoxidklebers, um den Chip an dem Gehäuse zu befestigen. Ein Tropfen Epoxid wird auf die Verpackung gegeben und der Chip darauf platziert. Das Gehäuse muss möglicherweise bei einer erhöhten Temperatur gebrannt werden, um das Epoxid richtig auszuhärten.

Sobald der Chip physikalisch an dem Gehäuse angebracht ist, müssen elektrische Verbindungen zwischen der integrierten Schaltung und den Gehäuseanschlüssen bereitgestellt werden. Dies wird erreicht, indem entweder Thermokompressions-, Ultraschall- oder Thermoschallbondtechniken verwendet werden, um Gold- oder Aluminiumdrähte zwischen den Kontaktbereichen auf dem Siliziumchip und den Gehäuseanschlüssen anzubringen.

Thermokompressionsbonden wird häufig mit Golddraht verwendet und beinhaltet das Erhitzen des Gehäuses auf etwa 300oC und Bilden der Verbindung zwischen dem Draht und den Verbindungspads unter Verwendung von Hitze und Druck. Es werden zwei Haupttypen des Thermokompressionsbondens verwendet:Kugelbindung und Keilbindung. Beim Kugelbonden, das nur bei Golddraht verwendet wird, wird der Draht durch ein Kapillarrohr geführt, zusammengedrückt und dann durch eine Wasserstoffflamme geschmolzen. Außerdem bildet dies eine neue Kugel am Drahtende für den nächsten Bondzyklus. Beim Keilbonden werden ein keilförmiges Bondwerkzeug und ein Mikroskop verwendet, um den Siliziumchip und das Gehäuse genau über dem Bondpad zu positionieren. Das Verfahren wird in einer inerten Atmosphäre durchgeführt.

Beim Ultraschallbonden wird ein Impuls von Ultraschall-Hochfrequenzenergie verwendet, um eine Schrubbwirkung bereitzustellen, die eine Verbindung zwischen dem Draht und dem Bondpad bildet. Ultraschallbonden wird hauptsächlich mit Aluminiumdraht verwendet und wird oft dem Thermokompressionsbonden vorgezogen, da es keine Erwärmung des Schaltungschips während des Bondvorgangs erfordert.

Das Thermosonic-Bonden ist eine neue technologische Veränderung beim Golddrahtbonden. Es beinhaltet die Verwendung einer Kombination aus Ultraschall- und Wärmeenergie und erfordert weniger Wärme als das Thermokompressionsbonden.

Kapselung

Der Hauptzweck der Einkapselung besteht darin, eine integrierte Schaltung in einem Gehäuse unterzubringen, das die elektrischen, thermischen, chemischen und physikalischen Anforderungen erfüllt, die mit der Anwendung der integrierten Schaltung verbunden sind.

Die am weitesten verbreiteten Gehäusetypen sind der Radial-Lead-Typ, das Flat-Pack und das Dual-in-Line (DIP)-Gehäuse. Die Gehäuse vom Radial-Blei-Typ bestehen hauptsächlich aus Kovar, einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt, mit Hartglasdichtungen und Kovar-Bleien. Flatpacks verwenden Metallleiterrahmen, die normalerweise aus einer Aluminiumlegierung in Kombination mit Keramik-, Glas- und Metallkomponenten bestehen. Dual-in-line-Gehäuse sind im Allgemeinen am gebräuchlichsten und verwenden häufig Keramik oder geformte Kunststoffe.

Geformte Halbleitergehäuse aus Kunststoff werden hauptsächlich durch zwei getrennte Prozesse hergestellt:Transferformen und Spritzgießen. Spritzpressen ist das vorherrschende Kunststoffumhüllungsverfahren. Bei diesem Verfahren werden die Chips auf unbeschnittene Leiterrahmen montiert und dann chargenweise in Formen geladen. Pulver- oder Granulatformen von duroplastischen Formmassen werden in einem beheizten Topf aufgeschmolzen und dann unter Druck in die beschickten Formen gepresst (überführt). Die pulver- oder granulatförmigen Kunststoffformmassensysteme können auf Epoxid-, Silikon- oder Silikon/Epoxidharzen verwendet werden. Das System besteht in der Regel aus einer Mischung aus:

  • duroplastische Harze– Epoxid, Silikon oder Silikon/Epoxid
  • Härter—Epoxynovolake und Epoxyanhydride
  • Füllstoffe—Silica-geschmolzenes oder kristallines Siliciumdioxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3), im Allgemeinen 50–70 Gew.-%
  • feuerdämmend—Antimontrioxid (Sb2O3) im Allgemeinen 1–5 Gew.-%.

 

Beim Spritzgießen wird entweder eine thermoplastische oder duroplastische Formmasse verwendet, die in einem Zylinder bei kontrollierter Temperatur auf ihren Schmelzpunkt erhitzt und unter Druck durch eine Düse in die Form gepresst wird. Das Harz verfestigt sich schnell, die Form wird geöffnet und das Kapselungspaket ausgeworfen. Beim Spritzgießen wird eine Vielzahl von Kunststoffverbindungen verwendet, wobei Epoxidharze und Polyphenylensulfidharze (PPS) die neuesten Einträge in der Halbleiterverkapselung sind.

Die endgültige Verpackung des Silizium-Halbleiterbauelements wird nach seiner Leckagebeständigkeit oder Fähigkeit, die integrierte Schaltung von ihrer Umgebung zu isolieren, klassifiziert. Diese werden in hermetisch (luftdicht) oder nicht hermetisch verschlossen unterschieden.

Dichtheitsprüfung und Einbrennen

Dichtigkeitsprüfung ist ein Verfahren, das entwickelt wurde, um die tatsächliche Versiegelungsfähigkeit oder Hermetik des verpackten Geräts zu testen. Zwei gängige Formen der Leckprüfung werden verwendet: Helium-Lecksuche und radioaktive Tracer-Lecksuche.

Bei der Heliumlecksuche werden die fertigen Verpackungen für eine gewisse Zeit in eine Heliumdruckatmosphäre gesetzt. Helium kann durch Unvollkommenheiten in die Verpackung eindringen. Nach dem Entfernen aus der Helium-Druckkammer wird die Verpackung in eine Massenspektrometerkammer überführt und auf Helium getestet, das aus Unvollkommenheiten in der Verpackung austritt.

Bei der zweiten Methode wird Helium durch radioaktives Spürgas, normalerweise Krypton-85 (Kr-85), ersetzt, und das aus der Verpackung austretende radioaktive Gas wird gemessen. Unter normalen Bedingungen beträgt die Belastung des Personals durch diesen Prozess weniger als 5 Millisievert (500 Millirem) pro Jahr (Baldwin und Stewart 1989). Zu den Kontrollen für diese Systeme gehören normalerweise:

  • Isolierung in Räumen, deren Zugang nur auf das erforderliche Personal beschränkt ist
  • an den Türen der Räume, in denen Kr-85 enthalten war, Schilder mit Strahlungswarnschildern angebracht
  • Kontinuierliche Strahlungsmonitore mit Alarmen und automatischer Abschaltung/Isolation
  • spezielles Abgassystem und Unterdruckraum
  • Überwachung von Expositionen mit Personendosimetrie (z. B. Strahlungsfilmabzeichen)
  • regelmäßige Wartung von Alarmen und Verriegelungen
  • regelmäßige Kontrollen auf Austritt radioaktiver Stoffe
  • Sicherheitstraining für Bediener und Techniker
  • sicherzustellen, dass die Strahlenexposition so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar gehalten wird (ALARA).

 

Außerdem werden Materialien, die mit Kr-85 in Kontakt kommen (z. B. freiliegende ICs, gebrauchtes Pumpenöl, Ventile und O-Ringe), untersucht, um sicherzustellen, dass sie aufgrund von Restgas in ihnen keine übermäßige Strahlung abgeben, bevor sie entfernt werden der kontrollierte Bereich. Leach-Marshal (1991) liefert detaillierte Informationen über Expositionen und Kontrollen von Kr-85-Feinleck-Erkennungssystemen.

Verbrennen in ist eine Temperatur- und elektrische Belastungsoperation, um die Zuverlässigkeit des fertig verpackten Geräts zu bestimmen. Die Vorrichtungen werden für längere Zeit in einen temperaturgeregelten Ofen gelegt, wobei entweder Umgebungsatmosphäre oder eine inerte Stickstoffatmosphäre verwendet wird. Die Temperaturen reichen von 125 °C bis 200 °C (150 °C ist ein Durchschnitt) und Zeiträume von einigen Stunden bis 1,000 Stunden (48 Stunden ist ein Durchschnitt).

Abschlusstest

Für eine endgültige Charakterisierung der Leistung des verpackten Silizium-Halbleiterbauelements wird ein abschließender elektrischer Test durchgeführt. Aufgrund der großen Anzahl und der Komplexität der erforderlichen Tests führt ein Computer die Prüfung zahlreicher Parameter durch und wertet sie aus, die für die spätere Funktion des Geräts wichtig sind.

Markieren und verpacken

Die physische Identifizierung des fertig verpackten Geräts wird durch die Verwendung einer Vielzahl von Markierungssystemen erreicht. Die beiden Hauptkategorien der Komponentenkennzeichnung sind Kontaktdruck und berührungsloser Druck. Der Kontaktdruck umfasst typischerweise eine Rotationsoffsettechnik unter Verwendung von Tinten auf Lösungsmittelbasis. Beim berührungslosen Drucken, bei dem Markierungen ohne physischen Kontakt übertragen werden, handelt es sich um einen Tintenstrahlkopf- oder Tonerdruck mit lösungsmittelbasierten Tinten oder eine Lasermarkierung.

Die als Träger für die Druckfarben und als Vorreiniger verwendeten Lösungsmittel bestehen typischerweise aus einer Mischung von Alkoholen (Ethanol) und Estern (Ethylacetat). Die meisten anderen Komponentenmarkierungssysteme als die Lasermarkierung verwenden Tinten, die einen zusätzlichen Schritt zum Abbinden oder Aushärten erfordern. Diese Härtungsverfahren sind Lufthärtung, Wärmehärtung (thermisch oder infrarot) und UV-Härtung. UV-härtende Tinten enthalten keine Lösungsmittel.

Lasermarkiersysteme verwenden entweder ein leistungsstarkes Kohlendioxid (CO2)-Laser oder ein Hochleistungs-Neodym:Yttrium-Laser. Diese Laser sind typischerweise in die Ausrüstung eingebettet und haben ineinandergreifende Gehäuse, die den Strahlengang und den Punkt, an dem der Strahl das Ziel berührt, umschließen. Dadurch wird die Laserstrahlgefahr während des normalen Betriebs beseitigt, aber es gibt Bedenken, wenn die Sicherheitsverriegelungen umgangen werden. Die häufigste Operation, bei der es notwendig ist, die Strahlabdeckungen zu entfernen und die Verriegelungen zu überwinden, ist die Ausrichtung des Laserstrahls.

Während dieser Wartungsarbeiten sollte der Raum, in dem sich der Laser befindet, idealerweise evakuiert werden, mit Ausnahme der notwendigen Wartungstechniker, wobei die Türen zum Raum verschlossen und mit geeigneten Lasersicherheitsschildern versehen sein sollten. Hochleistungslaser, die in der Halbleiterfertigung verwendet werden, befinden sich jedoch oft in großen, offenen Fertigungsbereichen, was es unpraktisch macht, Nicht-Wartungspersonal während der Wartung zu versetzen. Für diese Situationen wird typischerweise eine temporäre Kontrollzone eingerichtet. Normalerweise bestehen diese Kontrollbereiche aus Laservorhängen oder Schweißschirmen, die dem direkten Kontakt mit dem Laserstrahl standhalten können. Der Zugang zum temporären Kontrollbereich erfolgt normalerweise durch einen Labyrintheingang, der mit einem Warnschild versehen ist, wenn die Sperren für den Laser umgangen werden. Andere Sicherheitsvorkehrungen während der Strahlausrichtung ähneln denen, die für den Betrieb eines Hochleistungslasers mit offenem Strahl erforderlich sind (z. B. Schulung, Augenschutz, schriftliche Verfahren usw.).

Hochleistungslaser sind auch eine der bedeutendsten elektrischen Gefahren in der Halbleiterindustrie. Auch nach dem Abschalten des Stroms besteht innerhalb des Werkzeugs ein erhebliches Schockpotential, das vor Arbeiten im Inneren des Schranks abgeleitet werden muss.

Neben der Strahlgefahr und der elektrischen Gefahr sollte auch bei der Wartung von Lasermarkiersystemen wegen der Möglichkeit einer chemischen Kontamination durch das feuerhemmende Antimontrioxid und Beryllium (Keramikverpackungen, die diese Verbindung enthalten, gekennzeichnet werden) Vorsicht walten. Beim Markieren mit den Hochleistungslasern können Dämpfe entstehen und Rückstände auf den Geräteoberflächen und Dunstabzugsfiltern hinterlassen.

Entfetter wurden in der Vergangenheit verwendet, um Halbleiter zu reinigen, bevor sie mit Identifikationscodes markiert wurden. Es kann leicht zu einer Lösungsmittelexposition über dem geltenden Grenzwert für die Exposition in der Luft kommen, wenn der Kopf eines Bedieners unter die Kühlschlangen gehalten wird, die eine Rekondensation der Dämpfe verursachen, wie dies passieren kann, wenn ein Bediener versucht, heruntergefallene Teile zu entfernen, oder wenn ein Techniker Rückstände vom Boden entfernt der Einheit (Baldwin und Stewart 1989). Die Verwendung von Entfettungsmitteln wurde in der Halbleiterindustrie aufgrund von Einschränkungen bei der Verwendung von ozonabbauenden Substanzen wie Chlorfluorkohlenwasserstoffen und chlorierten Lösungsmitteln stark reduziert.

Fehleranalyse und Qualitätssicherung

Fehleranalyse- und Qualitätsanalyselabors führen typischerweise verschiedene Operationen durch, die verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der Geräte sicherzustellen. Einige der in diesen Laboratorien durchgeführten Operationen bergen das Potenzial für eine Exposition der Mitarbeiter. Diese beinhalten:

  • Markierungstests Verwendung verschiedener Lösungsmittel und ätzender Gemische in beheizten Bechern auf Heizplatten. Eine lokale Absaugung (LEV) in Form einer Metallhaube mit angemessenen Anströmgeschwindigkeiten ist erforderlich, um flüchtige Emissionen zu kontrollieren. Monoethanolamin-Lösungen können zu Expositionen führen, die den Expositionsgrenzwert in der Luft überschreiten (Baldwin und Williams 1996).
  • Blasen-/Leckprüfung Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen mit hohem Molekulargewicht (Handelsname Fluorinerts)
  • Röntgenverpackungseinheiten.

 

Kobalt-60 (bis zu 26,000 Curie) wird in Bestrahlungsgeräten verwendet, um die Fähigkeit von ICs zu testen, Gammastrahlung in Militär- und Weltraumanwendungen standzuhalten. Unter normalen Bedingungen beträgt die Exposition des Personals bei diesem Vorgang weniger als 5 Millisievert (500 Millirem) pro Jahr (Baldwin und Stewart 1989). Die Steuerungen für diesen etwas spezialisierten Vorgang ähneln denen, die für Kr-85-Feinlecksysteme verwendet werden (z. B. isolierter Raum, kontinuierliche Strahlungsüberwachung, Überwachung der Exposition des Personals und so weiter).

Im Fehleranalyseprozess werden kleine „spezifische Lizenz“-Alphaquellen (z. B. Mikro- und Millicurie von Americium-241) verwendet. Diese Quellen sind mit einer dünnen Schutzschicht bedeckt, die als Fenster bezeichnet wird und es ermöglicht, dass Alpha-Partikel von der Quelle emittiert werden, um die Fähigkeit der integrierten Schaltung zu testen, zu funktionieren, wenn sie von Alpha-Partikeln bombardiert wird. Typischerweise werden die Quellen periodisch (z. B. halbjährlich) auf Austritt von radioaktivem Material überprüft, das auftreten kann, wenn das Schutzfenster beschädigt wird. Jede nachweisbare Leckage löst normalerweise die Entfernung der Quelle und deren Rücksendung an den Hersteller aus.

Schrankröntgensysteme werden eingesetzt, um die Dicke von Metallschichten zu prüfen und Defekte (z. B. Luftblasen in Formmassenpaketen) zu identifizieren. Obwohl sie keine signifikante Leckagequelle darstellen, werden diese Einheiten typischerweise regelmäßig (z. B. jährlich) mit einem tragbaren Messgerät auf Röntgenstrahlenlecks überprüft und inspiziert, um sicherzustellen, dass die Türverriegelungen ordnungsgemäß funktionieren.

Versand

Der Versand ist der Endpunkt der Beteiligung der meisten Hersteller von Silizium-Halbleitergeräten. Kommerzielle Halbleiterhersteller verkaufen ihre Produkte an andere Endprodukthersteller, während firmeneigene Hersteller die Geräte für ihre eigenen Endprodukte verwenden.

Gesundheitsstudie

Jeder Prozessschritt verwendet eine bestimmte Reihe von Chemikalien und Werkzeugen, die zu spezifischen EHS-Bedenken führen. Zusätzlich zu Bedenken im Zusammenhang mit bestimmten Prozessschritten bei der Verarbeitung von Silizium-Halbleiterbauelementen untersuchte eine epidemiologische Studie gesundheitliche Auswirkungen bei Beschäftigten der Halbleiterindustrie (Schenker et al. 1992). Siehe auch die Diskussion im Artikel „Gesundheitliche Auswirkungen und Krankheitsbilder“.

Die Hauptschlussfolgerung der Studie war, dass die Arbeit in Halbleiterfabriken mit einer erhöhten Rate spontaner Abtreibungen (SAB) verbunden ist. In der historischen Komponente der Studie war die Anzahl der untersuchten Schwangerschaften bei Beschäftigten in der Fertigung und in Nicht-Fertigungsbetrieben ungefähr gleich (447 bzw. 444), aber es gab mehr spontane Abtreibungen in der Fertigung (n = 67) als in den Nicht-Fertigungsbetrieben (n = 46). . Bereinigt um verschiedene Faktoren, die zu Verzerrungen führen könnten (Alter, ethnische Zugehörigkeit, Rauchen, Stress, sozioökonomischer Status und Schwangerschaftsvorgeschichte) betrug das relative Risiko (RR) für eine Herstellung gegenüber einer Nichtherstellung 1.43 (95 % Konfidenzintervall = 0.95–2.09). .

Die Forscher verknüpften die erhöhte SAB-Rate mit der Exposition gegenüber bestimmten Glykolethern auf Ethylenbasis (EGE), die in der Halbleiterherstellung verwendet werden. Die spezifischen Glykolether, die an der Studie beteiligt waren und im Verdacht stehen, nachteilige Auswirkungen auf die Fortpflanzungsfähigkeit zu haben, sind:

  • 2-Methoxyethanol (CAS 109-86-4)
  • 2-Methoxyethylacetat (CAS 110-49-6)
  • 2-Ethoxyethylacetat (CAS 111-15-9).

 

Obwohl nicht Teil der Studie, haben zwei andere in der Industrie verwendete Glykolether, 2-Ethoxyethanol (CAS 110-80-5) und Diethylenglykoldimethylether (CAS 111-96-6), ähnliche toxische Wirkungen und wurden von einigen verboten Halbleiterhersteller.

Zusätzlich zu einer erhöhten SAB-Rate im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber bestimmten Glykolethern kam die Studie auch zu dem Schluss:

  • Es bestand eine widersprüchliche Assoziation zwischen Fluorid-Exposition (beim Ätzen) und SAB.
  • Selbstberichteter Stress war ein starker unabhängiger Risikofaktor für SAB bei Frauen, die in den Fertigungsbereichen arbeiteten.
  • Es dauerte länger, bis Frauen, die im Produktionsbereich arbeiteten, schwanger wurden, verglichen mit Frauen in Nicht-Produktionsbereichen.
  • Eine Zunahme von Atemwegsbeschwerden (Augen-, Nasen- und Rachenreizung und Keuchen) war bei Arbeitern in der Fabrikation im Vergleich zu Arbeitern ohne Fabrikation vorhanden.
  • Muskel-Skelett-Symptome der distalen oberen Extremität, wie Hand-, Handgelenk-, Ellbogen- und Unterarmschmerzen, waren mit der Arbeit im Fertigungsraum verbunden.
  • Dermatitis und Haarausfall (Alopezie) wurden häufiger bei Fertigungsarbeitern als bei Nicht-Fertigungsarbeitern berichtet.

 

Ausrüstungsüberprüfung

Die Komplexität der Halbleiterherstellungsausrüstung, gepaart mit kontinuierlichen Fortschritten in den Herstellungsprozessen, macht die Überprüfung neuer Prozessausrüstung vor der Installation wichtig, um EHS-Risiken zu minimieren. Zwei Geräteüberprüfungsprozesse tragen dazu bei sicherzustellen, dass neue Halbleiterprozessgeräte über angemessene EHS-Kontrollen verfügen: CE-Kennzeichnung und Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI)-Standards.

Die CE-Kennzeichnung ist eine Erklärung des Herstellers, dass das so gekennzeichnete Gerät den Anforderungen aller anwendbaren Richtlinien der Europäischen Union (EU) entspricht. Für Halbleiterfertigungsanlagen gelten die Maschinenrichtlinie (MD), die Richtlinie zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und die Niederspannungsrichtlinie (LVD) als die am besten anwendbaren Richtlinien.

Im Fall der EMV-Richtlinie müssen die Dienste einer zuständigen Stelle (von einem EU-Mitgliedstaat offiziell zugelassene Organisation) beauftragt werden, um die Prüfanforderungen zu definieren und die Ergebnisse der Prüfung zu genehmigen. MD und LVD können entweder vom Hersteller oder einer benannten Stelle (von einem EU-Mitgliedstaat offiziell zugelassene Organisation) bewertet werden. Unabhängig vom gewählten Weg (Selbsteinschätzung oder Drittpartei) ist der eingetragene Importeur dafür verantwortlich, dass das importierte Produkt mit der CE-Kennzeichnung versehen wird. Sie können die Informationen des Drittanbieters oder der Selbstbewertung als Grundlage für ihre Überzeugung verwenden, dass das Gerät die Anforderungen der anwendbaren Richtlinien erfüllt, aber letztendlich werden sie die Konformitätserklärung selbst erstellen und die CE-Kennzeichnung anbringen.

Semiconductor Equipment and Materials International ist ein internationaler Handelsverband, der Halbleiter- und Flachbildschirmgeräte und Materiallieferanten vertritt. Zu seinen Aktivitäten gehört die Entwicklung freiwilliger technischer Standards, bei denen es sich um Vereinbarungen zwischen Lieferanten und Kunden handelt, die darauf abzielen, die Produktqualität und -zuverlässigkeit zu einem angemessenen Preis und einer konstanten Versorgung zu verbessern.

Zwei SEMI-Standards, die speziell für EHS-Bedenken bei neuen Geräten gelten, sind SEMI S2 und SEMI S8. SEMI S2-93, Sicherheitsrichtlinien für Halbleiterfertigungsanlagen, ist als Mindestsatz leistungsbasierter EHS-Überlegungen für Geräte gedacht, die in der Halbleiterfertigung verwendet werden. SEMI S8-95, Benutzerhandbuch für ergonomische Erfolgskriterien für Lieferanten, erweitert den Ergonomieteil in SEMI S2.

Viele Halbleiterhersteller verlangen, dass neue Geräte von einem Dritten zertifiziert werden, damit sie die Anforderungen von SEMI S2 erfüllen. Richtlinien zur Interpretation von SEMI S2-93 und SEMI S8-95 sind in einer Veröffentlichung des Industriekonsortiums SEMATECH enthalten (SEMATECH 1996). Weitere Informationen zu SEMI finden Sie im World Wide Web (http://www.semi.org).

Chemikalienbehandlung

Flüssigkeitsabgabe

Da automatische Abgabesysteme für Chemikalien zur Regel und nicht zur Ausnahme geworden sind, hat die Zahl der Verätzungen von Mitarbeitern abgenommen. Allerdings müssen in diesen automatisierten Abgabesystemen für Chemikalien geeignete Sicherheitsvorkehrungen installiert werden. Diese beinhalten:

  • Lecksuche und automatische Abschaltung an der Hauptversorgungsquelle und an Anschlusskästen
  • doppelte Umschließung von Leitungen, wenn die Chemikalie als Gefahrstoff gilt
  • High-Level-Sensoren an Endpunkten (Bad oder Werkzeugbehälter)
  • zeitgesteuerte Abschaltung der Pumpe (erlaubt, dass nur eine bestimmte Menge an einen Ort gepumpt wird, bevor sie sich automatisch abschaltet).

Gasabgabe

Die Sicherheit der Gasverteilung hat sich im Laufe der Jahre durch das Aufkommen neuer Arten von Flaschenventilen, in die Flasche integrierten Öffnungen mit eingeschränktem Durchfluss, automatisierten Gasspültafeln, Erkennung und Absperrung bei hohen Durchflussraten und ausgeklügelteren Leckerkennungsgeräten erheblich verbessert. Aufgrund seiner pyrophoren Eigenschaft und seiner breiten Verwendung als Ausgangsmaterial stellt Silangas die bedeutendste Explosionsgefahr in der Industrie dar. Silangasvorfälle sind jedoch durch neue Untersuchungen von Factory Mutual und SEMATECH vorhersehbarer geworden. Mit geeigneten Öffnungen mit reduziertem Durchfluss (RFOs), Abgabedrücken und Belüftungsraten wurden die meisten Explosionsvorfälle eliminiert (SEMATECH 1995).

In den letzten Jahren kam es zu mehreren Sicherheitsvorfällen aufgrund einer unkontrollierten Vermischung unverträglicher Gase. Aufgrund dieser Vorfälle überprüfen Halbleiterhersteller häufig Gasleitungsinstallationen und Werkzeuggaskästen, um sicherzustellen, dass kein unsachgemäßes Mischen und/oder Rückströmen von Gasen auftreten kann.

Chemische Probleme erzeugen in der Regel die größten Bedenken in der Halbleiterfertigung. Die meisten Verletzungen und Todesfälle in der Industrie resultieren jedoch aus nicht-chemischen Gefahren.

Elektrische Sicherheit

Mit Geräten, die in dieser Branche verwendet werden, sind zahlreiche elektrische Gefahren verbunden. Sicherheitsverriegelungen spielen eine wichtige Rolle in der elektrischen Sicherheit, aber diese Verriegelungen werden oft von Wartungstechnikern außer Kraft gesetzt. Eine erhebliche Menge an Wartungsarbeiten wird typischerweise durchgeführt, während die Ausrüstung noch mit Energie versorgt oder nur teilweise entregt ist. Die bedeutendsten elektrischen Gefahren sind mit Ionenimplantationsgeräten und Laserstromversorgungen verbunden. Auch nach dem Abschalten des Stroms besteht innerhalb des Werkzeugs ein erhebliches Schockpotential, das vor dem Arbeiten im Inneren des Werkzeugs abgeleitet werden muss. Der SEMI S2-Überprüfungsprozess in den Vereinigten Staaten und das CE-Zeichen in Europa haben dazu beigetragen, die elektrische Sicherheit für neue Geräte zu verbessern, aber Wartungsarbeiten werden nicht immer angemessen berücksichtigt. Für alle neu installierten Geräte ist eine sorgfältige Überprüfung der Wartungsarbeiten und der elektrischen Gefahren erforderlich.

An zweiter Stelle auf der Liste der elektrischen Gefahren steht die Ausrüstung, die während Ätz-, Sputter- und Kammerreinigungsprozessen HF-Energie erzeugt. Eine ordnungsgemäße Abschirmung und Erdung sind erforderlich, um das Risiko von HF-Verbrennungen zu minimieren.

Diese elektrischen Gefahren und die vielen Werkzeuge, die während der Wartungsarbeiten nicht abgeschaltet werden, erfordern, dass die Wartungstechniker andere Mittel anwenden, um sich selbst zu schützen, wie etwa Lockout/Tagout-Verfahren. Elektrische Gefahren sind nicht die einzigen Energiequellen, die mit Lockout/Tagout angegangen werden. Andere Energiequellen umfassen unter Druck stehende Leitungen, von denen viele gefährliche Gase oder Flüssigkeiten enthalten, und pneumatische Steuerungen. Unterbrechungen zur Steuerung dieser Energiequellen müssen sich an einem leicht zugänglichen Ort befinden – innerhalb des fab (Fertigung) oder Verfolgungsbereich, in dem der Mitarbeiter arbeiten wird, anstatt an ungünstigen Orten wie Nebenfabriken.

Ergonomie

Die Schnittstelle zwischen Mitarbeiter und Werkzeug verursacht weiterhin Verletzungen. Muskelzerrungen und Verstauchungen sind in der Halbleiterindustrie weit verbreitet, insbesondere bei Wartungstechnikern. Der Zugang zu Pumpen, Kammerabdeckungen usw. ist während der Herstellung des Werkzeugs und während der Platzierung des Werkzeugs in der Fabrik oft nicht gut gestaltet. Pumpen sollten auf Rädern stehen oder in ausziehbaren Schubladen oder Tabletts platziert werden. Für viele Arbeitsgänge müssen Hebevorrichtungen eingebaut werden.

Gerade in älteren Anlagen birgt die einfache Waferhandhabung ergonomische Gefahren. Neuere Einrichtungen haben typischerweise größere Wafer und erfordern daher stärker automatisierte Handhabungssysteme. Viele dieser Waferhandhabungssysteme gelten als Robotergeräte, und die Sicherheitsbedenken bei diesen Systemen müssen berücksichtigt werden, wenn sie entworfen und installiert werden (ANSI 1986).

Brandschutz

Neben dem bereits angesprochenen Silangas hat Wasserstoffgas das Potenzial, eine erhebliche Brandgefahr darzustellen. Es ist jedoch besser verstanden und die Industrie hat nicht viele große Probleme im Zusammenhang mit Wasserstoff gesehen.

Die größte Brandgefahr ist jetzt damit verbunden nasse Decks oder Ätzbäder. Die typischen Konstruktionskunststoffe (Polyvinylchlorid, Polypropylen und schwer entflammbares Polypropylen) wurden alle bei der Herstellung verwendet Feuer. Die Zündquelle kann eine Ätz- oder Plattierungsbadheizung sein, wobei die elektrischen Steuerungen direkt auf dem Kunststoff oder einem angrenzenden Werkzeug montiert sind. Wenn es bei einem dieser Kunststoffwerkzeuge zu einem Brand kommt, breiten sich Partikelverunreinigungen und korrosive Verbrennungsprodukte in der gesamten Fabrik aus. Der wirtschaftliche Verlust ist aufgrund der Ausfallzeit in der Fabrik hoch, während der Bereich und die Ausrüstung wieder auf Reinraumstandards gebracht werden. Oft können einige teure Geräte nicht ausreichend dekontaminiert werden, und es müssen neue Geräte angeschafft werden. Daher sind sowohl ein angemessener Brandschutz als auch ein angemessener Brandschutz von entscheidender Bedeutung.

Der Brandschutz kann mit verschiedenen nicht brennbaren Baustoffen angegangen werden. Edelstahl ist das bevorzugte Konstruktionsmaterial für diese Nassdecks, aber oft „akzeptiert“ der Prozess kein Metallwerkzeug. Es gibt Kunststoffe mit geringerem Brand-/Rauchpotential, die jedoch noch nicht ausreichend getestet wurden, um festzustellen, ob sie mit Halbleiterherstellungsprozessen kompatibel sind.

Aus brandschutztechnischen Gründen müssen diese Werkzeuge durch einen frei zugänglichen Sprinklerschutz geschützt werden. Die Platzierung von HEPA-Filtern über Nassbänken blockiert oft Sprinklerköpfe. In diesem Fall werden zusätzliche Sprinklerköpfe unterhalb der Filter installiert. Viele Unternehmen verlangen außerdem, dass ein Feuererkennungs- und -unterdrückungssystem in den Luftkammern dieser Werkzeuge installiert wird, wo viele Brände entstehen.

 

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Samstag, April 02 2011 18: 39

Flüssigkristallanzeigen

Flüssigkristallanzeigen (LCDs) sind seit den 1970er Jahren im Handel erhältlich. Sie werden häufig in Uhren, Taschenrechnern, Radios und anderen Produkten verwendet, die Anzeigen und drei oder vier alphanumerische Zeichen erfordern. Jüngste Verbesserungen bei den Flüssigkristallmaterialien ermöglichen die Herstellung großer Displays. Während LCDs nur einen kleinen Teil der Halbleiterindustrie ausmachen, hat ihre Bedeutung mit ihrer Verwendung in Flachbildschirmen für tragbare Computer, sehr leichte Laptop-Computer und spezielle Textverarbeitungsprogramme zugenommen. Die Bedeutung von LCDs wird voraussichtlich weiter zunehmen, da sie schließlich die letzte Vakuumröhre ersetzen, die üblicherweise in der Elektronik verwendet wird – die Kathodenstrahlröhre (CRT) (O'Mara 1993).

Die Herstellung von LCDs ist ein sehr spezialisierter Prozess. Die Ergebnisse der industriellen Hygieneüberwachung weisen auf sehr niedrige Luftschadstoffgehalte für die verschiedenen überwachten Lösungsmittelexpositionen hin (Wade et al. 1981). Im Allgemeinen sind die verwendeten Arten und Mengen von giftigen, korrosiven und brennbaren festen, flüssigen und gasförmigen Chemikalien und gefährlichen physikalischen Mitteln im Vergleich zu anderen Arten der Halbleiterherstellung begrenzt.

Flüssigkristallmaterialien sind stäbchenförmige Moleküle, beispielhaft dargestellt durch die in Fig. 1 gezeigten Cyanobiphenylmoleküle. Diese Moleküle besitzen die Eigenschaft, die Richtung des durchtretenden polarisierten Lichts zu drehen. Obwohl die Moleküle für sichtbares Licht transparent sind, erscheint ein Behälter des flüssigen Materials milchig oder durchscheinend anstatt transparent. Dies geschieht, weil die Längsachse der Moleküle in zufälligen Winkeln ausgerichtet sind, sodass das Licht zufällig gestreut wird. Eine Flüssigkristallanzeigezelle ist so angeordnet, dass die Moleküle einer bestimmten Ausrichtung folgen. Diese Ausrichtung kann mit einem externen elektrischen Feld geändert werden, wodurch die Polarisation des einfallenden Lichts geändert werden kann.

Abbildung 1. Grundlegende Flüssigkristallpolymermoleküle

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Bei der Herstellung von Flachbildschirmen werden zwei Glassubstrate separat verarbeitet und dann miteinander verbunden. Das vordere Substrat ist gemustert, um ein Farbfilterarray zu erzeugen. Das hintere Glassubstrat wird gemustert, um Dünnfilmtransistoren und die Metallverbindungsleitungen zu bilden. Diese beiden Platten werden im Montageprozess zusammengefügt und bei Bedarf geschnitten und in einzelne Displays getrennt. Flüssigkristallmaterial wird in einen Spalt zwischen den beiden Glasplatten eingespritzt. Die Displays werden geprüft und getestet und auf jede Glasplatte wird eine Polarisatorfolie aufgebracht.

Zur Herstellung von Flachbildschirmen sind zahlreiche Einzelprozesse erforderlich. Sie erfordern spezielle Ausrüstung, Materialien und Prozesse. Bestimmte Schlüsselprozesse sind unten skizziert.

Glassubstratvorbereitung

Das Glassubstrat ist eine wesentliche und teure Komponente des Displays. In jeder Phase des Prozesses ist eine sehr strenge Kontrolle der optischen und mechanischen Eigenschaften des Materials erforderlich, insbesondere wenn es um Erwärmung geht.

Glasherstellung

Zwei Prozesse werden verwendet, um sehr dünnes Glas mit sehr genauen Abmessungen und reproduzierbaren mechanischen Eigenschaften herzustellen. Das von Corning entwickelte Schmelzverfahren verwendet einen Glaszuführungsstab, der in einer keilförmigen Rinne schmilzt und aufwärts und über die Seiten der Rinne fließt. Das geschmolzene Glas fließt an beiden Seiten der Rinne hinab, verbindet sich zu einer einzigen Schicht am Boden der Rinne und kann als einheitliche Schicht nach unten gezogen werden. Die Dicke der Platte wird durch die Geschwindigkeit des Herunterziehens des Glases gesteuert. Breiten bis knapp 1 m sind realisierbar.

Andere Hersteller von Glas mit den entsprechenden Abmessungen für LCD-Substrate verwenden das Floatverfahren zur Herstellung. Bei diesem Verfahren lässt man das geschmolzene Glas auf ein Bett aus geschmolzenem Zinn fließen. Das Glas löst sich nicht auf oder reagiert mit dem metallischen Zinn, sondern schwimmt auf der Oberfläche. Dadurch kann die Schwerkraft die Oberfläche glätten und beide Seiten parallel werden lassen. (Siehe Kapitel Glas, Keramik und verwandte Materialien.)

Eine Vielzahl von Substratgrößen bis zu 450 × 550 mm und mehr ist verfügbar. Die typische Glasdicke für Flachbildschirme beträgt 1.1 mm. Dünneres Glas wird für einige kleinere Displays wie Pager, Telefone, Spiele usw. verwendet.

Schneiden, Anfasen und Polieren

Glassubstrate werden nach dem Schmelz- oder Floatprozess auf die Größe zugeschnitten, typischerweise auf etwa 1 m Seitenlänge. Dem Umformprozess folgen verschiedene mechanische Operationen, abhängig von der endgültigen Anwendung des Materials.

Da Glas spröde ist und an den Rändern leicht abplatzt oder bricht, werden diese typischerweise abgeschrägt, abgeschrägt oder anderweitig behandelt, um das Abplatzen während der Handhabung zu verringern. Thermische Spannungen an Kantenrissen häufen sich während der Substratbearbeitung und führen zum Bruch. Glasbruch ist ein erhebliches Problem während der Produktion. Abgesehen von der Möglichkeit von Schnitt- und Platzwunden durch Mitarbeiter stellt dies einen Ertragsverlust dar, und Glasfragmente können in der Ausrüstung verbleiben und eine Kontamination mit Partikeln oder ein Verkratzen anderer Substrate verursachen.

Eine erhöhte Substratgröße führt zu erhöhten Schwierigkeiten beim Glaspolieren. Große Substrate werden unter Verwendung von Wachs oder anderem Klebstoff auf Trägern befestigt und unter Verwendung einer Aufschlämmung aus Schleifmaterial poliert. Auf diesen Polierprozess muss eine gründliche chemische Reinigung folgen, um alle verbleibenden Wachse oder andere organische Rückstände sowie die im Schleif- oder Poliermittel enthaltenen metallischen Verunreinigungen zu entfernen.

Reinigung

Reinigungsverfahren werden für blanke Glassubstrate und für Substrate verwendet, die mit organischen Filmen bedeckt sind, wie Farbfilter, Polyimid-Orientierungsfilme und so weiter. Außerdem müssen Substrate mit Halbleiter-, Isolator- und Metallfilmen an bestimmten Punkten innerhalb des Herstellungsprozesses gereinigt werden. Als Minimum ist vor jedem Maskierungsschritt bei der Herstellung von Farbfiltern oder Dünnschichttransistoren eine Reinigung erforderlich.

Die meisten Flachbildschirm-Reinigungen verwenden eine Kombination aus physikalischen und chemischen Methoden, mit selektiver Verwendung von Trockenmethoden. Nach dem chemischen Ätzen oder Reinigen werden Substrate üblicherweise mit Isopropylalkohol getrocknet. (Siehe Tabelle 1.)

Tabelle 1. Reinigung von Flachbildschirmen

Körperliche Reinigung

Chemische Reinigung

Chemische Reinigung

Bürstenschrubben

Ultraviolettes Ozon

Organische Lösung*

Strahlspray

Plasma (Oxid)

Neutrales Reinigungsmittel

Ultraschall

Plasma (Nichtoxid)

 

Megaschall

Laser

Reines Wasser

* Zu den üblichen organischen Lösungsmitteln, die bei der chemischen Reinigung verwendet werden, gehören: Aceton, Methanol, Ethanol, n-Propanol, Xylolisomere, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen.

Farbfilterbildung

Die Farbfilterbildung auf dem vorderen Glassubstrat umfasst einige der Glasveredelungs- und Vorbereitungsschritte, die sowohl der vorderen als auch der hinteren Platte gemeinsam sind, einschließlich der Abschrägungs- und Läppprozesse. Vorgänge wie Strukturieren, Beschichten und Aushärten werden wiederholt auf dem Substrat durchgeführt. Viele Ähnlichkeiten mit der Verarbeitung von Siliziumwafern bestehen. Üblicherweise werden Glassubstrate zum Reinigen und Beschichten in Bahnsystemen gehandhabt.

Farbfiltermusterung

Verschiedene Materialien und Anwendungsverfahren werden verwendet, um Farbfilter für verschiedene Arten von Flachbildschirmen herzustellen. Es kann entweder ein Farbstoff oder ein Pigment verwendet werden, und beide können auf verschiedene Weise aufgebracht und gemustert werden. Bei einem Ansatz wird Gelatine in aufeinanderfolgenden photolithographischen Arbeitsgängen unter Verwendung von Proximity-Printing-Geräten und Standard-Photoresists abgeschieden und gefärbt. Bei einem anderen werden in Photoresist dispergierte Pigmente verwendet. Andere Verfahren zum Bilden von Farbfiltern umfassen Elektroabscheidung, Ätzen und Drucken.

ITO-Abscheidung

Nach der Bildung des Farbfilters ist der letzte Schritt die Sputterabscheidung eines transparenten Elektrodenmaterials. Dies ist Indium-Zinn-Oxid (ITO), das eigentlich eine Mischung der Oxide In ist2O3 und SnO2. Dieses Material ist das einzige, das für die transparente Leiteranwendung für LCDs geeignet ist. Auf beiden Seiten des Displays ist ein dünner ITO-Film erforderlich. Typischerweise werden ITO-Filme unter Verwendung von Vakuumverdampfung und Sputtern hergestellt.

Dünne ITO-Filme lassen sich leicht mit Nasschemikalien wie Salzsäure ätzen, aber wenn der Abstand der Elektroden kleiner und die Merkmale feiner werden, kann Trockenätzen erforderlich sein, um ein Unterätzen der Linien aufgrund von Überätzen zu verhindern.

Bildung von Dünnschichttransistoren

Die Bildung von Dünnschichttransistoren ist der Herstellung einer integrierten Schaltung sehr ähnlich.

Dünnschichtabscheidung

Die Substrate beginnen den Herstellungsprozess mit einem Dünnfilmauftragsschritt. Dünne Filme werden durch CVD oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) abgeschieden. Plasmaunterstützte CVD, auch bekannt als Glimmentladung, wird für amorphes Silizium, Siliziumnitrid und Siliziumdioxid verwendet.

Gerätemusterung

Sobald der Dünnfilm abgeschieden wurde, wird ein Photoresist aufgebracht und abgebildet, um das Ätzen des Dünnfilms auf die geeigneten Abmessungen zu ermöglichen. Wie bei der Herstellung integrierter Schaltungen wird eine Folge von Dünnfilmen abgeschieden und geätzt.

Aufbringen und Reiben des Orientierungsfilms

Sowohl auf dem oberen als auch auf dem unteren Substrat wird ein dünner Polymerfilm zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an der Glasoberfläche abgeschieden. Dieser vielleicht 0.1 µm dicke Orientierungsfilm kann ein Polyimid oder ein anderes "hartes" Polymermaterial sein. Nach dem Auftragen und Backen wird es mit Stoff in einer bestimmten Richtung gerieben, wodurch kaum wahrnehmbare Rillen in der Oberfläche zurückbleiben. Das Reiben kann mit einem einmal durchlaufenden Tuch auf einem Band erfolgen, das von einer Walze auf einer Seite zugeführt wird, unter einer Walze, die das Substrat berührt, auf eine Walze auf der anderen Seite geführt wird. Das Substrat bewegt sich unter dem Tuch in die gleiche Richtung wie das Tuch. Andere Verfahren umfassen eine sich bewegende Bürste, die sich über das Substrat bewegt. Der Flor des Reibmaterials ist wichtig. Die Rillen dienen dazu, die Flüssigkristallmoleküle dabei zu unterstützen, sich an der Substratoberfläche auszurichten und den richtigen Neigungswinkel anzunehmen.

Der Orientierungsfilm kann durch Schleuderbeschichtung oder durch Drucken aufgebracht werden. Das Druckverfahren ist effizienter im Materialverbrauch; 70 bis 80 % des Polyimids werden von der Druckwalze auf die Substratoberfläche übertragen.

Versammlung

Sobald der Schritt des Reibens des Substrats abgeschlossen ist, wird eine automatisierte Fließbandsequenz gestartet, die aus Folgendem besteht:

  • Kleberauftrag (erforderlich zum Abdichten der Platten)
  • Spacer-Anwendung
  • Lage und optische Ausrichtung einer Platte in Bezug auf die andere
  • Belichtung (Wärme oder UV), um den Klebstoff auszuhärten und die beiden Glasplatten miteinander zu verbinden.

 

Der automatische Transport von Ober- und Unterplatten erfolgt durch die Linie. Eine Platte nimmt den Klebstoff auf, und die zweite Platte wird an der Abstandshalter-Applikatorstation eingeführt.

Flüssigkristallinjektion

In dem Fall, in dem mehr als eine Anzeige auf dem Substrat konstruiert wurde, werden die Anzeigen nun durch Schneiden getrennt. An diesem Punkt kann das Flüssigkristallmaterial in die Lücke zwischen den Substraten eingeführt werden, wobei ein in dem Dichtungsmaterial verbleibendes Loch genutzt wird. Dieses Eintrittsloch wird dann verschlossen und für die Endkontrolle vorbereitet. Flüssigkristallmaterialien werden häufig als Zwei- oder Dreikomponentensysteme geliefert, die beim Einspritzen gemischt werden. Injektionssysteme sorgen für das Mischen und Spülen der Zelle, um das Einschließen von Blasen während des Füllvorgangs zu vermeiden.

Inspektion und Test

Inspektion und Funktionstest werden nach dem Zusammenbau und der Flüssigkristallinjektion durchgeführt. Die meisten Defekte hängen mit Partikeln (einschließlich Punkt- und Liniendefekten) und Problemen mit Zelllücken zusammen.

Polarisator-Aufsatz

Der letzte Herstellungsschritt für die Flüssigkristallanzeige selbst ist das Aufbringen des Polarisators auf die Außenseite jeder Glasplatte. Polarisatorfolien sind Verbundfolien, die die druckempfindliche Klebeschicht enthalten, die zum Befestigen des Polarisators am Glas erforderlich ist. Sie werden von automatisierten Maschinen aufgebracht, die das Material von Rollen oder vorgeschnittenen Bögen abgeben. Die Maschinen sind Varianten von Etikettiermaschinen, die für andere Branchen entwickelt wurden. Die Polarisationsfolie ist auf beiden Seiten des Displays angebracht.

In manchen Fällen wird vor dem Polarisator eine Kompensationsfolie aufgebracht. Kompensationsfolien sind Polymerfolien (z. B. Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), die in einer Richtung gestreckt werden. Diese Dehnung verändert die optischen Eigenschaften der Folie.

Eine fertiggestellte Anzeige weist normalerweise integrierte Treiberschaltungen auf, die auf oder in der Nähe eines der Glassubstrate montiert sind, normalerweise auf der Seite des Dünnschichttransistors.

Gefahren

Glasbruch ist eine erhebliche Gefahr bei der LCD-Herstellung. Es kann zu Schnitt- und Platzwunden kommen. Die Exposition gegenüber Chemikalien, die zur Reinigung verwendet werden, ist ein weiteres Problem.

 

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Samstag, April 02 2011 18: 40

III-V-Halbleiterherstellung

Silizium hat als primäres Halbleitermaterial historisch die IC-Technologieentwicklung dominiert. Das Hauptaugenmerk in den letzten Jahren auf eine Siliziumalternative konzentrierte sich auf III-V-Verbindungen wie Galliumarsenid (GaAs) als Substratmaterial. Als Halbleitermaterial weist GaAs gegenüber Silizium erhöhte Fähigkeiten auf, wie beispielsweise eine Elektronenbeweglichkeit, die 5- bis 6-mal höher ist als die von Silizium. Diese Eigenschaft, gekoppelt mit den potenziellen halbisolierenden Eigenschaften von GaAs, führt zu einer erhöhten Leistung sowohl bei der Geschwindigkeit als auch bei der Leistungsaufnahme.

GaAs hat eine Zinkblende-Struktur, die aus zwei sich gegenseitig durchdringenden, flächenzentrierten kubischen Untergittern besteht, die mit dem Wachstum von hochqualitativem Barrenmaterial zusammenhängen. Die mit dem Wachstum von GaAs verbundene Technologie ist erheblich komplizierter als die für Silizium verwendete, da ein komplizierteres Zweiphasengleichgewicht und eine hochflüchtige Komponente, Arsen (As), beteiligt sind. Eine genaue Steuerung des As-Dampfdrucks in dem Ingot-Wachstumssystem ist erforderlich, um eine exakte Stöchiometrie der GaAs-Verbindung während des Wachstumsprozesses aufrechtzuerhalten. Zwei Hauptkategorien der III-V-Halbleiter-Display- und Geräteproduktion verfügen über wirtschaftlich machbare Verarbeitungsverfahren – LED-Displays und Mikrowellen-IC-Geräte.

LEDs werden aus einkristallinem GaAs hergestellt, in dem pn-Übergänge durch Zugabe geeigneter Dotierstoffe – typischerweise Tellur, Zink oder Silizium – gebildet werden. Epitaxieschichten aus ternären und quaternären III-V-Materialien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) werden auf das Substrat aufgewachsen und führen zu einem Emissionsband bestimmter Wellenlängen im sichtbaren Spektrum für Displays oder im Infrarotspektrum für Emitter oder Detektoren. Beispielsweise stammt rotes Licht mit einem Peak bei etwa 650 nm aus der direkten Rekombination der pn-Elektronen und -Löcher. Grün emittierende Dioden bestehen im Allgemeinen aus Galliumphosphid (GaP). Die verallgemeinerten LED-Verarbeitungsschritte werden in diesem Artikel behandelt.

Mikrowellen-ICs sind eine spezialisierte Form von integrierten Schaltkreisen; Sie werden als Hochfrequenzverstärker (2 bis 18 GHz) für Radar, Telekommunikation und Telemetrie sowie als Oktav- und Mehroktavverstärker für den Einsatz in elektronischen Kampfsystemen eingesetzt. Hersteller von Mikrowellen-IC-Vorrichtungen kaufen typischerweise einkristallines GaAs-Substrat, entweder mit oder ohne Epitaxieschicht, von externen Anbietern (ebenso wie Hersteller von Siliziumvorrichtungen). Die Hauptverarbeitungsschritte umfassen die Flüssigphasen-Epitaxieabscheidung, die Herstellung und die Verarbeitung ohne Herstellung, ähnlich der Herstellung von Siliziumvorrichtungen. In diesem Artikel werden auch Verarbeitungsschritte behandelt, die eine Beschreibung über die LED-Verarbeitung hinaus erfordern.

Wafer-Herstellung

Ähnlich wie beim Silizium-Ingot-Wachstumsprozess werden elementare Formen von Gallium und Arsen plus kleine Mengen an Dotierungsmaterial – Silizium, Tellur oder Zink – bei erhöhten Temperaturen umgesetzt, um Ingots aus dotiertem einkristallinem GaAs zu bilden. Drei verallgemeinerte Methoden der Barrenherstellung werden verwendet:

  • horizontaler oder vertikaler Bridgeman
  • Einfrieren des horizontalen oder vertikalen Farbverlaufs
  • flüssigkeitsgekapselter Czochralski (LEC) mit hohem oder niedrigem Druck.

 

Die polykristalline GaAs-Massenverbindung wird normalerweise durch die Reaktion von As-Dampf mit Ga-Metall bei erhöhten Temperaturen in verschlossenen Quarzampullen gebildet. Typischerweise wird ein an einem Ende der Ampulle befindliches As-Reservoir auf 618°C erhitzt. Dies erzeugt ungefähr 1 Atmosphäre As-Dampfdruck in der Ampulle, eine Voraussetzung zum Erhalten von stöchiometrischem GaAs. Der As-Dampf reagiert mit dem Ga-Metall, das auf 1,238 °C gehalten wird und sich am anderen Ende der Ampulle in einem Schiffchen aus Quarz oder pyrolytischem Bornitrid (PBN) befindet. Nachdem das Arsen vollständig umgesetzt ist, bildet sich eine polykristalline Ladung. Dies wird für das Einkristallwachstum durch programmiertes Abkühlen (Gradienteneinfrieren) oder durch physisches Bewegen entweder der Ampulle oder des Ofens verwendet, um geeignete Temperaturgradienten für das Wachstum bereitzustellen (Bridgeman). Dieser indirekte Ansatz (Arsentransport) zum Compoundieren und Wachstum von GaAs wird wegen des hohen Dampfdrucks von Arsen beim Schmelzpunkt von GaAs, etwa 20 Atmosphären bei 812°C bzw. 60 Atmosphären bei 1,238°C, verwendet.

Ein weiterer Ansatz zur kommerziellen Herstellung von Bulk-Einkristall-GaAs ist die LEC-Technik. Eine Czochralski-Kristallziehvorrichtung wird mit Brocken GaAs in einen Tiegel mit einem äußeren Graphitsuszeptor geladen. Das Bulk-GaAs wird dann bei Temperaturen nahe 1,238 °C geschmolzen, und der Kristall wird in einer unter Druck stehenden Atmosphäre gezogen, die je nach Hersteller typischerweise von einigen Atmosphären bis zu 100 Atmosphären variieren kann. Die Schmelze wird vollständig von einem viskosen Glas, z2O3, was eine Schmelzdissoziation verhindert, da der As-Dampfdruck mit dem Druck eines Inertgases (typischerweise Argon oder Stickstoff), das in der Ziehkammer angelegt wird, übereinstimmt oder überschritten wird. Alternativ kann einkristallines GaAs synthetisiert werden in situ durch Einspritzen des As in das geschmolzene Ga oder Kombinieren von As und Ga direkt bei hohem Druck.

Die Herstellung von GaAs-Wafern stellt den Halbleiterherstellungsprozess mit dem größten Potenzial für signifikante, routinemäßige chemische Belastungen dar. Während die Herstellung von GaAs-Wafern nur von einem kleinen Prozentsatz der Halbleiterhersteller durchgeführt wird, ist auf diesem Gebiet besondere Aufmerksamkeit erforderlich. Die großen Mengen an As, die in dem Verfahren verwendet werden, die zahlreichen Schritte in dem Verfahren und der niedrige Expositionsgrenzwert für Arsen in der Luft machen es schwierig, die Exposition zu kontrollieren. Artikel von Harrison (1986); Lenihan, Sheehy und Jones (1989); McIntyre und Sherin (1989) und Sheehy und Jones (1993) liefern zusätzliche Informationen zu den Gefahren und Kontrollen für diesen Prozess.

Polykristalline Barrensynthese

Ampulle laden und versiegeln

Elementares As (99.9999 %) in Brockenform wird gewogen und in ein Quarzschiffchen in einer erschöpften Handschuhbox geladen. Reines flüssiges Ga (99.9999 %) und das Dotierungsmaterial werden ebenfalls gewogen und auf die gleiche Weise in ein Schiffchen aus Quarz oder pyrolytischem Bornitrid (PBN) geladen. Die Schiffchen werden in eine lange zylindrische Quarzampulle geladen. (Bei den Bridgman- und Gradient-Freeze-Techniken wird auch ein Impfkristall mit der gewünschten kristallographischen Orientierung eingeführt, während bei der zweistufigen LEC-Technik, bei der in diesem Stadium nur Poly-GaAs benötigt wird, ein polykristallines GaAs ohne den Impfkristall synthetisiert wird. )

Die Quarzampullen werden in einen Niedertemperaturofen gestellt und erhitzt, während die Ampulle mit Wasserstoff (H2), in einem Prozess, der als Wasserstoffreduktionsreaktion bekannt ist, um Oxide zu entfernen. Nach dem Spülen mit einem Inertgas wie Argon werden die Quarzampullen an einer Vakuumpumpenanordnung befestigt, evakuiert und die Ampullenenden werden erhitzt und mit einem Wasserstoff/Sauerstoff-Brenner verschlossen. Dadurch entsteht eine gefüllte und versiegelte Quarzampulle, die für das Ofenwachstum bereit ist. Die Wasserstoffspülung und das Wasserstoff/Sauerstoff-Fackelsystem stellen eine potenzielle Brand-/Explosionsgefahr dar, wenn keine geeigneten Sicherheitsvorrichtungen und -ausrüstungen verwendet werden (Wade et al. 1981).

Da das Arsen erhitzt wird, wird diese Anordnung unter Entlüftung gehalten. Arsenoxidablagerungen können sich im Abgaskanal bilden, der diese Anordnung trägt. Es muss darauf geachtet werden, eine Exposition und Kontamination zu verhindern, falls die Kanäle in irgendeiner Weise gestört werden.

Die Lagerung und Handhabung von Arsenbrocken ist ein Problem. Aus Sicherheitsgründen wird das Arsen oft unter Verschluss und mit einer strengen Bestandskontrolle aufbewahrt. Typischerweise wird das Arsen auch in einem feuerfesten Lagerschrank aufbewahrt, um seine Beteiligung im Brandfall zu verhindern.

Ofenwachstum

Sowohl das Bridgeman- als auch das Gradientengefrierverfahren zum Züchten von Einkristallblöcken verwenden beladene und versiegelte Quarzampullen in einem Hochtemperaturofengehäuse, das in ein Nasswäschersystem entlüftet wird. Die Hauptexpositionsgefahren während des Ofenwachstums beziehen sich auf die Möglichkeit, dass die Quarzampulle während des Barrenwachstums implodiert oder explodiert. Diese Situation tritt eher sporadisch und selten auf und ist das Ergebnis einer der folgenden Ursachen:

  • der Partialdruck des As-Dampfes, der sich aus den im Wachstumsprozess verwendeten hohen Temperaturen ergibt
  • Entglasung des Quarzampullenglases, wodurch Haarrisse und die damit verbundene Möglichkeit zur Druckentlastung der Ampulle entstehen
  • Mangel an genauen Hochtemperatur-Steuergeräten an der Heizquelle – normalerweise vom Widerstandstyp – mit der daraus resultierenden Überdruckbeaufschlagung der Quarzampulle
  • Fehlfunktion oder Ausfall des Thermoelements, was zu Überdruck in der Quarzampulle führt
  • überschüssiges As oder zu wenig Ga im Ampullenrohr, was zu einem extrem hohen As-Druck führt, der zu einem katastrophalen Druckabfall in der Ampulle führen kann.

 

Das horizontale Bridgeman-System besteht aus einem Mehrzonenofen, in dem die versiegelte Quarzampulle separate Temperaturzonen hat – das „kalte“ Arsen-Fingerende bei 618 °C und das Quarz-Gallium-/Dotierungs-/Impfkristallschiffchen, das die Schmelze bei 1,238 °C enthält. Das Grundprinzip des horizontalen Bridgeman-Systems besteht darin, zwei erhitzte Zonen (eine über dem Schmelzpunkt von GaAs und eine unter dem Schmelzpunkt) über einem Schiffchen aus GaAs zu durchqueren, um das präzise kontrollierte Gefrieren von geschmolzenem GaAs bereitzustellen. Der Impfkristall, der die ganze Zeit in der Gefrierzone gehalten wird, stellt die anfängliche Kristallausgangsstruktur bereit, die die Richtung und Orientierung der Kristallstruktur innerhalb des Schiffchens definiert. Das Quarzschiffchen und die Ampulle von Ga und As sind innerhalb der Heizkammer durch einen Satz von Siliziumkarbidauskleidungen, die Stützrohre genannt werden, aufgehängt, die innerhalb der Widerstandsheizanordnung positioniert sind, um die Ampulle mechanisch über die gesamte Distanz zu bewegen. Zusätzlich ruht die Ofenanordnung auf einem Tisch, der während des Wachstums geneigt werden muss, um die richtige Grenzfläche der synthetisierten GaAs-Schmelze mit dem Impfkristall bereitzustellen.

Beim Gradientengefrierverfahren wird ein Mehrzonen-Hochtemperaturofen, der eine Widerstandsheizung verwendet, auf 1,200 bis 1,300 °C gehalten (1,237 °C ist der Schmelz-/Gefrierpunkt von GaAs). Die Gesamtdauer des Ingot-Wachstumsprozesses beträgt typischerweise 3 Tage und umfasst die folgenden Schritte:

  • Ofenbefeuerung auf Temperatur
  • GaAs-Synthese
  • Aussaat der Schmelze
  • Abkühlen/Kristallwachstum.

 

Die Quarzampulle wird auch während des Wachstumsprozesses durch die Verwendung eines manuellen Hebers vom Scherentyp geneigt.

Ausbruch der Ampulle

Nachdem der Einkristall-GaAs-Ingot in der versiegelten Quarzampulle gezüchtet wurde, muss die Ampulle geöffnet und das Quarzschiffchen, das den Ingot plus Impfkristall enthält, entfernt werden. Dies wird durch eine der folgenden Methoden erreicht:

  • Abschneiden des versiegelten Endes der Ampullen mit einer Nasskreissäge
  • Erhitzen und Brechen der Ampulle mit einem Wasserstoff/Sauerstoff-Brenner
  • Zerbrechen der verpackten Ampulle mit einem Hammer während der Absaugung, um das in der Luft enthaltene Arsen zu kontrollieren.

 

Die Quarzampullen werden durch Nassätzen des kondensierten Arsens auf der Innenfläche mit Königswasser (HCl, HNO) recycelt3) oder Schwefelsäure/Wasserstoffperoxid (H2SO4/H2O2).

Barrenperlenstrahlen/Reinigen

Um polykristalline Defekte zu sehen und äußere Oxide und Verunreinigungen zu entfernen, muss der Einkristall-GaAs-Barren perlgestrahlt werden. Das Kugelstrahlen wird in einer erschöpften Glove-Box-Einheit unter Verwendung von entweder Siliziumkarbid- oder kalziniertem Aluminiumoxid-Strahlmittel durchgeführt. Die Nassreinigung erfolgt in chemischen Bädern mit lokaler Absaugung und Nutzung Königswasser oder Alkoholspülungen (Isopropylalkohol und/oder Methanol).

Monokristallines Ingot-Wachstum

Der aus der Ampulle gewonnene polykristalline GaAs-Barren wird in Stücke gebrochen, gewogen und in einen Quarz- oder PBN-Tiegel gegeben, und eine Boroxidscheibe wird darauf gelegt. Der Tiegel wird dann in einen Kristallzüchter (Puller) gestellt, der mit einem Inertgas unter Druck gesetzt und auf 1,238°C erhitzt wird. Bei dieser Temperatur schmilzt das GaAs, wobei das leichtere Boroxid zu einem flüssigen Einkapselungsmittel wird, um zu verhindern, dass sich das Arsen aus der Schmelze dissoziiert. Ein Impfkristall wird unterhalb der Flüssigkeitskappe in die Schmelze eingebracht und bei Gegenrotation langsam aus der Schmelze herausgezogen, wodurch er beim Verlassen der „heißen Zone“ erstarrt. Dieser Vorgang dauert je nach Chargengröße und Kristalldurchmesser ca. 24 Stunden.

Sobald der Wachstumszyklus abgeschlossen ist, wird der Grower geöffnet, um den monokristallinen Barren zu entnehmen und zu reinigen. Auch bei aufgesetzter Flüssigkeitskappe entweicht etwas Arsen aus der Schmelze. Während dieses Verfahrensschritts kann es zu einer erheblichen Exposition gegenüber luftgetragenem Arsen kommen. Um diese Exposition zu kontrollieren, wird der Grower auf unter 100°C gekühlt, was zur Ablagerung von feinen Arsenpartikeln auf der Innenfläche des Growers führt. Diese Kühlung trägt dazu bei, die Menge an Arsen zu minimieren, die in die Luft gelangt.

Im Inneren des Kristallzüchters bleiben starke Ablagerungen von arsenhaltigen Rückständen zurück. Die Entfernung der Rückstände während der routinemäßigen vorbeugenden Wartung kann zu erheblichen Arsenkonzentrationen in der Luft führen (Lenihan, Sheehy und Jones 1989; Baldwin und Stewart 1989; McIntyre und Sherin 1989). Zu den während dieses Wartungsvorgangs verwendeten Steuerungen gehören häufig die Scavenger-Absaugbelüftung, Einwegkleidung und Atemschutzgeräte.

Wenn der Barren entfernt wird, wird der Züchter demontiert. Ein HEPA-Vakuum wird verwendet, um Arsenpartikel an allen Teilen des Züchters aufzunehmen. Nach dem Staubsaugen werden die Edelstahlteile mit einer Ammoniumhydroxid/Wasserstoffperoxid-Mischung abgewischt, um restliches Arsen zu entfernen, und der Grower wird zusammengebaut.

Wafer-Verarbeitung

Röntgenbeugung

Die kristalline Orientierung des GaAs-Ingots wird durch die Verwendung einer Röntgenbeugungseinheit bestimmt, wie bei der Silizium-Ingot-Verarbeitung. Ein Laser mit niedriger Leistung kann verwendet werden, um die kristalline Orientierung in einer Produktionsumgebung zu bestimmen; Röntgenbeugung ist jedoch genauer und das bevorzugte Verfahren.

Wenn Röntgenbeugung verwendet wird, ist der Röntgenstrahl häufig vollständig in einem Schutzgehäuse eingeschlossen, das periodisch auf Strahlungsaustritt überprüft wird. Unter bestimmten Umständen ist es nicht praktikabel, den Röntgenstrahl vollständig in einem verriegelten Gehäuse einzuschließen. In diesem Fall müssen Bediener möglicherweise Strahlungsfingerabzeichen tragen, und es werden Kontrollen verwendet, die denen ähnlich sind, die für Hochleistungslaser verwendet werden (z. B. geschlossener Raum mit eingeschränktem Zugang, Bedienerschulung, Einschließen des Strahls so weit wie möglich usw.) ( Baldwin und Williams 1996).

Zuschneiden, Schleifen und Schneiden von Barren

Die Enden oder Schwänze des Einkristallblocks werden unter Verwendung einer wassergeschmierten Einblatt-Diamantsäge entfernt, wobei dem Wasser verschiedene Kühlmittel zugesetzt werden. Der einkristalline Barren wird dann auf eine Drehbank gelegt, die ihn zu einem zylindrischen Barren mit einheitlichem Durchmesser formt. Dies ist der Schleifprozess, der ebenfalls ein Nassprozess ist.

Nach dem Zuschneiden und Schleifen werden die GaAs-Ingots mit Epoxid oder Wachs auf einem Graphitbalken befestigt und mit automatisch betriebenen Diamantblattsägen mit Innendurchmesser (ID) in einzelne Wafer gesägt. Dieser Nassvorgang erfolgt unter Verwendung von Schmiermitteln und erzeugt eine GaAs-Aufschlämmung, die gesammelt, zentrifugiert und mit Calciumfluorid behandelt wird, um das Arsen auszufällen. Der Überstand wird auf Arsenüberschuss geprüft, der Schlamm zu einem Kuchen gepresst und als Sondermüll entsorgt. Einige Hersteller schicken die gesammelte Aufschlämmung aus den Prozessen zum Zuschneiden, Schleifen und Schneiden von Barren zur Rückgewinnung von Ga.

Arsin und Phosphin können aus der Reaktion von GaAs und Indiumphosphid mit Feuchtigkeit in der Luft, anderen Arseniden und Phosphiden oder beim Mischen mit Säuren während der Verarbeitung von Galliumarsenid und Indiumphosphid gebildet werden; 92 ppb Arsin und 176 ppb Phosphin wurden 2 Zoll entfernt von den Schneidklingen gemessen, die zum Schneiden von GaAs- und Indiumphosphidbarren verwendet wurden (Mosovsky et al. 1992, Rainer et al. 1993).

Waffelwaschen

Nachdem GaAs-Wafer von dem Graphitstrahl abgenommen wurden, werden sie durch aufeinanderfolgendes Eintauchen in Nasschemikalienbäder gereinigt, die Lösungen aus Schwefelsäure/Wasserstoffperoxid oder Essigsäure und Alkoholen enthalten.

Kantenprofilierung

Die Kantenprofilierung ist auch ein Nassprozess, der an geschnittenen Wafern durchgeführt wird, um eine Kante um den Wafer herum zu bilden, wodurch er weniger bruchanfällig wird. Da nur ein dünner Schnitt auf der Oberfläche des Wafers gemacht wird, wird nur eine kleine Menge an Aufschlämmung erzeugt.

Läppen und Polieren

Wafer werden unter Verwendung einer Heizplatte auf einer Läpp- oder Schleifplatte mit Wachs befestigt und auf einer Maschine geläppt, die eine festgelegte Rotationsgeschwindigkeit und einen festgelegten Druck ausübt. Eine Läpplösung wird auf die Läppoberfläche aufgebracht (eine Aufschlämmung aus Aluminiumoxid, Glyzerin und Wasser). Nach einer kurzen Läppperiode, wenn die gewünschte Dicke erreicht ist, werden die Wafer gespült und auf einer mechanischen Poliermaschine montiert. Das Polieren wird unter Verwendung einer Aufschlämmung aus Natriumbicarbonat, 5 % Chlor, Wasser (oder Natriumhypochlorit) und kolloidalem Siliciumdioxid durchgeführt. Anschließend werden die Wafer auf einer Heizplatte demontiert, das Wachs mit Lösungsmitteln entfernt und die Wafer gereinigt.

Epitaxie

Die einkristallinen GaAs-Wafer werden als Substrate für das Wachstum sehr dünner Schichten derselben oder anderer III-V-Verbindungen mit den gewünschten elektronischen oder optischen Eigenschaften verwendet. Dies muss so erfolgen, dass sich in der aufgewachsenen Schicht die Kristallstruktur des Substrats fortsetzt. Ein solches Kristallwachstum, bei dem das Substrat die Kristallinität und Orientierung der gewachsenen Schicht bestimmt, wird als Epitaxie bezeichnet, und eine Vielzahl epitaxialer Wachstumstechniken werden in der III-V-Display- und Geräteproduktion verwendet. Die gängigsten Techniken sind:

  • Flüssigphasenepitaxie (LPE)
  • Molekularstrahlepitaxie (MBE)
  • Dampfphasenepitaxie (VPE)
  • metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) – auch als metallorganische Gasphasenepitaxie (OMVPE) bekannt.

 

Flüssigphasenepitaxie

Bei LPE wird eine Schicht aus dotiertem III-V-Material direkt auf der Oberfläche des GaAs-Substrats unter Verwendung eines Graphithalters aufgewachsen, der separate Kammern für das auf den Wafern abzuscheidende Material enthält. Abgewogene Mengen an Abscheidungsmaterialien werden in die obere Kammer des Halters gegeben, während die Wafer in einer unteren Kammer platziert werden. Die Anordnung wird in einem Quarzreaktionsrohr unter einer Wasserstoffatmosphäre angeordnet. Das Rohr wird erhitzt, um die Abscheidungsmaterialien zu schmelzen, und wenn die Schmelze äquilibriert ist, wird der obere Abschnitt des Halters verschoben, so dass die Schmelze über dem Wafer positioniert wird. Die Ofentemperatur wird dann gesenkt, um die Epitaxialschicht zu bilden.

LPE wird hauptsächlich in der Mikrowellen-IC-Epitaxie und zur Herstellung von LEDs bestimmter Wellenlängen verwendet. Das Hauptproblem bei diesem LPE-Prozess ist die Verwendung von hochentzündlichem Wasserstoffgas im System, was durch gute technische Kontrollen und Frühwarnsysteme gemildert wird.

Molekularstrahlepitaxie

Als besonders vielseitiges Verfahren hat sich die Vakuumepitaxie in Form von MBE entwickelt. Die MBE aus GaAs besteht aus einem Ultrahochvakuumsystem, das Quellen für Atom- oder Molekularstrahlen aus Ga und As und einen beheizten Substratwafer enthält. Die Molekularstrahlquellen sind üblicherweise Behälter für flüssiges Ga oder festes As. Die Quellen haben eine Öffnung, die dem Substratwafer zugewandt ist. Wenn der Effusionsofen (oder Behälter) erhitzt wird, treten Ga-Atome oder As-Moleküle aus der Öffnung aus. Bei GaAs findet das Wachstum üblicherweise bei einer Substrattemperatur über 450°C statt.

Während der Wartung von MBE-Systemen mit fester Quelle kann es zu hohen Belastungen durch Arsenwasserstoff kommen. In einer Studie wurden Raumluftkonzentrationen von 0.08 ppm festgestellt, wenn die Kammer der MBE-Einheit zu Wartungszwecken geöffnet wurde. Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass die vorübergehende Arsenbildung durch eine Reaktion von sehr feinteiligem Arsen mit Wasserdampf verursacht werden kann, wobei Aluminium als Katalysator wirkt (Asom et al. 1991).

Dampfphasenepitaxie

Entfettete und polierte Wafer werden vor der Epitaxie einem Ätz- und Reinigungsschritt unterzogen. Dies beinhaltet einen sequentiellen nasschemischen Tauchvorgang unter Verwendung von Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser in einem Verhältnis von 5:1:1; eine Spülung mit entionisiertem Wasser; und ein Isopropylalkohol sauber/trocken. Zusätzlich wird eine Sichtprüfung durchgeführt.

Es werden zwei Haupttechniken der VPE verwendet, die auf zwei unterschiedlichen Chemien basieren:

  • die III-Halogene (GaCl3) und V-Halogene (AsCl3) oder V-Wasserstoff (AsH3 und PH3)
  • die III-Metallorganika und V-Wasserstoff, wie Ga(CH).3)3 und AsH3—OMVPE.

 

Die Thermochemie dieser Techniken ist sehr unterschiedlich. Die Halogenreaktionen sind normalerweise „heiße“ bis „kalte“, bei denen das III-Halogen in einer heißen Zone durch Reaktion des III-Elements mit HCl erzeugt wird und dann in die kalte Zone diffundiert, wo es mit der V-Spezies reagiert um III-V-Material zu bilden. Die metallorganische Chemie ist ein „Heißwand“-Prozess, bei dem die metallorganische III-Verbindung die organische Gruppe „spaltet“ oder wegpyrolysiert und das verbleibende III und Hydrid V reagieren, um III-V zu bilden.

Bei VPE wird ein GaAs-Substrat in einer beheizten Kammer unter einer Wasserstoffatmosphäre platziert. Die Kammer wird entweder durch HF- oder Widerstandsheizung beheizt. HCl wird durch ein Ga-Schiffchen geblasen, wodurch Galliumchlorid gebildet wird, das dann mit dem AsH reagiert3 und PH3 nahe der Oberfläche der Wafer, um GaAsP zu bilden, das als Epitaxialschicht auf dem Substrat abgeschieden wird. Es gibt eine Reihe von Dotierungsmitteln, die hinzugefügt werden können (je nach Produkt und Rezeptur). Dazu gehören niedrige Konzentrationen von Telluriden, Seleniden und Sulfiden.

Eine gängige Technik, die für VPE in der LED-Verarbeitung verwendet wird, ist das III-Halogen- und V-Wasserstoff(Hydrid)-System. Es umfasst einen zweistufigen Prozess – zunächst das Aufwachsen der Epitaxieschicht aus GaAsP auf dem GaAs-Substrat und schließlich einen Ätzzyklus, um die Graphit/Quarz-Reaktorkammer von Verunreinigungen zu reinigen. Während des epitaxialen Wachstumszyklus werden die vorgereinigten GaAs-Wafer auf ein Karussell geladen, das sich in einer Quarzreaktorkammer befindet, die ein Reservoir mit elementarem flüssigem Gallium enthält, durch das wasserfreies HCl-Gas dosiert wird, wodurch GaCl entsteht3. Die Hydrid/Wasserstoff-Gasmischungen (z. B. 7 % AsH3/H2 und 10 % PH3/H2) werden unter Zugabe von ppm-Konzentrationen von metallorganischen Dotierstoffen von Tellur und Selen ebenfalls in den Reaktorraum zudosiert. Die chemischen Spezies in der heißen Zone, dem oberen Teil der Reaktionskammer, reagieren, und in der kalten Zone, dem unteren Teil der Kammer, bilden sie die gewünschte GaAsP-Schicht auf dem Wafersubstrat sowie im Inneren der Reaktorkammer.

Abwässer aus dem Reaktor werden zu einem Wasserstofffackelsystem (Verbrennungskammer oder Brennkammer) zur Pyrolyse geleitet und zu einem Nasswäschersystem entlüftet. Alternativ können die Reaktorabflüsse durch ein flüssiges Medium perlen gelassen werden, um die meisten Partikel abzufangen. Die Sicherheitsherausforderung besteht darin, sich darauf zu verlassen, dass die Reaktoren selbst die Gase „spalten“. Der Wirkungsgrad dieser Reaktoren liegt bei etwa 98 bis 99.5 %; Daher können einige nicht umgesetzte Gase aus dem Bubbler austreten, wenn sie von den Bedienern herausgenommen werden. Aus diesen Sprudlern strömen verschiedene arsen- und phosphorhaltige Verbindungen aus, was es erfordert, dass sie zur Wartung schnell zu einem belüfteten Waschbecken transportiert werden, wo sie gespült und gereinigt werden, um die Exposition des Personals gering zu halten. Die arbeitshygienische Herausforderung dieses Prozesses ist die Profilierung des Abgasausflusses, da die meisten der ausgegasten Verbindungen aus verschiedenen Teilen des Reaktors, insbesondere dem Bubbler, in Luft instabil sind und die verfügbaren herkömmlichen Sammelmedien und Analysetechniken nicht diskriminierend sind verschiedene Arten.

Ein weiteres Problem sind Vorwäscher für VPE-Reaktoren. Sie können hohe Konzentrationen an Arsenwasserstoff und Phosphin enthalten. Expositionen oberhalb der Arbeitsplatzgrenzwerte können auftreten, wenn diese Vorwäscher willkürlich geöffnet werden (Baldwin und Stewart 1989).

Der Ätzzyklus wird am Ende des Wachstumszyklus und an neuen Reaktorteilen durchgeführt, um die Innenfläche von Verunreinigungen zu reinigen. Unverdünntes HCl-Gas wird in die Kammer für Zeiträume von ungefähr 30 Minuten dosiert, und der Reaktor wird auf über 1,200°C erhitzt. Die Abwässer werden zur Neutralisation in das Nasswäschersystem entlüftet.

Am Ende sowohl des Wachstums- als auch des Ätzzyklus wird ein verlängerter N2 Purge wird verwendet, um den Reaktorraum von toxischen/brennbaren und korrosiven Gasen zu spülen.

Reaktorreinigung

Nach jedem Wachstumszyklus müssen die VPE-Reaktoren geöffnet, die Wafer entfernt und sowohl der obere als auch der untere Teil des Reaktors physikalisch gereinigt werden. Der Reinigungsvorgang wird vom Bediener durchgeführt.

Der Quarz-Vorwäscher aus den Reaktoren wird physisch aus dem Reaktor entfernt und in ein erschöpftes Waschbecken gestellt, wo er mit N gespült wird2, mit Wasser gespült und dann eingetaucht Königswasser. Darauf folgt eine weitere Wasserspülung vor dem Trocknen des Teils. Die Absicht des N2 Spülen besteht darin, einfach den Sauerstoff aufgrund des Vorhandenseins von instabilem, pyrophorem Phosphor zu verdrängen. Einige Rückstände, die verschiedene Arsene und phosphorhaltige Nebenprodukte enthalten, bleiben selbst nach dem Spülen und Spülen mit Wasser auf diesen Teilen zurück. Die Reaktion zwischen diesen Rückständen und dem starken Oxidationsmittel/Säure-Gemisch könnte möglicherweise erhebliche Mengen an AsH erzeugen3 und etwas PH3. Es besteht auch ein Expositionspotenzial bei anderen Wartungsverfahren in dem Bereich.

Der untere Teil der Quarzreaktionskammer und die Bodenplatte (Grundplatte) werden unter Verwendung eines Metallwerkzeugs sauber gekratzt, und das Partikelmaterial (Mischung aus GaAs, GaAsP, Arsenoxiden, Phosphoroxiden und eingeschlossenen Hydridgasen) wird in einem Metall gesammelt Behälter unterhalb des vertikalen Reaktors positioniert. Für die Endreinigung wird ein Hochleistungsvakuum verwendet.

Ein weiterer Vorgang, bei dem Chemikalien ausgesetzt werden können, ist die Reinigung der Falle des Reaktors. Die Fallenreinigung erfolgt durch Abkratzen der Graphitteile aus der oberen Kammer, die eine Kruste aus allen zuvor erwähnten Nebenprodukten plus Arsenchlorid aufweisen. Das Abkratzverfahren erzeugt Staub und wird in einem belüfteten Waschbecken durchgeführt, um die Exposition gegenüber den Bedienern zu minimieren. Die Prozessabgasleitung, die alle Nebenprodukte plus Feuchtigkeit enthält, die einen flüssigen Abfall bildet, wird geöffnet und in einen Metallbehälter abgelassen. Das HEPA-Vakuum wird verwendet, um eventuell ausgetretene Staubpartikel beim Transfer der Graphitteile und beim Heben und Senken der Glocke zu entfernen, wodurch lose Partikel abgeschlagen werden.

Metallorganische chemische Dampfabscheidung

MOCVD wird häufig bei der Herstellung von III-V-Vorrichtungen verwendet. Zusätzlich zu den als Ausgangsmaterialien in anderen CVD-Systemen verwendeten Hydridgasen (z. B. Arsin und Phosphin) werden in MOCVD-Systemen auch weniger toxische flüssige Alternativen (z. B. Tertiär-Butylarsin und Tertiär-Butylphosphin) zusammen mit anderen Giftstoffen wie z Cadmiumalkyle und Quecksilber (Content 1989; Rhoades, Sands und Mattera 1989; Roychowdhury 1991).

Während sich VPE auf einen Verbundmaterial-Abscheidungsprozess bezieht, bezieht sich MOCVD auf die in dem System verwendeten Ausgangschemiequellen. Zwei Chemikalien werden verwendet: Halogenide und metallorganische. Das oben beschriebene VPE-Verfahren ist ein Halogenid-Verfahren. In der heißen Zone wird ein Halogenid der Gruppe III (Gallium) gebildet und in der kalten Zone wird die III-V-Verbindung abgeschieden. Bei dem metallorganischen Verfahren für GaAs wird Trimethylgallium zusammen mit Arsenwasserstoff oder einer weniger toxischen flüssigen Alternative wie tert.-Butylarsenwasserstoff in die Reaktionskammer dosiert, um Galliumarsenid zu bilden. Ein Beispiel für eine typische MOCVD-Reaktion ist:

(CH3)3Ga + AsH3 → GaAs + 3CH4

Es gibt andere Chemikalien, die bei der MOCVD-Verarbeitung von LEDs verwendet werden. Organometalle, die als Elemente der Gruppe III verwendet werden, schließen Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa), TM-Indium, TE-Indium und TM-Aluminium ein. Dabei kommen auch Hydridgase zum Einsatz: 100 % AsH3 und 100 % PH3. Die im Verfahren verwendeten Dotierstoffe sind: Dimethylzink (DMZ), Biscyclopentadienylmagnesium und Selenwasserstoff (H2Se). Diese Materialien werden in der Reaktionskammer unter einem Niederdruck H umgesetzt2 Atmosphäre. Die Reaktion erzeugt Epitaxieschichten aus AlGaAs, AlInGaP, InAsP und GaInP. Diese Technik wurde traditionell bei der Herstellung von Halbleiterlasern und optischen Kommunikationsgeräten wie Sendern und Empfängern für Faseroptiken verwendet. Mit dem AlInGaP-Verfahren werden sehr helle LEDs hergestellt.

Ähnlich wie beim VPE-Prozess stellt die MOCVD-Reaktor- und Teilereinigung Herausforderungen sowohl für den Prozess als auch für den Arbeitshygieniker dar, insbesondere wenn große Mengen an konzentriertem PH3 wird dabei verwendet. Die „Cracking“-Effizienz dieser Reaktoren ist nicht so groß wie die der VPE-Reaktoren. Es wird eine beträchtliche Menge an Phosphor erzeugt, was eine Brandgefahr darstellt. Das Reinigungsverfahren beinhaltet die Verwendung von verdünntem Wasserstoffperoxid/Ammoniumhydroxid an verschiedenen Teilen dieser Reaktoren, was eine Explosionsgefahr darstellt, wenn aufgrund eines Bedienungsfehlers eine konzentrierte Lösung in Gegenwart eines Metallkatalysators verwendet wird.

Geräteherstellung

Der GaAs-Wafer mit einer epitaktisch gewachsenen Schicht aus GaAsP auf der oberen Oberfläche geht weiter zu der Vorrichtungsherstellungs-Verarbeitungssequenz.

Nitridablagerung

Eine Hochtemperatur-CVD von Siliziumnitrid (Si3N4) wird unter Verwendung eines Standard-Diffusionsofens durchgeführt. Die gasförmigen Quellen sind Silan (SiH4) und Ammoniak (NH3) mit einem Stickstoffträgergas.

Photolithographischer Prozess

Der standardmäßige Fotoresist-, Ausrichtungs-/Belichtungs-, Entwicklungs- und Ablöseprozess wird wie bei der Verarbeitung von Siliziumvorrichtungen verwendet (siehe den Abschnitt über Lithografie im Artikel „Silizium-Halbleiterherstellung“).

Nassätzen

Verschiedene Mischungen nasschemischer Säurelösungen werden in Kunststoffbädern in lokal erschöpften Ätzstationen verwendet, einige davon mit vertikal montierten laminaren HEPA-gefilterten Versorgungssystemen. Die verwendeten primären Säuren sind Schwefelsäure (H2SO4), Flusssäure (HF), Salzsäure (HCl) und Phosphorsäure (H3PO4). Wie in der Siliziumverarbeitung wird Wasserstoffperoxid (H2O2) wird mit Schwefelsäure und Ammoniumhydroxid (NH4OH) liefert eine ätzende Ätzung. Zum Ätzen von Aluminium wird auch eine Cyanidlösung (Natrium oder Kalium) verwendet. Das Ätzen mit Zyanid wird jedoch langsam eingestellt, da andere Ätzmittel für diesen Prozess entwickelt werden. Als Alternative zum Nassätzen wird ein Plasmaätz- und Veraschungsprozess verwendet. Die Reaktorkonfigurationen und Reaktionsgase sind denen sehr ähnlich, die bei der Verarbeitung von Siliziumvorrichtungen verwendet werden.

Rundfunk

Eine Zinkdiarsenid-Feststoffquellendiffusion in einer geschlossenen Ampulle wird in einem Vakuumdiffusionsofen bei 720 °C unter Verwendung eines N durchgeführt2 Trägergas. Als Dotierstoffe werden Arsen und Zinkarsenid verwendet. Sie werden in einer Handschuhbox auf die gleiche Weise wie Massensubstrat gewogen.

Metallisierung

Eine anfängliche Aluminiumverdampfung wird unter Verwendung eines Elektronenstrahlverdampfers durchgeführt. Nach dem Läppen wird ein letzter Schritt der Goldverdampfung unter Verwendung eines Filamentverdampfers durchgeführt.

Legieren

Ein abschließender Legierungsschritt wird in einem Niedertemperatur-Diffusionsofen unter Verwendung einer inerten Stickstoffatmosphäre durchgeführt.

Läppen

Backläppen wird durchgeführt, um abgeschiedene Materialien (GaAsP, Si3N4 usw.) von der Rückseite des Wafers. Die Wafer werden mit Wachs auf einer Läppplatte befestigt und mit einer Aufschlämmung aus kolloidalem Siliciumdioxid nass geläppt. Dann wird das Wachs entfernt, indem die Wafer in einem organischen Stripper in einer lokal erschöpften nasschemischen Ätzstation nass abgestreift werden. Eine weitere Alternative zum Nassläppen ist das Trockenläppen, bei dem Aluminiumoxid-„Sand“ verwendet wird.

Es werden eine Reihe von Resists und Resist-Strippern verwendet, die typischerweise Sulfonsäure (Dodecylbenzolsulfonsäure), Milchsäure, aromatische Kohlenwasserstoffe, Naphthalin und Brenzcatechin enthalten. Einige Resist-Stripper enthalten Butylethanoat, Essigsäure und Butylester. Je nach Produkt kommen sowohl Negativ- als auch Positivlacke und Lackstripper zum Einsatz.

Abschlusstest

Wie bei der Verarbeitung von Siliziumgeräten werden die fertigen LED-Schaltungen am Computer getestet und markiert (siehe „Halbleiterherstellung aus Silizium“). Es wird eine Endkontrolle durchgeführt und dann werden die Wafer elektrisch getestet, um defekte Chips zu markieren. Mit einer Nasssäge werden dann die einzelnen Dies getrennt, die dann zur Montage geschickt werden.

 

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Samstag, April 02 2011 18: 44

Leiterplatten- und Computermontage

Gedruckte Leiterplatten

Gedruckte Verdrahtungsplatten (PWBs) sind das verbindende elektrische Gerüst und die physische Struktur, die die verschiedenen elektronischen Komponenten einer gedruckten Schaltungsplatte zusammenhalten. Die Hauptkategorien von PWBs sind einseitig, doppelseitig, mehrschichtig und flexibel. Die Komplexitäts- und Abstandsanforderungen von immer dichter werdenden und kleineren Platinen haben es erforderlich gemacht, dass beide Seiten der Platine mit darunterliegenden Schaltungen bedeckt sind. Einseitige Leiterplatten erfüllten die Anforderungen früher Rechner und einfacher Unterhaltungselektronikgeräte, aber tragbare Notebook-Computer, persönliche digitale Assistenten und persönliche Musiksysteme erforderten doppelseitige und mehrschichtige PWBs. Die Verarbeitung der Strukturierung von PWBs ist im Wesentlichen ein fotolithografischer Prozess, der das selektive Abscheiden und Entfernen von Materialschichten auf einem dielektrischen Substrat umfasst, das als elektrische „Verdrahtung“ dient, die auf der gedruckten Leiterplatte geätzt oder abgeschieden wird.

Mehrschichtplatten enthalten zwei oder mehr Teile aus dielektrischem Material mit Schaltkreisen, die aufeinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Elektrische Verbindungen werden von einer Seite zur anderen und zu den Schaltkreisen der inneren Schicht durch gebohrte Löcher hergestellt, die anschließend mit Kupfer durchkontaktiert werden. Das am häufigsten verwendete dielektrische Substrat sind Glasfaserplatten (Epoxid/Glasfaserlaminat). Andere Materialien sind Glas (mit Polyimid-, Teflon- oder Triazinharzen) und mit Phenolharz beschichtete Papiere. In den Vereinigten Staaten werden laminierte Platten nach ihren feuerlöschenden Eigenschaften kategorisiert; Bohr-, Stanz- und Bearbeitungseigenschaften; Eigenschaften der Feuchtigkeitsaufnahme; Chemikalien- und Hitzebeständigkeit; und mechanische Festigkeit (Sober 1995). Das FR-4 (Epoxidharz- und Glasgewebesubstrat) wird häufig für High-Tech-Anwendungen verwendet.

Der eigentliche PWB-Prozess beinhaltet zahlreiche Schritte und eine große Vielfalt an chemischen Mitteln. Tabelle 1 veranschaulicht einen typischen Mehrschichtprozess und die mit diesem Prozess verbundenen EHS-Probleme. Der Hauptunterschied zwischen einer einseitigen und einer doppelseitigen Platine besteht darin, dass die einseitige mit einem Rohmaterial beginnt, das nur auf einer Seite mit Kupfer plattiert ist, und den Schritt der stromlosen Kupferplattierung weglässt. Die doppelseitige Standardplatine hat eine Lötmaske über blankem Kupfer und wird durch die Löcher plattiert; die platine hat goldbeschichtete kontakte und eine komponentenbezeichnung. Die Mehrzahl der PWBs sind Mehrschichtplatten, die doppelseitig mit Innenschichten sind, die hergestellt und in das Laminatpaket eingelegt und dann fast identisch wie eine Doppelschichtplatte verarbeitet wurden.

Tabelle 1. PWB-Prozess: Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsaspekte

Primäre Prozessschritte

Gesundheits- und Sicherheitsfragen

Umweltprobleme

Materialvorbereitung

Kaufen Sie spezifisches Laminat, Einstiegsmaterial und Sicherungskarton in vorgeschnittener Größe
Computergestütztes Verarbeitungslayout

Computergestütztes Design – Gefahren für Bildschirme und Ergonomie

Andere

Stapeln und feststecken

Kupferkaschierte Paneele werden mit Eingangsmaterial und Backup-Board gestapelt; Löcher gebohrt u
Dübel festgesteckt.

Lärm beim Bohren; Bohrpartikel, die Kupfer, Blei, Gold und Epoxid/Fiberglas enthalten

Abfallpartikel (Kupfer, Blei, Gold u
Epoxid/Fiberglas) – recycelt oder wiedergewonnen

Bohren

Numerisch gesteuerte (N/C) Bohrmaschinen

Lärm beim Bohren; Bohrpartikel, die Kupfer, Blei, Gold und Epoxid/Fiberglas enthalten

Abfallpartikel (Kupfer, Blei, Gold u
Epoxid/Fiberglas) – recycelt oder wiedergewonnen

Entgraten

Gebohrte Platten laufen durch Bürsten oder Schleifscheiben

Lärm beim Entgraten; Partikel, die Kupfer, Blei, Gold und Epoxid/Fiberglas enthalten

Abfallpartikel (Kupfer, Blei, Gold u
Epoxid/Fiberglas) – recycelt oder wiedergewonnen

Chemische Verkupferung

Hinzufügen einer dünnen Kupferschicht zu Durchgangslöchern
(mehrstufiger Prozess)

Inhalation und Hautkontakt mit Reinigungsmitteln, Conditionern, Ätzmitteln, Katalysatoren – H2SO4, H2O2, Glykolether, KMnO4, NH4HF2, Palladium, SnCl2, CuSO4, Formaldehyd, NaOH

Abwasser – Säuren, Kupfer, Laugen,
Fluoride; Luftemissionen – Säuregase,
Formaldehyd

Imaging

Trockenfilmresist – UV-empfindliches Photopolymer
Siebgedruckter Resist – lichtempfindliche Emulsion
Flüssiger Resist – lichtempfindlicher flüssiger Resist

Inhalation und Hautkontakt mit Resistenzen; Entwickler; und
Stripper – auf Gummi basierende Resists mit Lösungsmitteln; N / A3PO4 und K2CO3; Kupferchlorid (Cl2 Gas), Monoethanolamin (MEA)

Luftemissionen – Lösungsmittel (VOCs), saure Gase,
MEA; Abfall – Flüssigkeiten

Musterplattierung

Reinigung
Verkupferung
Zinn- oder Zinn/Blei-Plattierung
Rack-Stripping

Inhalations- und Hautgefahren durch Reinigung; Kupferplattierung oder Zinn/Zinn- und Bleiplattierung und Gestellabisolierung – H3PO4, H2SO4;; H.2SO4 und CuSO4; Fluorborsäure und Sn/Pb; konzentrierte HNO3

Luftemissionen – Säuregase; Wasser
Abwässer – Säuren, Fluoride, Metalle (Kupfer,
Blei und Zinn)

Strippen, ätzen, strippen

Streifen widerstehen
Alkalisches Ätzen
Kupferband

Einatmen und Hautgefahren durch Resiststreifen; alkalisches Ätzen oder Kupferstreifen – Monoethanolamin (MEA); NH4OH; NH4Cl/NH4OH oder NH4HF2

Luftemissionen – MEA, Ammoniak, Fluoride;
Abwasser – Ammoniak, Fluoride, Metalle
(Kupfer, Blei und Zinn), Resistverbindungen

Lötmaske

Epoxidfarben – Siebdruck
Trockenfilme – auf PWB laminiert
Flüssige fotobelichtbare Epoxidtinte

Inhalations- und Hautgefahren durch Vorreinigung; Epoxidfarben und Lösungsmittelträger; Entwickler – H2SO4; Epichlorhydrin + Bisphenol A, Glykolether (auf PGMEA-Basis); Gamma-Butyrolacton. 

UV-Licht aus dem Aushärtungsprozess

Luftemissionen – Säuregase, Glykolether
(VOCs); Abfall – Lösungsmittel, Epoxidfarben

Lötbeschichtung

Lötnivellierung

Einatmen und Hautgefahren durch Flussmittel, Zersetzungsprodukte und Blei-/Zinnlotrückstände – verdünnte Glykolether + <1 % HCl und <1 % HBr; Aldehyde, HCl, CO; Blei und Zinn

Luftemissionen – Glykolether (VOC), saure Gase, Aldehyde, CO; Abfälle – Blei-/Zinnlot, Flussmittel

Vergoldung und Vernickelung

 

Gefahren beim Einatmen und dermalen Haut durch Säuren, Metalle u
Cyanide – H2SO4, H.N.O.3, NiSO4, Kaliumgoldcyanid

Luftemissionen – Säuregase, Cyanide; Wasser
Emissionen – Säuren, Cyanide, Metalle;
Abfall – Cyanide, Metalle

Komponentenlegende

Siebdruck
Ofenkur

Einatmen und Gefahren für die Haut durch Tinten auf Epoxidbasis und Lösungsmittelträger – Lösungsmittel auf Glykoletherbasis, Epichlorhydrin + Bisphenol A

Luftemissionen – Glykolether (VOCs) Abfall – Tinten und Lösungsmittel (kleine Mengen)

Cl2 = Chlorgas; CO = Kohlenmonoxid; CuSO4 = Kupfersulfat; H2O2 = Wasserstoffperoxid;H2SO4 = Schwefelsäure; H3PO4 = Phosphorsäure; HBR = Bromwasserstoffsäure; HCl = Salzsäure; HNO3 = Salpetersäure; K2CO3 = Kaliumcarbonat; KMNO4 = Kaliumpermanganat; N / A3PO4 = Natriumphosphat; NH4Cl = Ammoniumchlorid; NH4OH = Ammoniumhydroxid; NiSO4 = Nickelsulfat; Pb = Blei; Sn = Zinn; SnCl2 = Zinnchlorid; UV = Ultraviolett; VOC = flüchtige organische Verbindungen.

 

Leiterplattenbestückung

Die Bestückung von Leiterplatten (PCB) beinhaltet die harte Befestigung elektronischer Komponenten an der PWB durch die Verwendung von Blei/Zinn-Lot (in einer Wellenlötmaschine oder als Paste aufgetragen und dann in einem Niedertemperaturofen aufgeschmolzen) oder Epoxidharzen ( im Niedertemperaturofen ausgehärtet). Die darunter liegende PWB (einseitig, doppelseitig, mehrschichtig oder flexibel) bestimmt die Dichte der Komponenten, die angebracht werden können. Zahlreiche Prozess- und Zuverlässigkeitsaspekte bilden die Grundlage für die Auswahl der einzusetzenden Leiterplattenbestückungsverfahren. Die wichtigsten technologischen Prozesse sind: Total Surface Mounting Technology (SMT), gemischte Technologie (umfasst sowohl SMT als auch durchkontaktierte Löcher (PTH)) und Unterseitenbefestigung.

Typischerweise wird in modernen Elektronik-/Computer-Montageanlagen die gemischte Technologie verwendet, wobei einige Komponenten oberflächenmontiert und andere Verbinder/Komponenten unter Verwendung von Durchgangsloch-Technologie oder Lot-Reflow aufgelötet werden. Ein "typischer" gemischter Technologieprozess wird unten diskutiert, wobei ein Oberflächenmontageprozess verwendet wird, der Klebebefestigung, Wellenlöten und Reflow-Löten beinhaltet. Bei gemischter Technologie ist es manchmal möglich, oberflächenmontierte Komponenten (SMCs) auf der Oberseite einer doppelseitigen Platine aufzuschmelzen und die SMCs auf der Unterseite zu löten. Ein solches Verfahren ist besonders nützlich, wenn die Oberflächenmontage- und Durchgangslochtechnologien auf einer einzigen Platine gemischt werden müssen, was die Norm in der derzeitigen Elektronikfertigung ist. Der erste Schritt besteht darin, die SMCs mit dem Reflow-Lötprozess auf der Oberseite der Platine zu montieren. Als nächstes werden die Durchgangslochkomponenten eingefügt. Die Platine wird dann umgedreht und die Unterseiten-SMCs werden klebend an der Platine angebracht. Das Wellenlöten sowohl der Durchgangslochkomponenten als auch der Unterseiten-SMCs ist der letzte Schritt.

Die wichtigsten technischen Mischtechnologie-Prozessschritte umfassen:

  • Vor- und Nachreinigung
  • Lotpasten- und Kleberauftrag (Siebdruck und Bestückung (SMT und PTH))
  • Komponenten einfügen
  • Klebstoffaushärtung und Lötrückfluss
  • Fluxen (PTH)
  • Wellenlöten (PTH)
  • Inspektion und Nachbesserung
  • Testen
  • nacharbeiten und reparieren
  • Support-Operationen – Schablonenreinigung.

 

Eine kurze Erörterung der wichtigen Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsauswirkungen für jeden Verfahrensschritt wird unten bereitgestellt.

Vor- und Nachreinigung

Kommerzielle PWBs werden typischerweise von einem PWB-Lieferanten gekauft und wurden mit deionisierter (DI) Wasserlösung vorgereinigt, um alle Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Vor den Bedenken hinsichtlich des Abbaus der stratosphärischen Ozonschicht wurde eine ozonabbauende Substanz, wie z. B. ein Chlorfluorkohlenstoff (CFC), als Endreinigung oder sogar als Vorreinigung durch den Hersteller elektronischer Geräte verwendet. Am Ende des PCB-Montageprozesses war die Verwendung eines Chlorfluorkohlenstoff-Dampfentfettungsvorgangs typisch, um Rückstände aus dem Flussmittel-/Wellenlötvorgang zu entfernen. Wiederum aufgrund von Bedenken hinsichtlich des Ozonabbaus und strenger behördlicher Kontrollen bei der Produktion von FCKW wurden Prozessänderungen vorgenommen, die es den kompletten PWB-Baugruppen ermöglichten, die Reinigung zu umgehen oder nur eine Reinigung mit DI-Wasser zu verwenden.

Lotpasten- und Klebstoffauftrag (Schablonendruck und Bestückung) und Bauteilbestückung

Das Aufbringen von Blei/Zinn-Lötpaste auf die PWB-Oberfläche ermöglicht das Anbringen der oberflächenmontierten Komponente an der PWB und ist der Schlüssel zum SMT-Prozess. Das Lötmaterial dient als mechanische Verbindung für elektrische und thermische Leitung und als Beschichtung für Oberflächenschutz und verbesserte Lötbarkeit. Die Lötpaste besteht zu etwa 70 bis 90 % aus nichtflüchtigen Bestandteilen (auf Gewicht pro Gewicht oder Gewicht pro Volumenbasis):

  • Blei/Zinn-Lot
  • eine Mischung aus modifizierten Harzen (Kolophoniumsäuren oder leicht aktiviertes Kolophonium)
  • Aktivatoren (bei „no clean“-Produkten Mischungen aus Aminhydrohalogeniden und Säuren oder nur Carbonsäuren).

 

Lösungsmittel (flüchtige Stoffe) machen den Rest des Produkts aus (typischerweise eine Mischung aus Alkohol und Glykolether, die eine proprietäre Mischung ist).

Die Lötpaste wird durch eine Schablone gedruckt, die ein genaues Muster des Oberflächendesigns ist, das der PWB-Oberfläche hinzugefügt werden soll. Die Lötpaste wird durch die Öffnungen in der Schablone auf die Padstellen auf der PWB mittels einer Rakel gedrückt, die langsam die Schablone durchquert. Die Schablone wird dann abgehoben, wobei die Pastenablagerungen auf den entsprechenden Pads auf der Platte verbleiben. Die Komponenten werden dann auf die PWB gesteckt. Die primären EHS-Gefahren beziehen sich auf die Haushaltsführung und persönliche Hygiene der Bediener, die die Lötpaste auf die Schablonenoberfläche auftragen, die Rakel reinigen und die Schablonen reinigen. Die Bleikonzentration im Lötmittel und die Tendenz der getrockneten Lötpaste, an der Haut und den Arbeitsflächen von Geräten/Einrichtungen zu haften, erfordern die Verwendung von Schutzhandschuhen, eine gründliche Reinigung der Arbeitsflächen und die sichere Entsorgung kontaminierter Reinigungsmaterialien ( Umgang mit der Umwelt) und strenge persönliche Hygiene durch die Bediener (z. B. Händewaschen mit Seife vor dem Essen, Trinken oder Auftragen von Kosmetika). Die Expositionswerte in der Luft liegen typischerweise unter der Nachweisgrenze für Blei, und wenn eine gute Haushaltsführung/persönliche Hygiene angewendet wird, liegen die Blutbleiwerte auf Hintergrundwerten.

Das Auftragen des Klebstoffs umfasst das automatisierte Auftragen kleiner Mengen eines Epoxidharzes (typischerweise eine Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Mischung) auf die PWB-Oberfläche und das anschließende „Aufnehmen und Platzieren“ der Komponente und das Einsetzen durch das Epoxidharz auf die PWB. Die EHS-Gefahren beziehen sich in erster Linie auf die mechanischen Sicherheitsrisiken der „Pick-and-Place“-Einheiten aufgrund ihrer automatisierten mechanischen Baugruppen, der Komponenten-Shuttles auf der Rückseite der Einheiten und der Möglichkeit schwerer Verletzungen, wenn keine angemessenen Schutzvorrichtungen, Lichtvorhänge und Hardware-Verriegelungen vorhanden sind Geschenk.

Klebstoffaushärtung und Lötrückfluss

Die Komponenten, die durch Schablonendruck oder Klebstoffauftrag befestigt wurden, werden dann auf einem mechanischen Förderer mit fester Höhe zu einem Inline-Reflow-Ofen transportiert, der das Lot durch Aufschmelzen der Lotpaste bei etwa 200 bis 400 °C „auslöst“. Die Komponenten, die mit dem Epoxidklebstoff befestigt wurden, werden auch durch einen Ofen geführt, der dem Aufschmelzlöten nachgeschaltet ist und typischerweise bei 130 bis 160 betrieben wirdoC. Die Lösungsmittelbestandteile der Lotpaste und des Epoxidharzes werden während des Ofenprozesses ausgetrieben, aber der Blei/Zinn-Anteil wird nicht verflüchtigt. Im Abluftkanal des Reflow-Ofens bildet sich ein spinnennetzartiger Rückstand, und ein Metallgewebefilter kann verwendet werden, um dies zu verhindern. PWBs können sich gelegentlich im Fördersystem verfangen und im Ofen überhitzen, was unangenehme Gerüche verursacht.

Flussmittel

Um eine zuverlässige Lötverbindung an der PWB-Oberfläche und dem Bauteilanschluss zu bilden, müssen beide frei von Oxidation sein und dies auch bei den beim Löten verwendeten erhöhten Temperaturen bleiben. Außerdem muss die geschmolzene Lotlegierung die Oberflächen der zu verbindenden Metalle benetzen. Dies bedeutet, dass das Flussmittel mit Metalloxiden reagieren und diese von den zu verbindenden Oberflächen entfernen muss und eine erneute Oxidation der gereinigten Oberflächen verhindern muss. Es erfordert auch, dass die Rückstände entweder nicht korrosiv oder leicht entfernbar sind. Flussmittel zum Löten elektronischer Geräte fallen in drei große Kategorien, allgemein bekannt als Flussmittel auf Kolophoniumbasis, organische oder wasserlösliche Flussmittel und durch Lösungsmittel entfernbare synthetische Flussmittel. Neuere, feststoffarme „no clean“- oder Non-Volatile Organic Compound (NVOC)-Flussmittel fallen in die mittlere Kategorie.

Flussmittel auf Kolophoniumbasis

Die auf Kolophonium basierenden Flussmittel sind die am häufigsten verwendeten Flussmittel in der Elektronikindustrie, entweder als Flussmittel sprühen or Schaumflussmittel. Der Fluxer kann entweder in der Wellenlötanlage enthalten sein oder als eigenständige Einheit am Eingang der Einheit positioniert werden. Als Basis haben Flussmittel auf Kolophoniumbasis natürliches Kolophonium oder Kolophonium, das durchscheinende, bernsteinfarbene Kolophonium, das nach der Destillation von Terpentin aus dem Oleoresin und Kanalharz von Kiefern gewonnen wird. Das Harz wird gesammelt, erhitzt und destilliert, wodurch alle festen Partikel entfernt werden, was zu einer gereinigten Form des Naturprodukts führt. Es ist ein homogenes Material mit einem einzigen Schmelzpunkt.

Kolophonium ist eine Mischung aus etwa 90 % Harzsäure, bei der es sich hauptsächlich um Abietinsäure (eine nicht wasserlösliche, organische Säure) mit 10 % neutralen Stoffen wie Stilbenderivaten und verschiedenen Kohlenwasserstoffen handelt. Abbildung 1 zeigt die chemischen Strukturen für Abietinsäure und Pimarsäure.

Abbildung 1. Abietin- und Pimarsäuren

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Der aktive Bestandteil ist Abietinsäure, die bei Löttemperatur chemisch aktiv ist und das Kupferoxid auf der PWB-Oberfläche angreift und Kupferabiet bildet. Flussmittel auf Kolophoniumbasis bestehen aus drei Komponenten: dem Lösungsmittel oder Vehikel, dem Kolophonium und dem Aktivator. Das Lösungsmittel fungiert einfach als Vehikel für das Flussmittel. Um wirksam zu sein, muss das Kolophonium in flüssigem Zustand auf die Platte aufgetragen werden. Dies wird erreicht, indem das Kolophonium und der Aktivator in einem Lösungsmittelsystem gelöst werden, typischerweise Isopropylalkohol (IPA) oder Mehrkomponentenmischungen von Alkoholen (IPA, Methanol oder Ethanol). Anschließend wird das Flussmittel entweder durch Zugabe von Luft oder Stickstoff auf die Unterseite der Leiterplatte aufgeschäumt oder in einer „Low-Solids“-Mischung mit höherem Lösemittelanteil aufgesprüht. Diese Lösungsmittelkomponenten haben unterschiedliche Verdunstungsraten, und der Flussmittelmischung muss ein Verdünner zugesetzt werden, um eine konstituierende Flussmittelzusammensetzung aufrechtzuerhalten. Die Hauptkategorien von Flussmitteln auf Kolophoniumbasis sind: Kolophonium mit geringer Aktivität (RMA), das sind die typischen verwendeten Flussmittel, denen ein milder Aktivator zugesetzt wird; und Kolophonium aktiv (RA), dem ein aggressiverer Aktivator zugesetzt wurde.

Die primäre EHS-Gefahr aller Flussmittel auf Kolophoniumbasis ist die alkoholische Lösungsmittelbasis. Sicherheitsrisiken beziehen sich auf Entflammbarkeit bei Lagerung und Verwendung, Einstufung und Handhabung als gefährlicher Abfall, Luftemissionen und Behandlungssysteme, die erforderlich sind, um die VOCs zu entfernen, und industrielle Hygieneprobleme im Zusammenhang mit Inhalation und Haut- (dermaler) Exposition. Jeder dieser Punkte erfordert eine andere Kontrollstrategie, Mitarbeiterschulung und -schulung sowie Genehmigungen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften (Association of the Electronics, Telecommunications and Business Equipment Industries 1991).

Beim Wellenlöten wird das Flussmittel auf 183 bis 399 °C erhitzt; Luftgetragene Produkte, die erzeugt werden, umfassen aliphatische Aldehyde, wie Formaldehyd. Viele Flussmittel enthalten auch ein organischer Amin-Hydrochlorid-Aktivator, Dies hilft, den zu lötenden Bereich zu reinigen und setzt beim Erhitzen Salzsäure frei. Andere gasförmige Komponenten umfassen Benzol, Toluol, Styrol, Phenol, Chlorphenol und Isopropylalkohol. Zusätzlich zu den gasförmigen Bestandteilen des erhitzten Flussmittels entsteht eine beträchtliche Menge an Partikeln mit einer Größe von 0.01 Mikron bis 1.0 Mikron, bekannt als Kolophoniumdämpfe. Es wurde festgestellt, dass diese Partikelmaterialien die Atemwege reizen und bei empfindlichen Personen auch Atemwegssensibilisatoren sind (Hausen, Krohn und Budianto 1990). Im Vereinigten Königreich erfordern Luftbelastungsstandards, dass die Konzentrationen von Kolophoniumdämpfen auf die niedrigsten erreichbaren Werte kontrolliert werden (Health and Safety Commission 1992). Darüber hinaus hat die American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) einen separaten Grenzwert für die Pyrolyseprodukte von Kolophoniumkernlot von 0.1 mg/m festgelegt3, gemessen als Formaldehyd (ACGIH 1994). Die Lead Industries Association, Inc. identifiziert Aceton, Methylalkohol, aliphatische Aldehyde (gemessen als Formaldehyd), Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan, Ethan, Abietinsäure und verwandte Diterpensäuren als typische Zersetzungsprodukte des Kolophoniumkernlötens (Lead Industries Association 1990 ).

Organische Flussmittel

Organische Flussmittel, manchmal auch als Zwischenflussmittel oder wasserlösliche Flussmittel bezeichnet, sind Verbundstoffe, die aktiver sind als die Flussmittel auf Kolophoniumbasis und weniger korrosiv als die in der metallverarbeitenden Industrie verwendeten Säureflussmittel. Die allgemeinen Wirkstoffe dieser Flussmittelklasse lassen sich in drei Gruppen einteilen:

  • Säuren (z. B. Stearinsäure, Glutaminsäure, Milchsäure, Zitronensäure)
  • Halogene (z. B. Hydrochloride, Bromide, Hydrazin)
  • Amide und Amine (z. B. Harnstoff, Triethanolamin).

 

Diese Materialien und andere Teile der Formulierung, wie Tenside zur Unterstützung der Verringerung der Oberflächenspannung des Lötmittels, werden in Polyethylenglykol, organischen Lösungsmitteln, Wasser oder gewöhnlich einer Mischung aus mehreren davon gelöst. Organische Flussmittel müssen als korrosiv angesehen werden, können aber leicht mit nicht mehr als heißem Wasser entfernt werden.

Synthetisch aktivierte (AS) Flussmittel

Während Flussmittel auf Kolophoniumbasis feste Materialien sind, die in einem Lösungsmittel gelöst sind, sind AS-Flussmittel normalerweise vollständig flüssige Formeln (Lösungsmittel + Flussmittel). Der Lösungsmittelträger wird während der Vorheizphase des Wellenlötens ausgetrieben und hinterlässt einen nassen und öligen Rückstand auf der PWB-Oberfläche, der unmittelbar nach dem Löten entfernt werden muss. Das Hauptattribut von AS-Flussmitteln ist ihre Fähigkeit, durch die Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels, typischerweise auf Fluorkohlenstoffbasis, entfernt zu werden. Aufgrund der Einschränkungen bei der Verwendung von ozonabbauenden Substanzen wie Fluorkohlenstoffen (Freon TF, Freon TMS usw.) hat die erforderliche Verwendung dieser Reinigungsmaterialien die Verwendung dieser Klasse von Flussmitteln stark eingeschränkt.

Flussmittel mit niedrigem Feststoffgehalt „no clean“ oder VOC-frei

Die Notwendigkeit, die Reinigung von korrosiven oder klebrigen Flussmittelrückständen nach dem Löten mit Fluorkohlenstoff-Lösungsmitteln zu beseitigen, hat zur weitverbreiteten Verwendung einer neuen Klasse von Flussmitteln geführt. Diese Flussmittel haben eine ähnliche Aktivität wie die RMA-Flussmittel und haben einen Feststoffgehalt von etwa 15 %. Der Feststoffgehalt ist ein Maß für die Viskosität und entspricht dem Verhältnis von Flussmittel zu Lösungsmittel. Je niedriger der Feststoffgehalt, desto höher der Lösungsmittelanteil. Je höher der Feststoffgehalt, desto aktiver das Flussmittel und desto mehr Potenzial für einen Reinigungsschritt nach dem Löten. Flussmittel mit niedrigem Feststoffgehalt (LSF) wird üblicherweise in der Elektronikindustrie verwendet und erfordert normalerweise keinen Nachreinigungsschritt. Aus Sicht der Luftemission in die Umwelt beseitigte das LSF die Notwendigkeit einer Fluorkohlenstoffdampf-Entfettung von wellengelöteten Platinen, aber mit ihrem höheren Lösungsmittelgehalt erhöhten sie die Menge an verdampften alkoholbasierten Lösungsmitteln, was zu höheren VOC-Werten führte. VOC-Emissionen in die Luft werden in den Vereinigten Staaten und an vielen Orten weltweit streng kontrolliert. Dieser Situation wurde durch die Einführung von „no clean“-Flussmitteln begegnet, die auf Wasserbasis (statt auf Lösungsmittelbasis) basieren, aber ähnliche Aktivatoren und Flussmittel enthalten. Die Hauptwirkstoffe basieren auf Dicarbonsäure (2 bis 3 %), typischerweise Glutar-, Bernstein- und Adipinsäure. Surfactants und Korrosionsinhibitoren (ungefähr 1 %) sind ebenfalls enthalten, was zu einem pH (Säuregrad) von 3.0 bis 3.5 führt. Diese Flussmittel eliminieren praktisch VOC-Luftemissionen und andere EHS-Gefahren, die mit der Verwendung von Flussmitteln auf Lösungsmittelbasis verbunden sind. Die bei Flussmitteln auf Kolophoniumbasis festgestellten Zersetzungsprodukte sind immer noch anwendbar, und der milde pH-Wert erfordert, dass die Ausrüstung zur Handhabung des Flussmittels säurebeständig ist. Einige anekdotische Beweise weisen auf potenzielle Haut- oder Atemwegsprobleme durch die getrockneten, leicht sauren Dicarbonsäuren und Korrosionsinhibitoren hin, die zu Rückständen auf Platinenträgern, Wagen und Innenflächen von Wellenlötgeräten werden können, die diese Verbindungen verwenden. Außerdem wird die Wasserkomponente dieser Flussmittel möglicherweise nicht ausreichend verdampft, bevor sie auf den geschmolzenen Lottiegel trifft, was zu Spritzern des heißen Lots führen kann.

Wellenlöten

Die Zugabe von Flussmittel zur unteren Oberfläche der PWB kann entweder durch einen Fluxer erfolgen, der sich innerhalb der Wellenlöteinheit befindet, oder durch eine eigenständige Einheit am Eingang der Wellenlöteinheit. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung einer standardmäßigen Wellenlöteinheit mit innenliegendem Fluxer. Jede Konfiguration wird verwendet, um das Flussmittel auf die PWB aufzuschäumen oder zu sprühen.

Abbildung 2. Schematische Darstellung der Wellenlöteinheit

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Vorheizen

Die Flussmittelträger müssen vor dem Löten verdampft werden. Dies wird erreicht, indem Hochtemperatur-Vorwärmer verwendet werden, um die flüssigen Komponenten auszutreiben. Es werden zwei Grundtypen von Vorwärmern verwendet: strahlend (heißer Stab) und volumetrisch (heiße Luft). Die Heizstrahler sind in den Vereinigten Staaten üblich und bieten die Möglichkeit der Entzündung von überschüssigem Flussmittel oder Lösungsmittel oder der Zersetzung einer PWB, sollte sie unter dem Vorheizer immobilisiert werden. Auf der Fluxer-/Vorwärmerseite der Wellenlöteinheit ist eine örtliche Absaugung vorgesehen, um die während dieser Vorgänge verdunsteten Lösungsmittel-/Flussmittelmaterialien aufzufangen und abzuführen.

Lötung

Die Lotlegierung (normalerweise 63 % Zinn zu 37 % Blei) ist in einem großen Reservoir enthalten, das als das bezeichnet wird Löttopf, und wird elektrisch erhitzt, um das Lot in einem geschmolzenen Zustand zu halten. Die Heizungen umfassen eine leistungsstarke Massenheizung zum anfänglichen Schmelzen und eine kleinere geregelte Wärmezufuhr zum thermostatischen Steuern der Temperatur.

Erfolgreiches Löten auf Platinenebene erfordert, dass das Design des Löttiegels und der Umwälzpumpensysteme kontinuierlich eine beständige „Welle“ an frischem Lot liefert. Beim Löten wird das reine Lot mit oxidierten Blei-Zinn-Verbindungen, metallischen Verunreinigungen und Flussmittelzersetzungsprodukten verunreinigt. Diese Schlacke bildet sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Lötmittels, und je mehr Krätze gebildet wird, desto größer ist die Tendenz zur zusätzlichen Bildung. Krätze ist schädlich für den Lötprozess und die Lötwelle. Wenn sich genug im Topf bildet, kann es in die Umwälzpumpe gezogen werden und Laufradabrieb verursachen. Bediener des Wellenlötens müssen Schlacken entfernen die Welle routinemäßig. Bei diesem Verfahren filtert der Bediener die verfestigte Krätze aus dem geschmolzenen Lötmittel und sammelt die Rückstände zur Rückgewinnung/Wiederverwertung. Der Vorgang des Entkrätzens beinhaltet, dass der Bediener physisch die hintere Zugangstür (typischerweise eine Golfflügelkonfiguration) neben dem Löttiegel öffnet und die heiße Krätze manuell herausschöpft. Während dieses Vorgangs werden sichtbare Emissionen aus dem Topf freigesetzt, die Augen, Nase und Rachen des Bedieners stark reizen. Der Bediener muss Thermohandschuhe, eine Schürze, eine Schutzbrille und einen Gesichtsschutz sowie einen Atemschutz (für Blei-/Zinnpartikel, korrosive Gase (HCl) und aliphatische Aldehyde (Formaldehyd)) tragen. Aus dem Inneren der Wellenlöteinheit ist eine örtliche Absaugung vorgesehen, aber der Löttiegel wird mechanisch aus dem Hauptschrank herausgezogen, um dem Bediener einen direkten Zugang zu beiden Seiten des heißen Tiegels zu ermöglichen. Nach dem Herausziehen wird der im Schrank montierte örtliche Abluftkanal für die Entfernung der freigesetzten Materialien unwirksam. Die wichtigsten Gesundheits- und Sicherheitsgefahren sind: thermische Verbrennungen durch heißes Lötmittel, Exposition der Atemwege durch die oben genannten Materialien, Rückenverletzungen durch den Umgang mit schweren Lötbarren und Krätzefässern und Exposition gegenüber Blei-/Zinnlotrückständen/Feinpartikeln während Wartungsarbeiten.

Während des eigentlichen Lötprozesses sind die Zugangstüren geschlossen und das Innere der Wellenlötanlage steht aufgrund der lokalen Absaugung auf der Flussmittel- und Lottopfseite der Welle unter Unterdruck. Diese Belüftung und die Betriebstemperaturen des Löttiegels (typischerweise 302 bis 316 °C, was knapp über dem Schmelzpunkt von Lot liegt) führen zu einer minimalen Bildung von Bleidämpfen. Die Hauptbelastung durch Blei-/Zinn-Partikel erfolgt während der Entkrätzungs- und Gerätewartungsarbeiten, vom Rühren der Krätze im Topf, der Übertragung in den Rückgewinnungsbehälter und der Reinigung von Lötrückständen. Feine Blei-/Zinnpartikel werden während des Entkrätzungsvorgangs gebildet und können in den Arbeitsraum und die Atemzone des Bedieners des Schwalllötens freigesetzt werden. Es wurden verschiedene technische Kontrollstrategien entwickelt, um diese potenzielle Exposition gegenüber Bleipartikeln zu minimieren, einschließlich des Einbaus einer lokalen Absaugung in das Rückgewinnungsgefäß (siehe Abbildung 3), der Verwendung von HEPA-Saugern zur Rückstandsreinigung und flexibler Abluftkanäle mit Gelenkarmen zur Positionierung Belüftung am Hot Pot während der Entkrätzung. Der Einsatz von Besen oder Bürsten zum Aufkehren von Lötrückständen ist zu untersagen. Strenge Haushalts- und persönliche Hygienepraktiken müssen ebenfalls erforderlich sein. Während der Wartungsarbeiten an der Wellenlötanlage (die auf wöchentlicher, monatlicher, vierteljährlicher und jährlicher Basis durchgeführt werden) werden verschiedene Komponenten des Hot Pots entweder innerhalb der Anlage gereinigt oder entfernt und in einer lokal abgesaugten Haube gereinigt. Diese Reinigungsvorgänge können physisches Abkratzen oder mechanisches Reinigen (unter Verwendung einer elektrischen Bohrmaschine und eines Drahtbürstenaufsatzes) der Lötmittelpumpe und der Leitbleche umfassen. Während des mechanischen Reinigungsprozesses werden große Mengen an Bleipartikeln erzeugt, und der Prozess sollte in einem lokal abgesaugten Gehäuse durchgeführt werden.

Abbildung 3. Krätzewagen mit Vakuumabdeckung

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Inspektion, Nachbesserung und Prüfung

Visuelle Inspektion und Ausbesserungsfunktionen werden nach dem Schwalllöten durchgeführt und umfassen die Verwendung von Vergrößerungslinsen/Arbeitsleuchten zur Feininspektion und Ausbesserung von Unvollkommenheiten. Die Ausbesserungsfunktion kann die Verwendung von a umfassen Lötzinn Handlötkolben und Kolophoniumkernlot oder Pinseln mit einer kleinen Menge flüssigem Flussmittel und Blei-/Zinndrahtlot. Bei den sichtbaren Dämpfen des Stablötens handelt es sich um Abbauprodukte des Flussmittels. Kleine Mengen an Blei-/Zinn-Lötperlen, die nicht an der Lötstelle haften, können ein Problem für die Haushaltsführung und die persönliche Hygiene darstellen. Es sollte entweder ein Ventilator neben der Arbeitsstation zur allgemeinen Verdünnungsbelüftung weg von der Atemzone des Bedieners oder ein ausgeklügelteres Rauchabzugssystem vorgesehen werden, das die Abbauprodukte an der Spitze des Lötkolbens oder neben dem Betrieb auffängt. Die Dämpfe werden dann zu einem Luftwäscher-Abgassystem geleitet, das eine HEPA-Filterung für Partikel und eine Aktivkohlegasadsorption für die aliphatischen Aldehyde und Salzsäuregase enthält. Die Wirksamkeit dieser Lötabsaugsysteme hängt stark von den Erfassungsgeschwindigkeiten, der Nähe zum Ort der Rauchentwicklung und dem Fehlen von Querzügen an der Arbeitsfläche ab. Die elektrische Prüfung der fertigen Leiterplatte erfordert spezielle Prüfgeräte und Software.

Nacharbeiten und Reparieren

Basierend auf den Ergebnissen des Platinentests werden defekte Platinen auf spezifische Komponentenausfälle bewertet und ersetzt. Bei dieser Nachbearbeitung der Platinen kann es sich um Stablöten handeln. Wenn Hauptkomponenten auf der Leiterplatte wie der Mikroprozessor ausgetauscht werden müssen, a Löttiegel nacharbeiten wird verwendet, um den Teil der Platine, der die defekte Komponente oder Verbindung aufnimmt, in einen kleinen Löttiegel einzutauchen, die Komponente zu entfernen und dann eine neue funktionale Komponente wieder auf die Platine einzusetzen. Wenn die Komponente kleiner oder leichter zu entfernen ist, an Luftvakuum System, das Heißluft zum Erhitzen der Lötstelle und Vakuum zum Entfernen des Lots verwendet. Der Rework-Löttopf ist in einem lokal entlüfteten Gehäuse untergebracht, das eine ausreichende Austrittsgeschwindigkeit bereitstellt, um die Zersetzungsprodukte des Flussmittels einzufangen, die gebildet werden, wenn das flüssige Lötmittel auf die Platine gebürstet und der Lötkontakt hergestellt wird. Dieser Topf bildet auch Krätze und erfordert (in einem viel kleineren Maßstab) Ausrüstung und Verfahren zum Entfernen von Schlacke. Das Luft-Vakuum-System muss nicht in einem Gehäuse untergebracht werden, aber das entfernte Blei-/Zinn-Lot muss als gefährlicher Abfall behandelt und wiedergewonnen/recycelt werden.

Support-Operationen – Schablonenreinigung

Der erste Schritt im PCB-Montageprozess umfasste die Verwendung einer Schablone zum Bereitstellen des Musters von Verbindungsstellen für die durchzuquetschende Blei/Zinn-Lötpaste. Typischerweise beginnen sich die Öffnungen der Schablone zu verstopfen und die Blei-/Zinn-Lötpastenrückstände müssen von Schicht zu Schicht entfernt werden. Am Siebdrucker wird normalerweise eine Vorreinigung durchgeführt, um grobe Verunreinigungen auf der Platte zu erfassen, indem die Plattenoberfläche mit einer verdünnten Alkoholmischung und Einwegtüchern abgewischt wird. Zur vollständigen Entfernung der verbleibenden Rückstände ist eine Nassreinigung erforderlich. In einem System ähnlich einer großen Spülmaschine wird heißes Wasser (57°C) und eine chemische Lösung aus verdünnten aliphatischen Aminen (Monoethanolamin) verwendet, um die Lotpaste chemisch von der Schablone zu entfernen. Signifikante Mengen an Blei/Zinn-Lot werden von der Platine abgewaschen und entweder in der Waschkammer oder in Lösung im Abwasser abgelagert. Dieses Abwasser erfordert eine Filtration oder chemische Entfernung von Blei und eine pH-Einstellung für die korrosiven aliphatischen Amine (unter Verwendung von Salzsäure). Neuere Schablonenreiniger mit geschlossenem System verwenden die gleiche Waschlösung, bis sie verbraucht ist. Die Lösung wird in eine Destillationseinheit überführt und die flüchtigen Bestandteile abdestilliert, bis ein halbflüssiger Rückstand entsteht. Dieser Rückstand wird dann als mit Blei/Zinn kontaminierter gefährlicher Abfall behandelt.

Computermontageprozess

Sobald die endgültige PCB montiert ist, wird sie zum Einbau in das endgültige Computerprodukt an den Systemmontagebetrieb übergeben. Dieser Vorgang ist typischerweise sehr arbeitsintensiv, da die zusammenzubauenden Einzelteile den einzelnen Arbeitsstationen auf Bereitstellungswagen entlang der mechanisierten Montagelinie zugeführt werden. Die größten Gefahren für Gesundheit und Sicherheit beziehen sich auf die Materialbewegung und -bereitstellung (Gabelstapler, manuelles Heben), ergonomische Auswirkungen des Montageprozesses (Bewegungsbereich, erforderliche Einsteckkraft zum „Setzen“ von Komponenten, Installation von Schrauben und Verbindern) und die Endverpackung , Schrumpffolie und Versand. Ein typischer Computermontageprozess umfasst:

  • Fahrgestell-/Koffervorbereitung
  • PCB (Mutter- und Tochterplatine) einfügen
  • Einsetzen der primären Komponente (Diskettenlaufwerk, Festplatte, Netzteil, CD-ROM-Laufwerk).
  • Displayeinheit (nur tragbare Geräte)
  • Einsetzen von Maus und Tastatur (nur tragbare Geräte)
  • Verkabelung, Anschlüsse und Lautsprecher
  • Montage der oberen Abdeckung
  • Software-Download
  • Test
  • überarbeiten
  • Akkuladung (nur tragbare Geräte) und Verpackung
  • Schrumpfverpackung und Versand.

 

Die einzigen Chemikalien, die im Montageprozess verwendet werden dürfen, betreffen die Endreinigung des Computergehäuses oder Monitors. Typischerweise wird eine verdünnte Lösung aus Isopropylalkohol und Wasser oder eine handelsübliche Mischung von Reinigern (z. B. Simple Green – eine verdünnte Lösung aus Butylcellosolve und Wasser) verwendet.

 

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Als aufstrebende Industrie wurde die Halbleiterfertigung oft als Inbegriff des Hightech-Arbeitsplatzes angesehen. Aufgrund der strengen Herstellungsanforderungen, die mit der Herstellung mehrerer Schichten elektronischer Schaltkreise im Mikrometerbereich auf Siliziumwafern verbunden sind, ist die Reinraumumgebung zum Synonym für den Arbeitsplatz dieser Branche geworden. Da einige der bei der Halbleiterherstellung verwendeten Hydridgase (z. B. Arsenwasserstoff, Phosphin) schon früh als hochgiftige Chemikalien erkannt wurden, war die Inhalationsexpositionskontrolltechnologie immer ein wichtiger Bestandteil der Waferherstellung. Halbleiterarbeiter werden weiter vom Produktionsprozess isoliert, indem sie spezielle Kleidung tragen, die den ganzen Körper bedeckt (z. B. Kittel), Haarbedeckungen, Schuhüberzüge und häufig Gesichtsmasken (oder sogar Atemgeräte mit Luftzufuhr). Aus praktischer Sicht haben die Bedenken der Arbeitgeber hinsichtlich der Produktreinheit auch zu einem Expositionsschutz für die Arbeiter geführt.

Zusätzlich zu persönlicher Schutzkleidung werden in der gesamten Halbleiterindustrie hochentwickelte Belüftungs- und Chemikalien-/Gas-Luftüberwachungssysteme verwendet, um Lecks giftiger chemischer Lösungsmitteldämpfe, Säuren und Hydridgase mit Teilen pro Million (ppm) oder weniger zu erkennen. Obwohl die Industrie aus historischer Sicht häufige Evakuierungen von Arbeitern aus Wafer-Fertigungsräumen aufgrund tatsächlicher oder vermuteter Lecks von Gasen oder Lösungsmitteln erlebt hat, sind solche Evakuierungsepisoden aufgrund der Lehren aus der Konstruktion von Lüftungssystemen und toxischen Gasen zu seltenen Ereignissen geworden /Chemikalienhandhabung und immer ausgefeiltere Luftüberwachungssysteme mit kontinuierlicher Luftprobenahme. Der zunehmende Geldwert einzelner Siliziumwafer (zusammen mit zunehmenden Waferdurchmessern), die Dutzende von einzelnen Mikroprozessoren oder Speichervorrichtungen enthalten können, kann jedoch Arbeiter mental belasten, die Behälter dieser Wafer während des Herstellungsprozesses manuell manipulieren müssen. Hinweise auf solchen Stress wurden während einer Studie an Halbleiterarbeitern erhalten (Hammond et al. 1995; Hines et al. 1995; McCurdy et al. 1995).

Die Halbleiterindustrie hatte ihre Anfänge in den Vereinigten Staaten, die die höchste Zahl von Arbeitern in der Halbleiterindustrie (ungefähr 225,000 im Jahr 1994) aller Länder haben (BLS 1995). Es ist jedoch schwierig, gültige internationale Beschäftigungsschätzungen für diese Branche zu erhalten, da in den Statistiken der meisten Länder Halbleiterarbeiter mit Arbeitern in der „Fertigung elektrischer/elektronischer Geräte“ zusammengerechnet werden. Aufgrund der äußerst strengen technischen Kontrollen, die für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen erforderlich sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass Halbleiterarbeitsplätze (dh Reinräume) in den meisten Aspekten auf der ganzen Welt vergleichbar sind. Dieses Verständnis, gepaart mit den Anforderungen der US-Regierung zur Aufzeichnung aller wesentlichen arbeitsbedingten Verletzungen und Erkrankungen von US-Arbeitern, macht die Arbeitsunfall- und Krankheitserfahrung von US-Halbleiterarbeitern zu einem hochrelevanten Thema sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene. Einfach gesagt, derzeit gibt es nur wenige internationale Quellen für relevante Informationen und Daten zur Sicherheit und Gesundheit von Halbleiterarbeitern, außer denen aus der jährlichen Erhebung über Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten des US Bureau of Labor Statistics (BLS).

In den Vereinigten Staaten, die seit 1972 Daten zu Arbeitsunfällen und -krankheiten in allen Branchen sammeln, gehört die Häufigkeit arbeitsbedingter Verletzungen und Krankheiten bei Halbleiterarbeitern zu den niedrigsten aller Fertigungsindustrien. Es wurden jedoch Bedenken geäußert, dass bei Halbleiterarbeitern subtilere gesundheitliche Auswirkungen auftreten könnten (LaDou 1986), obwohl solche Effekte nicht dokumentiert wurden.

Es wurden mehrere Symposien zur Bewertung von Steuerungstechnologien in der Halbleiterindustrie abgehalten, wobei sich mehrere der Symposienpapiere mit Fragen der Umwelt- und Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes befassten (ACGIH 1989, 1993).

Eine begrenzte Menge an Arbeitsunfall- und Krankheitsdaten für die internationale Gemeinschaft der Halbleiterhersteller wurde über eine spezielle Erhebung abgeleitet, die 1995 durchgeführt wurde und Fälle umfasste, die für die Jahre 1993 und 1994 gemeldet wurden. Diese Erhebungsdaten sind unten zusammengefasst.

Arbeitsunfälle und Krankheit bei Halbleiterarbeitern

In Bezug auf internationale statistische Daten zu Arbeitsunfällen und Krankheiten bei Halbleiterarbeitern scheinen die einzigen vergleichbaren Daten diejenigen zu sein, die aus einer 1995 durchgeführten Umfrage unter multinationalen Halbleiterherstellungsbetrieben stammen (Lassiter 1996). Die in dieser Umfrage gesammelten Daten betrafen die internationalen Aktivitäten von in den USA ansässigen Halbleiterherstellern für die Jahre 1993-94. Einige der Daten aus der Umfrage umfassten andere Betriebe als die Halbleiterherstellung (z. B. die Herstellung von Computern und Festplattenlaufwerken), obwohl alle teilnehmenden Unternehmen in der Elektronikindustrie tätig waren. Die Ergebnisse dieser Umfrage sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt, die Daten aus der Region Asien-Pazifik, Europa, Lateinamerika und den Vereinigten Staaten enthalten. Jeder Fall betraf eine arbeitsbedingte Verletzung oder Krankheit, die eine medizinische Behandlung oder einen Arbeitsausfall oder eine Arbeitseinschränkung erforderte. Alle Inzidenzraten in den Zahlen wurden als Anzahl von Fällen (oder Ausfalltagen) pro 200,000 Arbeitsstunden pro Jahr berechnet. Wenn die Gesamtarbeitsstunden nicht verfügbar waren, wurden durchschnittliche jährliche Beschäftigungsschätzungen verwendet. Der Nenner von 200,000 Arbeitsstunden entspricht 100 Vollzeitarbeitskräften pro Jahr (unter der Annahme von 2,000 Arbeitsstunden pro Arbeitskraft und Jahr).

Abbildung 1. Verteilung der Inzidenzraten für Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten nach Sektoren weltweit, 1993 und 1994.

MIC060F6

Abbildung 2. Verteilung der Inzidenzraten für Verletzungen und Krankheiten mit arbeitsfreien Tagen nach Weltsektor 1993 und 1994

MIC060F7

Abbildung 1 zeigt die Arbeitsunfall- und Krankheitsinzidenzraten für die verschiedenen Weltregionen in der Erhebung von 1993-94. Einzelne Länderkurse wurden nicht aufgenommen, um die Vertraulichkeit der teilnehmenden Unternehmen zu gewährleisten, die die einzigen Datenquellen für bestimmte Länder waren. Daher wurden für bestimmte Länder in der Umfrage Daten nur für eine einzige Einrichtung gemeldet. In mehreren Fällen haben Unternehmen alle internationalen Daten in einer einzigen Statistik zusammengefasst. Diese letzteren Daten sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 als „kombiniert“ aufgeführt.

Die jährliche Inzidenz von Arbeitsunfällen und -krankheiten unter allen Arbeitnehmern in der internationalen Erhebung betrug 3.3 100 Fälle pro 200,000 Arbeitnehmer (1993 Arbeitsstunden) und 2.7 1994 Fälle. Für 12,615 wurden 1993 Fälle und für 12,368 1994 Fälle gemeldet Fälle (12,130 im Jahr 1993) stammten von US-Unternehmen. Diese Fälle wurden 387,000 mit etwa 1993 Arbeitnehmern und 458,000 mit 1994 Arbeitnehmern in Verbindung gebracht.

Abbildung 2 zeigt die Inzidenzraten für Fälle von Arbeitsausfällen, die arbeitsfreie Tage beinhalten. Die Inzidenzraten von 1993 und 1994 basierten auf ungefähr 4,000 Fällen von Arbeitsausfällen für jedes der 2 Jahre in der internationalen Erhebung. Die internationale/regionale Bandbreite der Inzidenzraten für diese Statistik war die engste der gemessenen. Die Inzidenz von Arbeitsausfallfällen stellt möglicherweise die am besten vergleichbare internationale Statistik in Bezug auf Arbeitssicherheit und Gesundheitserfahrung dar. Die Inzidenzrate für verlorene Arbeitstage (Tage ohne Arbeit) betrug ungefähr 15.4 Tage ohne Arbeit pro 100 Arbeitnehmer für jedes der 2 Jahre.

Die einzigen bekannten detaillierten Daten zu Fallmerkmalen von Verletzungen und Krankheiten von Halbleiterarbeitern sind diejenigen, die jährlich in den USA von der BLS zusammengestellt werden und Fälle mit Arbeitsausfällen betreffen. Die hier diskutierten Fälle wurden von der BLS in ihrer jährlichen Erhebung für das Jahr 1993 identifiziert. Aus diesen Fällen gewonnene Daten erscheinen in Abbildung 3, Abbildung 4, Abbildung 5 und Abbildung 6. Jede Abbildung vergleicht die Fallerfahrung mit Ausfallzeiten für den privaten Sektor, alle Fertigungs- und Halbleiterfertigung.

Abbildung 3. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall1 nach Art des Ereignisses oder der Exposition, 1993

MIC060F2

Abbildung 4. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall1 nach Verletzungs- oder Krankheitsursache, 1993.

MIC060F3

Abbildung 5. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall1 nach Art der Verletzung oder Krankheit, 1993.

MIC060F4

Abbildung 6. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall nach betroffenem Körperteil, 1993

MIC060F5

Abbildung 3 vergleicht die Erfahrung von US-Halbleiterarbeitern im Jahr 1993 mit Fällen von Arbeitsausfall mit dem Privatsektor und der gesamten Fertigungsindustrie in Bezug auf die Art des Ereignisses oder der Exposition. Die Inzidenzraten für die meisten Kategorien in dieser Abbildung waren für Arbeiter in der Halbleiterindustrie viel geringer als für den Privatsektor oder das gesamte verarbeitende Gewerbe. Fälle von Überanstrengung bei Halbleiterarbeitern waren weniger als halb so häufig wie bei allen Arbeitern im verarbeitenden Gewerbe. Die Kategorie der schädlichen Exposition (hauptsächlich verbunden mit der Exposition gegenüber chemischen Stoffen) war bei allen drei Gruppen gleichwertig.

Vergleichende Verteilungen der Fälle von Arbeitsausfällen nach Verletzungs- oder Krankheitsursachen sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Inzidenzraten von Arbeitsausfällen bei Halbleiterarbeitern waren geringer als im privaten Sektor und im gesamten verarbeitenden Gewerbe in allen Quellenkategorien, mit Ausnahme von Fällen im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Chemikalien Substanzen.

Abbildung 5 vergleicht die Inzidenzraten der Fälle von Arbeitsausfall in Verbindung mit der Art der Verletzung oder Krankheit zwischen den drei Gruppen. Die Raten für Halbleiterarbeiter waren 1993 weniger als halb so hoch wie die Raten sowohl für den Privatsektor als auch für das gesamte verarbeitende Gewerbe. Die Inzidenz von Verätzungen war bei Halbleiterarbeitern etwas höher, aber bei allen drei Vergleichsgruppen sehr niedrig. Die Inzidenz des Karpaltunnelsyndroms (CTS) unter US-Halbleiterarbeitern war weniger als halb so hoch wie im gesamten verarbeitenden Gewerbe.

In Abbildung 6 ist die Verteilung und Inzidenz der Fehltage nach betroffenen Körperteilen dargestellt. Obwohl die Inzidenz von Fällen mit Körpersystemen bei allen Vergleichsgruppen gering war, war die Rate bei Halbleiterarbeitern leicht erhöht. Alle anderen betroffenen Körperteile waren bei Halbleiterarbeitern viel geringer als bei den anderen beiden Vergleichsgruppen.

Epidemiologische Studien von Halbleiterarbeitern

Die Besorgnis über mögliche Folgen für die reproduktive Gesundheit im Zusammenhang mit der Beschäftigung in der Halbleiterindustrie tauchte 1983 auf, als eine Angestellte der Halbleiterfabrik der Digital Equipment Corporation in Hudson, Massachusetts, angab, dass sie glaube, dass es bei Mitarbeitern in den Reinräumen der Einrichtung zu Fehlgeburten gekommen sei. Diese Behauptung führte zusammen mit dem Fehlen interner Daten in der Einrichtung zu einer epidemiologischen Studie der University of Massachusetts School of Public Health in Amherst (UMass). Die Studie wurde im Mai 1984 begonnen und 1985 abgeschlossen (Pastides et al. 1988).

Im Vergleich zu nicht exponierten Arbeitern in anderen Bereichen der Einrichtung wurde sowohl im photolithographischen Bereich als auch im Diffusionsbereich ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko beobachtet. Ein relatives Risiko von 1.75 wurde als statistisch nicht signifikant angesehen (p < 0.05), obwohl ein relatives Risiko von 2.18, das bei Arbeitern in Verbreitungsgebieten beobachtet wurde, signifikant war. Die Veröffentlichung der UMass-Studie führte in der gesamten Halbleiterindustrie zu Bedenken, dass eine größere Studie gerechtfertigt sei, um die beobachteten Ergebnisse zu validieren und ihr Ausmaß und mögliche Ursachen zu bestimmen.

Die Semiconductor Industry Association (SIA) der Vereinigten Staaten sponserte ab 1989 eine größere Studie, die von der University of California in Davis (UC Davis) durchgeführt wurde. Die UC Davis-Studie wurde entwickelt, um die Hypothese zu testen, dass die Halbleiterherstellung mit einem erhöhten Risiko verbunden ist von Fehlgeburten für weibliche Wafer-Fertigungsangestellte. Die Grundgesamtheit der Studie wurde aus 14 Unternehmen ausgewählt, die 42 Produktionsstandorte in 17 Bundesstaaten repräsentierten. Die höchste Anzahl an Standorten (die fast die Hälfte der Mitarbeiter in der Studie ausmachten) befand sich in Kalifornien.

Die UC-Davis-Studie bestand aus drei verschiedenen Komponenten: einer Querschnittskomponente (McCurdy et al. 1995; Pocekay et al. 1995); eine historische Kohortenkomponente (Schenker et al. 1995); und eine prospektive Komponente (Eskenazi et al. 1995). Im Mittelpunkt jeder dieser Studien stand eine Expositionsabschätzung (Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995). Die Expositionsbewertungskomponente ordnete Mitarbeiter einer relativen Expositionsgruppe zu (dh hohe Exposition, niedrige Exposition usw.).

In der historischen Komponente der Studie wurde festgestellt, dass das relative Risiko von Fertigungsarbeitern im Vergleich zu Nicht-Fertigungsarbeitern 1.45 betrug (dh 45 % erhöhtes Fehlgeburtsrisiko). Die höchste Risikogruppe, die in der historischen Komponente der Studie identifiziert wurde, waren Frauen, die in Photolithographie- oder Ätzoperationen arbeiteten. Frauen, die Ätzoperationen durchführten, hatten ein relatives Risiko von 2.15 (RR = 2.15). Darüber hinaus wurde eine Dosis-Wirkungs-Beziehung bei Frauen beobachtet, die mit einem beliebigen Fotolack oder Entwickler in Bezug auf ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko arbeiteten. Diese Daten unterstützten eine Dosis-Wirkungs-Assoziation für Ethylenglykolether (EGE), aber nicht für Propylenglykolether (PGE).

Obwohl in der prospektiven Komponente der UC-Davis-Studie ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko bei Arbeiterinnen in der Waferherstellung beobachtet wurde, waren die Ergebnisse statistisch nicht signifikant (p < 0.05). Eine kleine Anzahl von Schwangerschaften verringerte die Aussagekraft der prospektiven Komponente der Studie signifikant. Die Analyse der Exposition gegenüber chemischen Arbeitsstoffen zeigte ein erhöhtes Risiko für Frauen, die mit Ethylenglykolmonoethylether arbeiteten, basierte jedoch nur auf 3 Schwangerschaften. Ein wichtiges Ergebnis war die allgemeine Unterstützung und kein Widerspruch zu den Ergebnissen der historischen Komponente.

Die Querschnittskomponente der Studie stellte eine Zunahme der Symptome der oberen Atemwege fest, hauptsächlich in den Diffusionsofen- und Dünnschicht-Gruppen von Arbeitern. Ein interessantes Ergebnis waren die offensichtlichen Schutzwirkungen verschiedener technischer Maßnahmen im Zusammenhang mit der Ergonomie (z. B. Fußstützen und die Verwendung eines verstellbaren Stuhls zur Verringerung von Rückenverletzungen).

Luftmessungen in den Waferfabriken ergaben, dass die meisten Lösungsmittelbelastungen weniger als 1 % der von der US-Regierung festgelegten zulässigen Belastungsgrenzen (PEL) betrugen.

Eine separate epidemiologische Studie (Correa et al. 1996) wurde 1989 von der Johns Hopkins University (JHU) mit einer Gruppe von Halbleiterangestellten der IBM Corporation durchgeführt. Die in der JHU-Studie beobachtete Gesamtfehlgeburtsrate bei weiblichen Reinraumarbeitern betrug 16.6 %. Das relative Risiko für Fehlgeburten bei weiblichen Reinraumarbeiterinnen mit der höchsten potenziellen Exposition gegenüber Ethylenglykolethern betrug 2.8 (95 %-KI = 1.4–5.6).

Diskussion reproduktiver epidemiologischer Studien mit Halbleiterarbeitern

Die epidemiologischen Studien waren bemerkenswert in Umfang und Ähnlichkeit der Ergebnisse. Diese Studien kamen alle zu ähnlichen Ergebnissen. Jede Studie dokumentierte ein erhöhtes Risiko für spontane Abtreibungen (Fehlgeburten) für Arbeiterinnen in der Halbleiterwafer-Fertigung. Zwei der Studien (JHU und UC Davis) weisen möglicherweise auf einen kausalen Zusammenhang mit Expositionen gegenüber ethylenbasierten Glykolethern hin. Die UMass-Studie ergab, dass die Photogruppe (diejenigen, die Glykolether ausgesetzt waren) ein geringeres Risiko hatte als die Diffusionsgruppe, die keine dokumentierte Glykolether-Exposition hatte. Während diese Studien auf ein erhöhtes Risiko spontaner Abtreibungen bei Arbeitern in der Waferherstellung hinweisen, ist die Ursache für dieses übermäßige Risiko unklar. Die JHU-Studie konnte keine signifikante Rolle für Glykolether dokumentieren, und die UC-Davis-Studie verknüpfte Glykolether nur geringfügig (durch Modellierung von Expositionen und selbstberichteten Arbeitspraktiken) mit Auswirkungen auf die Fortpflanzung. In beiden Studien wurde, wenn überhaupt, nur wenig überwacht, um die Exposition gegenüber Glykolethern zu bestimmen. Nach Abschluss dieser Studien begann die Halbleiterindustrie mit der Umstellung von Glykolethern der Ethylenreihe auf Ersatzstoffe wie Ethyllactat und Glykolether der Propylenreihe.

Fazit

Basierend auf den besten verfügbaren Daten zur jährlichen Inzidenz arbeitsbedingter Verletzungen und Erkrankungen sind Halbleiterarbeiter einem geringeren Risiko ausgesetzt als Arbeitnehmer in anderen verarbeitenden Sektoren oder im gesamten Privatsektor (einschließlich vieler nicht verarbeitender Industrien). Auf internationaler Ebene scheint es, dass statistische Daten zu Arbeitsunfällen und Krankheiten im Zusammenhang mit Fällen von Arbeitsausfällen ein ziemlich zuverlässiger Indikator für die weltweite Sicherheit und Gesundheit von Halbleiterarbeitern sein können. Die Industrie hat mehrere unabhängige epidemiologische Studien gesponsert, um Antworten auf Fragen zu Folgen für die reproduktive Gesundheit im Zusammenhang mit der Beschäftigung in der Industrie zu finden. Obwohl kein eindeutiger Zusammenhang zwischen beobachteten Fehlgeburten und der Exposition gegenüber Glykolethern auf Ethylenbasis festgestellt werden konnte, hat die Industrie damit begonnen, alternative Photoresist-Lösungsmittel zu verwenden.

 

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Samstag, April 02 2011 19: 07

Umwelt- und Gesundheitsfragen

Branchenübersicht

Die Elektronikindustrie gilt im Vergleich zu anderen Branchen als „sauber“ in Bezug auf ihre Umweltauswirkungen. Nichtsdestotrotz verursachen die bei der Herstellung elektronischer Teile und Komponenten verwendeten Chemikalien und der erzeugte Abfall erhebliche Umweltprobleme, die aufgrund der Größe der Elektronikindustrie auf globaler Ebene angegangen werden müssen. Die Abfälle und Nebenprodukte, die aus der Herstellung von Leiterplatten (PWBs), Leiterplatten (PCBs) und Halbleitern stammen, sind Interessengebiete, die die Elektronikindustrie in Bezug auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung, die Behandlungstechnologie und die Recycling-/Rückgewinnungstechniken energisch verfolgt hat .

Der Anreiz, den ökologischen Fußabdruck elektronischer Prozesse zu kontrollieren, hat sich zu einem großen Teil von einem ökologischen Impuls in einen finanziellen Bereich verlagert. Aufgrund der mit gefährlichen Abfällen und Emissionen verbundenen Kosten und Verbindlichkeiten hat die Elektronikindustrie aggressiv Umweltkontrollen eingeführt und entwickelt, die die Auswirkungen ihrer Nebenprodukte und Abfälle stark reduziert haben. Darüber hinaus hat die Elektronikindustrie einen proaktiven Ansatz gewählt, um Umweltziele, -werkzeuge und -techniken in ihre umweltbewussten Unternehmen zu integrieren. Beispiele für diesen proaktiven Ansatz sind der Ausstieg aus FCKW und perfluorierten Verbindungen und die Entwicklung „umweltfreundlicher“ Alternativen sowie der aufkommende „Design for the Environment“-Ansatz für die Produktentwicklung.

Die Herstellung von PWBs, PCBs und Halbleitern erfordert den Einsatz einer Vielzahl von Chemikalien, spezialisierten Herstellungstechniken und Ausrüstungen. Aufgrund der Gefahren, die mit diesen Herstellungsprozessen verbunden sind, ist die ordnungsgemäße Handhabung chemischer Nebenprodukte, Abfälle und Emissionen unerlässlich, um die Sicherheit der Mitarbeiter der Branche und den Schutz der Umwelt in den Gemeinden, in denen sie leben, zu gewährleisten.

Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 geben einen Überblick über die wichtigsten Nebenprodukte und Abfälle, die bei der Herstellung von PWBs, PCBs und Halbleitern anfallen. Darüber hinaus zeigen die Tabellen die wichtigsten Arten von Umweltauswirkungen und die allgemein anerkannten Mittel zur Minderung und Kontrolle des Abfallstroms. Die anfallenden Abfälle belasten in erster Linie Industrieabwässer oder die Luft oder werden zu festen Abfällen.

Tabelle 1. PWB-Abfallerzeugung und Kontrollen

Prozessschritte

Gefährlich
Rohstoffe verschwenden

Umwelt
Einfluss auf

Steuergriffe1

Werkstoff
Vorbereitung

Andere

Andere

Andere

Stapeln und feststecken

Schwer-/Edelmetalle
Epoxid/Fiberglas

Feste Abfälle2
Feste Abfälle2

Recyceln/wiederverwerten
Recyceln/wiederverwerten

Bohren

Schwer-/Edelmetalle
Epoxid/Fiberglas

Feste Abfälle2
Feste Abfälle2

Recyceln/wiederverwerten
Recyceln/wiederverwerten

Entgraten

Schwer-/Edelmetalle
Epoxid/Fiberglas

Feste Abfälle2
Feste Abfälle2

Recyceln/wiederverwerten
Recyceln/wiederverwerten

Stromlos
Verkupferung

Metallindustrie

Ätzende/ätzende Stoffe

Fluoride

Abwasser

Abwasser/Luft

Abwasser

Chemische Fällung

pH-Neutralisierung/Luftwäsche
(Absorption)
Chemische Neutralisierung

Imaging

Lösungsmittel

Korrosiven
Lösungsmittel

Air

Air
Feste Abfälle2

Adsorption, Kondensation bzw
Verbrennung
Luftwäsche (Absorption)
Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung

Musterplattierung

Korrosiven

Metallindustrie
Fluoride

Abwasser/Luft

Abwasser
Abwasser

pH-Neutralisierung/Luftwäsche
(Absorption)
Chemische Fällung
Chemische Fällung

Strippen, ätzen, strippen

Ammoniak
Metallindustrie
Lösungsmittel

Air
Abwasser
Feste Abfälle2

Luftwäsche (Adsorption)
Chemische Fällung
Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung

Lötmaske

Korrosiven
Lösungsmittel

Lösungsmittel/Epoxidfarben

Air
Air

Feste Abfälle2

Luftwäsche (Adsorption)
Adsorption, Kondensation, bzw
Verbrennung
Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung

Lötbeschichtung

Lösungsmittel

Korrosiven
Blei-/Zinnlot, Flussmittel

Air

Air
Feste Abfälle2

Adsorption, Kondensation bzw
Verbrennung
Luftwäsche (Adsorption)
Recyceln/wiederverwerten

Vergoldung

Korrosiven
Korrosiven
Metallindustrie
Metallindustrie

Air
Abwasser
Abwasser
Feste Abfälle2

Luftwäsche (Adsorption)
pH-Neutralisierung
Chemische Fällung
Recyceln/wiederverwerten

Komponente
Legende

Lösungsmittel

Lösungsmittel/Tinten

Air

Feste Abfälle2

Adsorptionskondensation bzw
Verbrennung
Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung

1. Die Verwendung von Minderungskontrollen hängt von den Einleitungsgrenzen am jeweiligen Standort ab.

2. Ein fester Abfall ist jedes entsorgte Material, unabhängig von seinem Zustand.

Tabelle 2. PCB-Abfallerzeugung und Kontrollen

Prozessschritte

Gefährlich
Rohstoffe verschwenden

Umwelt
Einfluss auf

Steuergriffe

Reinigung

Metalle (Blei)

Abwasser

pH-Neutralisierung, chemisch
Niederschlag, Blei recyceln

Lötpaste

Lotpaste (Blei/Zinn)

Feste Abfälle

Recyceln/wiederverwerten

Klebstoff
Anwendung

Epoxidkleber

Feste Abfälle

Verbrennung

Komponente
Einfügen

   

Bänder, Rollen und Schläuche aus Kunststoff
werden recycelt/wiederverwendet

Klebstoff aushärten u
Lötrückfluss

     

Flussmittel

Lösungsmittel (IPA-Flussmittel)

Feste Abfälle

Recycling:

Wellenlöten

Metall (Lötschlacke)

Feste Abfälle

Recyceln/wiederverwerten

Inspektion und
Ausbesserung

Metal
(Abschnitte der Zuleitungsdrähte)

Feste Abfälle

Recyceln/wiederverwerten

Testen

Verschrottet besiedelt
Bretter

Feste Abfälle

Recyceln/wiederverwerten
(Bretter für Edelmetall geschmolzen
Metallrückgewinnung)

Nacharbeiten u
Behebung

Metall (Lötschlacke)

Feste Abfälle

Recyceln/wiederverwerten

Unterstützung
Operationen – Schablone
Reinigung

Metal
(Blei/Zinn/Lotpaste)

Feste Abfälle

Recycling/Verbrennung

 

Tabelle 3. Abfallerzeugung und Kontrollen bei der Halbleiterherstellung

Prozessschritte

Gefährlich
Rohstoffe verschwenden

Umwelt
Einfluss auf

Steuergriffe

Lithografie/Radierung

Lösungsmittel
Metallindustrie
Ätzende/ätzende Stoffe
Korrosiven
Schwefelsäure
Fluoride

Feste Abfälle
Abwasser
Abwasser
Air
Feste Abfälle
Abwasser

Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
Chemische Fällung
pH-Neutralisierung
Luftwäsche (Absorption)
Recyceln/wiederverwerten
Chemische Fällung

Oxidation

Lösungsmittel
Korrosiven

Feste Abfälle
Abwasser

Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
pH-Neutralisierung

Doping

Giftgas (Arsenwasserstoff,
Phosphin, Diboran,
Bortrifluorid,
Bortrichlorid usw.)
Metalle (Arsen,
Phosphor, Bor)

Air



Feste Abfälle

Ersatz durch Flüssigkeit
Quellen/Verbrennung
(Nachbrenner)

Recyceln/wiederverwerten

Chemische Gasphasenabscheidung

Metallindustrie

Korrosiven

Feste Abfälle

Abwasser

Verbrennung

pH-Neutralisierung

Metallisierung

Lösungsmittel
Metallindustrie

Feste Abfälle
Feste Abfälle

Verbrennung
Recyceln/wiederverwerten

Montage und Prüfung

Lösungsmittel
Metallindustrie

Feste Abfälle
Feste Abfälle

Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
Recyceln/wiederverwerten

Reinigung

Korrosiven
Fluoride

Abwasser
Abwasser

pH-Neutralisierung
Chemische Fällung

 

Die folgenden sind allgemein anerkannte Mittel zur Minderung von Emissionen in der PWB-, PCB- und Halbleiterindustrie. Die gewählten Kontrollen variieren je nach technischen Fähigkeiten, Anforderungen der Regulierungsbehörde und den spezifischen Bestandteilen/Konzentrationen des Abfallstroms.

Abwasserkontrolle

Chemische Fällung

Chemische Ausfällung wird im Allgemeinen bei der Entfernung von teilchenförmigen oder löslichen Metallen aus Abwässern verwendet. Da Metalle nicht natürlich abgebaut werden und in geringen Konzentrationen giftig sind, ist ihre Entfernung aus Industrieabwässern unerlässlich. Metalle können chemisch aus dem Abwasser entfernt werden, da sie in Wasser nicht sehr löslich sind; ihre Löslichkeiten hängen vom pH-Wert, der Metallkonzentration, der Art des Metalls und der Anwesenheit anderer Ionen ab. Typischerweise erfordert der Abfallstrom eine pH-Einstellung auf das richtige Niveau, um das Metall auszufällen. Die Zugabe von Chemikalien zum Abwasser ist erforderlich, um den physikalischen Zustand von gelösten und suspendierten Feststoffen zu verändern. Üblicherweise werden Kalk-, Ätz- und Sulfidfällungsmittel verwendet. Die Fällungsmittel erleichtern die Entfernung von gelösten und suspendierten Metallen durch Koagulation, Sedimentation oder Einschluss in einem Niederschlag.

Eine Folge der chemischen Fällung von Abwasser ist die Ansammlung von Schlamm. Daher wurden Entwässerungsverfahren entwickelt, um das Schlammgewicht mittels Zentrifugen, Filterpressen, Filtern oder Trockenbetten zu reduzieren. Der resultierende entwässerte Schlamm kann dann der Verbrennung oder Deponie zugeführt werden.

pH-Neutralisierung

Der pH-Wert (die Wasserstoffionenkonzentration oder Acidität) ist ein wichtiger Qualitätsparameter in Industrieabwässern. Aufgrund der nachteiligen Auswirkungen von pH-Extremen in natürlichen Gewässern und auf Kläranlagen muss der pH-Wert von Industrieabwässern vor dem Ablassen aus der Produktionsanlage angepasst werden. Die Behandlung erfolgt in einer Reihe von Tanks, die auf die Wasserstoffionenkonzentration des Abwassers überwacht werden. Typischerweise werden Salz- oder Schwefelsäure als neutralisierende Ätzmittel verwendet, und Natriumhydroxid wird als neutralisierendes Ätzmittel verwendet. Das Neutralisationsmittel wird in den Abwasserablauf dosiert, um den pH-Wert des Ablaufs auf den gewünschten Wert einzustellen.

Vor der Anwendung anderer Abwasserbehandlungsverfahren ist häufig eine Einstellung des pH-Werts erforderlich. Solche Prozesse umfassen chemische Fällung, Oxidation/Reduktion, Aktivkohlesorption, Strippen und Ionenaustausch.

Abfallkontrolle

Materialien sind ein fester Abfall, wenn sie aufgegeben oder durch Entsorgung entsorgt werden; verbrannt oder eingeäschert; oder angesammelt, gelagert oder behandelt werden, bevor oder anstatt sie aufzugeben (US Code of Federal Regulation 40, Abschnitt 261.2). Gefährliche Abfälle weisen im Allgemeinen eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: Entzündlichkeit, Korrosivität, Reaktivität, Toxizität. Je nach Beschaffenheit des Gefahrstoffs/Abfalls werden verschiedene Mittel zur Kontrolle des Stoffes eingesetzt. Die Verbrennung ist eine gängige Behandlungsalternative für Lösungsmittel- und Metallabfälle, die bei der PWB-, PCB- und Halbleiterherstellung anfallen.

Verbrennung

Verbrennung (Nachbrenner) oder thermische Zerstörung ist eine beliebte Option im Umgang mit brennbaren und giftigen Abfällen geworden. In vielen Fällen werden zündfähige Abfälle (Lösungsmittel) als Brennstoffquelle (Brennstoffmischung) für thermische und katalytische Verbrennungsanlagen verwendet. Die ordnungsgemäße Verbrennung von Lösungsmitteln und giftigen Abfällen sorgt für eine vollständige Oxidation des Brennstoffs und wandelt brennbares Material in Kohlendioxid, Wasser und Asche um, wodurch keine Haftung im Zusammenhang mit gefährlichen Restabfällen entsteht. Die gängigen Verbrennungsarten sind thermische und katalytische Verbrennungsanlagen. Die Auswahl der Art des Verbrennungsverfahrens hängt von der Verbrennungstemperatur, den Brennstoffeigenschaften und der Verweilzeit ab. Thermische Verbrennungsöfen arbeiten bei hohen Temperaturen und werden häufig mit halogenierten Verbindungen verwendet. Arten von thermischen Verbrennungsanlagen umfassen Drehrohröfen, Flüssigkeitsinjektions-, Festherd-, Wirbelbett- und andere Verbrennungsanlagen mit fortschrittlichem Design.

Katalytische Verbrennungsöfen oxidieren brennbare Materialien (z. B. VOCs) durch Einspritzen eines erhitzten Gasstroms durch ein Katalysatorbett. Das Katalysatorbett maximiert die Oberfläche, und durch Einspritzen eines erhitzten Gasstroms in das Katalysatorbett kann die Verbrennung bei einer niedrigeren Temperatur als bei der thermischen Verbrennung stattfinden.

Luftemissionen

Die Verbrennung wird auch zur Kontrolle von Luftemissionen verwendet. Absorption und Adsorption werden ebenfalls verwendet.

Absorption

Luftabsorption wird typischerweise beim Waschen von korrosiven Luftemissionen verwendet, indem die Verunreinigung durchgeleitet und in einer nichtflüchtigen Flüssigkeit (z. B. Wasser) gelöst wird. Das Abwasser aus dem Absorptionsverfahren wird typischerweise in ein Abwasserbehandlungssystem eingeleitet, wo es einer pH-Einstellung unterzogen wird.

Adsorption

Adsorption ist das Anhaften (mittels physikalischer oder chemischer Kräfte) eines Gasmoleküls an der Oberfläche einer anderen Substanz, die als Adsorbens bezeichnet wird. Typischerweise wird Adsorption verwendet, um Lösungsmittel aus einer Luftemissionsquelle zu extrahieren. Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid oder Kieselgel sind üblicherweise verwendete Adsorptionsmittel.

Recycling

Recycelbare Materialien werden als Zutaten in einem industriellen Prozess zur Herstellung eines Produkts verwendet, wiederverwendet oder zurückgewonnen. Das Recycling von Materialien und Abfällen bietet ökologische und wirtschaftliche Mittel, um bestimmte Arten von Abfallströmen, wie Metalle und Lösungsmittel, effektiv anzugehen. Materialien und Abfälle können intern recycelt werden, oder Sekundärmärkte können recycelbare Materialien akzeptieren. Die Wahl des Recyclings als Alternative für Abfälle muss anhand finanzieller Erwägungen, des regulatorischen Rahmens und der verfügbaren Technologie zum Recycling der Materialien bewertet werden.

Zukünftige Ausrichtung

Da die Nachfrage nach Vermeidung von Umweltverschmutzung steigt und die Industrie nach kostengünstigen Mitteln sucht, um die Verwendung von Chemikalien und Abfall zu bewältigen, muss die Elektronikindustrie neue Techniken und Technologien evaluieren, um die Methoden für den Umgang mit gefährlichen Materialien und die Abfallerzeugung zu verbessern. Der End-of-Pipe-Ansatz wurde durch Design-for-the-Environment-Techniken ersetzt, bei denen Umweltfragen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts angegangen werden, darunter: Materialerhaltung; effiziente Fertigungsabläufe; die Verwendung umweltfreundlicherer Materialien; Recycling, Regenerierung und Rückgewinnung von Abfallprodukten; und eine Vielzahl anderer Techniken, die eine geringere Umweltbelastung für die Elektronikfertigungsindustrie gewährleisten. Ein Beispiel ist die große Wassermenge, die bei den vielen Spül- und anderen Bearbeitungsschritten in der Mikroelektronikindustrie verbraucht wird. In wasserarmen Gebieten zwingt dies die Industrie, Alternativen zu finden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Alternative (z. B. Lösungsmittel) keine zusätzlichen Umweltprobleme verursacht.

Als Beispiel für zukünftige Richtungen im PWB- und PCB-Prozess zeigt Tabelle 4 verschiedene Alternativen zur Schaffung umweltfreundlicherer Praktiken und zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Es wurden vorrangige Bedürfnisse und Ansätze ermittelt.

Tabelle 4. Matrix der vorrangigen Bedürfnisse

Prioritätsbedarf (abnehmend
Reihenfolge der Priorität)

Ansatz

Ausgewählte Aufgaben

Effizientere Nutzung,
Regenerierung und Recycling von
gefährliche Nasschemie

Verlängern Sie die Lebensdauer von Elektrolyten und
stromlose Plattierungsbäder.
Chemie entwickeln und
Prozesse, um Recycling zu ermöglichen
oder Inhouse-Regeneration.
Beseitigen Sie Formaldehyd aus
Materialien und Chemie.
Förderung des Recyclings vor Ort und
Rekultivierung/Regeneration.

Forschung zur Verlängerung der Bäder.
Online recherchieren
Reinigung/ Regenerierung.
Alternative erforschen
Chemie.
Regierungsvorschriften ändern
Recycling zu fördern.
Linienfertigung weiterbilden
Drag-In/Drag-Out-Probleme.

Reduzieren Sie die erzeugten festen Abfälle
durch Schrott PWBs, Leads u
Bestandteile im Abfall
Strom.

Entwickeln und fördern
Recycling von Altleiterplatten,
Leitungen und Komponenten.
Entwickeln Sie eine neue Prozesssteuerung
und Performance-Tools.
Verbesserung der Lötbarkeit von
Leiterplatten.

Infrastruktur entwickeln, um
mit recyceltem Material umgehen.
Etablieren Sie verbessert
Prozesskontrolle und Auswertung
Werkzeuge verwendbar durch kleine und
mittelständische Unternehmen.
Konsequent sauber liefern,
lötbare Platinen.

Etablieren Sie einen besseren Lieferanten
Beziehungen zur Verbesserung der
Entwicklung und Akzeptanz
von umweltfreundlich
Materialien.

Lieferanten fördern,
Hersteller, Kunde
Partnerschaften umzusetzen
Umweltmaterialien.

Entwickeln Sie ein gefährliches Modell
Materialwirtschaft
System für kleine u
mittelgroße PWB
Firmen.

Minimieren Sie die Auswirkungen von
Gefahrstoffeinsatz in
PWB-Fertigung.

Reduzieren Sie den Einsatz von Bleilot, wenn
möglich und/oder reduzieren die
Bleigehalt des Lotes.
Alternativen zum Löten entwickeln
Plattierung als Ätzresist.

Ändern Sie die Spezifikationen, um sie zu akzeptieren
Lötstopplack über blankem Kupfer.
Validieren Sie die Qualität des Leads
Beschichtungsalternativen.

Verwenden Sie additive Prozesse, die
konkurrieren mit bestehenden
Prozesse.

Vereinfacht entwickeln,
kostengünstiges Additiv
Material und Verfahren
Technologien.
Suchen Sie nach alternativen Quellen und
Ansätze für Additiv
Investitionsgüter verarbeiten
Bedürfnisse.

Arbeiten Sie an Projekten zusammen, um
neuartiges Additiv etablieren
Dielektrika und Metallisierung
Technologien und Prozesse.

Beseitigen Sie Lochverschmierungen in PWB
Herstellung.

Entwickeln Sie schmierfreie Harze oder
Bohrsysteme.

Alternative untersuchen
Laminat und Prepreg
Materialien.
Entwickeln Sie den Einsatz von Laser und
andere Alternativen zum Bohren
Systemen.

Reduzieren Sie den Wasserverbrauch
und Entlastung.

Wassernutzung entwickeln
optimieren und recyceln
System funktionieren.
Reduzieren Sie die Anzahl der
Reinigungsschritte in PWB
Herstellung.
Eliminieren Sie die Teilehandhabung und
Vorbereitung zu reduzieren
Nachreinigung.

Ändern Sie die Spezifikationen, um sie zu reduzieren
Reinigungsanforderungen.
Alternative untersuchen
Methoden der Teilehandhabung.
Ändern oder beseitigen
Chemie, die erfordert
Reinigung.

Quelle: MCC 1994.

 

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Inhalte

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