معرفة التنظيف الكيميائي والسلامة

1 التنظيف الكيميائي

في أشباه الموصلات-في تجارب عمليات تصنيع الأجهزة، يشير التنظيف الكيميائي إلى إزالة الشوائب الضارة أو الملوثات الزيتية المتراكمة على أسطح أشباه الموصلات والمواد المعدنية وأدوات المختبر. يستخدم التنظيف مواد كيميائية ومذيبات عضوية لإحداث تفاعلات كيميائية وتأثيرات إذابة للشوائب والملوثات الزيتية المتراكمة على أسطح قطع العمل. كما يمكن استخدام وسائل فيزيائية مثل المعالجة بالموجات فوق الصوتية والتسخين والتفريغ لإزالة الشوائب من أسطح قطع العمل. بعد ذلك، تُشطف قطع العمل بكميات كبيرة من الماء عالي التركيز.-نقاء ساخن-و-استخدم الماء البارد منزوع الأيونات للحصول على أسطح نظيفة.

1.1 أهمية التنظيف الكيميائي

يُعدّ التنظيف الكيميائي ضروريًا في جميع تجارب اختبار العمليات. وتؤثر جودة التنظيف الكيميائي تأثيرًا بالغًا على نتائج التجربة، إذ قد يؤدي التنظيف غير السليم إلى فشل التجربة أو نتائجها الضعيفة.-نتائج تجريبية عالية الجودة. لذلك، يُعد فهم وظائف ومبادئ التنظيف الكيميائي أمرًا ضروريًا لنجاح التجارب العملية.

كما هو معروف، فإن إحدى الخصائص الرئيسية لأشباه الموصلات هي حساسيتها العالية للشوائب. حتى آثار الشوائب الموجودة في الأجزاء-لكل-يمكن أن يؤدي مستوى المليون إلى تغيير الخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات. تُستغل هذه الخاصية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات ذات وظائف متنوعة عبر التطعيم. ومع ذلك، فإن هذه الخاصية نفسها تخلق تحديات لأشباه الموصلات.-تجارب عمليات تصنيع الأجهزة. يمكن أن تعمل الكواشف الكيميائية وأدوات المعالجة ومياه التنظيف كمصادر لتلوث الشوائب الضارة. حتى رقائق أشباه الموصلات النقية ستعاني من تلوث ملحوظ بالشوائب بعد تعرضها لفترة طويلة للهواء المحيط. يزيل التنظيف الكيميائي تلوث الشوائب الضارة ويحافظ على نظافة السيليكون.-أسطح الرقائق.

1.2 نطاق التنظيف الكيميائي

يشمل التنظيف الكيميائي بشكل رئيسي ثلاث فئات:

تنظيف السيليكون-أسطح الرقائق؛

تنظيف المواد المعدنية (مثل خيوط التنجستن لأقطاب التبخير، وصفائح الموليبدينوم لدعامات التبخير، وسبائك الألومنيوم لمصادر التبخير، والكروم للكروم)-تصنيع الأقنعة)؛

تنظيف الأدوات والأوعية (مثل الملاقط المعدنية، وأنابيب الكوارتز، والحاويات الزجاجية، وقوالب الجرافيت، والمنتجات البلاستيكية والمطاطية).

1.3 أنواع الشوائب الملوثة على السيليكون-أسطح الرقائق

(1) جزيئي-نوع امتزاز الشوائب

جزيئي نموذجي-تتشكل الملوثات الممتصة على السيليكون-تشمل أسطح الرقائق الشحوم والراتنجات والزيوت الطبيعية أو الاصطناعية. وتندرج معظم الشوائب التي تدخل أثناء قطع الركيزة وطحنها وتلميعها ضمن هذه الفئة. وتشمل المصادر الأخرى بصمات الأصابع وبقايا المقاوم الضوئي والمواد العضوية المتبقية.-رواسب المذيبات.

جزيئي-يتم امتصاص الشوائب من هذا النوع في الغالب بشكل فيزيائي وربطها بالسيليكون-تتجاذب أسطح الرقائق بفعل التجاذب الكهروستاتيكي. أما جزيئات الشحوم والراتنجات والزيوت فهي عمومًا غير متجاذبة.-قطبي. تنشأ الروابط من التجاذب بين جزيئات الشوائب المتعادلة والقوى المتبقية غير المُشبعة لذرات السيليكون السطحية. هذا التفاعل يُعادل قوى فان دير فالس بين الجزيئات في البلورات الجزيئية. هذه القوى الجاذبة ضعيفة نسبيًا وتتلاشى بسرعة مع ازدياد المسافة بين الجزيئات. يبلغ مدى التفاعل الفعال حوالي 2-3×10⁻⁸سم (2-3 (بالأنجستروم)، وهو ما يُقارن بأقطار الجزيئات. ومن ثم، فإن الجزيئية-يمكن إزالة الشوائب من هذا النوع بسهولة نسبية.

ومن الخصائص الرئيسية الأخرى أن معظم الجزيئات-الملوثات من النوع هي الماء-مركبات عضوية غير قابلة للذوبان. يؤدي امتصاصها إلى جعل السيليكون-أسطح الرقائق كارهة للماء، مما يعيق التلامس الفعال بين الماء منزوع الأيونات والحمض.-المحاليل القلوية وأسطح الرقائق. هذا يمنع تفاعل الكواشف مع جزيئات السطح ويعيق التنظيف الكيميائي الفعال.

(2) أيوني-نوع امتزاز الشوائب

الأيون المشترك-تتشكل الشوائب الممتصة على السيليكون-تتضمن أسطح الرقاقات K⁺نا⁺كاليفورنيا²⁺، المغنيسيوم²⁺، Fe²⁺، ح⁺، أوه⁻، ف⁻، Cl⁻، إس²⁻، CO₃²⁻وهكذا. تنشأ هذه الشوائب من مصادر متنوعة: الهواء المحيط، والأواني والمعدات، والمواد الكيميائية، والملوثات المنخفضة.-ماء منزوع الأيونات عالي النقاء، وماء الصنبور، وزفير الهواء، وعرق العامل.

أيوني-ينتمي نوع الامتزاز إلى حد كبير إلى الامتزاز الكيميائي. ترتبط أيونات الشوائب بأسطح الرقاقة من خلال التفاعلات الكيميائية.-قوى الترابط. تكون مسافات التوازن بين أيونات الشوائب وذرات السطح قصيرة للغاية، بحيث يمكن اعتبار الأيونات الممتزة جزءًا من شبكة السيليكون. يمكن للشوائب الأيونية الممتزة كيميائيًا أن تعمل كمراكز احتجاز: بعضها يرتبط بإلكترونات الشبكة الحرة ويعمل كمستقبلات؛ والبعض الآخر يحتجز الثقوب الحرة ويعمل كواهب. نظرًا لقوى الامتزاز الكيميائي القوية، فإن إزالة الشوائب الأيونية أصعب بكثير من إزالة الملوثات الجزيئية.

(3) الذري-نوع امتزاز الشوائب

الذري-تتكون الملوثات السطحية بشكل أساسي من ذرات معدنية مثل الذهب والفضة والنحاس والحديد والنيكل. وتنتج هذه الذرات المعدنية عادةً عن طريق تفاعلات الإزاحة الاختزالية في المحاليل الحمضية، وتترسب على السيليكون.-أسطح الرقائق.

الذري-يتميز الامتزاز من النوع الثقيل بأقوى قوة ربط وأصعب إزالة.-تتفاعل ذرات المعادن، كالذهب والبلاتين، بشكل طفيف مع الأحماض والقلويات العادية. لذا، يلزم استخدام كواشف خاصة، كالماء الملكي، لتكوين مركبات قابلة للذوبان. ثم تُغسل المركبات المعدنية بعد ذلك بمحاليل عالية التركيز.-ماء منزوع الأيونات نقي.

1.4 جنرال سيليكون-إجراءات تنظيف الرقاقات

كما تم تحليله أعلاه، جزيئي-يسهل إزالة الشوائب من هذا النوع نسبيًا. ويمكن للملوثات الجزيئية المتبقية أن تحجب الشوائب الأيونية.-وذري-تُشكل الشوائب من النوع الأول عائقًا أمام إزالتها. وبناءً على ذلك، يجب التخلص تمامًا من الملوثات الجزيئية أولًا أثناء عملية تصنيع السيليكون.-التنظيف الكيميائي للرقائق.

أيوني-وذري-تُمتص الشوائب من هذا النوع كيميائيًا بتقارب سطحي قوي. توجد الملوثات الذرية عادةً بكميات قليلة وتكون خاملة تجاه الأحماض والقلويات الشائعة؛ ولا يمكن إذابتها إلا بالماء الملكي أو الهيدروجين الحمضي.-محاليل البيروكسيد. يعمل كل من الماء الملكي وبيروكسيد الهيدروجين الحمضي على إذابة الشوائب الأيونية. يستخدم سير العمل القياسي الحمض.-تُستخدم محاليل قلوية أو بيروكسيد الهيدروجين القلوي لإزالة الشوائب الأيونية أولاً. ثم تُزال الملوثات الأيونية المتبقية والشوائب الذرية باستخدام الماء الملكي أو بيروكسيد الهيدروجين الحمضي. وأخيرًا، تُشطف بمحلول عالي التركيز.-تُكمل المياه منزوعة الأيونات النقية العملية.

باختصار، السيليكون العام-تسلسل تنظيف الرقاقة هو: إزالة الشحوم→إزالة الأيونات→الذري-إزالة الشوائب→منزوع الأيونات-الشطف بالماء.

يجب تنظيف رقائق السيليكون كيميائيًا قبل كل تجربة. ومع ذلك، تختلف حالة السطح من تجربة لأخرى. لذا، تختلف مواد التنظيف والأهداف ذات الأولوية تبعًا لذلك. تتميز إجراءات التنظيف العملية بالمرونة، وسيتم تحديد الطرق والخطوات المحددة لكل حالة على حدة.-by-يتم تحديد كل حالة على حدة وفقًا لعملية التنظيف الفعلية-متطلبات التأثير.

1.5 معالجة تنظيف المعادن والأواني الشائعة

تُعد المواد المعدنية وأدوات المختبرات مصادر رئيسية للسيليكون-تلوث الرقاقات. التنظيف الشامل للمعادن والأواني ضروري لضمان سلامة الرقاقات-نظافة الأسطح. مبدأ التنظيف العام للمعادن والأواني هو: إزالة الملوثات الدهنية أولاً؛ ثم إجراء عملية التخريش أو الغسل بالأحماض أو القلويات أو محاليل الغسيل أو الماء الملكي؛ وأخيراً الشطف جيداً بماء عالي التركيز.-ماء منزوع الأيونات نقي.

2- المعرفة بالسلامة

تستخدم التجارب في كثير من الأحيان مواد كيميائية وغازات متنوعة، بما في ذلك الأحماض القابلة للاشتعال والمتفجرة والسامة والمسببة للتآكل.-المواد القلوية. قد يؤدي سوء التعامل معها إلى وقوع حوادث. يجب إعطاء الأولوية للتدابير الوقائية. في حال وقوع حادث، حافظ على هدوئك ونفّذ الإجراءات التصحيحية المناسبة على الفور.

2.1 التعامل الآمن مع المذيبات العضوية

تشمل المذيبات العضوية الشائعة التولوين والأسيتون والإيثانول وميثيل إيثيل كيتون وثلاثي كلورو الإيثيلين ورابع كلوريد الكربون. معظم المذيبات العضوية قابلة للاشتعال وتشتعل تحت درجات حرارة عالية.-لا تسخن عبوات المذيبات مباشرة على المواقد الكهربائية؛ تجنب درجات الحرارة المرتفعة أو بالقرب من اللهب المكشوف. خزّنها في أماكن باردة بعيدًا عن مصادر الاشتعال.-يُفضّل استخدام سخان الحمام عند الحاجة إلى التدفئة. في حالة نشوب حريق، تُطفأ النيران بقطعة قماش مبللة أو رمل ناعم أو كربون.-مطفآت ثاني أكسيد الكربون، الكربون-لا تستخدم طفايات الحريق التي تحتوي على رابع كلوريد الكربون أو طفايات الحريق الرغوية. لا تستخدم الماء أو الماء مطلقًا.-حمض قاعدي-عوامل إطفاء القلويات.

المذيبات العضوية مواد متطايرة وتختلف في درجة سميتها. يجب إجراء جميع العمليات داخل خزائن شفط الأبخرة مع توفير تهوية كافية.

2.2 التعامل الآمن مع الأحماض والقلويات

تستخدم التجارب قوة-محاليل حمضية مثل حمض الكبريتيك، وحمض النيتريك، وحمض الهيدروكلوريك، وحمض الهيدروفلوريك، والماء الملكي، بالإضافة إلى محاليل قوية-تشمل المحاليل القلوية هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد البوتاسيوم. هذه المواد شديدة التآكل للجلد البشري والملابس، مما يتطلب رقابة دقيقة على السلامة التشغيلية.

قم بتركيب أنظمة تهوية وعادم فعالة في المناطق التي قد تتراكم فيها أبخرة الأحماض أو القلويات.

يجب على المشغلين ارتداء معدات الحماية المناسبة مثل القفازات المطاطية وأجهزة التنفس.

لا تقم أبدًا بسحب محاليل الأحماض أو القلويات عن طريق الفم؛ استخدم ماصات مزودة بمصابيح مطاطية.

توخ الحذر أثناء النقل لمنع انقلاب الزجاجات أو كسرها. وجّه فتحات الزجاجات بعيدًا عن الأفراد عند فتح العبوات.

أضف حمض الكبريتيك ببطء إلى الماء للتخفيف. لا تصب الماء أبدًا في حمض الكبريتيك المركز.

قبل عملية التعادل، قم بتخفيف الأحماض أو القلويات المركزة بالماء، ثم قم بإجراء عملية التعادل باستخدام محاليل القلويات أو الأحماض المناسبة.

يجب تفريغ الأوعية الفارغة التي كانت تحتوي سابقًا على أحماض أو قلويات مركزة بشكل كامل، وشطفها بالماء بشكل متكرر، ثم إخضاعها لإجراءات التنظيف الروتينية.

في حالة وجود حمض-في حالة الحروق القلوية، اغسل الأنسجة المصابة بكمية وفيرة من الماء الجاري فوراً. إذا دخلت الرذاذات في العينين، اغسلهما بسرعة بكميات كبيرة من ماء الصنبور. اطلب العناية الطبية الفورية بعد الشطف، بغض النظر عن شدة الحرق أو تعرض العينين.

2.3 التعامل الآمن مع الغازات

يتم تزويد الغازات التجريبية عبر أنابيب عالية الحرارة-أسطوانات الضغط أو خطوط أنابيب الغاز. قد يؤدي خلط بعض الغازات إلى الاحتراق أو الانفجار.

أسطوانات الغاز ملونة-تُرمّز الأسطوانات وتُصنّف لتحديد الغازات الموجودة بداخلها. تحتوي الأسطوانات على الغاز تحت ضغط عالٍ؛ وتصل الأسطوانات المعبأة حديثًا إلى حوالي 150 كجم/سم²تُطبق احتياطات أمان خاصة أثناء التخزين والاستخدام.

تجنب تعريض أسطوانات الغاز لأشعة الشمس المباشرة في فصل الصيف. أبقِ المواد القابلة للاشتعال ومصادر الإشعال بعيدة عن الأسطوانة.-مناطق التخزين.

قم بتخزين أزواج الغازات التي تتفاعل احتراقياً أو انفجارياً عند التلامس (مثل أسطوانات الهيدروجين والأكسجين) في غرف معزولة منفصلة لتجنب الحوادث الناجمة عن تسرب الغاز.

لا تقم بتفريغ غاز الأسطوانة بالكامل؛ احتفظ بضغط متبقٍ معين داخل الأسطوانات.

تجنب تلوث صمامات الأسطوانات والمفاتيح بالشحوم.

عند استخدام الهيدروجين، قم بتفريغ الهواء من المعدات باستخدام الغاز الخامل، وافحص النظام بأكمله بحثًا عن التسريبات، وقم بتركيب مانعات الارتداد اللهبي.

2.4 التعامل الآمن مع المواد السامة

تجنب التسمم عند التعامل مع الكواشف والمركبات الكيميائية السامة في التجارب. فيما يلي مبادئ السلامة الأساسية:

قم بإجراء العمليات داخل خزائن التهوية. عالج مخلفات النفايات والسوائل قبل التخلص منها في المواقع الآمنة المخصصة.

ارتدِ أجهزة التنفس والقفازات الواقية. تجنب ملامسة الجلد وابتلاع المواد السامة بأي ثمن.

اشطف القفازات جيداً بالماء قبل خلعها بعد الانتهاء من التجارب.