सेमीकंडक्टरमध्ये‑उपकरण प्रक्रिया प्रयोगांमध्ये, रासायनिक स्वच्छता म्हणजे सेमीकंडक्टर, धातूची सामग्री आणि प्रयोगशाळेतील उपकरणांच्या पृष्ठभागांवर शोषलेल्या विविध हानिकारक अशुद्धी किंवा तेलकट दूषित घटकांना काढून टाकणे होय. स्वच्छतेमध्ये, वर्कपीसच्या पृष्ठभागांवर शोषलेल्या अशुद्धी आणि तेलकट दूषित घटकांसोबत रासायनिक अभिक्रिया आणि विरघळण्याची क्रिया घडवून आणण्यासाठी रासायनिक अभिकर्मक आणि सेंद्रिय द्रावकांचा वापर केला जातो. वर्कपीसच्या पृष्ठभागांवरून अशुद्धी काढून टाकण्यासाठी अल्ट्रासोनिकेशन, उष्णता देणे आणि व्हॅक्यूम पंपिंग यांसारख्या भौतिक उपाययोजना देखील लागू केल्या जाऊ शकतात. त्यानंतर वर्कपीस उच्च सांद्रतेच्या मोठ्या प्रमाणातील द्रावणाने स्वच्छ धुतले जातात.‑शुद्धता गरम‑आणि‑स्वच्छ पृष्ठभाग मिळवण्यासाठी थंड निर्आयनित पाणी.
१.१ रासायनिक स्वच्छतेचे महत्त्व
प्रक्रिया चाचणीमधील प्रत्येक प्रयोगासाठी रासायनिक स्वच्छता आवश्यक असते. रासायनिक स्वच्छतेच्या गुणवत्तेचा प्रयोगाच्या निकालांवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. अयोग्य स्वच्छतेमुळे प्रयोग अयशस्वी किंवा निकृष्ट होऊ शकतो.‑दर्जेदार प्रायोगिक निष्कर्ष. त्यामुळे, यशस्वी प्रक्रिया प्रयोगांसाठी रासायनिक स्वच्छतेची कार्ये आणि तत्त्वे समजून घेणे आवश्यक आहे.
सर्वश्रुत आहे की, सेमीकंडक्टरचा एक प्रमुख गुणधर्म म्हणजे अशुद्धींप्रति त्यांची असलेली उच्च संवेदनशीलता. भागांमधील अगदी अल्प प्रमाणात असलेल्या अशुद्धींमुळेही ते संवेदनशील बनतात.‑प्रति‑सूक्ष्म कणांची पातळी सेमीकंडक्टरचे भौतिक गुणधर्म बदलू शकते. या गुणधर्माचा उपयोग डोपिंगद्वारे विविध कार्ये असलेली सेमीकंडक्टर उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जातो. तथापि, हाच गुणधर्म सेमीकंडक्टरसाठी आव्हाने निर्माण करतो.‑उपकरण प्रक्रिया प्रयोग. रासायनिक अभिकर्मक, प्रक्रिया साधने आणि स्वच्छतेसाठी वापरलेले पाणी हे सर्व हानिकारक अशुद्धी प्रदूषणाचे स्रोत ठरू शकतात. अगदी नवीन सेमीकंडक्टर वेफर्ससुद्धा सभोवतालच्या हवेच्या संपर्कात दीर्घकाळ राहिल्यानंतर लक्षणीय अशुद्धी प्रदूषणाने बाधित होतात. रासायनिक स्वच्छतेमुळे हानिकारक अशुद्धी प्रदूषण नाहीसे होते आणि सिलिकॉन स्वच्छ राहते.‑वेफरचे पृष्ठभाग.
१.२ रासायनिक स्वच्छतेची व्याप्ती
रासायनिक स्वच्छतेमध्ये प्रामुख्याने तीन श्रेणींचा समावेश होतो:
सिलिकॉनची स्वच्छता‑वेफरचे पृष्ठभाग;
धातूंच्या सामग्रीची स्वच्छता (उदा., बाष्पीभवन इलेक्ट्रोडसाठी टंगस्टन फिलामेंट्स, बाष्पीभवन आधारांसाठी मॉलिब्डेनम पत्रे, बाष्पीभवन स्रोतांसाठी ॲल्युमिनियम मिश्रधातू, क्रोमियमसाठी क्रोमियम)‑मास्क निर्मिती);
साधने आणि भांडी यांची स्वच्छता (उदा., धातूची चिमटा, क्वार्ट्झ ट्यूब, काचेची भांडी, ग्रॅफाइट मोल्ड, प्लास्टिक आणि रबर उत्पादने).
१.३ सिलिकॉनवरील दूषित अशुद्धींचे प्रकार‑वेफर पृष्ठभाग
(1) आण्विक‑प्रकार अशुद्धी अधिशोषण
ठराविक आण्विक‑सिलिकॉनवर शोषलेले दूषित पदार्थ तयार करा‑वेफरच्या पृष्ठभागावर नैसर्गिक किंवा कृत्रिम ग्रीस, रेझिन आणि तेल यांचा समावेश असतो. सबस्ट्रेट कटिंग, ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंग दरम्यान तयार होणाऱ्या अशुद्धी प्रामुख्याने याच श्रेणीत येतात. इतर स्रोतांमध्ये बोटांचे ठसे, फोटोरेझिस्टचे अवशेष आणि शिल्लक राहिलेले सेंद्रिय पदार्थ यांचा समावेश होतो.‑द्रावकाचे साठे.
आण्विक‑या प्रकारच्या अशुद्धी बहुतांशी भौतिकरित्या अधिशोषित होऊन सिलिकॉनला बांधल्या जातात.‑स्थिरविद्युत आकर्षणाने वेफरच्या पृष्ठभागांना जोडले जाते. ग्रीस, रेझिन आणि तेलांचे रेणू सामान्यतः स्थिरविद्युत नसतात.‑ध्रुवीय. उदासीन अशुद्ध रेणू आणि पृष्ठभागावरील सिलिकॉन अणूंच्या अतृप्त अवशिष्ट बलांमधील आकर्षणामुळे बंध निर्माण होतात. ही आंतरक्रिया आण्विक स्फटिकांमधील रेणूंमधील व्हॅन डर वाल्स बलांच्या समतुल्य आहे. अशी आकर्षक बले तुलनेने कमकुवत असतात आणि आंतररेणवीय अंतर वाढल्याने वेगाने क्षीण होतात. प्रभावी आंतरक्रिया पल्ला अंदाजे २ आहे.‑3×10⁻⁸सेमी (2‑3 Å), रेणूंच्या व्यासांशी तुलना करता येण्याजोगे. म्हणून रेणू‑प्रकार अशुद्धता तुलनेने सहजपणे काढता येतात.
आणखी एक प्रमुख वैशिष्ट्य म्हणजे बहुतेक आण्विक‑प्रकारचे प्रदूषक पाणी आहेत‑अविद्राव्य सेंद्रिय संयुगे. त्यांच्या अधिशोषणामुळे सिलिकॉन‑वेफरचे पृष्ठभाग जलविरोधी असतात, ज्यामुळे निर्आयनित पाणी / आम्ल यांच्यातील प्रभावी संपर्कास अडथळा येतो.‑अल्कली द्रावणे आणि वेफरचे पृष्ठभाग. यामुळे अभिकर्मकांना पृष्ठभागावरील कणांशी आंतरक्रिया करण्यापासून रोखले जाते आणि प्रभावी रासायनिक स्वच्छतेत अडथळा येतो.
(2) आयनिक‑प्रकार अशुद्धी अधिशोषण
सामान्य आयन‑सिलिकॉनवर शोषलेल्या अशुद्धी तयार करा‑वेफरच्या पृष्ठभागांमध्ये के चा समावेश होतो⁺, ना⁺, सीए²⁺, Mg²⁺, फे²⁺एच⁺, ओएच⁻, एफ⁻, Cl⁻एस²⁻, CO₃²⁻आणि असेच पुढे. या अशुद्धी विविध स्रोतांमधून येतात: सभोवतालची हवा, भांडी आणि उपकरणे, रासायनिक घटक, कमी‑शुद्ध डीआयनाइज्ड पाणी, नळाचे पाणी, उच्छ्वास आणि ऑपरेटरचा घाम.
आयनिक‑या प्रकारचे अधिशोषण मोठ्या प्रमाणावर रासायनिक अधिशोषणाच्या (केमिसॉर्प्शन) प्रकारात मोडते. अशुद्धीचे आयन रासायनिक प्रक्रियेद्वारे वेफरच्या पृष्ठभागाशी जोडले जातात.‑बंध बल. अशुद्ध आयन आणि पृष्ठभागावरील अणू यांच्यातील समतोल अंतर अत्यंत कमी असते, ज्यामुळे अधिशोषित आयनांना सिलिकॉन जाळीचाच एक भाग मानले जाऊ शकते. रासायनिकरित्या अधिशोषित आयनिक अशुद्धी अडकवण्याचे केंद्र म्हणून कार्य करू शकतात: काही मुक्त जाळी इलेक्ट्रॉनला बांधून घेतात आणि स्वीकारक म्हणून काम करतात; तर काही मुक्त छिद्रे अडकवून दाता म्हणून कार्य करतात. तीव्र रासायनिक अधिशोषण बलांमुळे, आण्विक प्रदूषकांना काढून टाकण्यापेक्षा आयनिक अशुद्धी काढून टाकणे खूपच कठीण आहे.
(3) अणु‑प्रकार अशुद्धी अधिशोषण
अणु‑पृष्ठभागावरील अशुद्ध घटक प्रामुख्याने सोने, चांदी, तांबे, लोह आणि निकेल यांसारख्या धातूंचे अणू असतात. हे धातूंचे अणू सामान्यतः आम्लयुक्त उत्कीर्णकांमधील (acidic etchants) अपचयन विस्थापन अभिक्रियांमुळे (reductive displacement reactions) तयार होतात आणि सिलिकॉनवर जमा होतात.‑वेफरचे पृष्ठभाग.
अणु‑जड प्रकारच्या अधिशोषणात सर्वात मजबूत बंधन शक्ती असते आणि ते काढून टाकणे सर्वात कठीण असते.‑सोने आणि प्लॅटिनमसारखे धातूंचे अणू सामान्य आम्ल आणि अल्कलींसोबत क्वचितच अभिक्रिया करतात. त्यामुळे, विद्राव्य संकुल (कॉम्प्लेक्स) तयार करण्यासाठी ॲक्वा रेजियासारख्या विशेष अभिकर्मकांची आवश्यकता असते. संकुलित धातूंचे प्रकार नंतर उच्च तीव्रतेच्या द्रावणाने धुऊन टाकले जातात.‑शुद्ध डीआयनाइज्ड पाणी.
१.४ सामान्य सिलिकॉन‑वेफर साफ करण्याची प्रक्रिया
वर विश्लेषण केल्याप्रमाणे, आण्विक‑आयनिक प्रकारच्या अशुद्धी काढणे तुलनेने सोपे असते. उरलेले आण्विक प्रदूषक आयनिक घटकांना झाकून टाकू शकतात.‑आणि अणु‑ते अशुद्धी निर्माण करतात आणि त्यांना काढून टाकण्यास अडथळा आणतात. त्यानुसार, सिलिकॉनच्या प्रक्रियेदरम्यान आण्विक दूषित घटक प्रथम पूर्णपणे काढून टाकले पाहिजेत.‑वेफरची रासायनिक स्वच्छता.
आयनिक‑आणि अणु‑अशुद्धी तीव्र पृष्ठभागीय आकर्षणासह रासायनिकरित्या शोषल्या जातात. अणू स्वरूपातील प्रदूषक सामान्यतः कमी प्रमाणात असतात आणि सामान्य आम्ल व अल्कलींप्रति अक्रिय असतात; ते फक्त ॲक्वा रेजिया किंवा आम्लयुक्त हायड्रोजनद्वारे विरघळू शकतात.‑पेरॉक्साइड द्रावणे. ॲक्वा रेजिया आणि आम्लयुक्त हायड्रोजन पेरॉक्साइड देखील आयनिक अशुद्धी विरघळवतात. प्रमाणित कार्यप्रवाहात आम्लाचा वापर केला जातो.‑सर्वप्रथम आयनिक अशुद्धी काढून टाकण्यासाठी अल्कली द्रावणे किंवा अल्कलाइन हायड्रोजन पेरॉक्साइड वापरले जाते. त्यानंतर, ॲक्वा रेजिया किंवा ॲसिडिक हायड्रोजन पेरॉक्साइड वापरून उर्वरित आयनिक दूषित घटक आणि अणू अशुद्धी काढून टाकल्या जातात. उच्च तीव्रतेच्या पाण्याने अंतिम स्वच्छ धुलाई केली जाते.‑शुद्ध डीआयनाइज्ड पाण्याने प्रक्रिया पूर्ण होते.
सारांशतः, सामान्य सिलिकॉन‑वेफर स्वच्छ करण्याचा क्रम आहे: ग्रीस काढणे→आयन काढणे→अणु‑अशुद्धी काढणे→डीआयनाइज्ड‑पाण्याने धुणे.
प्रत्येक प्रयोगापूर्वी सिलिकॉन वेफर्सची रासायनिक स्वच्छता करणे आवश्यक आहे. तथापि, प्रत्येक प्रयोगाच्या वेळी पृष्ठभागाची स्थिती भिन्न असते. त्यामुळे, स्वच्छतेसाठी वापरली जाणारी रसायने आणि प्राधान्यक्रम त्यानुसार बदलतात. स्वच्छतेच्या प्रत्यक्ष कार्यप्रवाहांमध्ये लवचिकता असते. नेमक्या पद्धती आणि टप्पे प्रत्येक प्रकरणानुसार निश्चित केले जातील.‑by‑प्रत्यक्ष साफसफाईनुसार प्रकरणानुसार‑परिणाम आवश्यकता.
१.५ सामान्य धातू आणि भांड्यांसाठी स्वच्छता उपचार
धातूंचे पदार्थ आणि प्रयोगशाळेतील उपकरणे हे सिलिकॉनचे प्रमुख स्रोत आहेत.‑वेफर दूषित होण्यापासून वाचवण्यासाठी धातू आणि उपकरणांची संपूर्ण स्वच्छता अनिवार्य आहे.‑पृष्ठभागाची स्वच्छता. धातू आणि भांडी स्वच्छ करण्याचे सामान्य तत्त्व खालीलप्रमाणे आहे: प्रथम ग्रीसचे अशुद्ध कण काढून टाका; आम्ल, अल्कली, धुण्याचे द्रावण किंवा ॲक्वा रेजिया वापरून एचिंग किंवा वॉशिंग करा; आणि शेवटी उच्च तापमानाच्या पाण्याने पूर्णपणे धुवून घ्या.‑शुद्ध डीआयनाइज्ड पाणी.
२ सुरक्षा ज्ञान
प्रयोगांमध्ये अनेकदा ज्वलनशील, स्फोटक, विषारी आणि क्षरणकारी आम्लासह विविध रसायने आणि वायू वापरले जातात.‑अल्कली पदार्थ. अयोग्य हाताळणीमुळे अपघात होऊ शकतो. प्रतिबंधात्मक उपायांना प्राधान्य दिले पाहिजे. अपघात झाल्यास, शांत राहा आणि योग्य ती सुधारणात्मक कारवाई त्वरित करा.
२.१ सेंद्रिय द्रावकांची सुरक्षित हाताळणी
सामान्य सेंद्रिय द्रावकांमध्ये टोल्युइन, ॲसिटोन, इथेनॉल, मिथाइल इथाइल केटोन, ट्रायक्लोरोइथिलीन आणि कार्बन टेट्राक्लोराइड यांचा समावेश होतो. बहुतेक सेंद्रिय द्रावक ज्वलनशील असतात आणि उच्च तापमानात पेट घेतात.‑तापमानाच्या परिस्थितीत किंवा उघड्या आगीजवळ ठेवू नका. त्यांना ज्वलनाच्या स्रोतांपासून दूर, थंड ठिकाणी साठवा. सॉल्व्हेंटची भांडी थेट इलेक्ट्रिक स्टोव्हवर गरम करू नका; पाणी‑जेव्हा गरम करण्याची आवश्यकता असते, तेव्हा बाथटब गरम करणे पसंत केले जाते. आग लागल्यास, ओल्या कापडाने, बारीक वाळूने, कार्बनने ज्वाला विझवा.‑डायऑक्साइड अग्निशामक, कार्बन‑टेट्राक्लोराइड अग्निशामक किंवा फोम अग्निशामक. पाणी किंवा पाण्याचा वापर कधीही करू नका.‑आधारित आम्ल‑अल्कली विझवणारे घटक.
सेंद्रिय द्रावके बाष्पशील असतात आणि त्यांच्यात कमी-अधिक प्रमाणात विषारीपणा असतो. सर्व कार्यवाही पुरेशा वायुवीजनासह फ्युम हूडच्या आतच केली पाहिजे.
२.२ आम्ल आणि अल्कलींची सुरक्षित हाताळणी
प्रयोगांमध्ये शक्तिशाली वापर केला जातो‑सल्फ्यूरिक आम्ल, नायट्रिक आम्ल, हायड्रोक्लोरिक आम्ल, हायड्रोफ्लुरिक आम्ल आणि ॲक्वा रेजिया यांसारखी आम्ल द्रावणे, तसेच तीव्र‑सोडियम हायड्रॉक्साइड आणि पोटॅशियम हायड्रॉक्साइड यांचा समावेश असलेली अल्कली द्रावणे. हे पदार्थ मानवी त्वचेसाठी आणि कपड्यांसाठी अत्यंत क्षरणकारी असतात, त्यामुळे कार्यान्वयन सुरक्षेवर काळजीपूर्वक नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.
ज्या ठिकाणी आम्ल किंवा अल्कलीच्या वाफा साचू शकतात, त्या ठिकाणी प्रभावी वायुवीजन आणि निष्कासन प्रणाली बसवा.
ऑपरेटरनी रबरचे हातमोजे आणि श्वसनयंत्र यांसारखी योग्य संरक्षक साधने परिधान करावीत.
आम्ल किंवा अल्कली द्रावण तोंडाने पिपेटने कधीही घेऊ नका; त्यासाठी रबर बल्ब लावलेल्या पिपेटचा वापर करा.
वाहतुकीदरम्यान बाटली कलंडू नये किंवा फुटू नये यासाठी काळजी घ्या. बाटल्या उघडताना त्यांची तोंडे माणसांपासून दूर ठेवा.
सल्फ्यूरिक ऍसिड सौम्य करण्यासाठी नेहमी पाण्यात हळूहळू घाला. तीव्र सल्फ्यूरिक ऍसिडमध्ये कधीही पाणी ओतू नका.
उदासीनीकरण करण्यापूर्वी, संहत आम्ल किंवा अल्कली पाण्यात विरघळवा, त्यानंतर संबंधित अल्कली किंवा आम्ल द्रावणांचा वापर करून उदासीनीकरण करा.
ज्या रिकाम्या भांड्यांमध्ये पूर्वी तीव्र आम्ल किंवा अल्कली ठेवल्या होत्या, ती पूर्णपणे रिकामी करावीत, पाण्याने वारंवार स्वच्छ धुवावीत आणि त्यानंतर नियमित स्वच्छता प्रक्रिया करावी.
आम्लाच्या घटनेत‑अल्कलीमुळे भाजल्यास, प्रभावित झालेला भाग ताबडतोब वाहत्या पाण्याने भरपूर धुवा. डोळ्यात शिंतोडे गेल्यास, डोळे नळाच्या पाण्याने भरपूर प्रमाणात त्वरित धुवा. डोळे धुतल्यानंतर, भाजण्याची तीव्रता किंवा डोळ्यांवर परिणाम झाला असला तरीही, तात्काळ वैद्यकीय उपचार घ्या.
२.३ वायूंची सुरक्षित हाताळणी
प्रायोगिक वायू उच्च मार्फत पुरवले जातात‑दाब सिलिंडर किंवा गॅस पाइपलाइन. काही विशिष्ट वायू मिसळल्यास ज्वलन किंवा स्फोट होऊ शकतो.
गॅस सिलिंडर रंगीत असतात‑आत असलेले वायू ओळखण्यासाठी सांकेतिक आणि लेबल लावलेले असतात. सिलिंडरमध्ये वायू उच्च दाबाने साठवला जातो; नवीन भरलेल्या सिलिंडरचा दाब अंदाजे १५० पर्यंत पोहोचतो. किलो/सेमी²साठवणूक आणि वापरादरम्यान विशेष सुरक्षा खबरदारी घेणे आवश्यक आहे.
उन्हाळ्यात गॅस सिलिंडर थेट सूर्यप्रकाशात ठेवणे टाळा. ज्वलनशील पदार्थ आणि प्रज्वलन स्रोत सिलिंडरपासून दूर ठेवा.‑साठवण क्षेत्रे.
संपर्कात आल्यावर ज्वलनशील किंवा स्फोटक प्रतिक्रिया देणाऱ्या वायूंच्या जोड्या (उदा. हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन सिलिंडर) वायू गळतीमुळे होणारे अपघात टाळण्यासाठी वेगवेगळ्या, अलग खोल्यांमध्ये साठवा.
सिलेंडरमधील वायू पूर्णपणे बाहेर काढू नका; सिलेंडरमध्ये ठराविक अवशिष्ट दाब टिकवून ठेवा.
सिलेंडर व्हॉल्व्ह आणि पानांवर ग्रीस लागू नये याची काळजी घ्या.
हायड्रोजन वापरताना, निष्क्रिय वायूने उपकरणांमधील हवा बाहेर काढा, गळतीसाठी संपूर्ण प्रणालीची तपासणी करा आणि फ्लॅशबॅक अरेस्टर्स बसवा.
२.४ विषारी पदार्थांची सुरक्षित हाताळणी
प्रयोगांमध्ये विषारी रासायनिक अभिकर्मक आणि संयुगे हाताळताना विषबाधा टाळा. सुरक्षेची मुख्य तत्त्वे पुढीलप्रमाणे आहेत:
फ्युम हूडच्या आत कामकाज करा. टाकाऊ अवशेष आणि टाकाऊ द्रव्यांची निर्धारित सुरक्षित ठिकाणी विल्हेवाट लावण्यापूर्वी त्यावर प्रक्रिया करा.
श्वसनयंत्र आणि संरक्षक हातमोजे घाला. विषारी पदार्थांचा त्वचेशी संपर्क आणि तोंडावाटे सेवन कोणत्याही परिस्थितीत टाळा.
प्रयोग पूर्ण झाल्यावर हातमोजे काढण्यापूर्वी ते पाण्याने पूर्णपणे स्वच्छ धुवा.
पोस्ट करण्याची वेळ: ३० जुलै २०२६