集成電路行業(yè)含氟化物、硫酸霧、氨等廢氣的處理

1、集成電路的廢氣處理朱海英112 黃其煜2（1.上海華虹NEC電子冇限公司2.上海交通人學(xué)微電子學(xué)院）摘要：集成電路匸業(yè)的廢氣有含就化物和硫酸霧的酸性廢氣、含氨的堿性廢氣、含異內(nèi)醇和光刻膠的有機(jī)廢氣，含SiO,的含塵廢氣,以及含硅烷、磷烷的工藝尾氣等,這些工業(yè)廢氣中大部分成分是有毒有害的, 必須進(jìn)行有效的處理才能排入人氣中。本文主耍討論上述匚業(yè)廢氣的分類(lèi)、處理方式、應(yīng)用范用及應(yīng)用實(shí) 例等。關(guān)鍵詞：集成電路工業(yè)廢氣處理1#1引言近十年來(lái)，集成電路產(chǎn)業(yè)在我國(guó)得到了迅速的 發(fā)展，隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)人，隨Z而產(chǎn)生的各 種污染也不斷引起企業(yè)、國(guó)家等方面的高度重視。 集成電路產(chǎn)生的污染物主要有生產(chǎn)廢水、工

2、藝廢 氣、生活污水、動(dòng)力設(shè)備噪川和固體廢物等。這些 污染物必須進(jìn)行冇效治理，才能提供安全的工作環(huán) 境及保護(hù)周邊的壞境牛態(tài)。本文將幣:點(diǎn)介紹匸業(yè)廢 氣的分類(lèi)、處埋方式、應(yīng)用范國(guó)及實(shí)例M。2集成電路的工藝廢氣分類(lèi)集成電路的工藝廢氣主耍分為6人類(lèi)：（1）酸性廢氣:來(lái)源于工藝流程中使用各種酸液 對(duì)芯片進(jìn)行慵蝕、清洗的過(guò)程以及擴(kuò)散等匚序，主 耍汚染物為氟化物、氯化氫、氮氧化物、硫酸霧等。（2）堿性廢氣:來(lái)源使用氨水、氨氣的刻蝕 工序，主耍污染物為NH3。（3）有機(jī)廢氣:來(lái)源于清洗、勻膠、去膠、刻蝕、 顯影丁序使用有機(jī)溶劑淸洗的過(guò)程，主耍成份為片 丙醇、光刻膠等仃機(jī)物。（4）含塵廢氣：來(lái)源J - CVD

3、I藝排氣，主耍污染物為粉塵（SiO2） o（5）匸藝尾氣：來(lái)源擴(kuò)散、離子注入和CVD等 工序使用的特殊氣體，如硅烷、磷烷、碑烷、乙硼 烷（B2H6）等，除部分在工藝中反應(yīng)消耗外,其余 均以尾氣的形式排放。（6）熱無(wú)處理廢氣：來(lái)源于擴(kuò)散等工序中的熱 氣排放，苴接排入人氣。3集成電路的L藝廢氣處埋方式、應(yīng)用范用 及實(shí)例集成電路生產(chǎn)線-般是24小時(shí)運(yùn)行的流水線, 廢氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)安全可靠。廢氣處理系統(tǒng)的 入11靜壓不能波動(dòng)太大,否則輕則導(dǎo)致匸藝設(shè)備的 報(bào)警，巫則導(dǎo)致芯片的報(bào)廢，只能在年度定期檢修 時(shí)可以考慮維持一定的靜壓。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮排風(fēng) 機(jī)的余量,排風(fēng)機(jī)為變頻風(fēng)機(jī),設(shè)計(jì)為N+1方式。 比如某

4、工廠（FAB）,酸性廢氣的設(shè)計(jì)用駅為 900n? nun （風(fēng)機(jī)能力）*4 （臺(tái)數(shù)）=3600m3/nuii,而 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，必須設(shè)計(jì)5臺(tái)風(fēng)機(jī)，而不是4臺(tái)。這樣平常運(yùn)行時(shí)，冇5臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)通過(guò)控制入I 1靜 斥根據(jù)處理風(fēng)駁自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)的頻率，一 II令一臺(tái) 風(fēng)機(jī)仃故障時(shí)，町以通過(guò)4臺(tái)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)彳亍，確保 入I I靜斥的穩(wěn)定。另外廢氣系統(tǒng)的制作材料也很關(guān) 鍵，必須安全可靠。早期的酸堿性廢氣的管配件為 聚氯乙烯（PVC）,但酸堿性廢氣的成分比較復(fù)雜, 集成電路一些押故表明，PVC不能滿(mǎn)足防爆耍求。 現(xiàn)在的集成電路企業(yè)所采川的酸堿性廢氣的管配 件為內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼板；熱無(wú)處理廢氣一 般采用鍍

5、鋅鋼板的材料；有機(jī)廢氣和粉塵廢氣一般 采用不銹鋼的材料。3.1酸性廢氣處理流程及應(yīng)川實(shí)例集成電路工藝過(guò)程中產(chǎn)生的酸性氣體，經(jīng)過(guò)酸 排氣配管至入I I的靜斥箱，經(jīng)過(guò)洗滌塔至排放I 1的 靜壓箱，除公了酸性物質(zhì)后，經(jīng)處理過(guò)的氣體經(jīng)過(guò) 排氣風(fēng)機(jī)排放到大氣中。洗滌塔何循環(huán)泵、循壞水 流量計(jì)、pH計(jì)、液位計(jì)等監(jiān)控系統(tǒng)，用氫氧化鈉 作為中和的化學(xué)品，通過(guò)測(cè)定循環(huán)水的pH值來(lái)控 制軾氧化鈉的注入泵開(kāi)關(guān)。經(jīng)過(guò)排氣處理的處理水 集中排放至工廠的廢水處理系統(tǒng)處理，達(dá)到工業(yè)排 放標(biāo)準(zhǔn)厲排放。圖1某FAB的酸性廢氣處理流程圖, 采用的篡級(jí)填料方式，通過(guò)循環(huán)泵將NaOH溶液加 壓并不斷從噴嘴中以霧狀噴出，噴出的NaOH

6、溶液 和廢氣中的酸性物質(zhì)起中和反丿W,從而達(dá)到凈化處 理目的,必要時(shí)，可以添加NaCIO進(jìn)行循環(huán)水殺 菌處理。處理裝置中的填料可以分散氣流和水流， 增加接觸面枳使酸性物質(zhì)與NaOH充分接觸，提周 去除效率，此種處理裝豐處理效率高，阻力小11比 較穩(wěn)定。酸性廢氣處理系統(tǒng)入11 H2SO4> HN6濃 度分別為20 mg.Nm出門(mén)濃度都為1 mg/Nm3： HF和HC1入【I濃度分別為22.4 ppm和12.3 ppm, 出11濃度分別為1.12 ppm和0.62 ppm,處理效率可 達(dá)95%。另外在此流程中，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在處理裝置后, 這樣風(fēng)機(jī)的軸承與腐蝕性廢氣隔絕，不易被腐蝕； 并且可以確保

7、處理裝盤(pán)連接處不因正壓而導(dǎo)致漏 風(fēng)。圖1某FAB的酸性廢氣處理流程圖3.2堿性廢7處理方式丁藝過(guò)程小產(chǎn)生的堿性廢氣處理流程和酸性 廢氣的流程類(lèi)似。不過(guò)它是以硫酸作為中和用的化 學(xué)品。集成電路生產(chǎn)中往往會(huì)產(chǎn)生人靈的硫酸廢 液，一般堿性廢氣用的硫酸以生產(chǎn)屮排放的廢硫酸 作為原料,這樣可以降低堿性廢氣處理成本。33仃機(jī)廢Y處理流程及應(yīng)用實(shí)例有機(jī)廢氣主耍冇吸收法、吸附法、焚燒法、生 物法等處理技術(shù)。吸收法是利用仃機(jī)7體水溶性的 特性，且添加次氯酸鈉或過(guò)氧化氫等氧化劑，將仃 機(jī)廢氣中的有機(jī)氣體去除。此方法因添加氧化劑不 但處理成木增加，且易形成二次污染，故吸收法未 得到泮遍應(yīng)用。牛物處理法是利用微住物的

8、代謝作 用，將污染物分解成無(wú)害物質(zhì)。生物處理法運(yùn)行費(fèi) 用低，二次污染小，但處理?xiàng)l件嚴(yán)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)， 占地面積人，故實(shí)際應(yīng)用較少。焚燒法是利用高溫 焚燒過(guò)程將冇機(jī)廢氣轉(zhuǎn)換成CO2與吐0,根據(jù)廢氣 的焚燒溫度可分為750°C85OC的焚燒化與350 £450°C觸媒焚化二類(lèi)，因觸媒式易造成觸媒帝 化，故很少采用這種方法。吸附法是利用高孔隙率、 高表面積的吸附劑,將廢氣中的有機(jī)氣體分子分 離，而凈化冇機(jī)廢氣。適用集成電路產(chǎn)業(yè)的冇機(jī) 廢氣處理萬(wàn)法何吸附法和焚燒法。圖2為某FAB的仃機(jī)廢氣處理流程圖。仃機(jī) 廢氣處理系統(tǒng)由高溫轉(zhuǎn)輪裝置和活性炭吸附裝說(shuō) 構(gòu)成。有機(jī)廢氣通過(guò)預(yù)過(guò)濾

9、器,除去灰塵顆粒,保 護(hù)卜游的設(shè)備：通過(guò)原氣體冷凝器，除去高沸點(diǎn)冇 機(jī)物屮堪乙茶酮MEA,保護(hù)高溫轉(zhuǎn)輪裝置內(nèi)的吸 附劑；通過(guò)加熱器,加熱冷凝后的有機(jī)廢氣至30 c左右，這樣可以提高冇機(jī)物吸附率；接著通過(guò) G-AC過(guò)濾器，再次過(guò)濾公除高沸點(diǎn)有機(jī)物。廢氣 送風(fēng)機(jī)將冇機(jī)廢氣送入高溫轉(zhuǎn)輪裝置進(jìn)行吸附。高 溫轉(zhuǎn)輪分為前后二室，并裝有一個(gè)人轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)上 裝仃紙質(zhì)活性炭過(guò)濾器。仃機(jī)廢氣過(guò)濾和吸附后排 入人氣中，吸附后的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)入另一室內(nèi)，通入150 c左右的熱空氣進(jìn)行解吸附，解吸附出來(lái)的濃縮氣 體通過(guò)過(guò)濾器、冷凝器、加熱器、G-AC過(guò)濾器等 設(shè)備，被濃縮氣體送風(fēng)機(jī)送入顆?；钚蕴课酵蔡?理，吸附后排放于大氣屮

10、。吸附筒的活性炭通過(guò)水 蒸氣及壓縮空氣控制吸附桶上卜州板動(dòng)作來(lái)完成 解吸附，解吸附后的水蒸氣經(jīng)冷凝后變成濃縮液冋 收。此流程設(shè)計(jì)的有機(jī)廢氣含異丙醇、醋酸丁脂、 二甲基亞硯、苯類(lèi)等，有機(jī)氣體濃度為65ppm.經(jīng) 高溫轉(zhuǎn)輪裝置處理，平均去除率可達(dá)90%以上，排 放到大氣中的有機(jī)氣體濃度小F 6.5ppm,濃縮氣 體的體積約為原廢氣的1/15左右，濃度為原廢氣 的12-13倍左右，活性碳吸附裝置平均去除率可達(dá) 95%以上。實(shí)際數(shù)據(jù)農(nóng)明其非甲烷總繪排放濃度為 1.55*90 mg/m3,排放速率為 0.010 0.155 kg/h, 均能達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)行處理效果良好。圖2某FAB的仃機(jī)廢氣處

11、理流程圖沸石濃縮轉(zhuǎn)輪焚燒法也是I I前被集成電路企業(yè)所廣泛采用的仃機(jī)氣體處理方法。仃機(jī)廢氣進(jìn)入沸石 轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪上的沸石吸附了廢氣中人部份有機(jī)成 分，佰使廢7中仃機(jī)成分的含彊人幅低降低而成為 較干凈的空氣，一部分較干凈的氣體排放至人氣 中，而另一部份氣體則進(jìn)入再生區(qū)，經(jīng)再牛區(qū)后的 廢氣則含仃高濃度的仃機(jī)成分，這樣可降低后續(xù)處 理程序的操作成本.利用沸石濃縮轉(zhuǎn)輪將人風(fēng)鼠低 濃度的廢氣濃縮為小風(fēng)吊爲(wèi)濃度，再以直熱式（燃'（ 式）焚化的方式，將冇機(jī)成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO2和 水，以達(dá)到去除有機(jī)物的冃的。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮燃燒 系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附和解析，不存在吸 附劑的飽和問(wèn)題，適為的調(diào)整轉(zhuǎn)輪

12、的轉(zhuǎn)速，再生溫 度、風(fēng)駁等，可得到相當(dāng)良好的效果，對(duì)于有機(jī)成 分的去除率在90%左右，濃縮倍數(shù)可達(dá)520。3.4含工廢氣處理方式會(huì)塵廢氣可采用帶過(guò)濾器件的過(guò)濾除塵器和 洗滌塔。比如某FAB采用文丘里洗滌塔,通過(guò)pH 控制NaOH的加入，使入II的Si。？粉塵濃度從 40.0mg/Nm3處理成為出丨I濃度為2.0mg/Nm3,去 除效率可達(dá)95% o3.5工藝尼氣處理方式集成電路牛產(chǎn)過(guò)程中使用的硅烷、磷烷等特殊 氣體基本上均為危險(xiǎn)、仃毒化學(xué)品，在生產(chǎn)裝置的 丁藝排氣中冇未反應(yīng)的氣體、特殊氣體鋼瓶交換時(shí) 也有氣體排出,且發(fā)生意外時(shí),有可能大屋的工藝 氣體因泄漏而排出，必須就近進(jìn)行安全處理。處理 的

13、方法有水洗式、干式吸附式、燃燒/加熱分解式。 特殊氣體的燃燒機(jī)理為：SiH4 + (?,-> SiO2 + 2H2O2PH,+4O： f PP+3HQ燃燒后產(chǎn)生的副產(chǎn)物Si02、B2O3等可沉淀， 燃燒產(chǎn)生的尾'(納入含塵廢氣或酸性廢氣，進(jìn)入洗 滌塔集中處理。表為工藝尾化處理方法。人限度地保障人體健康，維護(hù)生態(tài)平衡。冃前冇些 地方環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)制定了半導(dǎo)體行業(yè)污染物排 放標(biāo)準(zhǔn)，將使各集成電路企業(yè)更加巫視汚染物的 治理和控制。參考文獻(xiàn)1. 陳霖新等.潔凈廠房設(shè)計(jì)與施工，中國(guó)化學(xué)業(yè) 出版社,20032. 洪文雅.揮發(fā)性?xún)訖C(jī)廢氣處理技術(shù)簡(jiǎn)介.臺(tái)灣環(huán) 保產(chǎn)業(yè)，2003.10.203. 秦學(xué)禮.集成電路生產(chǎn)中廢氣的污染及治理.潔 凈與空調(diào)技術(shù)，2006 (1) 19-22作者簡(jiǎn)介朱海英，程碩士研究生，上海華虹NEC電子右限 公司，長(zhǎng)期從事集成電路的廠務(wù)運(yùn)行管理工作： 黃其煜，上海交通人學(xué)微電子學(xué)院副教授，博士, 研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體器件與制造工藝。5#表1為匚藝尾氣處理方