半导体制程废气处理技术实践

技术专栏

TechnologyColumn

半导体制程废气处理技术实践

陈玉峰,杨骥

(上海交通大学环境科学和工程学院,上海200030)

摘要:讨论了半导体制造废气处理技术与排放,包括热排气、酸性排气、碱性排气和有机排气这四种工艺废气处理设备的应用和处理原理,以及在实际的操作运行中不同系统控制参数对处理效率的影响,并通过实验确定合理的参数设定范围。特别阐述了有机废气处理技术和相关处理设备的应用和操作运行,以及实现系统高效节能运行的技术实践,对半导体厂实现环境保护以及降低气态分子级污染物对生产的影响提供了现实可行的操作依据。

关键词:半导体制造;气态分子级污染物;酸性排气;碱性排气;有机排气;挥发性有机成分

中图分类号:TN305 97 文献标识码:A 文章编号:1003-353X(2008)09-0752-04

ApplicationofWasteGasTreatmentTechnology

inSemiconductorManufactory

ChenYufeng,YangJi

(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China)

Abstract:Somewastegastreatmenttechnologiesanddischargeinsemiconductormanufacturingwereintroduced,includingwastegastreatmentequipmentandtechnologyusedforheatexhaust,acidexhaust,alkalineexhaustandorganicexhaust,eachtreatmentsystemcriticalparametercontrolspecificationwerediscussed,suchasthepHandconductivityvalueofscrubbercirculatingwater,theoxidizertemperatureanddissorptionvolumeoforganicwastegastreatmentsystem.Andespeciallyitwasemphasizedonorganicwastegastreatmenttechnologyapplicationonhowtorunthesystemhighefficientlyandeconomically.Itwillbehelpfultosemiconductormanufacturersthatwishtobeenvironmen-tfriendlycompany.

Keywords:semiconductormanufactory;airbornemolecularcontamination(AMC);scrubbedexhaustsystem(SEX);ammoniaexhaustsystem(AEX);VOCexhaustsystem(VEX);volatileorganiccompounds(VOC)

EEACC:7280C

0 引言

半导体制造工艺中需要使用多种特殊气体、大量的酸、碱等化学品以及有机溶剂和挥发性液体,其中有 工艺气体:硅烷、磷化氢、三氢化砷、氨、三氯化硼、三氟化硼、氯、二氯磺酞、四氯化硅、氢化硫、三氯甲苯、碘化硫、氯化氢等; 酸性液体:HF、H2SO4、HCL、HNO3、乙酸等; 碱性液体:NH4OH、NaOH等; 溶剂:丙酮、二甲苯、IPA、PGMEA、PGME、MEA、DMSO、NMP、752 半导体技术第33卷第9期

HMDS等。这些气体和化学品在半导体制造的不同工艺中使用,产生的废气通过排风系统收集并处理,这些废气如果没有经过很好的处理便进行排

放,将造成严重的问题,不仅影响人们的身体健康,恶化大气环境,造成环境污染的公害事件等,也会成为半导体制造中AMC污染的重要来源。影响半导体制程的AMC分为很多类,包括酸性、碱性、可凝性、掺杂性等物质,不同的污染物对各种工艺产生不同的影响,尤其是高沸点可凝性VOC几乎对所有的工艺都会产生不良的影响。当半导体

2008年9月

陈玉峰 等:半导体制程废气处理技术实践

技术进入65nm以下时,大多数AMC的控制规范要求在1~5ng/L以下。因此为了降低AMC的控制成本,从根源上控制污染物的排放是最佳选择

[1]

一些特殊的废气,包括剧毒、自燃、易爆等废气则需要先通过干式洗涤塔等设备通过吸附或氧化/燃烧等方法就地处理,之后再排入中央废气处理系统。

中央废气处理系统的核心设备是一种采用水洗式的洗涤塔,它的主要功能是通过控制洗涤塔中水的酸碱度、电导度等参数,在废气与水交叉流过时使废气在洗涤塔中与水进行充分接触,吸收其中的酸性或碱性物质[2]。洗涤塔内安装有填料床,用于增大废气与水的接触面积,延长接触时间。填料床下面是循环水池,通过循环水泵使液体不停的循环。还设有加药泵、pH计用于控制pH值;液位计、电导度计用于排水和补水控制;压差开关、压力传感器用于监控系统的运行情况[3]。

通过调整酸性排气洗涤塔循环水的pH值发现,淋洗塔内的物理吸收是一个不稳定的可逆过程,吸收水中的酸,并在淋洗过程中很容易再被脱附出来。当pH低于7 6时,即使将循环水的电导度调至低于5mS/cm,系统的处理效率仍然不超过60%;而当pH值高于8时,系统处理效率通常高于90%;当pH值达到10时,系统处理效率甚至超过99%。因此控制pH值是保证系统处理效率的关键参数。虽然酸性排气洗涤塔,pH值越高处理效率越好,但实际运行中pH过高会增加运行成本,并会产生结晶等问题,危及生产安全,因此pH值通常控制在8~10。同样,对于碱性排气洗涤塔,pH值通常控制在3~6。

在系统实际操作运行中发现,影响系统处理效率的另一个主要因素是循环水量的问题。洗涤塔在连续运转一定时期后(一般为6个月)开始出现处理效率下降,即使调高pH值也收效甚微,原因在于洗涤塔循环水中的盐类很容易在喷嘴处形成结晶,造成堵塞,使循环水量下降,而水量不足使得废气和水不能充分接触,因而影响系统的处理效率。因此运行中要把洗涤塔循环水的电导度严格控制在20mS/cm以下,减少盐类堵塞喷嘴的情况,定期对喷嘴进行清理,对循环水泵和淋洗塔进行保养,将循环水压力控制在1 5 105Pa以下,保证充足的循环水量。1 3 有机废气处理系统

半导体制造过程中排放的含有有机成分的废气

SemiconductorTechnologyVol 33No 9

。

1 半导体废气处理技术应用

依据这些废气的特性,在处理上采用水洗、氧化/燃烧、吸附、解离、冷凝等方法。在半导体制造厂,依照系统废气排放可分为:一般排气(GEX)、酸性排气(SEX)、碱性排气(AEX)和有机排气(VEX)。针对不同污染物,可采取以下综合处理方法。1 1 一般排气系统

半导体厂一般排气(GEX)系统在运行中也称为热排气系统,生产过程中一些设备局部会产生大量的热或产生会对高洁净度生产环境造成影响的含尘无害气体。为了满足半导体制程对环境温湿度((22 1) ,(45 5)%)和洁净度的极高要求,可将此种废气通过风管系统进行收集,然后以风机抽取并排放。通过对部分设备热排气的洁净度抽样检测发现,虽然一般排气用于抽取设备的含尘排放,但由于一般排气系统抽取的气体直接来自洁净室内,且设备含尘排放浓度很低,因此在总风管处检测的结果仍为洁净级别。对设备排放点的温度测量显示,不同设备和排放点热排气温度差异较大,最高超过42 ,最低至22 ,但总排放口的温度测量却并不超过26 ,只略高于洁净室温度,仍属于室温范围。因此GEX可以直接排放至大气环境,不需做任何处理,为无害排放。1 2 酸性、碱性废气处理系统

对半导体制造中产生的酸性和碱性废气采用分别收集、分别处理的方法,但处理设备和处理原理基本相同。

对于含有酸性/碱性物质的废气,半导体厂大都采用大型洗涤式中央废气处理系统进行处理。由于半导体制造工作区域离中央废气处理系统距离较远,因此部分酸性/碱性废气在输送至中央废气处理系统前,常因气体特性导致在管路中结晶或粉尘堆积,造成管路堵塞后导致气体外泄,严重者甚至引发爆炸,危害现场工作人员的工作安全。因此在工作区域需配置适合制程气体特性的就地废气处理设备进行就地处理,之后再排入中央处理系统,而

September 2008

753

陈玉峰 等:半导体制程废气处理技术实践

(VOC)通常采用直接焚烧、活性炭吸附、生物氧化等方法进行处理,但低浓度大风量的有机废气直接焚 …… 此处隐藏：7361字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……