談半導(dǎo)體先進(jìn)制程廢水處理技術(shù)

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【摘要】當(dāng)前，我國(guó)的半導(dǎo)體制造已經(jīng)進(jìn)入28納米制程量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，所以很多工廠(chǎng)都引進(jìn)了相應(yīng)的設(shè)備，所引進(jìn)的相應(yīng)設(shè)備所使用的化學(xué)品量和相應(yīng)制程與以往有很大的不同。同時(shí)，在注重環(huán)保的理念下，相應(yīng)的排放規(guī)則也與以往有所不同，所以這就對(duì)其廢水處理有著嚴(yán)格的要求。論文首先介紹了先進(jìn)制程對(duì)廢水排放的影響，以及半導(dǎo)體先進(jìn)制程的廢水處理系統(tǒng)的變化，進(jìn)而為半導(dǎo)體先進(jìn)制程的廢水處理提供相應(yīng)參考。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體；先進(jìn)制程；廢水處理技術(shù)

1引言

2017年，我國(guó)的半導(dǎo)體工廠(chǎng)數(shù)量越來(lái)越多，目前的數(shù)量已經(jīng)能夠滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求，而且在數(shù)量不斷增多的基礎(chǔ)上，也在不斷地研究更高水平的半導(dǎo)體。而對(duì)于這其中的處理部門(mén)而言，在生產(chǎn)過(guò)程中濕式蝕刻和化學(xué)機(jī)械研磨這兩個(gè)部門(mén)所消耗的水量較大，那么就會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)大量的廢水。因此，這就需要根據(jù)這兩個(gè)部門(mén)來(lái)研究其廢水處理技術(shù)，減少對(duì)水資源的浪費(fèi)，更好地保護(hù)環(huán)境。

2先進(jìn)制程對(duì)廢水排放的影響

在傳統(tǒng)情況下，濕式蝕刻一般會(huì)利用相應(yīng)的機(jī)械來(lái)完成濕式蝕刻的具體處理工序，所利用的機(jī)械是將數(shù)十個(gè)半導(dǎo)體送入機(jī)械中，然后對(duì)其進(jìn)行蝕刻和清洗。在這其中，化學(xué)品的更換標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)[1]：第一，實(shí)際的Lot數(shù)；第二，物理時(shí)間。無(wú)論先達(dá)到哪一個(gè)指標(biāo)，都會(huì)對(duì)其進(jìn)行換酸處理。在這種方法應(yīng)用下的化學(xué)品能夠反復(fù)使用，其沖洗則是按照Lot的具體情況來(lái)進(jìn)行，將對(duì)其完成沖洗后的水通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行回收。而在先進(jìn)制程情況下，則開(kāi)始利用SingleWafer這種機(jī)器，這類(lèi)機(jī)器的構(gòu)成更為精密，其化學(xué)品處理方式與傳統(tǒng)的機(jī)械處理并不相同，此類(lèi)機(jī)器中可能會(huì)有幾種不同的制程，例如，清洗、噴氫氟酸，等等。因此，濕式蝕刻部門(mén)的廢水總量就開(kāi)始有所下降，其能夠進(jìn)行回收的水量也與以往相比有所下降。大多數(shù)情況下，利用這類(lèi)機(jī)器時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生任何回收水，一些化學(xué)品在這種情況下，也不能夠反復(fù)使用，其化學(xué)品的用量有所增長(zhǎng)，廢水的濃度增加。光照部門(mén)在應(yīng)用先進(jìn)制程后，其酸堿的廢水并沒(méi)有過(guò)多改變，其芯片變得復(fù)雜，并且其廢水中的各類(lèi)廢物，如單乙基醚丙二醇等廢液有所增多，其曝光次數(shù)也明顯增多，排水總量有所增加。

3化學(xué)品用量的變化

相比于之前而言，在先進(jìn)制程下很多化學(xué)品用量都有著明顯的增加，其廢液的排放量有所提升。例如，在傳統(tǒng)情況下，化學(xué)品一次曝光間隔排放量為1，而先進(jìn)制程一次曝光間隔使用的化學(xué)品用量為3～4。

4廢水廢液排放濃度的變化

對(duì)于半導(dǎo)體制造廠(chǎng)而言，在處理廢液的過(guò)程中，應(yīng)該按照我國(guó)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，其排放量每天要小于5t，并且在這個(gè)過(guò)程中盡量不要新建系統(tǒng)，而是需要由相應(yīng)的外包廠(chǎng)商來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理。在先進(jìn)制程中大多都會(huì)利用臭氧氧化制程，并沒(méi)有使用新的化學(xué)品，只是對(duì)其原有的比例進(jìn)行修改，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行使用，以此來(lái)獲取更為理想的效果。通過(guò)利用SingleWafer，能夠?qū)U水如氨水、氫氟酸的濃度或組分帶來(lái)較大的影響。

5廢水處理系統(tǒng)的變化

在先進(jìn)制程中，半導(dǎo)體行業(yè)廢水處理中的氫氟和氨氮系統(tǒng)依然存在，在這其中有所變化的是雙氧水的用量有很大的提升，這也就導(dǎo)致其排放廢水中的雙氧水比例大幅增加[2]。但是，當(dāng)前我國(guó)針對(duì)這一方面并沒(méi)有明確的規(guī)定，而且在對(duì)其處理的過(guò)程中，雙氧水的處理較慢，這就導(dǎo)致總排過(guò)高的雙氧水會(huì)影響COD的測(cè)定，而且在不斷分解中會(huì)出現(xiàn)氣泡，這樣在利用相應(yīng)機(jī)械時(shí)，就會(huì)影響機(jī)械的正常使用。在新建系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)該積極利用雙氧水處理系統(tǒng)，對(duì)廢氫氟酸、廢氨水等進(jìn)行處理，盡量減少磁力泵的使用，因?yàn)檫@類(lèi)設(shè)備會(huì)很容易受到氣泡的影響。在廢氨水系統(tǒng)進(jìn)水中，我國(guó)某半導(dǎo)體廠(chǎng)的雙氧水的濃度過(guò)高，如果在這其中是利用吹脫法來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理，那么效果并不明顯，對(duì)其下游利用氫氟處理系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行稀釋。如果利用藥劑法來(lái)進(jìn)行處理，其廢水處理成本約為每噸8元。當(dāng)前，利用錳催化還原工藝，能夠?qū)⑵涑杀窘档矫繃?.08元。在40nm以下的制程中，其含氫氟廢水量能夠達(dá)到總廢水的35%左右，而傳統(tǒng)的制程下，其只占據(jù)10%左右，一些地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氟的要求是每升要低于10mL。因此，在先進(jìn)制程下，對(duì)于廢水處理系統(tǒng)的要求更高，如果沒(méi)有從多個(gè)方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行考慮和處理，就很有可能會(huì)導(dǎo)致總排超標(biāo)。此外，工廠(chǎng)不僅需要為其建立規(guī)格較大的回流槽，還應(yīng)該在這其中添加除氟劑，以此來(lái)取得更為理想的去除效果。

6新增廢水處理系統(tǒng)

由以上可知，在先進(jìn)制程下，銅制程的排水量會(huì)有所增加，如果在此過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，那么就會(huì)導(dǎo)致其排放量高于標(biāo)準(zhǔn)。因此，在這其中就應(yīng)該加設(shè)銅處理系統(tǒng)。對(duì)于銅處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般收集電鍍制程的沖洗水和銅制程研磨的含銅排放水。對(duì)于濃硫酸銅來(lái)說(shuō)，一般都是利用外載回收的方法，其成本投入更低。對(duì)于銅的處理，利用傳統(tǒng)的沉淀法就能夠達(dá)到相應(yīng)的效果，雖然在這其中存在一定絡(luò)合態(tài)的銅，但是因?yàn)榻?jīng)過(guò)處理，系統(tǒng)出水能夠較為穩(wěn)定地控制在指標(biāo)之下。在這其中應(yīng)該注意的就是銅制程下的研磨劑更加容易出現(xiàn)沉淀，進(jìn)而就會(huì)對(duì)其排水管道造成堵塞，進(jìn)而影響沉淀效果。在銅處理系統(tǒng)中，應(yīng)該避免出現(xiàn)糊狀的沉淀物。通常情況下，可以利用硫酸去光阻，隨著SingleWafer設(shè)備的使用，其內(nèi)部的構(gòu)造也越來(lái)越復(fù)雜，這樣就導(dǎo)致廢硫酸量與以往相比有所增加。與此同時(shí)，為了能夠達(dá)到更好的去除光刻膠的效果，就會(huì)提高雙氧水的比例，讓其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在這過(guò)程中就導(dǎo)致其具備較為明顯的氧化效果，而且在分解過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的熱。因?yàn)樵谑褂眠^(guò)程中，硫酸是在高溫情況下所使用，那么設(shè)備都會(huì)為其配備相應(yīng)的制冷裝置，將其溫度控制在一定范圍內(nèi)再對(duì)其進(jìn)行排放。但是，因?yàn)椴煌脑O(shè)備其硫酸和雙氧水濃度各不相同，而且在生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)遇到其溫度變化的問(wèn)題。因此，雖然根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，PVC具備耐硫酸的特點(diǎn)，但是因?yàn)榘雽?dǎo)體廠(chǎng)商都是利用碳鋼材料，這樣就需要在排放時(shí)選擇具有資質(zhì)的生產(chǎn)廠(chǎng)商，合理利用其PVDF、PTFE材質(zhì)。在處理過(guò)程中，受到其過(guò)氧硫酸濃度或者溫度的影響，會(huì)對(duì)其處理設(shè)備造成一定的影響。當(dāng)前，對(duì)于廢硫酸濃度還沒(méi)有明確的要求，但是，對(duì)于半導(dǎo)體廠(chǎng)商而言，在處理過(guò)程中，應(yīng)該先對(duì)其中的雙氧水進(jìn)行處理，以此避免管路的泄漏問(wèn)題。對(duì)于先進(jìn)制程而言，因?yàn)槠鋾?huì)利用臭氧進(jìn)行氧化處理，而對(duì)于能夠產(chǎn)生臭氧的相應(yīng)設(shè)備而言，其分為高濃度和低濃度兩種，在這其中的PE材質(zhì)很容易受到臭氧的影響，所以應(yīng)該對(duì)臭氧排水進(jìn)行單獨(dú)處理，可以利用PVC、PFA等材質(zhì)，這樣能夠更好地保證其管路的質(zhì)量。如果其收集管上有著相應(yīng)的閥門(mén)，那么就不應(yīng)該使用PP材質(zhì)。如果已經(jīng)使用了PVC材質(zhì)，就應(yīng)該注意其材質(zhì)上閥門(mén)的情況，應(yīng)該盡量利用氟橡膠材質(zhì)。產(chǎn)生臭氧的設(shè)備其管道的材質(zhì)為不銹鋼，那么傳統(tǒng)臭氧發(fā)生器所使用的管路不銹鋼管不建議在半導(dǎo)體廠(chǎng)的排水管路上使用，因?yàn)樵谑褂肧ingleWafer之后，大多數(shù)情況下臭氧廢水和氫氟廢水同時(shí)排放。

7結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著先進(jìn)制程的應(yīng)用，半導(dǎo)體廠(chǎng)的廢水排放也與以往有所不同，廢水的濃度升高，而且回收量開(kāi)始減少。所以，針對(duì)這種情況就應(yīng)該增加含銅廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)而保證銅排放合理。此外，應(yīng)該添加廢硫酸處理系統(tǒng)，以此來(lái)替代雙氧水系統(tǒng)，進(jìn)而減少泄漏問(wèn)題的出現(xiàn)，更好地讓廢水處理達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張?jiān)菩?陳鳴,厲曉華.半導(dǎo)體先進(jìn)制程對(duì)廢水處理的挑戰(zhàn)和對(duì)策[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2018(11):63-64.

【2】半導(dǎo)體設(shè)備巨頭以鈷代銅行業(yè)需求即將爆發(fā)[J].新疆有色金屬,2017,40(03):98.

作者：魯旭萍 單位：高頻美特利環(huán)境科技（北京）有限公司