अर्धचालक विनिर्माण उद्योग में प्रदूषण के स्रोत और रोकथाम

सेमीकंडक्टर डिवाइस उत्पादन में मुख्य रूप से अलग-अलग डिवाइस, एकीकृत सर्किट और उनकी पैकेजिंग प्रक्रियाएं शामिल हैं।
सेमीकंडक्टर उत्पादन को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है: उत्पाद शरीर सामग्री उत्पादन, उत्पादवफ़रविनिर्माण और उपकरण संयोजन। उनमें से, सबसे गंभीर प्रदूषण उत्पाद वेफर निर्माण चरण है।
प्रदूषकों को मुख्य रूप से अपशिष्ट जल, अपशिष्ट गैस और ठोस अपशिष्ट में विभाजित किया गया है।
चिप निर्माण प्रक्रिया:
सिलिकॉन वेफरबाहरी पीसने के बाद - सफाई - ऑक्सीकरण - एक समान प्रतिरोध - फोटोलिथोग्राफी - विकास - नक़्क़ाशी - प्रसार, आयन आरोपण - रासायनिक वाष्प जमाव - रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग - धातुकरण, आदि।

अपशिष्ट
सेमीकंडक्टर निर्माण और पैकेजिंग परीक्षण के प्रत्येक प्रक्रिया चरण में बड़ी मात्रा में अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है, मुख्य रूप से एसिड-बेस अपशिष्ट जल, अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल और जैविक अपशिष्ट जल।

1. फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल:
हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड अपने ऑक्सीकरण और संक्षारक गुणों के कारण ऑक्सीकरण और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाने वाला मुख्य विलायक बन जाता है। इस प्रक्रिया में फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल मुख्य रूप से चिप निर्माण प्रक्रिया में प्रसार प्रक्रिया और रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रिया से आता है। सिलिकॉन वेफर्स और संबंधित बर्तनों की सफाई प्रक्रिया में कई बार हाइड्रोक्लोरिक एसिड का भी उपयोग किया जाता है। ये सभी प्रक्रियाएं समर्पित नक़्क़ाशी टैंकों या सफाई उपकरणों में पूरी की जाती हैं, ताकि फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल को स्वतंत्र रूप से छोड़ा जा सके। सांद्रता के अनुसार, इसे उच्च सांद्रता वाले फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल और कम सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल में विभाजित किया जा सकता है। आम तौर पर, उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल की सांद्रता 100-1200 मिलीग्राम/लीटर तक पहुंच सकती है। अधिकांश कंपनियाँ अपशिष्ट जल के इस हिस्से को ऐसी प्रक्रियाओं के लिए पुनर्चक्रित करती हैं जिनके लिए उच्च जल गुणवत्ता की आवश्यकता नहीं होती है।
2. अम्ल-क्षार अपशिष्ट जल:
एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में लगभग हर प्रक्रिया के लिए चिप को साफ करने की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सफाई तरल पदार्थ हैं। साथ ही, एसिड-बेस अभिकर्मकों जैसे नाइट्रिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड और अमोनिया पानी का भी उपयोग किया जाता है।
विनिर्माण प्रक्रिया का एसिड-बेस अपशिष्ट जल मुख्य रूप से चिप निर्माण प्रक्रिया में सफाई प्रक्रिया से आता है। पैकेजिंग प्रक्रिया में, चिप को इलेक्ट्रोप्लेटिंग और रासायनिक विश्लेषण के दौरान एसिड-बेस समाधान के साथ इलाज किया जाता है। उपचार के बाद, एसिड-बेस वॉशिंग अपशिष्ट जल का उत्पादन करने के लिए इसे शुद्ध पानी से धोया जाना चाहिए। इसके अलावा, सोडियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे एसिड-बेस अभिकर्मकों का उपयोग एसिड-बेस पुनर्जनन अपशिष्ट जल का उत्पादन करने के लिए आयनों और कटियन रेजिन को पुनर्जीवित करने के लिए शुद्ध जल स्टेशन में भी किया जाता है। एसिड-बेस अपशिष्ट गैस धुलाई प्रक्रिया के दौरान वाशिंग टेल वॉटर का भी उत्पादन किया जाता है। एकीकृत सर्किट निर्माण कंपनियों में, एसिड-बेस अपशिष्ट जल की मात्रा विशेष रूप से बड़ी होती है।
3. जैविक अपशिष्ट जल:
विभिन्न उत्पादन प्रक्रियाओं के कारण, अर्धचालक उद्योग में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स की मात्रा बहुत भिन्न होती है। हालाँकि, सफाई एजेंटों के रूप में, कार्बनिक सॉल्वैंट्स का अभी भी विनिर्माण पैकेजिंग के विभिन्न लिंक में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कुछ विलायक कार्बनिक अपशिष्ट जल निर्वहन बन जाते हैं।
4. अन्य अपशिष्ट जल:
सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रिया की नक़्क़ाशी प्रक्रिया परिशोधन के लिए बड़ी मात्रा में अमोनिया, फ्लोरीन और उच्च शुद्धता वाले पानी का उपयोग करेगी, जिससे उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल निर्वहन उत्पन्न होगा।
सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रक्रिया में इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रोप्लेटिंग के बाद चिप को साफ करने की आवश्यकता होती है, और इस प्रक्रिया में इलेक्ट्रोप्लेटिंग सफाई अपशिष्ट जल उत्पन्न होगा। चूँकि कुछ धातुओं का उपयोग इलेक्ट्रोप्लेटिंग में किया जाता है, इलेक्ट्रोप्लेटिंग सफाई अपशिष्ट जल में धातु आयन उत्सर्जन होगा, जैसे सीसा, टिन, डिस्क, जस्ता, एल्यूमीनियम, आदि।

अपशिष्ट गैस
चूंकि सेमीकंडक्टर प्रक्रिया में ऑपरेटिंग रूम की सफाई के लिए अत्यधिक आवश्यकताएं होती हैं, इसलिए प्रक्रिया के दौरान वाष्पित होने वाली विभिन्न प्रकार की अपशिष्ट गैसों को निकालने के लिए आमतौर पर पंखे का उपयोग किया जाता है। इसलिए, सेमीकंडक्टर उद्योग में अपशिष्ट गैस उत्सर्जन की विशेषता बड़ी निकास मात्रा और कम उत्सर्जन सांद्रता है। अपशिष्ट गैस उत्सर्जन भी मुख्य रूप से अस्थिर है।
इन अपशिष्ट गैस उत्सर्जन को मुख्य रूप से चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: अम्लीय गैस, क्षारीय गैस, जैविक अपशिष्ट गैस और जहरीली गैस।
1. अम्ल-क्षार अपशिष्ट गैस:
एसिड-बेस अपशिष्ट गैस मुख्य रूप से प्रसार से आती है,सीवीडी, सीएमपी और नक़्क़ाशी प्रक्रियाएं, जो वेफर को साफ करने के लिए एसिड-बेस सफाई समाधान का उपयोग करती हैं।
वर्तमान में, सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सफाई विलायक हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सल्फ्यूरिक एसिड का मिश्रण है।
इन प्रक्रियाओं में उत्पन्न अपशिष्ट गैस में सल्फ्यूरिक एसिड, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड और फॉस्फोरिक एसिड जैसी अम्लीय गैसें शामिल हैं, और क्षारीय गैस मुख्य रूप से अमोनिया है।
2. जैविक अपशिष्ट गैस:
कार्बनिक अपशिष्ट गैस मुख्य रूप से फोटोलिथोग्राफी, विकास, नक़्क़ाशी और प्रसार जैसी प्रक्रियाओं से आती है। इन प्रक्रियाओं में, वेफर की सतह को साफ करने के लिए कार्बनिक समाधान (जैसे आइसोप्रोपिल अल्कोहल) का उपयोग किया जाता है, और वाष्पीकरण द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गैस कार्बनिक अपशिष्ट गैस के स्रोतों में से एक है;
वहीं, फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी की प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले फोटोरेसिस्ट (फोटोरेसिस्ट) में ब्यूटाइल एसीटेट जैसे वाष्पशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स होते हैं, जो वेफर प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान वायुमंडल में वाष्पशील हो जाते हैं, जो कार्बनिक अपशिष्ट गैस का एक अन्य स्रोत है।
3. विषैली अपशिष्ट गैस:
जहरीली अपशिष्ट गैस मुख्य रूप से क्रिस्टल एपिटैक्सी, सूखी नक़्क़ाशी और सीवीडी जैसी प्रक्रियाओं से आती है। इन प्रक्रियाओं में, वेफर को संसाधित करने के लिए विभिन्न प्रकार की उच्च शुद्धता वाली विशेष गैसों का उपयोग किया जाता है, जैसे सिलिकॉन (SiHj), फॉस्फोरस (PH3), कार्बन टेट्राक्लोराइड (CFJ), बोरेन, बोरान ट्राइऑक्साइड, आदि। कुछ विशेष गैसें जहरीली होती हैं, दम घोंटने वाला और संक्षारक.
साथ ही, सेमीकंडक्टर निर्माण में रासायनिक वाष्प जमाव के बाद सूखी नक़्क़ाशी और सफाई प्रक्रिया में, बड़ी मात्रा में पूर्ण ऑक्साइड (पीएफसीएस) गैस की आवश्यकता होती है, जैसे एनएफएस, सी 2 एफ और सीआर, सी 3 एफएस, सीएचएफ 3, एसएफ 6, आदि। ये पेरफ्लूरिनेटेड यौगिक इन्फ्रारेड प्रकाश क्षेत्र में मजबूत अवशोषण होता है और लंबे समय तक वातावरण में रहता है। इन्हें आम तौर पर वैश्विक ग्रीनहाउस प्रभाव का मुख्य स्रोत माना जाता है।
4. पैकेजिंग प्रक्रिया अपशिष्ट गैस:
सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया की तुलना में, सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गैस अपेक्षाकृत सरल होती है, मुख्य रूप से अम्लीय गैस, एपॉक्सी राल और धूल।
अम्लीय अपशिष्ट गैस मुख्य रूप से इलेक्ट्रोप्लेटिंग जैसी प्रक्रियाओं में उत्पन्न होती है;
उत्पाद को चिपकाने और सील करने के बाद बेकिंग की प्रक्रिया में बेकिंग अपशिष्ट गैस उत्पन्न होती है;
डाइसिंग मशीन वेफर काटने की प्रक्रिया के दौरान ट्रेस सिलिकॉन धूल युक्त अपशिष्ट गैस उत्पन्न करती है।

पर्यावरण प्रदूषण की समस्या
सेमीकंडक्टर उद्योग में पर्यावरण प्रदूषण की समस्याओं के लिए, जिन मुख्य समस्याओं को हल करने की आवश्यकता है वे हैं:
· फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में वायु प्रदूषकों और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) का बड़े पैमाने पर उत्सर्जन;
· प्लाज्मा नक़्क़ाशी और रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रियाओं में पेरफ़्लुओरिनेटेड यौगिकों (पीएफसीएस) का उत्सर्जन;
· उत्पादन में ऊर्जा और पानी की बड़े पैमाने पर खपत और श्रमिकों की सुरक्षा;
· उप-उत्पादों की पुनर्चक्रण और प्रदूषण निगरानी;
· पैकेजिंग प्रक्रियाओं में खतरनाक रसायनों के उपयोग की समस्याएँ।

स्वच्छ उत्पादन
कच्चे माल, प्रक्रियाओं और प्रक्रिया नियंत्रण के पहलुओं से सेमीकंडक्टर डिवाइस स्वच्छ उत्पादन तकनीक में सुधार किया जा सकता है।

कच्चे माल और ऊर्जा में सुधार
सबसे पहले, अशुद्धियों और कणों की शुरूआत को कम करने के लिए सामग्रियों की शुद्धता को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए।
दूसरे, उत्पादन में डालने से पहले आने वाले घटकों या अर्ध-तैयार उत्पादों पर विभिन्न तापमान, रिसाव का पता लगाना, कंपन, उच्च वोल्टेज बिजली के झटके और अन्य परीक्षण किए जाने चाहिए।
इसके अलावा, सहायक सामग्रियों की शुद्धता को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए। ऐसी अपेक्षाकृत कई प्रौद्योगिकियाँ हैं जिनका उपयोग ऊर्जा के स्वच्छ उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

उत्पादन प्रक्रिया का अनुकूलन करें
सेमीकंडक्टर उद्योग स्वयं प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में सुधार के माध्यम से पर्यावरण पर इसके प्रभाव को कम करने का प्रयास करता है।
उदाहरण के लिए, 1970 के दशक में, एकीकृत सर्किट सफाई तकनीक में वेफर्स को साफ करने के लिए मुख्य रूप से कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग किया जाता था। 1980 के दशक में, वेफर्स को साफ करने के लिए सल्फ्यूरिक एसिड जैसे एसिड और क्षार समाधान का उपयोग किया जाता था। 1990 के दशक तक, प्लाज्मा ऑक्सीजन सफाई तकनीक विकसित की गई थी।
पैकेजिंग के संदर्भ में, अधिकांश कंपनियां वर्तमान में इलेक्ट्रोप्लेटिंग तकनीक का उपयोग करती हैं, जिससे पर्यावरण में भारी धातु प्रदूषण होगा।
हालाँकि, शंघाई में पैकेजिंग प्लांट अब इलेक्ट्रोप्लेटिंग तकनीक का उपयोग नहीं करते हैं, इसलिए पर्यावरण पर भारी धातुओं का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। यह पाया जा सकता है कि सेमीकंडक्टर उद्योग अपनी विकास प्रक्रिया में प्रक्रिया में सुधार और रासायनिक प्रतिस्थापन के माध्यम से पर्यावरण पर अपने प्रभाव को धीरे-धीरे कम कर रहा है, जो पर्यावरण के आधार पर प्रक्रिया और उत्पाद डिजाइन की वकालत की वर्तमान वैश्विक विकास प्रवृत्ति का भी अनुसरण करता है।

वर्तमान में, अधिक स्थानीय प्रक्रिया सुधार किए जा रहे हैं, जिनमें शामिल हैं:
·सभी-अमोनियम पीएफसीएस गैस का प्रतिस्थापन और कमी, जैसे उच्च ग्रीनहाउस प्रभाव वाली गैस को बदलने के लिए कम ग्रीनहाउस प्रभाव वाली पीएफसी गैस का उपयोग करना, जैसे प्रक्रिया प्रवाह में सुधार और प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली पीएफसीएस गैस की मात्रा को कम करना;
·सफाई प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले रासायनिक सफाई एजेंटों की मात्रा को कम करने के लिए मल्टी-वेफर सफाई को एकल-वेफर सफाई में सुधारना।
·सख्त प्रक्रिया नियंत्रण:
एक। विनिर्माण प्रक्रिया के स्वचालन का एहसास करें, जो सटीक प्रसंस्करण और बैच उत्पादन का एहसास कर सकता है, और मैन्युअल संचालन की उच्च त्रुटि दर को कम कर सकता है;
बी। अल्ट्रा-क्लीन प्रक्रिया पर्यावरणीय कारकों, उपज हानि का लगभग 5% या उससे कम लोगों और पर्यावरण के कारण होती है। अल्ट्रा-स्वच्छ प्रक्रिया पर्यावरणीय कारकों में मुख्य रूप से वायु स्वच्छता, उच्च शुद्धता वाला पानी, संपीड़ित हवा, CO2, N2, तापमान, आर्द्रता आदि शामिल हैं। एक स्वच्छ कार्यशाला का स्वच्छता स्तर अक्सर प्रति इकाई आयतन में अनुमत कणों की अधिकतम संख्या द्वारा मापा जाता है। वायु, यानी कण गणना एकाग्रता;
सी। पहचान को मजबूत करें, और उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में अपशिष्ट वाले कार्यस्थानों पर पहचान के लिए उपयुक्त मुख्य बिंदुओं का चयन करें।

 

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