מקורות זיהום ומניעה בתעשיית ייצור המוליכים למחצה

ייצור התקני מוליכים למחצה כולל בעיקר התקנים בדידים, מעגלים משולבים ותהליכי האריזה שלהם.
ניתן לחלק את ייצור המוליכים למחצה לשלושה שלבים: ייצור חומר גוף המוצר, מוצררָקִיקייצור והרכבת מכשירים. ביניהם, הזיהום החמור ביותר הוא שלב ייצור פרוסות המוצר.
המזהמים מתחלקים בעיקר לשפכים, גז פסולת ופסולת מוצקה.
תהליך ייצור שבבים:
פרוסות סיליקוןלאחר שחיקה חיצונית - ניקוי - חמצון - התנגדות אחידה - פוטוליטוגרפיה - פיתוח - תחריט - דיפוזיה, השתלת יונים - שקיעת אדים כימית - ליטוש כימי מכני - מתכות וכו'.

שפכים
כמות גדולה של שפכים נוצרת בכל שלב תהליך של ייצור מוליכים למחצה ובדיקות אריזה, בעיקר שפכים על בסיס חומצה, שפכים המכילים אמוניה ושפכים אורגניים.

1. שפכים המכילים פלואור:
חומצה הידרופלואורית הופכת לממס העיקרי המשמש בתהליכי חמצון ותחריט בשל תכונות החמצון והקורוזיביות שלה. שפכים המכילים פלואור בתהליך מגיעים בעיקר מתהליך הדיפוזיה ומתהליך ליטוש מכני כימי בתהליך ייצור השבבים. בתהליך הניקוי של פרוסות סיליקון וכלים נלווים, משתמשים פעמים רבות גם בחומצה הידרוכלורית. כל התהליכים הללו מתבצעים במיכלי תחריט ייעודיים או בציוד ניקוי, כך שניתן להזרים שפכים המכילים פלואור באופן עצמאי. לפי הריכוז ניתן לחלקו לשפכים המכילים פלואור בריכוז גבוה ושפכים המכילים אמוניה בריכוז נמוך. בדרך כלל, הריכוז של שפכים המכילים אמוניה בריכוז גבוה יכול להגיע ל-100-1200 מ"ג/ליטר. רוב החברות ממחזרות חלק זה של שפכים לתהליכים שאינם דורשים איכות מים גבוהה.
2. שפכים על בסיס חומצה:
כמעט כל תהליך בתהליך ייצור המעגלים המשולבים דורש ניקוי השבב. כיום, חומצה גופרתית ומי חמצן הם נוזלי הניקוי הנפוצים ביותר בתהליך ייצור המעגלים המשולבים. במקביל, נעשה שימוש גם בריאגנטים על בסיס חומצה כגון חומצה חנקתית, חומצה הידרוכלורית ומי אמוניה.
שפכים על בסיס חומצה של תהליך הייצור מגיעים בעיקר מתהליך הניקוי בתהליך ייצור השבבים. בתהליך האריזה, השבב מטופל בתמיסת חומצה-בסיס במהלך ציפוי אלקטרוני וניתוח כימי. לאחר הטיפול, יש לשטוף אותו במים טהורים כדי לייצר מי שפכים לכביסה על בסיס חומצה. בנוסף, ריאגנטים על בסיס חומצה כמו נתרן הידרוקסיד וחומצה הידרוכלורית משמשים גם בתחנת המים הטהורים לחידוש שרפי אניונים וקטיונים לייצור שפכים של התחדשות על בסיס חומצה. מי זנב לשטיפה מיוצרים גם בתהליך שטיפת גזי הפסולת על בסיס חומצה. בחברות לייצור מעגלים משולבים, כמות השפכים על בסיס חומצה גדולה במיוחד.
3. שפכים אורגניים:
בשל תהליכי ייצור שונים, כמות הממיסים האורגניים המשמשים בתעשיית המוליכים למחצה שונה מאוד. עם זאת, כחומרי ניקוי, ממיסים אורגניים עדיין נמצאים בשימוש נרחב בקישורים שונים של ייצור אריזות. כמה ממסים הופכים להזרמת שפכים אורגנית.
4. שפכים אחרים:
תהליך הצריבה של תהליך ייצור המוליכים למחצה ישתמש בכמות גדולה של אמוניה, פלואור ומים ברמת ניקיון גבוהה לטיהור, ובכך תיצור שפכים המכילים אמוניה בריכוז גבוה.
תהליך ציפוי האלקטרוניקה נדרש בתהליך האריזה של מוליכים למחצה. יש לנקות את השבב לאחר ציפוי אלקטרו, ותיווצרו מי שפכים של ניקוי אלקטרוניקה בתהליך זה. מכיוון שחלק מהמתכות משמשות בציפוי, יהיו פליטות של יוני מתכת בניקוי שפכי האלקטרוניקה, כגון עופרת, פח, דיסק, אבץ, אלומיניום וכו'.

פסולת גז
מאחר ולתהליך המוליכים למחצה יש דרישות גבוהות ביותר לניקיון חדר הניתוח, בדרך כלל משתמשים במאווררים לחילוץ סוגים שונים של גזי פסולת המתנדפים במהלך התהליך. לכן, פליטת גזי הפסולת בתעשיית המוליכים למחצה מאופיינת בנפח פליטה גדול וריכוז פליטה נמוך. גם פליטת גזי הפסולת מתנדפת בעיקר.
ניתן לחלק בעיקר את פליטות גזי הפסולת הללו לארבע קטגוריות: גז חומצי, גז אלקליין, גז פסולת אורגני וגז רעיל.
1. גז פסולת על בסיס חומצה:
גז פסולת על בסיס חומצה מגיע בעיקר מדיפוזיה,CVD, CMP ותהליכי תחריט, המשתמשים בתמיסת ניקוי על בסיס חומצה לניקוי הוופל.
כיום, ממס הניקוי הנפוץ ביותר בתהליך ייצור מוליכים למחצה הוא תערובת של מי חמצן וחומצה גופרתית.
גז הפסולת הנוצר בתהליכים אלו כולל גזים חומציים כגון חומצה גופרתית, חומצה הידרופלואורית, חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית וחומצה זרחתית, והגז הבסיסי הוא בעיקר אמוניה.
2. גז פסולת אורגני:
גז פסולת אורגני מגיע בעיקר מתהליכים כמו פוטוליתוגרפיה, פיתוח, תחריט ודיפוזיה. בתהליכים אלו משתמשים בתמיסה אורגנית (כגון איזופרופיל אלכוהול) לניקוי פני השטח של הפרוסה, וגז הפסולת הנוצר על ידי הנידוף הוא אחד המקורות לגז פסולת אורגני;
יחד עם זאת, הפוטו-רזיסט (פוטו-רזיסט) המשמש בתהליך הפוטוליתוגרפיה והתחריט מכיל ממיסים אורגניים נדיפים, כמו בוטיל אצטט, המתנדף לאטמוספירה בתהליך עיבוד הפרוסים, המהווה מקור נוסף לגז פסולת אורגני.
3. גז פסולת רעיל:
גז פסולת רעיל מגיע בעיקר מתהליכים כמו אפיטקסיית גבישים, תחריט יבש ו-CVD. בתהליכים אלו משתמשים במגוון גזים מיוחדים בטוהר גבוה לעיבוד הפרוס, כגון סיליקון (SiHj), זרחן (PH3), פחמן טטרכלוריד (CFJ), בורן, בורון טריאוקסיד ועוד. חלק מהגזים המיוחדים רעילים, חונק ומאכל.
יחד עם זאת, בתהליך תחריט וניקוי יבש לאחר שקיעת אדים כימית בייצור מוליכים למחצה, נדרשת כמות גדולה של גז תחמוצת מלא (PFCS), כגון NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 וכו'. בעלי ספיגה חזקה באזור האור האינפרא אדום ונשארים באטמוספירה לאורך זמן. הם נחשבים בדרך כלל למקור העיקרי של אפקט החממה העולמי.
4. גז פסולת בתהליך האריזה:
בהשוואה לתהליך ייצור המוליכים למחצה, גז הפסולת שנוצר בתהליך האריזה של המוליכים למחצה הוא פשוט יחסית, בעיקר גז חומצי, שרף אפוקסי ואבק.
גז פסולת חומצי נוצר בעיקר בתהליכים כגון ציפוי אלקטרוני;
גז פסולת אפייה נוצר בתהליך האפייה לאחר הדבקת המוצר ואיטום;
מכונת החיתוך מייצרת גז פסולת המכיל עקבות אבק סיליקון במהלך תהליך חיתוך הפרוסים.

בעיות זיהום סביבתי
עבור בעיות הזיהום הסביבתי בתעשיית המוליכים למחצה, הבעיות העיקריות שיש לפתור הן:
· פליטה בקנה מידה גדול של מזהמי אוויר ותרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) בתהליך הפוטוליתוגרפיה;
· פליטת תרכובות פרפלואורניות (PFCS) בתהליכי תחריט פלזמה ותהליכי שקיעת אדים כימיים;
· צריכה בקנה מידה גדול של אנרגיה ומים בייצור והגנה על בטיחות העובדים;
· מיחזור וניטור זיהום של תוצרי לוואי;
· בעיות של שימוש בכימיקלים מסוכנים בתהליכי אריזה.

ייצור נקי
ניתן לשפר את טכנולוגיית הייצור הנקי של התקן מוליכים למחצה מהיבטים של חומרי גלם, תהליכים ובקרת תהליכים.

שיפור חומרי גלם ואנרגיה
ראשית, יש לשלוט בקפדנות על טוהר החומרים כדי להפחית את החדרת זיהומים וחלקיקים.
שנית, יש לבצע בדיקות שונות של טמפרטורות, דליפות, רעידות, התחשמלות במתח גבוה ובדיקות אחרות על הרכיבים הנכנסים או המוצרים הגמורים למחצה לפני שהם יוכנסו לייצור.
בנוסף, יש לשלוט בקפדנות על טוהר חומרי העזר. ישנן טכנולוגיות רבות יחסית שניתן להשתמש בהן לייצור נקי של אנרגיה.

ייעול תהליך הייצור
תעשיית המוליכים למחצה עצמה שואפת לצמצם את השפעתה על הסביבה באמצעות שיפורים בטכנולוגיות תהליך.
לדוגמה, בשנות ה-70 נעשה שימוש בעיקר בממיסים אורגניים לניקוי פרוסות בטכנולוגיית ניקוי המעגלים המשולבים. בשנות ה-80 נעשה שימוש בתמיסות חומצה ואלקליות כמו חומצה גופרתית לניקוי פרוסות. עד שנות ה-90 פותחה טכנולוגיית ניקוי חמצן בפלזמה.
מבחינת אריזה, רוב החברות משתמשות כיום בטכנולוגיית ציפוי אלקטרוני, שיגרום לזיהום מתכות כבדות לסביבה.
עם זאת, מפעלי אריזה בשנחאי אינם משתמשים יותר בטכנולוגיית ציפוי אלקטרוניקה, כך שאין השפעה של מתכות כבדות על הסביבה. ניתן למצוא כי תעשיית המוליכים למחצה מפחיתה בהדרגה את השפעתה על הסביבה באמצעות שיפורי תהליכים והחלפה כימית בתהליך הפיתוח שלה, אשר עוקב גם אחר מגמת הפיתוח העולמית הנוכחית של דוגלת בתכנון תהליכים ומוצר על בסיס הסביבה.

נכון לעכשיו, מבוצעים שיפורים תהליכים מקומיים נוספים, כולל:
· החלפה והפחתה של גז PFCS שכולו אמוניום, כגון שימוש בגז PFCs עם אפקט חממה נמוך כדי להחליף גז עם אפקט חממה גבוה, כגון שיפור זרימת התהליך והפחתת כמות גז PFCS בשימוש בתהליך;
· שיפור ניקוי רב רקיק לניקוי רקיק בודד להפחתת כמות חומרי הניקוי הכימיים המשמשים בתהליך הניקוי.
· בקרת תהליכים קפדנית:
א. מימוש אוטומציה של תהליך הייצור, שיכול לממש עיבוד מדויק וייצור אצווה, ולהפחית את שיעור השגיאות הגבוה של פעולה ידנית;
ב. גורמים סביבתיים בתהליך נקי במיוחד, כ-5% או פחות מאובדן התשואה נגרם על ידי אנשים וסביבה. גורמים סביבתיים של תהליך נקי במיוחד כוללים בעיקר ניקיון אוויר, מים בטוהר גבוה, אוויר דחוס, CO2, N2, טמפרטורה, לחות וכו'. רמת הניקיון של בית מלאכה נקי נמדדת לרוב לפי המספר המרבי של חלקיקים המותר ליחידת נפח של אוויר, כלומר, ריכוז ספירת החלקיקים;
ג. חיזוק הגילוי, ובחר נקודות מפתח מתאימות לאיתור בתחנות עבודה עם כמויות גדולות של פסולת בתהליך הייצור.

 

ברוכים הבאים לכל לקוחות מכל רחבי העולם לבקר אותנו לדיון נוסף!

https://www.vet-china.com/

https://www.facebook.com/people/Ningbo-Miami-Advanced-Material-Technology-Co-Ltd/100085673110923/

https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/published/

https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j