半導体デバイスの製造には、主にディスクリートデバイス、集積回路、およびそれらのパッケージングプロセスが含まれます。
半導体の製造は、製品本体材料の製造、製品の製造の3つの段階に分けられます。ウエハース製造およびデバイスの組み立て。その中でも最も深刻な汚染は製品ウェーハの製造段階です。
汚染物質は主に廃水、廃ガス、固形廃棄物に分けられます。
チップ製造工程：
シリコンウェーハ外面研削後 - 洗浄 - 酸化 - 均一レジスト - フォトリソグラフィー - 現像 - エッチング - 拡散、イオン注入 - 化学蒸着 - 化学機械研磨 - メタライゼーションなど
廃水
半導体の製造や実装試験の各工程では、主に酸性廃水、アンモニア含有廃水、有機性廃水などの廃水が大量に発生します。
1. フッ素含有排水：
フッ化水素酸は、その酸化性と腐食性の特性により、酸化およびエッチングのプロセスで使用される主な溶媒になります。工程中のフッ素含有廃水は主にチップ製造工程の拡散工程や化学機械研磨工程から発生します。シリコンウェーハや関連器具の洗浄工程でも塩酸が多く使用されます。これらの工程はすべて専用のエッチング槽や洗浄装置で完結するため、フッ素含有排水を単独で排出することができます。濃度により高濃度フッ素含有排水と低濃度アンモニア含有排水に分けられます。一般に、高濃度アンモニア含有廃水の濃度は 100 ～ 1200 mg/L に達することがあります。ほとんどの企業は、高い水質を必要としないプロセスのために廃水のこの部分をリサイクルしています。
2. 酸性廃水:
集積回路製造プロセスのほぼすべてのプロセスで、チップの洗浄が必要です。現在、硫酸と過酸化水素は、集積回路製造プロセスで最も一般的に使用される洗浄液です。同時に硝酸、塩酸、アンモニア水などの酸塩基試薬も使用されます。
製造工程の酸性廃水は主にチップ製造工程の洗浄工程から発生します。パッケージングプロセスでは、チップは電気めっきと化学分析中に酸塩基溶液で処理されます。処理後は純水で洗浄する必要があり、酸塩基洗浄廃水が発生します。さらに、水酸化ナトリウムや塩酸などの酸塩基試薬も純水ステーションでアニオン樹脂とカチオン樹脂を再生して酸塩基再生廃水を生成するために使用されます。酸塩基廃ガスの洗浄プロセス中にも洗浄廃水が生成されます。集積回路製造会社では、酸塩基廃水の量が特に多くなります。
3. 有機性廃水:
製造プロセスが異なるため、半導体産業で使用される有機溶剤の量は大きく異なります。しかし、洗浄剤として、有機溶剤は依然としてパッケージ製造のさまざまなリンクで広く使用されています。一部の溶剤は有機廃水となります。
4. その他の廃水:
半導体製造工程のエッチング工程では、アンモニア、フッ素、除染用の高純水を大量に使用し、高濃度のアンモニアを含む排水が発生します。
電気めっきプロセスは、半導体パッケージングプロセスで必要となります。電気めっき後にチップを洗浄する必要があり、この工程で電気めっき洗浄廃水が発生します。電気めっきには一部の金属が使用されるため、電気めっき洗浄廃水中には鉛、錫、ディスク、亜鉛、アルミニウムなどの金属イオンが放出されます。
廃ガス
半導体プロセスでは手術室の清浄度に対する要求が極めて高いため、通常、プロセス中に揮発するさまざまな種類の排ガスを排出するためにファンが使用されます。このため、半導体産業における排ガスは、排出量が多く、排出濃度が低いという特徴があります。排ガスの排出も主に揮発します。
この排ガスは主に酸性ガス、アルカリ性ガス、有機性排ガス、有毒ガスの４つに分類されます。
1. 酸ベースの排ガス:
酸ベースの排ガスは主に拡散から発生します。CVD、CMPおよびエッチングプロセスでは、酸ベースの洗浄液を使用してウェーハを洗浄します。
現在、半導体製造工程で最も一般的に使用されている洗浄溶剤は過酸化水素と硫酸の混合液です。
これらの工程で発生する排ガスには、硫酸、フッ酸、塩酸、硝酸、リン酸などの酸性ガスが含まれており、アルカリ性ガスとしては主にアンモニアが含まれます。
2. 有機廃ガス:
有機排ガスは主に、フォトリソグラフィー、現像、エッチング、拡散などのプロセスから発生します。これらのプロセスでは、ウェーハの表面を洗浄するために有機溶液（イソプロピルアルコールなど）が使用されますが、揮発によって発生する排ガスは有機排ガスの発生源の1つです。
同時に、フォトリソグラフィーやエッチングの工程で使用されるフォトレジスト（フォトレジスト）には酢酸ブチルなどの揮発性有機溶剤が含まれており、ウェーハの加工工程中に大気中に揮発し、これも有機排ガスの発生源となります。
3. 有毒な排ガス:
有毒な排ガスは主に結晶エピタキシー、ドライエッチング、CVD などのプロセスから発生します。これらのプロセスでは、シリコン (SiHj)、リン (PH3)、四塩化炭素 (CFJ)、ボラン、三酸化ホウ素などのさまざまな高純度の特殊ガスがウェーハの処理に使用されます。特殊ガスの中には有毒なものもあります。窒息性と腐食性。
同時に、半導体製造における化学気相成長後のドライエッチングおよび洗浄プロセスでは、NFS、C2F&CR、C3FS、CHF3、SF6 などの完全酸化物 (PFCS) ガスが大量に必要とされます。これらの過フッ素化合物は、赤外光領域に強い吸収を持ち、大気中に長時間滞留します。これらは一般に、地球規模の温室効果の主な原因であると考えられています。
4. 包装プロセスの廃ガス:
半導体パッケージング工程で発生する排ガスは、半導体製造工程に比べて比較的単純で、主に酸性ガス、エポキシ樹脂、粉塵などです。
酸性排ガスは主に電気メッキなどのプロセスで発生します。
製品貼付・封止後の焼成工程では焼成排ガスが発生します。
ダイシング装置ではウェーハの切断工程中に微量のシリコン粉を含む排ガスが発生します。
環境汚染問題
半導体産業における環境汚染問題に関して、解決すべき主な問題は次のとおりです。
· フォトリソグラフィープロセスにおける大気汚染物質と揮発性有機化合物 (VOC) の大量放出。
· プラズマ エッチングおよび化学蒸着プロセスにおける過フッ素化化合物 (PFCS) の放出。
· 生産および労働者の安全保護におけるエネルギーと水の大量消費。
· 副産物のリサイクルと汚染の監視。
· 包装プロセスでの有害な化学物質の使用の問題。
クリーンな生産
半導体デバイスのクリーン生産技術は、原材料、プロセス、工程管理の面から向上することができます。
原材料とエネルギーの改善
まず、不純物や粒子の混入を減らすために、材料の純度を厳密に管理する必要があります。
第二に、生産に投入される前に、入荷するコンポーネントまたは半完成品に対して、さまざまな温度、漏れ検出、振動、高電圧感電、その他のテストを実行する必要があります。
さらに、副原料の純度を厳密に管理する必要があります。クリーンなエネルギー生産に使用できる技術は比較的多くあります。
生産プロセスの最適化
半導体業界自体も、プロセス技術の改善を通じて環境への影響を削減するよう努めています。
たとえば、1970 年代には、集積回路の洗浄技術でウェーハを洗浄するために有機溶剤が主に使用されていました。 1980 年代には、ウェーハの洗浄に酸および硫酸などのアルカリ溶液が使用されました。 1990 年代までは、プラズマ酸素洗浄技術が開発されました。
パッケージングに関しては、現在、ほとんどの企業が電気めっき技術を使用していますが、これは環境に重金属汚染を引き起こす可能性があります。
しかし、上海の包装工場では電気めっき技術はもう使用されていないため、重金属が環境に与える影響はありません。半導体産業は、自らの開発プロセスにおけるプロセス改善や化学物質の代替を通じて、環境への影響を徐々に減らしていることがわかります。これは、環境に基づいたプロセスと製品設計を提唱する現在の世界的な開発トレンドにも追随しています。
現在、次のようなローカル プロセスの改善がさらに行われています。
・全アンモニウム PFCS ガスの代替と削減。温室効果の高いガスの代わりに温室効果の低い PFC ガスを使用するなど、プロセス フローを改善し、プロセスで使用される PFCS ガスの量を削減します。
・マルチウェーハ洗浄を枚葉洗浄に改善し、洗浄工程で使用する化学洗浄剤の量を削減します。
·厳格なプロセス管理:
ａ．製造プロセスの自動化を実現し、精密な処理とバッチ生産を実現し、手動操作の高いエラー率を削減します。
b.超クリーンプロセスの環境要因。人や環境によって生じる歩留り損失は約 5% 以下です。超クリーン プロセスの環境要因には、主に空気清浄度、高純度水、圧縮空気、CO2、N2、温度、湿度などが含まれます。クリーン ワークショップの清浄度レベルは、多くの場合、単位体積あたりに許容される粒子の最大数によって測定されます。空気、つまり粒子数の濃度。
c.生産工程で大量の廃棄物が発生するワークステーションでは検出を強化し、適切なキーポイントを選択して検出します。
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投稿日時: 2024 年 8 月 13 日