แหล่งกำเนิดมลพิษและการป้องกันในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

การผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์แยก วงจรรวม และกระบวนการบรรจุภัณฑ์
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การผลิตวัสดุตัวถังผลิตภัณฑ์, ผลิตภัณฑ์เวเฟอร์การผลิตและการประกอบอุปกรณ์ มลพิษที่ร้ายแรงที่สุดคือขั้นตอนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ของผลิตภัณฑ์
มลพิษส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นน้ำเสีย ก๊าซเสีย และขยะมูลฝอย
กระบวนการผลิตชิป:
เวเฟอร์ซิลิคอนหลังจากการบดภายนอก - การทำความสะอาด - ออกซิเดชัน - การต้านทานสม่ำเสมอ - การพิมพ์หินด้วยแสง - การพัฒนา - การแกะสลัก - การแพร่กระจาย, การฝังไอออน - การสะสมไอสารเคมี - การขัดเงาเชิงกลด้วยเคมี - การทำให้เป็นโลหะ ฯลฯ

น้ำเสีย
น้ำเสียจำนวนมากถูกสร้างขึ้นในแต่ละขั้นตอนของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และการทดสอบบรรจุภัณฑ์ โดยส่วนใหญ่เป็นน้ำเสียที่เป็นกรด น้ำเสียที่มีแอมโมเนีย และน้ำเสียอินทรีย์

1. น้ำเสียที่มีฟลูออรีน:
กรดไฮโดรฟลูออริกกลายเป็นตัวทำละลายหลักที่ใช้ในกระบวนการออกซิเดชั่นและการกัดกรดเนื่องจากมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์และการกัดกร่อน น้ำเสียที่มีฟลูออรีนในกระบวนการส่วนใหญ่มาจากกระบวนการแพร่และกระบวนการขัดเงาด้วยกลไกทางเคมีในกระบวนการผลิตชิป ในกระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนและเครื่องใช้ที่เกี่ยวข้อง กรดไฮโดรคลอริกก็ถูกใช้หลายครั้งเช่นกัน กระบวนการทั้งหมดนี้เสร็จสิ้นในถังกัดกรดหรืออุปกรณ์ทำความสะอาดโดยเฉพาะ ดังนั้นน้ำเสียที่มีฟลูออรีนจึงสามารถระบายออกได้โดยอิสระ ตามความเข้มข้นสามารถแบ่งออกเป็นน้ำเสียที่มีฟลูออรีนความเข้มข้นสูงและน้ำเสียที่มีแอมโมเนียความเข้มข้นต่ำ โดยทั่วไป ความเข้มข้นของน้ำเสียที่มีแอมโมเนียความเข้มข้นสูงจะอยู่ที่ 100-1200 มก./ลิตร บริษัทส่วนใหญ่รีไซเคิลน้ำเสียส่วนนี้สำหรับกระบวนการที่ไม่ต้องใช้คุณภาพน้ำสูง
2. น้ำเสียที่เป็นกรดเบส:
เกือบทุกขั้นตอนในกระบวนการผลิตวงจรรวมจำเป็นต้องทำความสะอาดชิป ปัจจุบันกรดซัลฟูริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นน้ำยาทำความสะอาดที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการผลิตวงจรรวม ในเวลาเดียวกัน ยังใช้รีเอเจนต์ที่เป็นกรด-เบส เช่น กรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก และน้ำแอมโมเนียอีกด้วย
น้ำเสียที่เป็นกรด-ด่างในกระบวนการผลิตส่วนใหญ่มาจากกระบวนการทำความสะอาดในกระบวนการผลิตชิป ในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ ชิปจะได้รับการบำบัดด้วยสารละลายกรด-เบสในระหว่างการชุบด้วยไฟฟ้าและการวิเคราะห์ทางเคมี หลังการบำบัดจะต้องล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์เพื่อผลิตน้ำเสียล้างกรดเบส นอกจากนี้ รีเอเจนต์ที่เป็นกรด-เบส เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์และกรดไฮโดรคลอริก ยังถูกนำมาใช้ในสถานีน้ำบริสุทธิ์เพื่อสร้างเรซินประจุลบและไอออนบวกเพื่อผลิตน้ำเสียจากการฟื้นฟูกรดเบสอีกด้วย น้ำล้างหางยังเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการล้างก๊าซเสียที่เป็นกรดเบส ในบริษัทผู้ผลิตวงจรรวม ปริมาณน้ำเสียที่เป็นกรด-เบสมีมากเป็นพิเศษ
3. น้ำเสียอินทรีย์:
เนื่องจากกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ปริมาณตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงแตกต่างกันมาก อย่างไรก็ตาม ในฐานะสารทำความสะอาด ตัวทำละลายอินทรีย์ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมโยงต่างๆ ของการผลิตบรรจุภัณฑ์ ตัวทำละลายบางชนิดกลายเป็นน้ำเสียอินทรีย์
4. น้ำเสียอื่นๆ:
กระบวนการกัดกรดของกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์จะใช้แอมโมเนีย ฟลูออรีน และน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงจำนวนมากในการชำระล้างการปนเปื้อน ทำให้เกิดการปล่อยน้ำเสียที่มีแอมโมเนียที่มีความเข้มข้นสูง
จำเป็นต้องมีกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าในกระบวนการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ จำเป็นต้องทำความสะอาดชิปหลังการชุบด้วยไฟฟ้า และน้ำเสียในการทำความสะอาดการชุบด้วยไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในกระบวนการนี้ เนื่องจากโลหะบางชนิดใช้ในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า จึงมีการปล่อยไอออนของโลหะในน้ำเสียที่ใช้ทำความสะอาดจากการชุบด้วยไฟฟ้า เช่น ตะกั่ว ดีบุก จาน สังกะสี อลูมิเนียม ฯลฯ

ก๊าซเสีย
เนื่องจากกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับความสะอาดของห้องผ่าตัด จึงมักใช้พัดลมเพื่อแยกก๊าซเสียประเภทต่างๆ ที่ระเหยออกมาในระหว่างกระบวนการ ดังนั้นการปล่อยก๊าซเสียในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงมีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณไอเสียขนาดใหญ่และความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซต่ำ การปล่อยก๊าซเสียก็มีการระเหยเป็นส่วนใหญ่เช่นกัน
การปล่อยก๊าซเสียเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลักๆ ได้แก่ ก๊าซที่เป็นกรด ก๊าซอัลคาไลน์ ก๊าซเสียอินทรีย์ และก๊าซพิษ
1. ก๊าซเสียที่เป็นกรดเบส:
ก๊าซเสียที่เป็นกรดเบสส่วนใหญ่มาจากการแพร่กระจายซีวีดี, CMP และกระบวนการกัดซึ่งใช้สารละลายทำความสะอาดกรดเบสในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์
ปัจจุบันตัวทำละลายทำความสะอาดที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือส่วนผสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดซัลฟิวริก
ก๊าซเสียที่เกิดขึ้นในกระบวนการเหล่านี้ประกอบด้วยก๊าซที่เป็นกรด เช่น กรดซัลฟูริก กรดไฮโดรฟลูออริก กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก และกรดฟอสฟอริก และก๊าซอัลคาไลน์ส่วนใหญ่เป็นแอมโมเนีย
2. ก๊าซเสียอินทรีย์:
ก๊าซเสียอินทรีย์ส่วนใหญ่มาจากกระบวนการต่างๆ เช่น การพิมพ์หินด้วยแสง การพัฒนา การแกะสลัก และการแพร่กระจาย ในกระบวนการเหล่านี้ สารละลายอินทรีย์ (เช่น ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์) ถูกนำมาใช้ในการทำความสะอาดพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ และก๊าซเสียที่เกิดจากการระเหยก็เป็นหนึ่งในแหล่งที่มาของก๊าซเสียอินทรีย์
ในเวลาเดียวกัน สารต้านทานแสง (photoresist) ที่ใช้ในกระบวนการถ่ายภาพหินและการแกะสลักประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ที่ระเหยได้ เช่น บิวทิลอะซิเตต ซึ่งจะระเหยสู่ชั้นบรรยากาศในระหว่างกระบวนการแปรรูปแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งเป็นอีกแหล่งหนึ่งของก๊าซเสียอินทรีย์
3. ก๊าซเสียที่เป็นพิษ:
ก๊าซเสียที่เป็นพิษส่วนใหญ่มาจากกระบวนการต่างๆ เช่น Crystal Epitaxy การกัดแบบแห้ง และ CVD ในกระบวนการเหล่านี้ ก๊าซพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงหลายชนิดถูกนำมาใช้ในการประมวลผลเวเฟอร์ เช่น ซิลิคอน (SiHj), ฟอสฟอรัส (PH3), คาร์บอนเตตราคลอไรด์ (CFJ), โบเรน, โบรอนไตรออกไซด์ ฯลฯ ก๊าซพิเศษบางชนิดเป็นพิษ การหายใจไม่ออกและมีฤทธิ์กัดกร่อน
ในเวลาเดียวกัน ในกระบวนการกัดกร่อนและทำความสะอาดแบบแห้งหลังจากการสะสมไอสารเคมีในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ จำเป็นต้องใช้ก๊าซออกไซด์เต็ม (PFCS) จำนวนมาก เช่น NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 เป็นต้น สารประกอบเปอร์ฟลูออริเนตเหล่านี้ มีการดูดกลืนแสงที่แข็งแกร่งในบริเวณแสงอินฟราเรดและอยู่ในชั้นบรรยากาศได้เป็นเวลานาน โดยทั่วไปถือว่าเป็นสาเหตุหลักของปรากฏการณ์เรือนกระจกทั่วโลก
4. กระบวนการบรรจุก๊าซเสีย:
เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซเสียที่เกิดจากกระบวนการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์นั้นค่อนข้างง่าย ส่วนใหญ่เป็นก๊าซที่เป็นกรด อีพอกซีเรซิน และฝุ่น
ก๊าซเสียที่เป็นกรดส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในกระบวนการต่างๆ เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า
ก๊าซเสียจากการอบจะถูกสร้างขึ้นในกระบวนการอบหลังจากวางและปิดผนึกผลิตภัณฑ์
เครื่องหั่นเต๋าจะสร้างก๊าซเสียที่มีฝุ่นซิลิกอนในปริมาณเล็กน้อยในระหว่างกระบวนการตัดแผ่นเวเฟอร์

ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
สำหรับปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ปัญหาหลักที่ต้องแก้ไขคือ:
· การปล่อยมลพิษทางอากาศและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ในปริมาณมากในกระบวนการถ่ายภาพหิน
· การปล่อยสารประกอบเปอร์ฟลูออริเนต (PFCS) ในกระบวนการกัดด้วยพลาสมาและกระบวนการสะสมไอสารเคมี
· การใช้พลังงานและน้ำขนาดใหญ่ในการผลิตและการคุ้มครองความปลอดภัยของคนงาน
· การรีไซเคิลและการตรวจสอบมลพิษของผลิตภัณฑ์พลอยได้
· ปัญหาการใช้สารเคมีอันตรายในกระบวนการบรรจุภัณฑ์

การผลิตที่สะอาด
เทคโนโลยีการผลิตที่สะอาดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สามารถปรับปรุงได้จากแง่มุมของวัตถุดิบ กระบวนการ และการควบคุมกระบวนการ

การปรับปรุงวัตถุดิบและพลังงาน
ประการแรก ควรควบคุมความบริสุทธิ์ของวัสดุอย่างเข้มงวดเพื่อลดการแนะนำสิ่งสกปรกและอนุภาค
ประการที่สอง อุณหภูมิต่างๆ การตรวจจับการรั่วไหล การสั่นสะเทือน ไฟฟ้าแรงสูง และการทดสอบอื่นๆ ควรทำกับส่วนประกอบที่เข้ามาหรือผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปก่อนที่จะนำไปผลิต
นอกจากนี้ควรควบคุมความบริสุทธิ์ของวัสดุเสริมอย่างเข้มงวด มีเทคโนโลยีมากมายที่สามารถนำไปใช้ในการผลิตพลังงานสะอาดได้

เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต
อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เองก็มุ่งมั่นที่จะลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมผ่านการปรับปรุงเทคโนโลยีกระบวนการ
ตัวอย่างเช่น ในทศวรรษ 1970 ตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ใช้ในการทำความสะอาดเวเฟอร์ในเทคโนโลยีการทำความสะอาดวงจรรวม ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการใช้สารละลายกรดและด่าง เช่น กรดซัลฟิวริก ในการทำความสะอาดเวเฟอร์ จนถึงทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยออกซิเจนในพลาสมาได้รับการพัฒนา
ในด้านบรรจุภัณฑ์ ปัจจุบันบริษัทส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะก่อให้เกิดมลพิษจากโลหะหนักต่อสิ่งแวดล้อม
อย่างไรก็ตาม โรงงานบรรจุภัณฑ์ในเซี่ยงไฮ้ไม่ใช้เทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้าอีกต่อไป ดังนั้นจึงไม่มีผลกระทบของโลหะหนักต่อสิ่งแวดล้อม พบว่าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังค่อยๆ ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมผ่านการปรับปรุงกระบวนการและการทดแทนสารเคมีในกระบวนการพัฒนาของตนเอง ซึ่งเป็นไปตามแนวโน้มการพัฒนาทั่วโลกในปัจจุบันในการสนับสนุนกระบวนการและการออกแบบผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงสิ่งแวดล้อม

ปัจจุบัน มีการปรับปรุงกระบวนการในท้องถิ่นเพิ่มเติม ได้แก่:
·การแทนที่และลดก๊าซ PFCS แอมโมเนียมทั้งหมด เช่น การใช้ก๊าซ PFCs ที่มีผลกระทบต่อภาวะเรือนกระจกต่ำเพื่อทดแทนก๊าซที่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจกสูง เช่น ปรับปรุงการไหลของกระบวนการและลดปริมาณก๊าซ PFCS ที่ใช้ในกระบวนการ
·ปรับปรุงการทำความสะอาดแบบหลายเวเฟอร์เป็นการทำความสะอาดแบบเวเฟอร์เดี่ยว เพื่อลดปริมาณสารเคมีทำความสะอาดที่ใช้ในกระบวนการทำความสะอาด
·การควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด:
ก. ตระหนักถึงระบบอัตโนมัติของกระบวนการผลิต ซึ่งสามารถตระหนักถึงการประมวลผลและการผลิตเป็นชุดที่แม่นยำ และลดอัตราข้อผิดพลาดสูงของการดำเนินการด้วยตนเอง
ข. ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมของกระบวนการที่สะอาดเป็นพิเศษ ประมาณ 5% หรือน้อยกว่าของการสูญเสียผลผลิตเกิดจากคนและสิ่งแวดล้อม ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมของกระบวนการทำความสะอาดขั้นสูงส่วนใหญ่ได้แก่ ความสะอาดของอากาศ น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง อากาศอัด CO2, N2 อุณหภูมิ ความชื้น ฯลฯ ระดับความสะอาดของโรงปฏิบัติงานที่สะอาดมักจะวัดจากจำนวนอนุภาคสูงสุดที่อนุญาตต่อหน่วยปริมาตรของ อากาศนั่นคือความเข้มข้นของจำนวนอนุภาค
ค. เสริมสร้างการตรวจจับ และเลือกประเด็นสำคัญที่เหมาะสมสำหรับการตรวจจับที่เวิร์กสเตชันที่มีของเสียจำนวนมากในระหว่างกระบวนการผลิต

 

ยินดีต้อนรับลูกค้าจากทั่วทุกมุมโลกเพื่อเยี่ยมชมเราเพื่อหารือเพิ่มเติม!

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