منابع آلودگی و پیشگیری در صنعت تولید نیمه هادی

تولید قطعات نیمه‌هادی عمدتاً شامل قطعات گسسته، مدارهای مجتمع و فرآیندهای بسته‌بندی آنها می‌شود.
تولید نیمه‌هادی را می‌توان به سه مرحله تقسیم کرد: تولید مواد بدنه محصول، تولید محصولویفرتولید و مونتاژ دستگاه. در میان آنها، جدی‌ترین آلودگی مربوط به مرحله تولید ویفر محصول است.
آلاینده‌ها عمدتاً به فاضلاب، گاز زائد و مواد زائد جامد تقسیم می‌شوند.

فرآیند تولید تراشه:

ویفر سیلیکونیبعد از سنگ‌زنی خارجی - تمیزکاری - اکسیداسیون - مقاومت یکنواخت - فوتولیتوگرافی - ظهور - حکاکی - انتشار، کاشت یون - رسوب بخار شیمیایی - پرداخت مکانیکی شیمیایی - فلزکاری و غیره

 

فاضلاب

مقدار زیادی فاضلاب در هر مرحله از تولید نیمه‌هادی‌ها و آزمایش بسته‌بندی، عمدتاً فاضلاب اسید-باز، فاضلاب حاوی آمونیاک و فاضلاب آلی تولید می‌شود.

 

۱. فاضلاب حاوی فلوئور:

اسید هیدروفلوئوریک به دلیل خواص اکسیدکنندگی و خورندگی، به حلال اصلی مورد استفاده در فرآیندهای اکسیداسیون و اچینگ تبدیل می‌شود. فاضلاب حاوی فلوئور در این فرآیند عمدتاً از فرآیند انتشار و فرآیند پرداخت شیمیایی-مکانیکی در فرآیند تولید تراشه ناشی می‌شود. در فرآیند تمیز کردن ویفرهای سیلیکونی و ظروف مرتبط، اسید هیدروکلریک نیز بارها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همه این فرآیندها در مخازن اختصاصی اچینگ یا تجهیزات تمیزکاری انجام می‌شوند، بنابراین فاضلاب حاوی فلوئور را می‌توان به طور مستقل تخلیه کرد. با توجه به غلظت، می‌توان آن را به فاضلاب حاوی فلوئور با غلظت بالا و فاضلاب حاوی آمونیاک با غلظت پایین تقسیم کرد. به طور کلی، غلظت فاضلاب حاوی آمونیاک با غلظت بالا می‌تواند به 100 تا 1200 میلی‌گرم در لیتر برسد. اکثر شرکت‌ها این بخش از فاضلاب را برای فرآیندهایی که به کیفیت بالای آب نیاز ندارند، بازیافت می‌کنند.

۲. فاضلاب اسید-باز:

تقریباً هر فرآیندی در فرآیند تولید مدار مجتمع نیاز به تمیز کردن تراشه دارد. در حال حاضر، اسید سولفوریک و پراکسید هیدروژن رایج‌ترین مایعات تمیزکننده مورد استفاده در فرآیند تولید مدار مجتمع هستند. در عین حال، از معرف‌های اسید-باز مانند اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک و آب آمونیاک نیز استفاده می‌شود.
فاضلاب اسید-باز فرآیند تولید عمدتاً از فرآیند تمیز کردن در فرآیند تولید تراشه ناشی می‌شود. در فرآیند بسته‌بندی، تراشه در طول آبکاری الکتریکی و آنالیز شیمیایی با محلول اسید-باز تصفیه می‌شود. پس از تصفیه، برای تولید فاضلاب شستشوی اسید-باز، باید با آب خالص شسته شود. علاوه بر این، از معرف‌های اسید-باز مانند هیدروکسید سدیم و اسید هیدروکلریک نیز در ایستگاه آب خالص برای بازسازی رزین‌های آنیونی و کاتیونی برای تولید فاضلاب بازسازی اسید-باز استفاده می‌شود. آب پسماند شستشو نیز در طول فرآیند شستشوی گاز زائد اسید-باز تولید می‌شود. در شرکت‌های تولید مدار مجتمع، مقدار فاضلاب اسید-باز به ویژه زیاد است.

۳. فاضلاب آلی:

با توجه به فرآیندهای تولید متفاوت، میزان حلال‌های آلی مورد استفاده در صنعت نیمه‌رسانا بسیار متفاوت است. با این حال، به عنوان مواد تمیزکننده، حلال‌های آلی هنوز به طور گسترده در بخش‌های مختلف تولید بسته‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از حلال‌ها به فاضلاب آلی تبدیل می‌شوند.

۴. سایر فاضلاب‌ها:

فرآیند اچینگ در فرآیند تولید نیمه‌رساناها از مقدار زیادی آمونیاک، فلوئور و آب با خلوص بالا برای ضدعفونی کردن استفاده می‌کند و در نتیجه فاضلاب حاوی آمونیاک با غلظت بالا تولید می‌کند.
فرآیند آبکاری الکتریکی در فرآیند بسته‌بندی نیمه‌هادی مورد نیاز است. تراشه پس از آبکاری الکتریکی نیاز به تمیز شدن دارد و فاضلاب تمیزکاری الکتریکی در این فرآیند تولید می‌شود. از آنجایی که برخی از فلزات در آبکاری الکتریکی استفاده می‌شوند، یون‌های فلزی مانند سرب، قلع، دیسک، روی، آلومینیوم و غیره در فاضلاب تمیزکاری الکتریکی منتشر می‌شوند.

 

گاز زباله

از آنجایی که فرآیند نیمه‌رسانا الزامات بسیار بالایی برای تمیزی اتاق عمل دارد، معمولاً از فن‌ها برای استخراج انواع مختلف گازهای زائد متصاعد شده در طول فرآیند استفاده می‌شود. بنابراین، انتشار گازهای زائد در صنعت نیمه‌رسانا با حجم اگزوز زیاد و غلظت انتشار کم مشخص می‌شود. انتشار گازهای زائد نیز عمدتاً متصاعد می‌شود.
این گازهای زائد را می‌توان عمدتاً به چهار دسته تقسیم کرد: گاز اسیدی، گاز قلیایی، گاز زائد آلی و گاز سمی.

۱. گاز زائد اسید-باز:

گاز زائد اسید-باز عمدتاً از انتشار ناشی می‌شود،بیماری‌های قلبی عروقی (CVD)، CMP و فرآیندهای اچینگ، که از محلول تمیزکننده اسید-باز برای تمیز کردن ویفر استفاده می‌کنند.
در حال حاضر، رایج‌ترین حلال پاک‌کننده مورد استفاده در فرآیند تولید نیمه‌هادی‌ها، مخلوطی از پراکسید هیدروژن و اسید سولفوریک است.
گاز زائد تولید شده در این فرآیندها شامل گازهای اسیدی مانند اسید سولفوریک، اسید هیدروفلوئوریک، اسید هیدروکلریک، اسید نیتریک و اسید فسفریک است و گاز قلیایی عمدتاً آمونیاک است.

۲. گاز زائد آلی:

گاز زائد آلی عمدتاً از فرآیندهایی مانند فوتولیتوگرافی، ظهور، حکاکی و انتشار ناشی می‌شود. در این فرآیندها، از محلول آلی (مانند الکل ایزوپروپیل) برای تمیز کردن سطح ویفر استفاده می‌شود و گاز زائد تولید شده توسط تبخیر یکی از منابع گاز زائد آلی است.
در عین حال، فوتورزیست (فوتورزیست) مورد استفاده در فرآیند فوتولیتوگرافی و اچینگ حاوی حلال‌های آلی فرار مانند بوتیل استات است که در طول فرآیند پردازش ویفر به جو تبدیل می‌شود که منبع دیگری از گازهای زائد آلی است.

۳. گاز سمی ناشی از زباله:

گازهای سمی زائد عمدتاً از فرآیندهایی مانند اپیتاکسی کریستال، اچینگ خشک و CVD ناشی می‌شوند. در این فرآیندها، از انواع گازهای ویژه با خلوص بالا برای پردازش ویفر استفاده می‌شود، مانند سیلیکون (SiHj)، فسفر (PH3)، تتراکلرید کربن (CFJ)، بوران، تری اکسید بور و غیره. برخی از گازهای ویژه سمی، خفه کننده و خورنده هستند.
در عین حال، در فرآیند حکاکی و تمیزکاری خشک پس از رسوب بخار شیمیایی در تولید نیمه‌رساناها، مقدار زیادی گاز اکسید کامل (PFCS) مانند NFS، C2F&CR، C3FS، CHF3، SF6 و غیره مورد نیاز است. این ترکیبات پرفلورینه جذب قوی در ناحیه نور مادون قرمز دارند و برای مدت طولانی در جو باقی می‌مانند. آنها عموماً به عنوان منبع اصلی اثر گلخانه‌ای جهانی در نظر گرفته می‌شوند.

۴. گاز زائد فرآیند بسته‌بندی:

در مقایسه با فرآیند تولید نیمه‌هادی، گاز زائد تولید شده توسط فرآیند بسته‌بندی نیمه‌هادی نسبتاً ساده است و عمدتاً شامل گاز اسیدی، رزین اپوکسی و گرد و غبار می‌شود.
گاز زائد اسیدی عمدتاً در فرآیندهایی مانند آبکاری الکتریکی تولید می‌شود؛
گاز زائد پخت در فرآیند پخت پس از چسباندن و آب‌بندی محصول تولید می‌شود؛
دستگاه برش ویفر در طول فرآیند برش ویفر، گاز زائدی حاوی گرد و غبار سیلیکون تولید می‌کند.

 

مشکلات آلودگی محیط زیست

برای مشکلات آلودگی محیط زیست در صنعت نیمه هادی، مشکلات اصلی که باید حل شوند عبارتند از:
· انتشار آلاینده‌های هوا و ترکیبات آلی فرار (VOCs) در مقیاس بزرگ در فرآیند فوتولیتوگرافی؛
· انتشار ترکیبات پرفلورینه (PFCS) در فرآیندهای اچینگ پلاسما و رسوب بخار شیمیایی؛
· مصرف زیاد انرژی و آب در تولید و حفاظت از ایمنی کارگران؛
· بازیافت و پایش آلودگی محصولات جانبی؛
· مشکلات استفاده از مواد شیمیایی خطرناک در فرآیندهای بسته بندی.

 

تولید پاک

فناوری تولید پاک قطعات نیمه‌هادی را می‌توان از جنبه‌های مواد اولیه، فرآیندها و کنترل فرآیند بهبود بخشید.

 

بهبود مواد اولیه و انرژی

اول، خلوص مواد باید به شدت کنترل شود تا از ورود ناخالصی‌ها و ذرات جلوگیری شود.
ثانیاً، قبل از تولید، باید آزمایش‌های مختلفی از جمله دما، تشخیص نشتی، لرزش، شوک الکتریکی ولتاژ بالا و سایر آزمایش‌ها روی اجزای ورودی یا محصولات نیمه‌تمام انجام شود.
علاوه بر این، خلوص مواد کمکی باید به شدت کنترل شود. فناوری‌های نسبتاً زیادی وجود دارند که می‌توانند برای تولید پاک انرژی مورد استفاده قرار گیرند.

 

بهینه سازی فرآیند تولید

صنعت نیمه‌هادی خود تلاش می‌کند تا از طریق بهبود فناوری فرآیند، تأثیر خود را بر محیط زیست کاهش دهد.
برای مثال، در دهه ۱۹۷۰، در فناوری تمیز کردن مدارهای مجتمع، عمدتاً از حلال‌های آلی برای تمیز کردن ویفرها استفاده می‌شد. در دهه ۱۹۸۰، از محلول‌های اسیدی و قلیایی مانند اسید سولفوریک برای تمیز کردن ویفرها استفاده می‌شد. تا دهه ۱۹۹۰، فناوری تمیز کردن با اکسیژن پلاسما توسعه یافت.
از نظر بسته‌بندی، اکثر شرکت‌ها در حال حاضر از فناوری آبکاری الکتریکی استفاده می‌کنند که باعث آلودگی فلزات سنگین به محیط زیست خواهد شد.
با این حال، کارخانه‌های بسته‌بندی در شانگهای دیگر از فناوری آبکاری الکتریکی استفاده نمی‌کنند، بنابراین هیچ تأثیری از فلزات سنگین بر محیط زیست وجود ندارد. می‌توان دریافت که صنعت نیمه‌هادی به تدریج از طریق بهبود فرآیندها و جایگزینی مواد شیمیایی در فرآیند توسعه خود، تأثیر خود بر محیط زیست را کاهش می‌دهد، که این امر همچنین از روند توسعه جهانی فعلی در حمایت از طراحی فرآیند و محصول مبتنی بر محیط زیست پیروی می‌کند.

 

در حال حاضر، بهبودهای فرآیندی محلی بیشتری در حال انجام است، از جمله:

جایگزینی و کاهش گاز PFCS تماماً آمونیوم، مانند استفاده از گاز PFCs با اثر گلخانه‌ای کم به جای گاز با اثر گلخانه‌ای بالا، مانند بهبود جریان فرآیند و کاهش میزان گاز PFCS مورد استفاده در فرآیند؛
بهبود تمیز کردن چند ویفر به تمیز کردن تک ویفر برای کاهش میزان مواد تمیزکننده شیمیایی مورد استفاده در فرآیند تمیز کردن.
· کنترل دقیق فرآیند:
الف) اتوماسیون فرآیند تولید را محقق کنید، که می‌تواند پردازش دقیق و تولید دسته‌ای را محقق کند و میزان خطای بالای عملیات دستی را کاهش دهد.
ب. عوامل محیطی فرآیند فوق تمیز، حدود ۵٪ یا کمتر از افت عملکرد ناشی از افراد و محیط زیست است. عوامل محیطی فرآیند فوق تمیز عمدتاً شامل تمیزی هوا، آب با خلوص بالا، هوای فشرده، CO2، N2، دما، رطوبت و غیره است. سطح تمیزی یک کارگاه تمیز اغلب با حداکثر تعداد ذرات مجاز در واحد حجم هوا، یعنی غلظت شمارش ذرات، اندازه‌گیری می‌شود.
ج. تقویت سیستم تشخیص و انتخاب نقاط کلیدی مناسب برای تشخیص در ایستگاه‌های کاری با مقادیر زیاد ضایعات در طول فرآیند تولید.

 

از هر مشتری از سراسر جهان استقبال می کنیم تا برای بحث بیشتر به ما مراجعه کنند!

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