सेमीकंडक्टर विनिर्माण उद्योग में प्रदूषण के स्रोत और रोकथाम

सेमीकंडक्टर उपकरणों के उत्पादन में मुख्य रूप से असतत उपकरण, एकीकृत सर्किट और उनकी पैकेजिंग प्रक्रियाएं शामिल हैं।
सेमीकंडक्टर उत्पादन को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है: उत्पाद के मुख्य भाग की सामग्री का उत्पादन, उत्पादवफ़रउत्पाद निर्माण और उपकरण संयोजन। इनमें से, सबसे गंभीर प्रदूषण उत्पाद वेफर निर्माण चरण में होता है।
प्रदूषकों को मुख्य रूप से अपशिष्ट जल, अपशिष्ट गैस और ठोस अपशिष्ट में विभाजित किया जाता है।

चिप निर्माण प्रक्रिया:

सिलिकॉन वेफरबाह्य पिसाई - सफाई - ऑक्सीकरण - एकसमान प्रतिरोध - फोटोलिथोग्राफी - विकास - नक़्क़ाशी - प्रसार, आयन आरोपण - रासायनिक वाष्प निक्षेपण - रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग - धातुकरण, आदि के बाद।

 

अपशिष्ट

सेमीकंडक्टर निर्माण और पैकेजिंग परीक्षण के प्रत्येक प्रक्रिया चरण में बड़ी मात्रा में अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है, जिसमें मुख्य रूप से अम्लीय-क्षारीय अपशिष्ट जल, अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल और कार्बनिक अपशिष्ट जल शामिल होता है।

 

1. फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल:

हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल अपने ऑक्सीकरण और संक्षारक गुणों के कारण ऑक्सीकरण और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में प्रयुक्त होने वाला मुख्य विलायक है। चिप निर्माण प्रक्रिया में फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल मुख्य रूप से विसरण प्रक्रिया और रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रिया से उत्पन्न होता है। सिलिकॉन वेफर्स और संबंधित उपकरणों की सफाई प्रक्रिया में भी कई बार हाइड्रोक्लोरिक अम्ल का उपयोग किया जाता है। ये सभी प्रक्रियाएं समर्पित नक़्क़ाशी टैंकों या सफाई उपकरणों में पूरी की जाती हैं, इसलिए फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल को अलग से निकाला जा सकता है। सांद्रता के आधार पर, इसे उच्च सांद्रता वाले फ्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल और कम सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल में विभाजित किया जा सकता है। सामान्यतः, उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल की सांद्रता 100-1200 मिलीग्राम/लीटर तक हो सकती है। अधिकांश कंपनियां अपशिष्ट जल के इस भाग को उन प्रक्रियाओं के लिए पुनर्चक्रित करती हैं जिनमें उच्च गुणवत्ता वाले जल की आवश्यकता नहीं होती है।

2. अम्ल-क्षार अपशिष्ट जल:

इंटीग्रेटेड सर्किट निर्माण प्रक्रिया में लगभग हर चरण में चिप की सफाई आवश्यक होती है। वर्तमान में, सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड इंटीग्रेटेड सर्किट निर्माण प्रक्रिया में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सफाई तरल पदार्थ हैं। साथ ही, नाइट्रिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड और अमोनिया जल जैसे अम्ल-क्षार अभिकर्मकों का भी उपयोग किया जाता है।
उत्पादन प्रक्रिया का अम्ल-क्षार अपशिष्ट जल मुख्य रूप से चिप निर्माण प्रक्रिया में सफाई प्रक्रिया से उत्पन्न होता है। पैकेजिंग प्रक्रिया में, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और रासायनिक विश्लेषण के दौरान चिप को अम्ल-क्षार विलयन से उपचारित किया जाता है। उपचार के बाद, इसे शुद्ध जल से धोना आवश्यक होता है, जिससे अम्ल-क्षार धुलाई अपशिष्ट जल प्राप्त होता है। इसके अतिरिक्त, सोडियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल जैसे अम्ल-क्षार अभिकर्मकों का उपयोग शुद्ध जल संयंत्र में ऋणायन और धनायन रेजिन के पुनर्जनन के लिए भी किया जाता है, जिससे अम्ल-क्षार पुनर्जनन अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है। अम्ल-क्षार अपशिष्ट गैस धुलाई प्रक्रिया के दौरान भी धुलाई अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है। एकीकृत परिपथ निर्माण कंपनियों में, अम्ल-क्षार अपशिष्ट जल की मात्रा विशेष रूप से अधिक होती है।

3. जैविक अपशिष्ट जल:

उत्पादन प्रक्रियाओं में भिन्नता के कारण, सेमीकंडक्टर उद्योग में उपयोग होने वाले कार्बनिक विलायकों की मात्रा में काफी अंतर होता है। हालांकि, सफाई एजेंट के रूप में, कार्बनिक विलायकों का उपयोग पैकेजिंग निर्माण के विभिन्न चरणों में व्यापक रूप से किया जाता है। इनमें से कुछ विलायक कार्बनिक अपशिष्ट जल में मिल जाते हैं।

4. अन्य अपशिष्ट जल:

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रिया की नक़्क़ाशी प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में अमोनिया, फ्लोरीन और विसंक्रमण के लिए उच्च शुद्धता वाले पानी का उपयोग किया जाएगा, जिससे उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल का निर्वहन होगा।
सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रक्रिया में इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रक्रिया आवश्यक है। इलेक्ट्रोप्लेटिंग के बाद चिप को साफ करना पड़ता है, और इस प्रक्रिया में इलेक्ट्रोप्लेटिंग सफाई अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है। चूंकि इलेक्ट्रोप्लेटिंग में कुछ धातुओं का उपयोग होता है, इसलिए इलेक्ट्रोप्लेटिंग सफाई अपशिष्ट जल में धातु आयन उत्सर्जन होता है, जैसे कि सीसा, टिन, डिस्क, जस्ता, एल्यूमीनियम आदि।

 

अपशिष्ट गैस

सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया में परिचालन कक्ष की स्वच्छता के लिए अत्यंत उच्च आवश्यकताएं होती हैं, इसलिए प्रक्रिया के दौरान वाष्पीकृत होने वाली विभिन्न प्रकार की अपशिष्ट गैसों को बाहर निकालने के लिए आमतौर पर पंखों का उपयोग किया जाता है। अतः, सेमीकंडक्टर उद्योग में अपशिष्ट गैस उत्सर्जन की विशेषता यह है कि इसमें निकास की मात्रा अधिक होती है और उत्सर्जन सांद्रता कम होती है। अपशिष्ट गैस उत्सर्जन मुख्यतः वाष्पीकृत हो जाता है।
इन अपशिष्ट गैस उत्सर्जन को मुख्य रूप से चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: अम्लीय गैस, क्षारीय गैस, कार्बनिक अपशिष्ट गैस और विषैली गैस।

1. अम्ल-क्षार अपशिष्ट गैस:

अम्ल-क्षार अपशिष्ट गैस मुख्यतः विसरण से उत्पन्न होती है।सीवीडीसीएमपी और एचिंग प्रक्रियाएं, जिनमें वेफर को साफ करने के लिए एसिड-बेस क्लीनिंग सॉल्यूशन का उपयोग किया जाता है।
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 होती हैं, और क्षारीय गैस मुख्य रूप से अमोनिया होती है।

2. जैविक अपशिष्ट गैस:

कार्बनिक अपशिष्ट गैस मुख्य रूप से फोटोलिथोग्राफी, डेवलपमेंट, एचिंग और डिफ्यूजन जैसी प्रक्रियाओं से उत्पन्न होती है। इन प्रक्रियाओं में, वेफर की सतह को साफ करने के लिए कार्बनिक घोल (जैसे आइसोप्रोपिल अल्कोहल) का उपयोग किया जाता है, और वाष्पीकरण से उत्पन्न अपशिष्ट गैस कार्बनिक अपशिष्ट गैस के स्रोतों में से एक है।
साथ ही, फोटोलिथोग्राफी और एचिंग की प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले फोटोरेसिस्ट (फोटोरेसिस्ट) में ब्यूटाइल एसीटेट जैसे वाष्पशील कार्बनिक विलायक होते हैं, जो वेफर प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान वातावरण में वाष्पीकृत हो जाते हैं, जो कार्बनिक अपशिष्ट गैस का एक अन्य स्रोत है।

3. जहरीली अपशिष्ट गैस:

विषैली अपशिष्ट गैसें मुख्य रूप से क्रिस्टल एपिटैक्सी, ड्राई एचिंग और सीवीडी जैसी प्रक्रियाओं से उत्पन्न होती हैं। इन प्रक्रियाओं में, वेफर को संसाधित करने के लिए सिलिकॉन (SiHj), फास्फोरस (PH3), कार्बन टेट्राक्लोराइड (CFJ), बोरेन, बोरॉन ट्राईऑक्साइड आदि जैसी विभिन्न प्रकार की उच्च-शुद्धता वाली विशेष गैसों का उपयोग किया जाता है। इनमें से कुछ विशेष गैसें विषैली, दम घोंटने वाली और संक्षारक होती हैं।
साथ ही, अर्धचालक निर्माण में रासायनिक वाष्प निक्षेपण के बाद शुष्क नक़्क़ाशी और सफाई प्रक्रिया में, एनएफएस, सी2एफ&सीआर, सी3एफएस, सीएचएफ3, एसएफ6 आदि जैसी पूर्ण ऑक्साइड (पीएफसीएस) गैस की बड़ी मात्रा में आवश्यकता होती है। ये परफ्लुओरिनेटेड यौगिक अवरक्त प्रकाश क्षेत्र में तीव्र अवशोषण क्षमता रखते हैं और लंबे समय तक वातावरण में बने रहते हैं। इन्हें आमतौर पर वैश्विक ग्रीनहाउस प्रभाव का मुख्य स्रोत माना जाता है।

4. पैकेजिंग प्रक्रिया से निकलने वाली अपशिष्ट गैस:

सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया की तुलना में, सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गैस अपेक्षाकृत सरल होती है, जिसमें मुख्य रूप से अम्लीय गैस, एपॉक्सी राल और धूल शामिल होती है।
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;
वेफर काटने की प्रक्रिया के दौरान डाइसिंग मशीन से अपशिष्ट गैस निकलती है जिसमें सिलिकॉन की धूल के अंश मौजूद होते हैं।

 

पर्यावरण प्रदूषण की समस्याएं

सेमीकंडक्टर उद्योग में पर्यावरणीय प्रदूषण की समस्याओं के समाधान के लिए मुख्य रूप से निम्नलिखित समस्याओं का समाधान करना आवश्यक है:
फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में वायु प्रदूषकों और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (VOCs) का बड़े पैमाने पर उत्सर्जन;
· प्लाज्मा एचिंग और रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रियाओं में परफ्लोरीनयुक्त यौगिकों (पीएफसीएस) का उत्सर्जन;
उत्पादन और श्रमिकों की सुरक्षा में ऊर्जा और पानी की बड़े पैमाने पर खपत;
• उप-उत्पादों का पुनर्चक्रण और प्रदूषण निगरानी;
पैकेजिंग प्रक्रियाओं में खतरनाक रसायनों के उपयोग से जुड़ी समस्याएं।

 

स्वच्छ उत्पादन

कच्चे माल, प्रक्रियाओं और प्रक्रिया नियंत्रण के पहलुओं से अर्धचालक उपकरण स्वच्छ उत्पादन प्रौद्योगिकी में सुधार किया जा सकता है।

 

कच्चे माल और ऊर्जा में सुधार

सबसे पहले, अशुद्धियों और कणों के प्रवेश को कम करने के लिए सामग्रियों की शुद्धता को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए।
दूसरे, उत्पादन में शामिल करने से पहले आने वाले घटकों या अर्ध-तैयार उत्पादों पर विभिन्न तापमान, रिसाव का पता लगाने, कंपन, उच्च-वोल्टेज विद्युत झटके और अन्य परीक्षण किए जाने चाहिए।
इसके अतिरिक्त, सहायक सामग्रियों की शुद्धता पर कड़ाई से नियंत्रण रखा जाना चाहिए। स्वच्छ ऊर्जा उत्पादन के लिए अपेक्षाकृत अनेक प्रौद्योगिकियां उपलब्ध हैं।

 

उत्पादन प्रक्रिया को अनुकूलित करें

सेमीकंडक्टर उद्योग स्वयं प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में सुधार के माध्यम से पर्यावरण पर अपने 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 विलायकों का उपयोग किया जाता था। 1980 के दशक में, वेफर्स को साफ करने के लिए सल्फ्यूरिक एसिड जैसे अम्ल और क्षार विलयनों का उपयोग किया जाने लगा। 1990 के दशक तक, प्लाज्मा ऑक्सीजन सफाई तकनीक विकसित हो गई थी।
पैकेजिंग के संदर्भ में, अधिकांश कंपनियां वर्तमान में इलेक्ट्रोप्लेटिंग तकनीक का उपयोग करती हैं, जिससे पर्यावरण में भारी धातु प्रदूषण होगा।
हालांकि, शंघाई में पैकेजिंग संयंत्र अब इलेक्ट्रोप्लेटिंग तकनीक का उपयोग नहीं करते हैं, इसलिए पर्यावरण पर भारी धातुओं का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इससे पता चलता है कि अर्धचालक उद्योग अपनी विकास प्रक्रिया में सुधार और रासायनिक प्रतिस्थापन के माध्यम से पर्यावरण पर अपने प्रभाव को धीरे-धीरे कम कर रहा है, जो पर्यावरण आधारित प्रक्रिया और उत्पाद डिजाइन को बढ़ावा देने के वर्तमान वैश्विक विकास रुझान का अनुसरण करता है।

 

वर्तमान में, स्थानीय स्तर पर प्रक्रिया सुधार कार्य किए जा रहे हैं, जिनमें निम्नलिखित शामिल हैं:

सभी अमोनियम पीएफसीएस गैस का प्रतिस्थापन और कमी, जैसे कि उच्च ग्रीनहाउस प्रभाव वाली गैस के स्थान पर कम ग्रीनहाउस प्रभाव वाली पीएफसी गैस का उपयोग करना, जैसे कि प्रक्रिया प्रवाह में सुधार करना और प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली पीएफसीएस गैस की मात्रा को कम करना;
सफाई प्रक्रिया में प्रयुक्त रासायनिक सफाई एजेंटों की मात्रा को कम करने के लिए मल्टी-वेफर सफाई को सिंगल-वेफर सफाई में परिवर्तित करना।
• सख्त प्रक्रिया नियंत्रण:
ए. विनिर्माण प्रक्रिया का स्वचालन करना, जिससे सटीक प्रसंस्करण और बैच उत्पादन संभव हो सके और मैनुअल संचालन की उच्च त्रुटि दर को कम किया जा सके;
बी. अति-स्वच्छ प्रक्रिया के पर्यावरणीय कारकों में, उपज हानि का लगभग 5% या उससे कम हिस्सा लोगों और पर्यावरण के कारण होता है। अति-स्वच्छ प्रक्रिया के पर्यावरणीय कारकों में मुख्य रूप से वायु की स्वच्छता, उच्च-शुद्धता वाला पानी, संपीड़ित वायु, CO2, N2, तापमान, आर्द्रता आदि शामिल हैं। एक स्वच्छ कार्यशाला के स्वच्छता स्तर को अक्सर हवा की प्रति इकाई आयतन में अनुमत कणों की अधिकतम संख्या, यानी कण गणना सांद्रता द्वारा मापा जाता है;
सी. उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में अपशिष्ट उत्पन्न करने वाले कार्यस्थलों पर पहचान को मजबूत करें और पहचान के लिए उपयुक्त प्रमुख बिंदुओं का चयन करें।

 

आगे की चर्चा के लिए दुनिया भर के सभी ग्राहकों का हमारे यहाँ आने का स्वागत है!

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