מקורות זיהום ומניעתם 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, ייצור מוצררָקִיקייצור והרכבת מכשירים. ביניהם, הזיהום החמור ביותר הוא שלב ייצור פרוסות המוצר.
מזהמים מתחלקים בעיקר לשפכים, גזי פליטה ופסולת מוצקה.

תהליך ייצור שבבים:

פרוסת סיליקוןלאחר שחיקה חיצונית - ניקוי - חמצון - התנגדות אחידה - פוטוליוגרפיה - פיתוח - איכול - דיפוזיה, השתלת יונים - שקיעת אדים כימית - ליטוש כימי-מכני - מטליזציה וכו'.

 

שפכים

כמות גדולה של שפכים נוצרת בכל שלב בתהליך ייצור מוליכים למחצה ובדיקת אריזות, בעיקר שפכים חומציים-בסיסיים, שפכים המכילים אמוניה ושפכים אורגניים.

 

1. שפכים המכילים פלואור:

חומצה הידרופלואורית הופכת לממס העיקרי המשמש בתהליכי חמצון ואכילה בשל תכונותיה המחמצנות והקורוזיביות. שפכים המכילים פלואור בתהליך מגיעים בעיקר מתהליך הדיפוזיה ותהליך הליטוש הכימי-מכני בתהליך ייצור השבבים. בתהליך הניקוי של פרוסות סיליקון וכלי מטבח נלווים, נעשה שימוש רב גם בחומצה הידרוכלורית. כל התהליכים הללו מבוצעים במיכלי איכול ייעודיים או בציוד ניקוי, כך שניתן לפלוט שפכים המכילים פלואור באופן עצמאי. בהתאם לריכוז, ניתן לחלק אותם לשפכים המכילים פלואור בריכוז גבוה ולשפכים המכילים אמוניה בריכוז נמוך. באופן כללי, ריכוז השפכים המכילים אמוניה בריכוז גבוה יכול להגיע ל-100-1200 מ"ג/ליטר. רוב החברות ממחזרות חלק זה של השפכים עבור תהליכים שאינם דורשים איכות מים גבוהה.

2. שפכים חומציים-בסיסיים:

כמעט כל תהליך בתהליך ייצור המעגלים המשולבים דורש ניקוי של השבב. כיום, חומצה גופרתית ומי חמצן הם נוזלי הניקוי הנפוצים ביותר בתהליך ייצור המעגלים המשולבים. במקביל, משתמשים גם בריאגנטים חומציים-בסיסיים כגון חומצה חנקתית, חומצה הידרוכלורית ומים באמוניה.
מי השפכים החומציים-בסיסיים של תהליך הייצור מגיעים בעיקר מתהליך הניקוי בתהליך ייצור השבב. בתהליך האריזה, השבב מטופל בתמיסת חומצה-בסיס במהלך ציפוי אלקטרוליטי וניתוח כימי. לאחר הטיפול, יש לשטוף אותו במים טהורים כדי לייצר מי שפכים לשטיפה חומצית-בסיסית. בנוסף, ריאגנטים חומציים-בסיסיים כמו נתרן הידרוקסידי וחומצה הידרוכלורית משמשים גם הם בתחנת המים הטהורים כדי לחדש שרפי אניונים וקטיונים כדי לייצר שפכים לחידוש חומצה-בסיס. מי שאריות לשטיפה מיוצרים גם הם במהלך תהליך שטיפת גזי פליטה חומציים-בסיסיים. בחברות לייצור מעגלים משולבים, כמות מי השפכים החומציים-בסיסיים גדולה במיוחד.

3. שפכים אורגניים:

בשל תהליכי ייצור שונים, כמות הממסים האורגניים המשמשים בתעשיית המוליכים למחצה שונה מאוד. עם זאת, כחומרי ניקוי, ממסים אורגניים עדיין נמצאים בשימוש נרחב בתהליכי ייצור שונים של אריזות. חלק מהממסים הופכים לשפכים אורגניים.

4. שפכים אחרים:

תהליך האיכול של תהליך ייצור המוליכים למחצה ישתמש בכמות גדולה של אמוניה, פלואור ומים בעלי טוהר גבוה לצורך טיהור, ובכך ייצור פליטת שפכים המכילים אמוניה בריכוז גבוה.
תהליך הציפוי האלקטרוני נדרש בתהליך אריזת מוליכים למחצה. יש לנקות את השבב לאחר הציפוי האלקטרוני, ובתהליך זה ייווצרו שפכי ניקוי של הציפוי האלקטרוני. מכיוון שחלק מהמתכות משמשות בציפוי האלקטרוני, יהיו פליטות יוני מתכת בשפכי הציפוי האלקטרוני, כגון עופרת, בדיל, דיסק, אבץ, אלומיניום וכו'.

 

גז פסולת

מכיוון שלתהליך המוליכים למחצה יש דרישות גבוהות ביותר לניקיון חדר הניתוח, מאווררים משמשים בדרך כלל להוצאת סוגים שונים של גזי פליטה המתנדפים במהלך התהליך. לכן, פליטות גזי הפליטה בתעשיית המוליכים למחצה מאופיינות בנפח פליטה גדול וריכוז פליטה נמוך. פליטות גזי פליטה גם הן בעיקר מתנדפות.
ניתן לחלק את פליטות גזי הפליטה הללו בעיקר לארבע קטגוריות: גז חומצי, גז בסיסי, גז פסולת אורגני וגז רעיל.

1. גז פליטה חומצי-בסיסי:

גז פליטה חומצי-בסיסי מגיע בעיקר מדיפוזיה,מחלות לב וכלי דם, CMP ותהליכי איכול, המשתמשים בתמיסת ניקוי חומצית-בסיסית לניקוי הוופל.
כיום, ממס הניקוי הנפוץ ביותר בתהליך ייצור מוליכים למחצה הוא תערובת של מי חמצן וחומצה גופרתית.
גזי הפליטה הנוצרים בתהליכים אלה כוללים 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 כגון פוטוליוגרפיה, פיתוח, איכול ודיפוזיה. בתהליכים אלה, נעשה שימוש בתמיסה אורגנית (כגון אלכוהול איזופרופילי) לניקוי פני השטח של פרוסת הוופל, וגז הפליטה הנוצר כתוצאה מהתנדפות הוא אחד המקורות לגז פסולת אורגני;
במקביל, הפוטורזיסט (פוטורזיסט) המשמש בתהליך הפוטוליתוגרפיה והאיכול מכיל ממסים אורגניים נדיפים, כגון בוטיל אצטט, אשר מתנדפים לאטמוספרה במהלך תהליך עיבוד הפרוסות, שהוא מקור נוסף לגז פסולת אורגני.

3. גז פליטה רעיל:

גזי פליטה רעילים מגיעים בעיקר מתהליכים כגון אפיטקסיה גבישית, איכול יבש ו-CVD. בתהליכים אלה, משתמשים במגוון גזים מיוחדים בעלי טוהר גבוה לעיבוד הוופל, כגון סיליקון (SiHj), זרחן (PH3), פחמן טטראכלוריד (CFJ), בוראן, בורון טריאוקסיד וכו'. חלק מהגזים המיוחדים רעילים, חונקים וקורוזיביים.
במקביל, בתהליך האיכול והניקוי היבשים לאחר שקיעת אדים כימית בייצור מוליכים למחצה, נדרשת כמות גדולה של גז תחמוצת מלאה (PFCS), כגון NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 וכו'. לתרכובות פלואוריניות אלו יש ספיגה חזקה באזור האור האינפרא אדום והן נשארות באטמוספירה במשך זמן רב. הן נחשבות בדרך כלל למקור העיקרי לאפקט החממה העולמי.

4. גזי פליטה מתהליך האריזה:

בהשוואה לתהליך ייצור מוליכים למחצה, גז הפסולת הנוצר בתהליך אריזת המוליכים למחצה הוא פשוט יחסית, בעיקר גז חומצי, שרף אפוקסי ואבק.
גז פסולת חומצי נוצר בעיקר בתהליכים כגון ציפוי אלקטרוליטי;
גז פסולת אפייה נוצר בתהליך האפייה לאחר הדבקה ואטימה של המוצר;
מכונת החיתוך מייצרת גז פסולת המכיל עקבות של אבק סיליקון במהלך תהליך חיתוך הוופלים.

 

בעיות זיהום סביבתי

עבור בעיות זיהום הסביבה בתעשיית המוליכים למחצה, הבעיות העיקריות שיש לפתור הן:
· פליטה בקנה מידה גדול של מזהמי אוויר ותרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) בתהליך הפוטוליתוגרפיה;
· פליטת תרכובות פלואוריניות (PFCS) בתהליכי איכול בפלזמה ובתהליכי שקיעת אדים כימיים;
· צריכה בקנה מידה גדול של אנרגיה ומים בייצור והגנה על בטיחות העובדים;
· ניטור מיחזור וזיהום של תוצרי לוואי;
· בעיות של שימוש בכימיקלים מסוכנים בתהליכי אריזה.

 

ייצור נקי

ניתן לשפר את טכנולוגיית הייצור הנקי של התקני מוליכים למחצה מבחינת חומרי גלם, תהליכים ובקרת תהליכים.

 

שיפור חומרי הגלם והאנרגיה

ראשית, יש לשלוט בקפדנות על טוהר החומרים כדי להפחית את כניסתם של זיהומים וחלקיקים.
שנית, יש לבצע בדיקות שונות של טמפרטורה, גילוי דליפות, רעידות, התחשמלות במתח גבוה ובדיקות אחרות על הרכיבים הנכנסים או המוצרים המוגמרים למחצה לפני שהם מוכנסים לייצור.
בנוסף, יש לשלוט בקפדנות על טוהר חומרי העזר. ישנן טכנולוגיות רבות יחסית בהן ניתן להשתמש לייצור אנרגיה נקייה.

 

אופטימיזציה של תהליך הייצור

תעשיית המוליכים למחצה עצמה שואפת להפחית את השפעתה על הסביבה באמצעות שיפורים בטכנולוגיית התהליך.
לדוגמה, בשנות ה-70, ממסים אורגניים שימשו בעיקר לניקוי ופלים בטכנולוגיית ניקוי מעגלים משולבים. בשנות ה-80, תמיסות חומציות ובסיסיות כמו חומצה גופרתית שימשו לניקוי ופלים. עד שנות ה-90, פותחה טכנולוגיית ניקוי חמצן בפלזמה.
מבחינת אריזות, רוב החברות משתמשות כיום בטכנולוגיית ציפוי אלקטרוליטי, אשר תגרום לזיהום סביבתי של מתכות כבדות.
עם זאת, מפעלי אריזה בשנגחאי אינם משתמשים עוד בטכנולוגיית ציפוי אלקטרוליטי, כך שאין השפעה של מתכות כבדות על הסביבה. ניתן למצוא כי תעשיית המוליכים למחצה מפחיתה בהדרגה את השפעתה על הסביבה באמצעות שיפורי תהליכים והחלפת כימיקלים בתהליך הפיתוח שלה, דבר שעוקב גם אחר מגמת הפיתוח העולמית הנוכחית של קידום עיצוב תהליכים ומוצרים המבוססים על הסביבה.

 

כיום, מתבצעים שיפורים נוספים בתהליכים מקומיים, כולל:

·החלפה והפחתה של גז PFCS המכיל כולו אמוניום, כגון שימוש בגז PFCs בעל אפקט חממה נמוך כדי להחליף גז בעל אפקט חממה גבוה, כגון שיפור זרימת התהליך והפחתת כמות גז ה-PFCS המשמש בתהליך;
· שיפור ניקוי מרובה ופלים לניקוי ופלה בודדת כדי להפחית את כמות חומרי הניקוי הכימיים המשמשים בתהליך הניקוי.
בקרת תהליכים קפדנית:
א. מימוש אוטומציה של תהליך הייצור, שיכולה לממש עיבוד מדויק וייצור אצווה, ולהפחית את שיעור השגיאות הגבוה של פעולה ידנית;
ב. גורמי סביבה של תהליך נקי במיוחד, כ-5% או פחות מאובדן התפוקה נגרם על ידי אנשים וסביבה. גורמי סביבה של תהליך נקי במיוחד כוללים בעיקר ניקיון אוויר, מים בעלי ניקיון גבוה, אוויר דחוס, CO2, N2, טמפרטורה, לחות וכו'. רמת הניקיון של סדנה נקייה נמדדת לעתים קרובות על ידי מספר החלקיקים המרבי המותר ליחידת נפח אוויר, כלומר, ריכוז ספירת החלקיקים;
ג. לחזק את הזיהוי, ולבחור נקודות מפתח מתאימות לזיהוי בתחנות עבודה עם כמויות גדולות של פסולת במהלך תהליך 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