सेमीकंडक्टर उत्पादन उद्योगातील प्रदूषणाचे स्रोत आणि प्रतिबंध

सेमीकंडक्टर उपकरण उत्पादनामध्ये प्रामुख्याने डिस्क्रीट उपकरणे, इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि त्यांच्या पॅकेजिंग प्रक्रियांचा समावेश होतो.
सेमीकंडक्टर उत्पादनाचे तीन टप्पे आहेत: उत्पादन बॉडी मटेरियलचे उत्पादन, उत्पादनवेफरउत्पादन आणि उपकरण जुळवणी. त्यांपैकी, सर्वात गंभीर प्रदूषण उत्पादनाच्या वेफर निर्मितीच्या टप्प्यावर होते.
प्रदूषकांचे मुख्यत्वे सांडपाणी, टाकाऊ वायू आणि घनकचरा असे वर्गीकरण केले जाते.

चिप उत्पादन प्रक्रिया:

सिलिकॉन वेफरबाह्य ग्राइंडिंगनंतर - स्वच्छता - ऑक्सिडेशन - एकसमान रेझिस्ट - फोटोलिथोग्राफी - डेव्हलपमेंट - एचिंग - डिफ्यूजन, आयन इम्प्लांटेशन - केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन - केमिकल मेकॅनिकल पॉलिशिंग - मेटलायझेशन, इत्यादी.

 

सांडपाणी

सेमीकंडक्टर उत्पादन आणि पॅकेजिंग चाचणीच्या प्रत्येक प्रक्रिया टप्प्यात मोठ्या प्रमाणात सांडपाणी तयार होते, ज्यात प्रामुख्याने आम्ल-क्षार सांडपाणी, अमोनियायुक्त सांडपाणी आणि सेंद्रिय सांडपाणी यांचा समावेश असतो.

 

१. फ्लोरीनयुक्त सांडपाणी:

हायड्रोफ्लोरिक आम्ल त्याच्या ऑक्सिडायझिंग आणि क्षरणकारी गुणधर्मांमुळे ऑक्सिडेशन आणि एचिंग प्रक्रियांमध्ये वापरले जाणारे मुख्य द्रावक बनते. या प्रक्रियेतील फ्लोरीनयुक्त सांडपाणी प्रामुख्याने चिप निर्मिती प्रक्रियेतील डिफ्यूजन प्रक्रिया आणि केमिकल मेकॅनिकल पॉलिशिंग प्रक्रियेतून येते. सिलिकॉन वेफर्स आणि संबंधित उपकरणांच्या साफसफाईच्या प्रक्रियेतही अनेकदा हायड्रोक्लोरिक आम्लाचा वापर केला जातो. या सर्व प्रक्रिया विशेष एचिंग टाक्यांमध्ये किंवा साफसफाईच्या उपकरणांमध्ये पूर्ण केल्या जातात, त्यामुळे फ्लोरीनयुक्त सांडपाणी स्वतंत्रपणे सोडले जाऊ शकते. सांद्रतेनुसार, त्याचे उच्च-सांद्रता फ्लोरीनयुक्त सांडपाणी आणि कमी-सांद्रता अमोनियायुक्त सांडपाणी असे वर्गीकरण केले जाऊ शकते. साधारणपणे, उच्च-सांद्रता अमोनियायुक्त सांडपाण्याची सांद्रता १००-१२०० मिग्रॅ/लिटर पर्यंत पोहोचू शकते. बहुतेक कंपन्या सांडपाण्याच्या या भागाचा पुनर्वापर अशा प्रक्रियांसाठी करतात ज्यांना उच्च दर्जाच्या पाण्याची आवश्यकता नसते.

२. आम्ल-क्षारयुक्त सांडपाणी:

इंटिग्रेटेड सर्किट निर्मिती प्रक्रियेतील जवळजवळ प्रत्येक प्रक्रियेत चिप स्वच्छ करण्याची आवश्यकता असते. सध्या, इंटिग्रेटेड सर्किट निर्मिती प्रक्रियेत सल्फ्यूरिक ऍसिड आणि हायड्रोजन पेरॉक्साइड हे सर्वाधिक वापरले जाणारे स्वच्छता द्रव आहेत. त्याचबरोबर, नायट्रिक ऍसिड, हायड्रोक्लोरिक ऍसिड आणि अमोनिया वॉटर यांसारख्या आम्ल-क्षार अभिकर्मकांचाही वापर केला जातो.
उत्पादन प्रक्रियेतील आम्ल-क्षारयुक्त सांडपाणी प्रामुख्याने चिप उत्पादन प्रक्रियेतील स्वच्छता प्रक्रियेतून येते. पॅकेजिंग प्रक्रियेमध्ये, इलेक्ट्रोप्लेटिंग आणि रासायनिक विश्लेषणादरम्यान चिपवर आम्ल-क्षारयुक्त द्रावणाने प्रक्रिया केली जाते. या प्रक्रियेनंतर, आम्ल-क्षारयुक्त धुलाईचे सांडपाणी तयार करण्यासाठी ते शुद्ध पाण्याने धुणे आवश्यक असते. याव्यतिरिक्त, ॲनायन आणि कॅटायन रेझिन्सचे पुनरुत्पादन करण्यासाठी शुद्ध पाणी स्टेशनमध्ये सोडियम हायड्रॉक्साइड आणि हायड्रोक्लोरिक ॲसिडसारखे आम्ल-क्षारयुक्त अभिकर्मक देखील वापरले जातात, ज्यामुळे आम्ल-क्षारयुक्त पुनर्निर्मितीचे सांडपाणी तयार होते. आम्ल-क्षारयुक्त टाकाऊ वायू धुण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान धुलाईचे टाकाऊ पाणी देखील तयार होते. एकात्मिक सर्किट उत्पादन कंपन्यांमध्ये, आम्ल-क्षारयुक्त सांडपाण्याचे प्रमाण विशेषतः मोठे असते.

३. सेंद्रिय सांडपाणी:

वेगवेगळ्या उत्पादन प्रक्रियांमुळे, सेमीकंडक्टर उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या सेंद्रिय द्रावकांचे प्रमाण खूप भिन्न असते. तथापि, स्वच्छताकारक म्हणून, पॅकेजिंग उत्पादनाच्या विविध टप्प्यांमध्ये सेंद्रिय द्रावकांचा अजूनही मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. काही द्रावके सेंद्रिय सांडपाण्यात विसर्जित होतात.

४. इतर सांडपाणी:

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेच्या एचिंग प्रक्रियेत निर्जंतुकीकरणासाठी मोठ्या प्रमाणात अमोनिया, फ्लोरीन आणि उच्च-शुद्ध पाण्याचा वापर केला जातो, ज्यामुळे उच्च सांद्रतेचे अमोनियायुक्त सांडपाणी बाहेर टाकले जाते.
सेमीकंडक्टर पॅकेजिंग प्रक्रियेमध्ये इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रक्रिया आवश्यक असते. इलेक्ट्रोप्लेटिंगनंतर चिप स्वच्छ करणे आवश्यक असते आणि या प्रक्रियेत इलेक्ट्रोप्लेटिंग स्वच्छतेचे सांडपाणी तयार होते. इलेक्ट्रोप्लेटिंगमध्ये काही धातू वापरले जात असल्यामुळे, इलेक्ट्रोप्लेटिंग स्वच्छतेच्या सांडपाण्यात धातूंच्या आयनांचे उत्सर्जन होते, जसे की शिसे, कथील, जस्त, ॲल्युमिनियम इत्यादी.

 

टाकाऊ वायू

सेमीकंडक्टर प्रक्रियेमध्ये ऑपरेटिंग रूमच्या स्वच्छतेसाठी अत्यंत उच्च आवश्यकता असल्याने, प्रक्रियेदरम्यान बाष्पीभवन होणारे विविध प्रकारचे टाकाऊ वायू बाहेर काढण्यासाठी सहसा पंख्यांचा वापर केला जातो. त्यामुळे, सेमीकंडक्टर उद्योगातील टाकाऊ वायू उत्सर्जनाचे वैशिष्ट्य म्हणजे बाहेर पडणाऱ्या वायूचे मोठे प्रमाण आणि कमी उत्सर्जन सांद्रता. टाकाऊ वायू उत्सर्जन देखील प्रामुख्याने बाष्पीभवन स्वरूपात होते.
या टाकाऊ वायू उत्सर्जनांचे मुख्यत्वे चार प्रकारांमध्ये वर्गीकरण करता येते: आम्लधर्मी वायू, अल्कधर्मी वायू, सेंद्रिय टाकाऊ वायू आणि विषारी वायू.

१. आम्ल-आम्लारी टाकाऊ वायू:

आम्ल-आम्लारी टाकाऊ वायू प्रामुख्याने विसरणातून येतो.सीव्हीडी, सीएमपी आणि एचिंग प्रक्रिया, ज्यामध्ये वेफर स्वच्छ करण्यासाठी आम्ल-क्षार स्वच्छता द्रावणाचा वापर केला जातो.
सध्या, सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेमध्ये सर्वात जास्त वापरले जाणारे क्लिनिंग सॉल्व्हेंट हे हायड्रोजन पेरॉक्साइड आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडचे मिश्रण आहे.
या प्रक्रियांमध्ये निर्माण होणाऱ्या टाकाऊ वायूमध्ये सल्फ्यूरिक ऍसिड, हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड, हायड्रोक्लोरिक ऍसिड, नायट्रिक ऍसिड आणि फॉस्फोरिक ऍसिड यांसारख्या आम्लधर्मी वायूंचा समावेश असतो आणि अल्कधर्मी वायू प्रामुख्याने अमोनिया असतो.

२. सेंद्रिय टाकाऊ वायू:

सेंद्रिय टाकाऊ वायू प्रामुख्याने फोटोलिथोग्राफी, डेव्हलपमेंट, एचिंग आणि डिफ्यूजन यांसारख्या प्रक्रियांमधून येतो. या प्रक्रियांमध्ये, वेफरचा पृष्ठभाग स्वच्छ करण्यासाठी सेंद्रिय द्रावण (जसे की आयसोप्रोपिल अल्कोहोल) वापरले जाते आणि बाष्पीभवनामुळे निर्माण होणारा टाकाऊ वायू हा सेंद्रिय टाकाऊ वायूच्या स्रोतांपैकी एक आहे;
त्याच वेळी, फोटोलिथोग्राफी आणि एचिंगच्या प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या फोटोरेझिस्टमध्ये ब्यूटिल ॲसिटेटसारखे बाष्पशील सेंद्रिय द्रावक असतात, जे वेफर प्रक्रियेदरम्यान वातावरणात बाष्पीभवन पावतात, जो सेंद्रिय टाकाऊ वायूचा आणखी एक स्रोत आहे.

३. विषारी टाकाऊ वायू:

विषारी टाकाऊ वायू प्रामुख्याने क्रिस्टल एपिटॅक्सी, ड्राय एचिंग आणि सीव्हीडी (CVD) यांसारख्या प्रक्रियांमधून निर्माण होतो. या प्रक्रियांमध्ये, वेफरवर प्रक्रिया करण्यासाठी सिलिकॉन (SiHj), फॉस्फरस (PH3), कार्बन टेट्राक्लोराइड (CFJ), बोरेन, बोरॉन ट्रायऑक्साइड इत्यादींसारखे विविध उच्च-शुद्धतेचे विशेष वायू वापरले जातात. काही विशेष वायू विषारी, गुदमरवणारे आणि क्षरणकारक असतात.
त्याच वेळी, सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये केमिकल व्हेपर डिपॉझिशननंतरच्या ड्राय एचिंग आणि क्लीनिंग प्रक्रियेमध्ये, NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 इत्यादींसारख्या मोठ्या प्रमाणात फुल ऑक्साइड (PFCS) वायूची आवश्यकता असते. या परफ्लुओरिनेटेड संयुगांमध्ये इन्फ्रारेड प्रकाश क्षेत्रात तीव्र शोषण क्षमता असते आणि ती वातावरणात दीर्घकाळ टिकून राहतात. त्यांना सामान्यतः जागतिक हरितगृह परिणामाचा मुख्य स्रोत मानले जाते.

४. पॅकेजिंग प्रक्रियेतील टाकाऊ वायू:

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेच्या तुलनेत, सेमीकंडक्टर पॅकेजिंग प्रक्रियेतून निर्माण होणारा टाकाऊ वायू तुलनेने साधा असतो, ज्यात प्रामुख्याने आम्लधर्मी वायू, इपॉक्सी रेझिन आणि धूळ यांचा समावेश असतो.
इलेक्ट्रोप्लेटिंगसारख्या प्रक्रियांमध्ये प्रामुख्याने आम्लयुक्त टाकाऊ वायू तयार होतो;
उत्पादन चिकटवून आणि सील केल्यानंतर बेकिंगच्या प्रक्रियेत बेकिंग वेस्ट गॅस तयार होतो;
वेफर कापण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान डायसिंग मशीनमधून सिलिकॉनच्या धुळीचे अंश असलेला टाकाऊ वायू तयार होतो.

 

पर्यावरण प्रदूषणाच्या समस्या

सेमीकंडक्टर उद्योगातील पर्यावरणीय प्रदूषणाच्या समस्यांसाठी, ज्या मुख्य समस्या सोडवण्याची गरज आहे त्या खालीलप्रमाणे आहेत:
· फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेमध्ये वायू प्रदूषक आणि बाष्पशील सेंद्रिय संयुगे (VOCs) यांचे मोठ्या प्रमाणावर उत्सर्जन;
· प्लाझ्मा एचिंग आणि केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन प्रक्रियांमध्ये परफ्लुओरिनेटेड संयुगांचे (PFCS) उत्सर्जन;
· उत्पादनामध्ये ऊर्जा आणि पाण्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर आणि कामगारांचे सुरक्षा संरक्षण;
· उप-उत्पादनांचा पुनर्वापर आणि प्रदूषण निरीक्षण;
· पॅकेजिंग प्रक्रियेत धोकादायक रसायने वापरण्यामुळे येणाऱ्या समस्या.

 

स्वच्छ उत्पादन

सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या स्वच्छ उत्पादन तंत्रज्ञानामध्ये कच्चा माल, प्रक्रिया आणि प्रक्रिया नियंत्रण या बाबींमधून सुधारणा केली जाऊ शकते.

 

कच्चा माल आणि ऊर्जा सुधारणे

सर्वप्रथम, अशुद्धी आणि कणांचा प्रवेश कमी करण्यासाठी सामग्रीच्या शुद्धतेवर काटेकोरपणे नियंत्रण ठेवले पाहिजे.
दुसरे म्हणजे, येणारे घटक किंवा अर्ध-तयार उत्पादने उत्पादनात आणण्यापूर्वी त्यांच्यावर विविध तापमान, गळती तपासणी, कंपन, उच्च-व्होल्टेज विद्युत धक्का आणि इतर चाचण्या केल्या पाहिजेत.
याव्यतिरिक्त, सहायक सामग्रीच्या शुद्धतेवर काटेकोरपणे नियंत्रण ठेवले पाहिजे. ऊर्जेच्या स्वच्छ उत्पादनासाठी वापरता येतील अशी बरीच तंत्रज्ञानं उपलब्ध आहेत.

 

उत्पादन प्रक्रिया अनुकूलित करा

सेमीकंडक्टर उद्योग स्वतः प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील सुधारणांद्वारे पर्यावरणावरील आपला प्रभाव कमी करण्याचा प्रयत्न करतो.
उदाहरणार्थ, १९७० च्या दशकात, इंटिग्रेटेड सर्किट क्लीनिंग तंत्रज्ञानामध्ये वेफर्स स्वच्छ करण्यासाठी प्रामुख्याने सेंद्रिय द्रावकांचा वापर केला जात असे. १९८० च्या दशकात, वेफर्स स्वच्छ करण्यासाठी सल्फ्यूरिक ॲसिडसारख्या आम्ल आणि अल्कली द्रावणांचा वापर केला गेला. १९९० च्या दशकापर्यंत, प्लाझ्मा ऑक्सिजन क्लीनिंग तंत्रज्ञान विकसित झाले.
पॅकेजिंगच्या बाबतीत, सध्या बहुतेक कंपन्या इलेक्ट्रोप्लेटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करतात, ज्यामुळे पर्यावरणात जड धातूंचे प्रदूषण होते.
तथापि, शांघायमधील पॅकेजिंग प्लांट्स आता इलेक्ट्रोप्लेटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करत नाहीत, त्यामुळे पर्यावरणावर जड धातूंचा कोणताही परिणाम होत नाही. यावरून असे दिसून येते की, सेमीकंडक्टर उद्योग आपल्या विकास प्रक्रियेत प्रक्रिया सुधारणा आणि रासायनिक प्रतिस्थापनाद्वारे पर्यावरणावरील आपला प्रभाव हळूहळू कमी करत आहे, जे पर्यावरण-आधारित प्रक्रिया आणि उत्पादन डिझाइनचे समर्थन करणाऱ्या सध्याच्या जागतिक विकास प्रवाहाचेही अनुसरण करते.

 

सध्या, अधिक स्थानिक प्रक्रिया सुधारणा राबवल्या जात आहेत, ज्यामध्ये खालील बाबींचा समावेश आहे:

·संपूर्ण-अमोनियम PFCS वायूचा वापर बदलणे आणि कमी करणे, जसे की उच्च हरितगृह परिणाम असलेल्या वायूऐवजी कमी हरितगृह परिणाम असलेला PFCS वायू वापरणे, प्रक्रिया प्रवाह सुधारणे आणि प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या PFCS वायूचे प्रमाण कमी करणे;
स्वच्छता प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या रासायनिक स्वच्छता घटकांचे प्रमाण कमी करण्यासाठी, अनेक वेफर्सच्या स्वच्छतेमध्ये सुधारणा करून एकल-वेफर स्वच्छतेचा अवलंब करणे.
· कडक प्रक्रिया नियंत्रण:
अ. उत्पादन प्रक्रियेचे स्वयंचलीकरण साध्य करणे, ज्यामुळे अचूक प्रक्रिया आणि बॅच उत्पादन साध्य करता येते, आणि मानवी कामातील उच्च त्रुटी दर कमी करता येतो;
ब. अति-स्वच्छ प्रक्रियेतील पर्यावरणीय घटक, उत्पादनातील सुमारे ५% किंवा त्याहून कमी घट ही माणसे आणि पर्यावरणामुळे होते. अति-स्वच्छ प्रक्रियेतील पर्यावरणीय घटकांमध्ये प्रामुख्याने हवेची स्वच्छता, उच्च-शुद्धतेचे पाणी, संकुचित हवा, CO2, N2, तापमान, आर्द्रता इत्यादींचा समावेश होतो. एका स्वच्छ कार्यशाळेच्या स्वच्छतेची पातळी अनेकदा हवेच्या प्रति एकक घनफळात परवानगी असलेल्या कणांच्या कमाल संख्येवरून, म्हणजेच कण गणना एकाग्रतेवरून मोजली जाते;
c. उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान मोठ्या प्रमाणात कचरा निर्माण होणाऱ्या वर्कस्टेशन्सवर तपासणी प्रणाली अधिक मजबूत करा आणि तपासणीसाठी योग्य प्रमुख बिंदू निवडा.

 

पुढील चर्चेसाठी जगभरातील सर्व ग्राहकांचे आमच्याकडे स्वागत आहे!

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