Produkcja układów półprzewodnikowych obejmuje głównie układy dyskretne, układy scalone i procesy ich pakowania.
Produkcję półprzewodników można podzielić na trzy etapy: produkcja materiału korpusu produktu, produkcja półprzewodników,opłatekProdukcja i montaż urządzeń. Wśród nich najpoważniejszym zanieczyszczeniem jest etap produkcji płytek półprzewodnikowych.
Zanieczyszczenia dzielą się głównie na ścieki, gazy odlotowe i odpady stałe.
Proces produkcji układów scalonych:
Płytka krzemowapo zewnętrznym szlifowaniu – czyszczeniu – utlenianiu – równomiernym rezystowaniu – fotolitografii – wywołaniu – trawieniu – dyfuzji, implantacji jonów – osadzeniu chemicznym z fazy gazowej – polerowaniu chemiczno-mechanicznym – metalizacji itp.
Ścieki
Na każdym etapie produkcji i testowania opakowań półprzewodników powstaje duża ilość ścieków. Są to głównie ścieki kwasowo-zasadowe, ścieki zawierające amoniak i ścieki organiczne.
1. Ścieki zawierające fluor:
Kwas fluorowodorowy staje się głównym rozpuszczalnikiem stosowanym w procesach utleniania i trawienia ze względu na swoje właściwości utleniające i korozyjne. Ścieki zawierające fluor pochodzą głównie z procesu dyfuzji i chemiczno-mechanicznego polerowania w procesie produkcji chipów. Kwas solny jest również wielokrotnie stosowany w procesie czyszczenia płytek krzemowych i powiązanych z nimi narzędzi. Wszystkie te procesy są przeprowadzane w specjalnych zbiornikach do trawienia lub urządzeniach czyszczących, dzięki czemu ścieki zawierające fluor mogą być odprowadzane niezależnie. W zależności od stężenia ścieki można podzielić na ścieki zawierające fluor o wysokim stężeniu i ścieki zawierające amoniak o niskim stężeniu. Ogólnie rzecz biorąc, stężenie ścieków zawierających amoniak o wysokim stężeniu może sięgać 100–1200 mg/l. Większość firm poddaje recyklingowi tę część ścieków w procesach, które nie wymagają wysokiej jakości wody.
2. Ścieki kwasowo-zasadowe:
Prawie każdy proces produkcji układów scalonych wymaga czyszczenia układu. Obecnie najczęściej stosowanymi płynami czyszczącymi w procesie produkcji układów scalonych są kwas siarkowy i nadtlenek wodoru. Jednocześnie stosuje się również odczynniki kwasowo-zasadowe, takie jak kwas azotowy(V), kwas solny i woda amoniakalna.
Ścieki kwasowo-zasadowe z procesu produkcyjnego pochodzą głównie z procesu czyszczenia w procesie produkcji chipów. W procesie pakowania, chip jest poddawany działaniu roztworu kwasu i zasady podczas galwanizacji i analizy chemicznej. Po oczyszczeniu, musi zostać przemyty czystą wodą, aby uzyskać ścieki z płukania kwasowo-zasadowego. Ponadto, w stacji czystej wody, do regeneracji żywic anionowych i kationowych, w celu uzyskania ścieków z regeneracji kwasowo-zasadowej, wykorzystywane są również odczynniki kwasowo-zasadowe, takie jak wodorotlenek sodu i kwas solny. Woda odpadowa z płukania powstaje również podczas procesu płukania gazów odlotowych. W firmach produkujących układy scalone ilość ścieków kwasowo-zasadowych jest szczególnie duża.
3. Ścieki organiczne:
Ze względu na zróżnicowane procesy produkcyjne, ilość rozpuszczalników organicznych stosowanych w przemyśle półprzewodnikowym jest bardzo zróżnicowana. Jednak jako środki czyszczące, rozpuszczalniki organiczne są nadal szeroko stosowane w różnych etapach produkcji opakowań. Niektóre rozpuszczalniki stają się odpadami organicznymi w ściekach.
4. Inne ścieki:
Proces trawienia w procesie produkcji półprzewodników wiąże się ze zużyciem dużej ilości amoniaku, fluoru i wody o wysokiej czystości do dekontaminacji, w wyniku czego powstają ścieki o wysokim stężeniu amoniaku.
Proces galwanizacji jest niezbędny w procesie pakowania półprzewodników. Po galwanizacji układ scalony musi zostać oczyszczony, a w procesie tym powstają ścieki. Ponieważ w galwanizacji wykorzystywane są niektóre metale, w ściekach z czyszczenia galwanicznego mogą występować emisje jonów metali, takich jak ołów, cyna, dyski, cynk, aluminium itp.
Gaz odpadowy
Ponieważ proces produkcji półprzewodników wiąże się z niezwykle wysokimi wymaganiami dotyczącymi czystości sali operacyjnej, do usuwania różnego rodzaju gazów odlotowych ulatniających się w trakcie procesu zazwyczaj stosuje się wentylatory. W związku z tym emisje gazów odlotowych w przemyśle półprzewodnikowym charakteryzują się dużą objętością spalin i niskim stężeniem emisji. Emisje gazów odlotowych są również głównie ulatniane.
Emisje gazów odpadowych można podzielić na cztery główne kategorie: gazy kwaśne, gazy zasadowe, gazy odpadowe organiczne i gazy toksyczne.
1. Gaz odpadowy kwasowo-zasadowy:
Gaz odpadowy kwasowo-zasadowy pochodzi głównie z dyfuzji,CVD, procesy CMP i trawienia, w których do czyszczenia wafli stosuje się roztwory czyszczące o charakterze kwasowo-zasadowym.
Obecnie najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem czyszczącym w procesie produkcji półprzewodników jest mieszanina nadtlenku wodoru i kwasu siarkowego.
W procesach tych powstają gazy odpadowe zawierające kwaśne substancje, takie jak kwas siarkowy, kwas fluorowodorowy, kwas solny, kwas azotowy i kwas fosforowy, natomiast gazy zasadowe to głównie amoniak.
2. Organiczny gaz odpadowy:
Organiczne gazy odpadowe pochodzą głównie z procesów takich jak fotolitografia, wywoływanie, trawienie i dyfuzja. W tych procesach do czyszczenia powierzchni płytki półprzewodnikowej stosuje się roztwory organiczne (takie jak alkohol izopropylowy), a gazy odpadowe powstające w wyniku ulatniania się są jednym ze źródeł organicznych gazów odpadowych;
Jednocześnie fotorezyst (fotorezyst) stosowany w procesie fotolitografii i trawienia zawiera lotne rozpuszczalniki organiczne, takie jak octan butylu, który ulatnia się do atmosfery w trakcie procesu przetwarzania płytek, co stanowi kolejne źródło organicznych gazów odpadowych.
3. Toksyczne gazy odpadowe:
Toksyczne gazy odpadowe pochodzą głównie z procesów takich jak epitaksja krystaliczna, trawienie na sucho i chemiczne osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD). W procesach tych do obróbki wafli stosuje się różnorodne gazy specjalne o wysokiej czystości, takie jak krzem (SiHj), fosfor (PH3), czterochlorek węgla (CFJ), boran, trójtlenek boru itp. Niektóre gazy specjalne są toksyczne, duszące i żrące.
Jednocześnie, w procesie suchego trawienia i czyszczenia po chemicznym osadzaniu z fazy gazowej w produkcji półprzewodników, wymagana jest duża ilość gazu pełnotlenkowego (PFCS), takiego jak NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 itp. Te związki perfluorowane charakteryzują się silną absorpcją w zakresie podczerwieni i utrzymują się w atmosferze przez długi czas. Są one powszechnie uważane za główne źródło globalnego efektu cieplarnianego.
4. Gaz odpadowy z procesu pakowania:
W porównaniu z procesem produkcji półprzewodników, odpady powstające w procesie pakowania półprzewodników są stosunkowo proste i składają się głównie z kwaśnych gazów, żywicy epoksydowej i pyłu.
Kwaśne gazy odpadowe powstają głównie w procesach takich jak galwanizacja;
Gaz odpadowy powstający podczas wypieku powstaje w procesie pieczenia po sklejeniu i uszczelnieniu produktu;
Maszyna do cięcia płytek wytwarza gaz odpadowy zawierający śladowe ilości pyłu krzemowego w procesie cięcia płytek.
Problemy zanieczyszczenia środowiska
W kontekście problemów zanieczyszczenia środowiska w przemyśle półprzewodnikowym, głównymi problemami, które należy rozwiązać, są:
· Emisja na dużą skalę zanieczyszczeń powietrza i lotnych związków organicznych (LZO) w procesie fotolitografii;
· Emisja związków perfluorowanych (PFCS) w procesach trawienia plazmowego i osadzania chemicznego z fazy gazowej;
· Duże zużycie energii i wody w produkcji oraz ochrona bezpieczeństwa pracowników;
· Monitorowanie recyklingu i zanieczyszczeń produktów ubocznych;
· Problemy związane ze stosowaniem niebezpiecznych substancji chemicznych w procesach pakowania.
Czysta produkcja
Czystą technologię produkcji urządzeń półprzewodnikowych można udoskonalić, uwzględniając kwestie surowców, procesów i kontroli procesów.
Poprawa surowców i energii
Po pierwsze, czystość materiałów powinna być ściśle kontrolowana w celu ograniczenia wprowadzania zanieczyszczeń i cząstek.
Po drugie, przed wdrożeniem do produkcji, wszystkie dostarczane komponenty lub półprodukty powinny zostać poddane różnym testom temperaturowym, testom wykrywającym nieszczelności, testom wibracyjnym, testom odporności na wstrząsy elektryczne wysokiego napięcia i innym testom.
Ponadto czystość materiałów pomocniczych powinna być ściśle kontrolowana. Istnieje stosunkowo wiele technologii, które można wykorzystać do czystej produkcji energii.
Optymalizacja procesu produkcyjnego
Przemysł półprzewodnikowy stara się zmniejszyć swój wpływ na środowisko poprzez udoskonalanie technologii procesowych.
Na przykład, w latach 70. XX wieku do czyszczenia płytek w technologii czyszczenia układów scalonych stosowano głównie rozpuszczalniki organiczne. W latach 80. XX wieku do czyszczenia płytek stosowano roztwory kwasów i zasad, takie jak kwas siarkowy. Do lat 90. XX wieku rozwijano technologię czyszczenia plazmowo-tlenowego.
Jeśli chodzi o opakowania, większość firm stosuje obecnie technologię galwanizacji, która powoduje zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi.
Jednak zakłady pakujące w Szanghaju nie stosują już technologii galwanizacji, więc metale ciężkie nie mają wpływu na środowisko. Można zauważyć, że przemysł półprzewodników stopniowo ogranicza swój wpływ na środowisko poprzez udoskonalanie procesów i zastępowanie chemikaliów w procesie rozwoju, co również wpisuje się w obecny globalny trend rozwoju, polegający na promowaniu projektowania procesów i produktów z uwzględnieniem środowiska.
Obecnie wdrażane są kolejne lokalne usprawnienia procesów, w tym:
·Zastępowanie i redukcja gazu PFCS zawierającego wyłącznie amoniak, np. stosowanie gazu PFC o niskim efekcie cieplarnianym w celu zastąpienia gazu o wysokim efekcie cieplarnianym, np. poprawa przepływu procesu i redukcja ilości gazu PFCS wykorzystywanego w procesie;
·Poprawienie procesu czyszczenia wielu płytek do czyszczenia pojedynczych płytek w celu zmniejszenia ilości chemicznych środków czyszczących stosowanych w procesie czyszczenia.
·Ścisła kontrola procesu:
a. Zrealizować automatyzację procesu produkcyjnego, co umożliwi precyzyjne przetwarzanie i produkcję seryjną oraz ograniczy wysoki wskaźnik błędów występujących w przypadku operacji ręcznych;
b. Czynniki środowiskowe procesu ultraczystego – około 5% lub mniej strat wydajności jest spowodowane przez ludzi i środowisko. Czynniki środowiskowe procesu ultraczystego obejmują głównie czystość powietrza, wodę o wysokiej czystości, sprężone powietrze, CO2, N2, temperaturę, wilgotność itp. Poziom czystości w czystym warsztacie jest często mierzony maksymalną dopuszczalną liczbą cząstek na jednostkę objętości powietrza, czyli stężeniem cząstek;
c. Wzmocnić wykrywanie i wybrać odpowiednie punkty kluczowe do wykrywania na stanowiskach pracy, na których w procesie produkcyjnym powstaje duża ilość odpadów.
Zapraszamy klientów z całego świata do odwiedzenia nas w celu dalszej dyskusji!
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
Czas publikacji: 13.08.2024