แหล่งที่มาและการป้องกันมลพิษในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

การผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์แบบแยกชิ้น วงจรรวม และกระบวนการบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์เหล่านั้น
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามขั้นตอน ได้แก่ การผลิตวัสดุตัวผลิตภัณฑ์ การผลิตผลิตภัณฑ์เวเฟอร์กระบวนการผลิตและการประกอบอุปกรณ์ โดยขั้นตอนการผลิตแผ่นเวเฟอร์เป็นขั้นตอนที่ก่อให้เกิดมลพิษร้ายแรงที่สุด
มลพิษส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นน้ำเสีย ก๊าซเสีย และขยะมูลฝอย

กระบวนการผลิตชิป:

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนหลังจากขั้นตอนการเจียรภายนอก - การทำความสะอาด - การออกซิเดชัน - การเคลือบสารต้านทานอย่างสม่ำเสมอ - โฟโตลิโทกราฟี - การพัฒนา - การกัด - การแพร่กระจาย การฝังไอออน - การตกตะกอนไอสารเคมี - การขัดเงาเชิงกลเคมี - การเคลือบโลหะ ฯลฯ

 

น้ำเสีย

ในแต่ละขั้นตอนของการผลิตและการทดสอบบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ จะก่อให้เกิดน้ำเสียปริมาณมาก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำเสียที่มีความเป็นกรด-ด่าง น้ำเสียที่มีแอมโมเนีย และน้ำเสียอินทรีย์

 

1. น้ำเสียที่มีฟลูออรีน:

กรดไฮโดรฟลูออริกกลายเป็นตัวทำละลายหลักที่ใช้ในกระบวนการออกซิเดชันและการกัดกร่อนเนื่องจากคุณสมบัติในการออกซิไดซ์และกัดกร่อน น้ำเสียที่มีฟลูออรีนในกระบวนการส่วนใหญ่มาจากกระบวนการแพร่และการขัดเงาเชิงกลเคมีในกระบวนการผลิตชิป ในกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องก็มีการใช้กรดไฮโดรคลอริกหลายครั้งเช่นกัน กระบวนการทั้งหมดนี้ดำเนินการในถังกัดกร่อนหรืออุปกรณ์ทำความสะอาดเฉพาะ ดังนั้นน้ำเสียที่มีฟลูออรีนจึงสามารถระบายออกได้อย่างอิสระ ตามความเข้มข้น สามารถแบ่งออกเป็นน้ำเสียที่มีฟลูออรีนความเข้มข้นสูงและน้ำเสียที่มีแอมโมเนียความเข้มข้นต่ำ โดยทั่วไป ความเข้มข้นของน้ำเสียที่มีแอมโมเนียความเข้มข้นสูงอาจสูงถึง 100-1200 มิลลิกรัม/ลิตร บริษัทส่วนใหญ่จะนำน้ำเสียส่วนนี้กลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการที่ไม่ต้องการคุณภาพน้ำสูง

2. น้ำเสียที่เป็นกรด-ด่าง:

เกือบทุกขั้นตอนในกระบวนการผลิตวงจรรวมต้องมีการทำความสะอาดชิป ปัจจุบัน กรดซัลฟิวริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นของเหลวทำความสะอาดที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการผลิตวงจรรวม ในขณะเดียวกัน สารเคมีที่มีฤทธิ์เป็นกรด-ด่าง เช่น กรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก และแอมโมเนียมก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน
น้ำเสียที่เป็นกรด-ด่างจากกระบวนการผลิตส่วนใหญ่มาจากกระบวนการทำความสะอาดในกระบวนการผลิตชิป ในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ ชิปจะได้รับการบำบัดด้วยสารละลายกรด-ด่างระหว่างการชุบด้วยไฟฟ้าและการวิเคราะห์ทางเคมี หลังจากนั้นจะต้องล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์ ทำให้เกิดน้ำเสียจากการล้างที่เป็นกรด-ด่าง นอกจากนี้ สารเคมีที่เป็นกรด-ด่าง เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์และกรดไฮโดรคลอริก ยังถูกใช้ในสถานีน้ำบริสุทธิ์เพื่อฟื้นฟูเรซินประจุลบและประจุบวก ทำให้เกิดน้ำเสียจากการฟื้นฟูที่เป็นกรด-ด่าง และยังมีน้ำเสียจากการล้างก๊าซที่เป็นกรด-ด่างเกิดขึ้นอีกด้วย ในบริษัทผู้ผลิตวงจรรวม ปริมาณน้ำเสียที่เป็นกรด-ด่างนั้นมีมากเป็นพิเศษ

3. น้ำเสียอินทรีย์:

เนื่องจากกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ปริมาณตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงแตกต่างกันมาก อย่างไรก็ตาม ตัวทำละลายอินทรีย์ยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายในขั้นตอนต่างๆ ของการผลิตและบรรจุภัณฑ์ในฐานะสารทำความสะอาด ตัวทำละลายบางชนิดกลายเป็นน้ำเสียอินทรีย์ที่ถูกปล่อยทิ้ง

4. น้ำเสียประเภทอื่น:

กระบวนการกัดผิวในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์จะใช้แอมโมเนีย ฟลูออรีน และน้ำบริสุทธิ์สูงจำนวนมากในการฆ่าเชื้อ ทำให้เกิดการปล่อยน้ำเสียที่มีแอมโมเนียเข้มข้นสูง
กระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่จำเป็นในกระบวนการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ ชิปจำเป็นต้องได้รับการทำความสะอาดหลังจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า และในกระบวนการนี้จะเกิดน้ำเสียจากการทำความสะอาดด้วยการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า เนื่องจากมีการใช้โลหะบางชนิดในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า จึงจะมีไอออนของโลหะถูกปล่อยออกมาในน้ำเสียจากการทำความสะอาดด้วยการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า เช่น ตะกั่ว ดีบุก สังกะสี อลูมิเนียม เป็นต้น

 

ก๊าซเสีย

เนื่องจากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับความสะอาดของห้องปฏิบัติการ จึงมักใช้พัดลมเพื่อดูดก๊าซเสียประเภทต่างๆ ที่ระเหยออกมาในระหว่างกระบวนการ ดังนั้น ก๊าซเสียที่ปล่อยออกมาในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงมีลักษณะคือ ปริมาณไอเสียมากแต่ความเข้มข้นของการปล่อยต่ำ และส่วนใหญ่ก็เป็นก๊าซระเหยเช่นกัน
ก๊าซเสียที่ปล่อยออกมาเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทหลัก ได้แก่ ก๊าซกรด ก๊าซด่าง ก๊าซอินทรีย์ และก๊าซพิษ

1. ก๊าซเสียที่เป็นกรด-ด่าง:

ก๊าซเสียที่เป็นกรด-ด่างส่วนใหญ่เกิดจากการแพร่กระจายโรคหลอดเลือดหัวใจรวมถึงกระบวนการ CMP และกระบวนการกัดเซาะ ซึ่งใช้สารละลายทำความสะอาดที่เป็นกรด-เบสในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์
ในปัจจุบัน สารละลายทำความสะอาดที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือส่วนผสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดซัลฟิวริก
ก๊าซเสียที่เกิดขึ้นในกระบวนการเหล่านี้ประกอบด้วยก๊าซที่เป็นกรด เช่น กรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรฟลูออริก กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก และกรดฟอสฟอริก และก๊าซที่เป็นด่างส่วนใหญ่คือแอมโมเนีย

2. ก๊าซเสียอินทรีย์:

ก๊าซเสียอินทรีย์ส่วนใหญ่มาจากกระบวนการต่างๆ เช่น โฟโตลิโทกราฟี การล้าง การกัด และการแพร่กระจาย ในกระบวนการเหล่านี้ สารละลายอินทรีย์ (เช่น ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์) ถูกใช้เพื่อทำความสะอาดพื้นผิวของเวเฟอร์ และก๊าซเสียที่เกิดจากการระเหยเป็นหนึ่งในแหล่งที่มาของก๊าซเสียอินทรีย์
ในขณะเดียวกัน สารไวแสง (photoresist) ที่ใช้ในกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีและการกัดเซาะนั้นประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น บิวทิลอะซิเตต ซึ่งจะระเหยสู่ชั้นบรรยากาศในระหว่างกระบวนการแปรรูปเวเฟอร์ ซึ่งเป็นอีกแหล่งหนึ่งของก๊าซเสียอินทรีย์

3. ก๊าซเสียพิษ:

ก๊าซเสียที่เป็นพิษส่วนใหญ่มาจากกระบวนการต่างๆ เช่น การปลูกผลึกแบบเอพิแท็กซี การกัดแบบแห้ง และการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (CVD) ในกระบวนการเหล่านี้ มีการใช้ก๊าซพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงหลายชนิดในการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์ เช่น ซิลิคอน (SiHj) ฟอสฟอรัส (PH3) คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CFJ) โบเรน โบรอนไตรออกไซด์ เป็นต้น ก๊าซพิเศษบางชนิดเป็นพิษ ทำให้หายใจไม่ออก และกัดกร่อน
ในขณะเดียวกัน ในกระบวนการกัดแห้งและการทำความสะอาดหลังจากการตกตะกอนไอสารเคมีในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ จำเป็นต้องใช้ก๊าซออกไซด์สมบูรณ์ (PFCS) จำนวนมาก เช่น NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 เป็นต้น สารประกอบเพอร์ฟลูออริเนตเหล่านี้มีการดูดซับแสงอินฟราเรดอย่างรุนแรงและคงอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลานาน โดยทั่วไปถือว่าเป็นแหล่งที่มาหลักของปรากฏการณ์เรือนกระจกทั่วโลก

4. ก๊าซเสียจากกระบวนการบรรจุภัณฑ์:

เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แล้ว ก๊าซเสียที่เกิดจากกระบวนการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์นั้นค่อนข้างเรียบง่าย โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซที่เป็นกรด เรซินอีพ็อกซี และฝุ่นละออง
ก๊าซเสียที่เป็นกรดส่วนใหญ่เกิดขึ้นในกระบวนการต่างๆ เช่น การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า
ก๊าซเสียจากการอบเกิดขึ้นในกระบวนการอบหลังจากที่ผลิตภัณฑ์ถูกประกบและปิดผนึกแล้ว
เครื่องตัดเวเฟอร์ก่อให้เกิดก๊าซเสียที่มีฝุ่นซิลิคอนปนเปื้อนอยู่เล็กน้อยในระหว่างกระบวนการตัดเวเฟอร์

 

ปัญหามลภาวะทางสิ่งแวดล้อม

สำหรับปัญหาด้านมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ปัญหาหลักที่ต้องได้รับการแก้ไขมีดังนี้:
• การปล่อยมลพิษทางอากาศและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ในปริมาณมากในกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี
• การปล่อยสารประกอบเพอร์ฟลูออริเนต (PFCS) ในกระบวนการกัดด้วยพลาสมาและการตกตะกอนไอสารเคมี
• การใช้พลังงานและน้ำในปริมาณมากในกระบวนการผลิต และการคุ้มครองความปลอดภัยของคนงาน
• การรีไซเคิลและการตรวจสอบมลพิษของผลิตภัณฑ์พลอยได้
• ปัญหาของการใช้สารเคมีอันตรายในกระบวนการบรรจุภัณฑ์

 

การผลิตที่สะอาด

เทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสามารถปรับปรุงได้จากหลายแง่มุม ทั้งในด้านวัตถุดิบ กระบวนการ และการควบคุมกระบวนการ

 

การปรับปรุงวัตถุดิบและพลังงาน

ประการแรก ควรควบคุมความบริสุทธิ์ของวัสดุอย่างเข้มงวด เพื่อลดการปนเปื้อนและอนุภาคต่างๆ
ประการที่สอง ควรทำการทดสอบต่างๆ เช่น การทดสอบอุณหภูมิ การตรวจจับการรั่วไหล การสั่นสะเทือน การทดสอบไฟฟ้าแรงสูง และการทดสอบอื่นๆ กับชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่เข้ามา ก่อนที่จะนำไปเข้าสู่กระบวนการผลิต
นอกจากนี้ ควรควบคุมความบริสุทธิ์ของวัสดุเสริมอย่างเข้มงวด มีเทคโนโลยีมากมายที่สามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานสะอาดได้

 

ปรับปรุงกระบวนการผลิตให้เหมาะสม

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เองก็พยายามลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมผ่านการปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิต
ตัวอย่างเช่น ในทศวรรษ 1970 ตัวทำละลายอินทรีย์ถูกนำมาใช้เป็นหลักในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ในเทคโนโลยีการทำความสะอาดวงจรรวม ในทศวรรษ 1980 สารละลายกรดและด่าง เช่น กรดซัลฟิวริก ถูกนำมาใช้ในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ จนกระทั่งถึงทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยออกซิเจนพลาสมาจึงได้รับการพัฒนาขึ้น
ในด้านบรรจุภัณฑ์ บริษัทส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้เทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะก่อให้เกิดมลพิษจากโลหะหนักต่อสิ่งแวดล้อม
อย่างไรก็ตาม โรงงานผลิตบรรจุภัณฑ์ในเซี่ยงไฮ้เลิกใช้เทคโนโลยีการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าแล้ว จึงไม่มีผลกระทบจากโลหะหนักต่อสิ่งแวดล้อม จะเห็นได้ว่าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลงอย่างต่อเนื่องผ่านการปรับปรุงกระบวนการและการทดแทนสารเคมีในกระบวนการพัฒนาของตนเอง ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาทั่วโลกในปัจจุบันที่สนับสนุนการออกแบบกระบวนการและผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงสิ่งแวดล้อม

 

ในปัจจุบัน มีการดำเนินการปรับปรุงกระบวนการในระดับท้องถิ่นมากขึ้น ซึ่งรวมถึง:

• การทดแทนและการลดปริมาณก๊าซ PFCS ที่มีแอมโมเนียมเป็นองค์ประกอบทั้งหมด เช่น การใช้ก๊าซ PFCS ที่มีผลกระทบต่อภาวะเรือนกระจกต่ำมาทดแทนก๊าซที่มีผลกระทบต่อภาวะเรือนกระจกสูง เช่น การปรับปรุงกระบวนการทำงานและลดปริมาณก๊าซ PFCS ที่ใช้ในกระบวนการ
• ปรับปรุงกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์หลายแผ่นให้เป็นการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์แผ่นเดียว เพื่อลดปริมาณสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการทำความสะอาด
• การควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด:
ก. พัฒนาระบบการผลิตให้เป็นแบบอัตโนมัติ ซึ่งจะช่วยให้การประมวลผลมีความแม่นยำและผลิตได้เป็นจำนวนมาก พร้อมทั้งลดอัตราความผิดพลาดสูงที่เกิดจากการทำงานด้วยมือ
ข. ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมในกระบวนการผลิตที่สะอาดเป็นพิเศษ การสูญเสียผลผลิตที่เกิดจากคนและสิ่งแวดล้อมมีสัดส่วนประมาณ 5% หรือน้อยกว่านั้น ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมในกระบวนการผลิตที่สะอาดเป็นพิเศษส่วนใหญ่ได้แก่ ความสะอาดของอากาศ น้ำบริสุทธิ์สูง อากาศอัด CO2 N2 อุณหภูมิ ความชื้น ฯลฯ ระดับความสะอาดของโรงงานที่สะอาดมักวัดจากจำนวนอนุภาคสูงสุดที่อนุญาตต่อปริมาตรอากาศหนึ่งหน่วย นั่นคือ ความเข้มข้นของจำนวนอนุภาค
ค. เสริมสร้างระบบตรวจจับ และเลือกจุดตรวจจับที่เหมาะสมในสถานีงานที่มีของเสียจำนวนมากในกระบวนการผลิต

 

ยินดีต้อนรับลูกค้าจากทั่วทุกมุมโลกเข้าเยี่ยมชมและพูดคุยเพิ่มเติม!

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