半導(dǎo)體先進(jìn)制程廢水處理技術(shù)探討

魯旭萍

【摘? 要】當(dāng)前，我國的半導(dǎo)體制造已經(jīng)進(jìn)入28納米制程量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，所以很多工廠都引進(jìn)了相應(yīng)的設(shè)備，所引進(jìn)的相應(yīng)設(shè)備所使用的化學(xué)品量和相應(yīng)制程與以往有很大的不同。同時(shí)，在注重環(huán)保的理念下，相應(yīng)的排放規(guī)則也與以往有所不同，所以這就對其廢水處理有著嚴(yán)格的要求。論文首先介紹了先進(jìn)制程對廢水排放的影響，以及半導(dǎo)體先進(jìn)制程的廢水處理系統(tǒng)的變化，進(jìn)而為半導(dǎo)體先進(jìn)制程的廢水處理提供相應(yīng)參考。

【Abstract】At present， China's semiconductor manufacturing has entered the mass production node of the 28-nanometer manufacturing process， so many factories have introduced corresponding equipment. The amount of chemicals used in the corresponding equipment introduced and the corresponding manufacturing process are very different from the past. At the same time， under the concept of attaching importance to environmental protection， the corresponding discharge rules are different from those in the past， so there are strict requirements for wastewater treatment. This paper firstly introduces the impact of advanced manufacturing process on wastewater discharge， and the changes of wastewater treatment system of advanced semiconductor manufacturing process， and then provides corresponding reference for wastewater treatment of advanced semiconductor manufacturing process.

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體;先進(jìn)制程;廢水處理技術(shù)

【Keywords】semiconductor; advanced manufacturing process; wastewater treatment technology

【中圖分類號(hào)】X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）11-0168-02

1 引言

2017年，我國的半導(dǎo)體工廠數(shù)量越來越多，目前的數(shù)量已經(jīng)能夠滿足社會(huì)發(fā)展的需求，而且在數(shù)量不斷增多的基礎(chǔ)上，也在不斷地研究更高水平的半導(dǎo)體。而對于這其中的處理部門而言，在生產(chǎn)過程中濕式蝕刻和化學(xué)機(jī)械研磨這兩個(gè)部門所消耗的水量較大，那么就會(huì)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)大量的廢水。因此，這就需要根據(jù)這兩個(gè)部門來研究其廢水處理技術(shù)，減少對水資源的浪費(fèi)，更好地保護(hù)環(huán)境。

2 先進(jìn)制程對廢水排放的影響

在傳統(tǒng)情況下，濕式蝕刻一般會(huì)利用相應(yīng)的機(jī)械來完成濕式蝕刻的具體處理工序，所利用的機(jī)械是將數(shù)十個(gè)半導(dǎo)體送入機(jī)械中，然后對其進(jìn)行蝕刻和清洗。在這其中，化學(xué)品的更換標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)[1]：第一，實(shí)際的Lot數(shù);第二，物理時(shí)間。無論先達(dá)到哪一個(gè)指標(biāo)，都會(huì)對其進(jìn)行換酸處理。在這種方法應(yīng)用下的化學(xué)品能夠反復(fù)使用，其沖洗則是按照Lot的具體情況來進(jìn)行，將對其完成沖洗后的水通過相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行回收。而在先進(jìn)制程情況下，則開始利用Single Wafer這種機(jī)器，這類機(jī)器的構(gòu)成更為精密，其化學(xué)品處理方式與傳統(tǒng)的機(jī)械處理并不相同，此類機(jī)器中可能會(huì)有幾種不同的制程，例如，清洗、噴氫氟酸，等等。因此，濕式蝕刻部門的廢水總量就開始有所下降，其能夠進(jìn)行回收的水量也與以往相比有所下降。大多數(shù)情況下，利用這類機(jī)器時(shí)沒有產(chǎn)生任何回收水，一些化學(xué)品在這種情況下，也不能夠反復(fù)使用，其化學(xué)品的用量有所增長，廢水的濃度增加。

光照部門在應(yīng)用先進(jìn)制程后，其酸堿的廢水并沒有過多改變，其芯片變得復(fù)雜，并且其廢水中的各類廢物，如單乙基醚丙二醇等廢液有所增多，其曝光次數(shù)也明顯增多，排水總量有所增加。

3 化學(xué)品用量的變化

相比于之前而言，在先進(jìn)制程下很多化學(xué)品用量都有著明顯的增加，其廢液的排放量有所提升。例如，在傳統(tǒng)情況下，化學(xué)品一次曝光間隔排放量為1，而先進(jìn)制程一次曝光間隔使用的化學(xué)品用量為3～4。

4 廢水廢液排放濃度的變化

對于半導(dǎo)體制造廠而言，在處理廢液的過程中，應(yīng)該按照我國相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，其排放量每天要小于5t，并且在這個(gè)過程中盡量不要新建系統(tǒng)，而是需要由相應(yīng)的外包廠商來對其進(jìn)行處理。在先進(jìn)制程中大多都會(huì)利用臭氧氧化制程，并沒有使用新的化學(xué)品，只是對其原有的比例進(jìn)行修改，進(jìn)而對其進(jìn)行使用，以此來獲取更為理想的效果。通過利用Single Wafer，能夠?qū)U水如氨水、氫氟酸的濃度或組分帶來較大的影響。

5 廢水處理系統(tǒng)的變化

在先進(jìn)制程中，半導(dǎo)體行業(yè)廢水處理中的氫氟和氨氮系統(tǒng)依然存在，在這其中有所變化的是雙氧水的用量有很大的提升，這也就導(dǎo)致其排放廢水中的雙氧水比例大幅增加[2]。但是，當(dāng)前我國針對這一方面并沒有明確的規(guī)定，而且在對其處理的過程中，雙氧水的處理較慢，這就導(dǎo)致總排過高的雙氧水會(huì)影響COD的測定，而且在不斷分解中會(huì)出現(xiàn)氣泡，這樣在利用相應(yīng)機(jī)械時(shí)，就會(huì)影響機(jī)械的正常使用。

在新建系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該積極利用雙氧水處理系統(tǒng)，對廢氫氟酸、廢氨水等進(jìn)行處理，盡量減少磁力泵的使用，因?yàn)檫@類設(shè)備會(huì)很容易受到氣泡的影響。在廢氨水系統(tǒng)進(jìn)水中，我國某半導(dǎo)體廠的雙氧水的濃度過高，如果在這其中是利用吹脫法來對其進(jìn)行處理，那么效果并不明顯，對其下游利用氫氟處理系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行稀釋。如果利用藥劑法來進(jìn)行處理，其廢水處理成本約為每噸8元。當(dāng)前，利用錳催化還原工藝，能夠?qū)⑵涑杀窘档矫繃?.08元。

在40nm以下的制程中，其含氫氟廢水量能夠達(dá)到總廢水的35%左右，而傳統(tǒng)的制程下，其只占據(jù)10%左右，一些地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)中對氟的要求是每升要低于10mL。因此，在先進(jìn)制程下，對于廢水處理系統(tǒng)的要求更高，如果沒有從多個(gè)方面來對其進(jìn)行考慮和處理，就很有可能會(huì)導(dǎo)致總排超標(biāo)。此外，工廠不僅需要為其建立規(guī)格較大的回流槽，還應(yīng)該在這其中添加除氟劑，以此來取得更為理想的去除效果。

6 新增廢水處理系統(tǒng)

由以上可知，在先進(jìn)制程下，銅制程的排水量會(huì)有所增加，如果在此過程中沒有及時(shí)對其進(jìn)行處理，那么就會(huì)導(dǎo)致其排放量高于標(biāo)準(zhǔn)。因此，在這其中就應(yīng)該加設(shè)銅處理系統(tǒng)。對于銅處理系統(tǒng)來說，一般收集電鍍制程的沖洗水和銅制程研磨的含銅排放水。對于濃硫酸銅來說，一般都是利用外載回收的方法，其成本投入更低。對于銅的處理，利用傳統(tǒng)的沉淀法就能夠達(dá)到相應(yīng)的效果，雖然在這其中存在一定絡(luò)合態(tài)的銅，但是因?yàn)榻?jīng)過處理，系統(tǒng)出水能夠較為穩(wěn)定地控制在指標(biāo)之下。在這其中應(yīng)該注意的就是銅制程下的研磨劑更加容易出現(xiàn)沉淀，進(jìn)而就會(huì)對其排水管道造成堵塞，進(jìn)而影響沉淀效果。在銅處理系統(tǒng)中，應(yīng)該避免出現(xiàn)糊狀的沉淀物。

通常情況下，可以利用硫酸去光阻，隨著Single Wafer設(shè)備的使用，其內(nèi)部的構(gòu)造也越來越復(fù)雜，這樣就導(dǎo)致廢硫酸量與以往相比有所增加。與此同時(shí)，為了能夠達(dá)到更好的去除光刻膠的效果，就會(huì)提高雙氧水的比例，讓其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在這過程中就導(dǎo)致其具備較為明顯的氧化效果，而且在分解過程中還會(huì)產(chǎn)生大量的熱。因?yàn)樵谑褂眠^程中，硫酸是在高溫情況下所使用，那么設(shè)備都會(huì)為其配備相應(yīng)的制冷裝置，將其溫度控制在一定范圍內(nèi)再對其進(jìn)行排放。但是，因?yàn)椴煌脑O(shè)備其硫酸和雙氧水濃度各不相同，而且在生產(chǎn)過程中還會(huì)遇到其溫度變化的問題。因此，雖然根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，PVC具備耐硫酸的特點(diǎn)，但是因?yàn)榘雽?dǎo)體廠商都是利用碳鋼材料，這樣就需要在排放時(shí)選擇具有資質(zhì)的生產(chǎn)廠商，合理利用其PVDF、PTFE材質(zhì)。在處理過程中，受到其過氧硫酸濃度或者溫度的影響，會(huì)對其處理設(shè)備造成一定的影響。當(dāng)前，對于廢硫酸濃度還沒有明確的要求，但是，對于半導(dǎo)體廠商而言，在處理過程中，應(yīng)該先對其中的雙氧水進(jìn)行處理，以此避免管路的泄漏問題。

對于先進(jìn)制程而言，因?yàn)槠鋾?huì)利用臭氧進(jìn)行氧化處理，而對于能夠產(chǎn)生臭氧的相應(yīng)設(shè)備而言，其分為高濃度和低濃度兩種，在這其中的PE材質(zhì)很容易受到臭氧的影響，所以應(yīng)該對臭氧排水進(jìn)行單獨(dú)處理，可以利用PVC、PFA等材質(zhì)，這樣能夠更好地保證其管路的質(zhì)量。如果其收集管上有著相應(yīng)的閥門，那么就不應(yīng)該使用PP材質(zhì)。如果已經(jīng)使用了PVC材質(zhì)，就應(yīng)該注意其材質(zhì)上閥門的情況，應(yīng)該盡量利用氟橡膠材質(zhì)。產(chǎn)生臭氧的設(shè)備其管道的材質(zhì)為不銹鋼，那么傳統(tǒng)臭氧發(fā)生器所使用的管路不銹鋼管不建議在半導(dǎo)體廠的排水管路上使用，因?yàn)樵谑褂肧ingle Wafer之后，大多數(shù)情況下臭氧廢水和氫氟廢水同時(shí)排放。

7 結(jié)語

總而言之，隨著先進(jìn)制程的應(yīng)用，半導(dǎo)體廠的廢水排放也與以往有所不同，廢水的濃度升高，而且回收量開始減少。所以，針對這種情況就應(yīng)該增加含銅廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)而保證銅排放合理。此外，應(yīng)該添加廢硫酸處理系統(tǒng)，以此來替代雙氧水系統(tǒng)，進(jìn)而減少泄漏問題的出現(xiàn)，更好地讓廢水處理達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張?jiān)菩?，陳鳴，厲曉華.半導(dǎo)體先進(jìn)制程對廢水處理的挑戰(zhàn)和對策[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018（11）：63-64.

【2】半導(dǎo)體設(shè)備巨頭以鈷代銅 行業(yè)需求即將爆發(fā)[J].新疆有色金屬，2017，40（03）：98.