集成電路制造行業揮發性有機物（VOCs）減排措施研究

付篤??

摘要：研究集成電路制造行業主要的揮發性有機物（VOCs）排放源及VOCs主要成分，并針對VOCs源頭、過程控制與末端治理，提出切實有效的減排措施建議，為集成電路生產企業VOCs治理研究提供參考。

關鍵詞：集成電路制造行業；揮發性有機物（VOCs）；源頭控制；生產過程控制；末端治理控制

揮發性有機物（Volatile Organic Compounds），指20時蒸汽壓不小于10Pa或101.325KPa標準大氣壓下，沸點不高于260℃的有機化合物或者實際生產條件下具有以上相應揮發性的有機化合物（甲烷除外）的統稱。大多數VOCs具有大氣化學反應活性，其作為形成臭氧和PM2.5的關鍵前體物，也是灰霾和光化學煙霧污染的重要來源。

2016年12月20日，國務院發布《“十三五”節能減排綜合工作方案》，提出VOCs減排目標：全國揮發性有機物排放總量比2015年下降10%以上。環保部將VOCs納入主要污染物總量控制范圍，目前已出臺VOCs的系列標準、監測技術規范、分析方法等。

集成電路芯片生產過程中使用大量的有機溶劑如清洗劑、光刻膠、剝離液、稀釋液等，從而產生一定量的VOCs廢氣，不僅造成大氣污染，還可能會導致廠區環境異味，因此進行VOCs排放控制十分必要。

1 集成電路制造行業VOCs主要排放源及成分研究

1.1集成電路制造行業VOCs主要排放源

VOCs排放源主要集中在揮發性有機溶劑的使用、載運、儲存及廢氣治理過程。

載運過程包括有機溶劑的原料載入及廢有機溶劑的載出過程，溶劑儲罐與槽車之間的接口等處有機溶劑揮發。

有機溶劑的儲存主要包括儲罐儲存，化學品桶裝儲存及瓶裝儲存。有機溶劑儲罐的排氣、儲存過程中的不密封或意外泄露也是VOCs的來源。

集成電路行業的制程排氣通常有四種類型：一般排氣（GEX），酸性排氣（SEX），堿性排氣（AEX）及有機排氣（VEX）。無塵室使用有機溶劑后，通過有機排氣管路（VEX），匯總至有機廢氣處理系統處理后排放至外界大氣。有機排氣是集成電路行業VOCs的主要排放源。

1.2集成電路行業VOCs主要成分

徐婕[1]及裴蓓[2]等人的研究顯示，集成電路行業有機廢氣VOCs的主要成分為異丙醇和丙酮，此兩項物質占比達VOCs主要成分的80%100%，其中異丙醇占比55%以上，丙酮占比5%34%。

我們對國內4家大型集成電路制造企業的有機排氣VOCs成分進行調研，發現這4家企業的VOCs亦以異丙醇和丙酮為主。

同時，企業A對其廠區內的環境空氣VOCs進行監測的結果顯示，異丙醇濃度居首位（占34%），丙酮濃度居第二位（占18%）。

因此有針對性的減少異丙醇和丙酮的排放，對集成電路生產企業減少VOCs能起到最直接的效果。

2 芯片制造行業VOCs減排控制措施

2.1 原輔材料控制措施

原輔材料控制方面，主要遵循替代或減少用量的原則，考慮使用不含VOCs的替代產品或低VOCs含量的產品來替代，或通過制程方面改善，有意識減少VOCs原輔料的使用，尤宜針對VOCs氣體主要成分異丙醇及丙酮制定源頭減量措施。

集成電路制造行業異丙醇和丙酮主要用途是芯片及零部件的清洗，異丙醇及丙酮化學特性極易揮發，這亦是其作為VOCs氣體主要成分的原因。異丙醇源頭減量措施如：盡量減少使用量，在制程條件允許的情況下，能用純水替代清洗的步驟或操作，使用純水替代，不能替代的，研究減少用量的方案。丙酮源頭減量措施如：使用NMP，OK73等揮發性較小的有機溶劑替代丙酮清洗，或使用干冰替代丙酮清洗等。

2.2生產過程控制措施

過程控制主要包括使用過程控制、儲存過程控制及運輸過程控制。

2.2.1使用過程控制措施

含VOCs的原輔料使用過程中，應采取廢氣收集措施，提高廢氣收集效率，減少廢氣的無組織排放與逸散，并對收集后的廢氣進行處理后達標排放。產生VOCs 的工藝，應當在密閉空間或者設備中進行，經廢氣經收集系統和處理設施后排放。如不能密閉，則應采取局部氣體收集處理措施或其他有效污染控制措施。

集成電路制造業無塵室含VOCs的原輔料主要用于機臺及日常的預防性保養（PM）。

使用有機溶劑的機臺，應接入有機排氣系統（VEX），系統末端設置VOCs廢氣處理系統，經處理后達標排放。為防止有機排氣管路接錯至其它類型廢氣系統的情況出現，可對全廠酸性、堿性、一般等其它類型排氣筒進行VOCs監測摸底排查，對VOCs監測結果較高的排氣筒，從末端往前排查至機臺端，查找出接錯的管路及機臺，予以改正。

本行業某些類型的機臺，同時使用幾種不同類型的化學品，機臺的排氣類型不便于直接判定的，可單獨對此機臺端的排氣進行成分檢測，以確定其排氣類型。下圖例中某機臺，SC1槽使用氨水，接堿性排氣（AEX），RD2槽使用有機溶劑，接有機排氣（VEX），這2個槽的排氣類型可以明確確定。FR槽使用純水清洗沾有氨水的芯片，按常規應接AEX，考慮到右邊RD2槽的有機溶劑揮發氣體可能會有部分泄漏至FR槽，故對FR槽的排氣成分實施監測后發現，VOCs濃度遠大于氨氣，故FR槽排氣應接至VEX。

除了機臺使用VOCs溶劑，本行業使用溶劑的另一個途徑為機臺預防性保養（PM），在保養過程中使用異丙醇擦拭機臺及其零部件，此過程中會有異丙醇揮發。為減少PM過程的異丙醇排放，除了上文論述的源頭減量措施，必須使用異丙醇進行PM的場合，在條件允許的情況下，可設置作業小環境，用罩子將PM區域隔離，罩內單獨設置抽排風系統，并接至VEX管路，通過VOCs廢氣處理系統處理后排放。

對于廢水處理系統產生的VOCs，若廢水系統敞開液面上方的VOCs 檢測濃度大于法規標準，應密閉廢水液面，并排氣至VOCs廢氣收集系統。

實驗室使用含VOCs的化學品進行實驗，應在通風柜（櫥）中進行，廢氣應排至VOCs廢氣收集系統。

2.2.2 儲存過程的控制措施

本行業有機溶劑的儲存容器主要有儲罐、桶裝及瓶裝。

有機溶劑儲罐灌頂應安裝密閉排氣系統至VOCs廢氣處理裝置，儲罐底部地面設置泄漏報警裝置。儲存桶裝及瓶裝有機溶劑的的房間，應安裝密閉排氣系統至VOCs廢氣處理裝置，用完的有機溶劑廢空桶及空瓶應保持蓋子蓋緊密封。另外，沾有有機溶劑的廢抹布等有機溶劑廢物，應用塑料袋裝好并扎緊袋口。

2.2.3 運輸過程的控制措施

使用槽車運輸的有機溶劑，槽車和儲罐之間有機溶劑轉移過程中應設置廢氣收集系統至VOCs廢氣處理裝置。轉移過程中，槽車管路里的殘液可安裝回液管回流至儲罐。儲罐儲存的有機溶劑需通過密閉管路輸送至生產機臺。瓶裝的有機溶劑從倉庫運往無塵室的途中，需要防泄漏的特制運輸小車，小車內有固定瓶子的裝置，防止瓶子之間互相碰撞。無塵室臨時存放有機溶劑瓶的化學品柜，應安裝排氣系統至VOCs廢氣處理裝置，柜中存放的化學品用量不大于24小時的用量。

2.3末端治理減排措施

由于集成電路制造行業VOCs廢氣大風量、低濃度的特點，以沸石材料為載體的吸附濃縮法處理VOCs廢氣（沸石轉輪）在業界得到了較多的應用。鑒于沸石轉輪法處理VOCs廢氣的技術已非常成熟且有大量的文獻論述，故本文不再對沸石轉輪系統進行詳細介紹，僅針對如何在沸石轉輪系統日常運行過程中有效的提高處理效率，減少VOCs的排放提出幾點建議。

對于運行的沸石轉輪系統，應該定期對泵、風機、閥門、管路接頭等易發生泄漏的設備與管線組件，制定泄漏檢測與修復（LDAR）計劃，定期檢測、及時修復，防止或減少系統VOCs廢氣泄漏現象。

沸石轉輪系統焚燒爐的溫度對處理效率有較大影響，溫度設置過低，處理效率不理想；溫度設置過高，增加用能及系統火災等風險。根據陳玉峰[3]等人的研究，焚化爐溫度的控制范圍為700 ～ 730 ℃較為理想，在保證處理效率的同時，可實現能耗控制。

沸石轉輪系統每年均需進行幾次例行保養，保養過程中系統處于停機狀態，不能處理VOCs廢氣。為保證在沸石轉輪系統停機保養或故障停機期間，VOCs廢氣能被有效處理，應當設置備用處理系統。備用處理系統可選用另一套沸石轉輪系統，也可選用活性炭吸附備用系統。活性炭吸附系統與沸石轉輪系統比較，優點是安裝運行成本低，缺點是會產生固體廢物廢活性炭，且活性炭使用周期短。主系統與備用系統之間切換時，應特別注意控制壓力波動，防止影響機臺。

3 結語

集成電路制造行業VOCs污染防治應遵循源頭和過程控制與末端治理相結合的綜合防治原則。在生產過程中采用清潔生產技術，嚴格控制含VOCs原輔料在生產和儲運過程中的VOCs排放，積極使用不含VOCs的替代產品或低VOCs含量的產品。通過開展VOCs摸底調查，制訂VOCs管理制度等文件，加強VOCs監測和治理等措施，實現VOCs在集成電路生產中的全過程減排。

參考文獻：

[1]徐捷，魏海萍，修光利，伏晴艷，吳迓名，李炎，王歆文.半導體行業揮發性有機物（VOCs）排放特征研究[J].環境科學與管理，2007，32 （10）：3741.

[2]裴蓓，邵一平，林衛青.國家半導體行業VOC排放標準制定研究[J].上海環境科學，2008（6）：247251.

[3]陳玉峰，楊驥.半導體制程廢氣處理技術實踐[J].半導體技術，2008，33 （9）：752755.

作者簡介：付篤（1982），女，湖北麻城人，本科，工程師，企業環境管理。