半導體先進制程廢水處理技術探討

魯旭萍

【摘? 要】當前，我國的半導體制造已經進入28納米制程量產節點，所以很多工廠都引進了相應的設備，所引進的相應設備所使用的化學品量和相應制程與以往有很大的不同。同時，在注重環保的理念下，相應的排放規則也與以往有所不同，所以這就對其廢水處理有著嚴格的要求。論文首先介紹了先進制程對廢水排放的影響，以及半導體先進制程的廢水處理系統的變化，進而為半導體先進制程的廢水處理提供相應參考。

【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.

【關鍵詞】半導體;先進制程;廢水處理技術

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

【中圖分類號】X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0168-02

1 引言

2017年，我國的半導體工廠數量越來越多，目前的數量已經能夠滿足社會發展的需求，而且在數量不斷增多的基礎上，也在不斷地研究更高水平的半導體。而對于這其中的處理部門而言，在生產過程中濕式蝕刻和化學機械研磨這兩個部門所消耗的水量較大，那么就會在生產過程中出現大量的廢水。因此，這就需要根據這兩個部門來研究其廢水處理技術，減少對水資源的浪費，更好地保護環境。

2 先進制程對廢水排放的影響

在傳統情況下，濕式蝕刻一般會利用相應的機械來完成濕式蝕刻的具體處理工序，所利用的機械是將數十個半導體送入機械中，然后對其進行蝕刻和清洗。在這其中，化學品的更換標準有兩個[1]：第一，實際的Lot數;第二，物理時間。無論先達到哪一個指標，都會對其進行換酸處理。在這種方法應用下的化學品能夠反復使用，其沖洗則是按照Lot的具體情況來進行，將對其完成沖洗后的水通過相應系統進行回收。而在先進制程情況下，則開始利用Single Wafer這種機器，這類機器的構成更為精密，其化學品處理方式與傳統的機械處理并不相同，此類機器中可能會有幾種不同的制程，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，其能夠進行回收的水量也與以往相比有所下降。大多數情況下，利用這類機器時沒有產生任何回收水，一些化學品在這種情況下，也不能夠反復使用，其化學品的用量有所增長，廢水的濃度增加。

光照部門在應用先進制程后，其酸堿的廢水并沒有過多改變，其芯片變得復雜，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，其曝光次數也明顯增多，排水總量有所增加。

3 化學品用量的變化

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

4 廢水廢液排放濃度的變化

對于半導體制造廠而言，在處理廢液的過程中，應該按照我國相關規定執行，其排放量每天要小于5t，并且在這個過程中盡量不要新建系統，而是需要由相應的外包廠商來對其進行處理。在先進制程中大多都會利用臭氧氧化制程，并沒有使用新的化學品，只是對其原有的比例進行修改，進而對其進行使用，以此來獲取更為理想的效果。通過利用Single Wafer，能夠對廢水如氨水、氫氟酸的濃度或組分帶來較大的影響。

5 廢水處理系統的變化

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

在新建系統的過程中，應該積極利用雙氧水處理系統，對廢氫氟酸、廢氨水等進行處理，盡量減少磁力泵的使用，因為這類設備會很容易受到氣泡的影響。在廢氨水系統進水中，我國某半導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行處理，那么效果并不明顯，對其下游利用氫氟處理系統就能夠對其進行稀釋。如果利用藥劑法來進行處理，其廢水處理成本約為每噸8元。當前，利用錳催化還原工藝，能夠將其成本降到每噸0.08元。

在40nm以下的制程中，其含氫氟廢水量能夠達到總廢水的35%左右，而傳統的制程下，其只占據10%左右，一些地區的排放標準中對氟的要求是每升要低于10mL。因此，在先進制程下，對于廢水處理系統的要求更高，如果沒有從多個方面來對其進行考慮和處理，就很有可能會導致總排超標。此外，工廠不僅需要為其建立規格較大的回流槽，還應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

由以上可知，在先進制程下，銅制程的排水量會有所增加，如果在此過程中沒有及時對其進行處理，那么就會導致其排放量高于標準。因此，在這其中就應該加設銅處理系統。對于銅處理系統來說，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，利用傳統的沉淀法就能夠達到相應的效果，雖然在這其中存在一定絡合態的銅，但是因為經過處理，系統出水能夠較為穩定地控制在指標之下。在這其中應該注意的就是銅制程下的研磨劑更加容易出現沉淀，進而就會對其排水管道造成堵塞，進而影響沉淀效果。在銅處理系統中，應該避免出現糊狀的沉淀物。

通常情況下，可以利用硫酸去光阻，隨著Single Wafer設備的使用，其內部的構造也越來越復雜，這樣就導致廢硫酸量與以往相比有所增加。與此同時，為了能夠達到更好的去除光刻膠的效果，就會提高雙氧水的比例，讓其發生化學反應。在這過程中就導致其具備較為明顯的氧化效果，而且在分解過程中還會產生大量的熱。因為在使用過程中，硫酸是在高溫情況下所使用，那么設備都會為其配備相應的制冷裝置，將其溫度控制在一定范圍內再對其進行排放。但是，因為不同的設備其硫酸和雙氧水濃度各不相同，而且在生產過程中還會遇到其溫度變化的問題。因此，雖然根據相應數據標準，PVC具備耐硫酸的特點，但是因為半導體廠商都是利用碳鋼材料，這樣就需要在排放時選擇具有資質的生產廠商，合理利用其PVDF、PTFE材質。在處理過程中，受到其過氧硫酸濃度或者溫度的影響，會對其處理設備造成一定的影響。當前，對于廢硫酸濃度還沒有明確的要求，但是，對于半導體廠商而言，在處理過程中，應該先對其中的雙氧水進行處理，以此避免管路的泄漏問題。

對于先進制程而言，因為其會利用臭氧進行氧化處理，而對于能夠產生臭氧的相應設備而言，其分為高濃度和低濃度兩種，在這其中的PE材質很容易受到臭氧的影響，所以應該對臭氧排水進行單獨處理，可以利用PVC、PFA等材質，這樣能夠更好地保證其管路的質量。如果其收集管上有著相應的閥門，那么就不應該使用PP材質。如果已經使用了PVC材質，就應該注意其材質上閥門的情況，應該盡量利用氟橡膠材質。產生臭氧的設備其管道的材質為不銹鋼，那么傳統臭氧發生器所使用的管路不銹鋼管不建議在半導體廠的排水管路上使用，因為在使用Single Wafer之后，大多數情況下臭氧廢水和氫氟廢水同時排放。

7 結語

總而言之，隨著先進制程的應用，半導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，針對這種情況就應該增加含銅廢水處理系統，進而保證銅排放合理。此外，應該添加廢硫酸處理系統，以此來替代雙氧水系統，進而減少泄漏問題的出現，更好地讓廢水處理達到相應的標準。

【參考文獻】

【1】張云秀，陳鳴，厲曉華.半導體先進制程對廢水處理的挑戰和對策[J].資源節約與環保，2018（11）：63-64.

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