半导体先进制程废水处理技术探讨

鲁旭萍

【摘  要】当前，我国的半导体制造已经进入28纳米制程量产节点，所以很多工厂都引进了相应的设备，所引进的相应设备所使用的化学品量和相应制程与以往有很大的不同。同时，在注重环保的理念下，相应的排放规则也与以往有所不同，所以这就对其废水处理有着严格的要求。论文首先介绍了先进制程对废水排放的影响，以及半导体先进制程的废水处理系统的变化，进而为半导体先进制程的废水处理提供相应参考。

【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.

【关键词】半导体;先进制程;废水处理技术

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

【中图分类号】X703                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）11-0168-02

1 引言

2017年，我国的半导体工厂数量越来越多，目前的数量已经能够满足社会发展的需求，而且在数量不断增多的基础上，也在不断地研究更高水平的半导体。而对于这其中的处理部门而言，在生产过程中湿式蚀刻和化学机械研磨这两个部门所消耗的水量较大，那么就会在生产过程中出现大量的废水。因此，这就需要根据这两个部门来研究其废水处理技术，减少对水资源的浪费，更好地保护环境。

2 先进制程对废水排放的影响

在传统情况下，湿式蚀刻一般会利用相应的机械来完成湿式蚀刻的具体处理工序，所利用的机械是将数十个半导体送入机械中，然后对其进行蚀刻和清洗。在这其中，化学品的更换标准有两个[1]：第一，实际的Lot数;第二，物理时间。无论先达到哪一个指标，都会对其进行换酸处理。在这种方法应用下的化学品能够反复使用，其冲洗则是按照Lot的具体情况来进行，将对其完成冲洗后的水通过相应系统进行回收。而在先进制程情况下，则开始利用Single Wafer这种机器，这类机器的构成更为精密，其化学品处理方式与传统的机械处理并不相同，此类机器中可能会有几种不同的制程，例如，清洗、喷氢氟酸，等等。因此，湿式蚀刻部门的废水总量就开始有所下降，其能够进行回收的水量也与以往相比有所下降。大多数情况下，利用这类机器时没有产生任何回收水，一些化学品在这种情况下，也不能够反复使用，其化学品的用量有所增长，废水的浓度增加。

光照部门在应用先进制程后，其酸碱的废水并没有过多改变，其芯片变得复杂，并且其废水中的各類废物，如单乙基醚丙二醇等废液有所增多，其曝光次数也明显增多，排水总量有所增加。

3 化学品用量的变化

相比于之前而言，在先进制程下很多化学品用量都有着明显的增加，其废液的排放量有所提升。例如，在传统情况下，化学品一次曝光间隔排放量为1，而先进制程一次曝光间隔使用的化学品用量为3～4。

4 废水废液排放浓度的变化

对于半导体制造厂而言，在处理废液的过程中，应该按照我国相关规定执行，其排放量每天要小于5t，并且在这个过程中尽量不要新建系统，而是需要由相应的外包厂商来对其进行处理。在先进制程中大多都会利用臭氧氧化制程，并没有使用新的化学品，只是对其原有的比例进行修改，进而对其进行使用，以此来获取更为理想的效果。通过利用Single Wafer，能够对废水如氨水、氢氟酸的浓度或组分带来较大的影响。

5 废水处理系统的变化

在先进制程中，半导体行业废水处理中的氢氟和氨氮系统依然存在，在这其中有所变化的是双氧水的用量有很大的提升，这也就导致其排放废水中的双氧水比例大幅增加[2]。但是，当前我国针对这一方面并没有明确的规定，而且在对其处理的过程中，双氧水的处理较慢，这就导致总排过高的双氧水会影响COD的测定，而且在不断分解中会出现气泡，这样在利用相应机械时，就会影响机械的正常使用。

在新建系统的过程中，应该积极利用双氧水处理系统，对废氢氟酸、废氨水等进行处理，尽量减少磁力泵的使用，因为这类设备会很容易受到气泡的影响。在废氨水系统进水中，我国某半导体厂的双氧水的浓度过高，如果在这其中是利用吹脱法来对其进行处理，那么效果并不明显，对其下游利用氢氟处理系统就能够对其进行稀释。如果利用药剂法来进行处理，其废水处理成本约为每吨8元。当前，利用锰催化还原工艺，能够将其成本降到每吨0.08元。

在40nm以下的制程中，其含氢氟废水量能够达到总废水的35%左右，而传统的制程下，其只占据10%左右，一些地区的排放标准中对氟的要求是每升要低于10mL。因此，在先进制程下，对于废水处理系统的要求更高，如果没有从多个方面来对其进行考虑和处理，就很有可能会导致总排超标。此外，工厂不仅需要为其建立规格较大的回流槽，还应该在这其中添加除氟剂，以此来取得更为理想的去除效果。

6 新增废水处理系统

由以上可知，在先进制程下，铜制程的排水量会有所增加，如果在此过程中没有及时对其进行处理，那么就会导致其排放量高于标准。因此，在这其中就应该加设铜处理系统。对于铜处理系统来说，一般收集电镀制程的冲洗水和铜制程研磨的含铜排放水。对于浓硫酸铜来说，一般都是利用外载回收的方法，其成本投入更低。对于铜的处理，利用传统的沉淀法就能够达到相应的效果，虽然在这其中存在一定络合态的铜，但是因为经过处理，系统出水能够较为稳定地控制在指标之下。在这其中应该注意的就是铜制程下的研磨剂更加容易出现沉淀，进而就会对其排水管道造成堵塞，进而影响沉淀效果。在铜处理系统中，应该避免出现糊状的沉淀物。

通常情况下，可以利用硫酸去光阻，随着Single Wafer设备的使用，其内部的构造也越来越复杂，这样就导致废硫酸量与以往相比有所增加。与此同时，为了能够达到更好的去除光刻胶的效果，就会提高双氧水的比例，让其发生化学反应。在这过程中就导致其具备较为明显的氧化效果，而且在分解过程中还会产生大量的热。因为在使用过程中，硫酸是在高温情况下所使用，那么设备都会为其配备相应的制冷装置，将其温度控制在一定范围内再对其进行排放。但是，因为不同的设备其硫酸和双氧水浓度各不相同，而且在生产过程中还会遇到其温度变化的问题。因此，虽然根据相应数据标准，PVC具备耐硫酸的特点，但是因为半导体厂商都是利用碳钢材料，这样就需要在排放时选择具有资质的生产厂商，合理利用其PVDF、PTFE材质。在处理过程中，受到其过氧硫酸浓度或者温度的影响，会对其处理设备造成一定的影响。当前，对于废硫酸浓度还没有明确的要求，但是，对于半导体厂商而言，在处理过程中，应该先对其中的双氧水进行处理，以此避免管路的泄漏问题。

对于先进制程而言，因为其会利用臭氧进行氧化处理，而对于能够产生臭氧的相应设备而言，其分为高浓度和低浓度两种，在这其中的PE材质很容易受到臭氧的影响，所以应该对臭氧排水进行单独处理，可以利用PVC、PFA等材质，这样能够更好地保证其管路的质量。如果其收集管上有着相应的阀门，那么就不应该使用PP材质。如果已经使用了PVC材质，就应该注意其材质上阀门的情况，应该尽量利用氟橡胶材质。产生臭氧的设备其管道的材质为不锈钢，那么传统臭氧发生器所使用的管路不锈钢管不建议在半导体厂的排水管路上使用，因为在使用Single Wafer之后，大多数情况下臭氧废水和氢氟废水同时排放。

7 結语

总而言之，随着先进制程的应用，半导体厂的废水排放也与以往有所不同，废水的浓度升高，而且回收量开始减少。所以，针对这种情况就应该增加含铜废水处理系统，进而保证铜排放合理。此外，应该添加废硫酸处理系统，以此来替代双氧水系统，进而减少泄漏问题的出现，更好地让废水处理达到相应的标准。

【参考文献】

【1】张云秀，陈鸣，厉晓华.半导体先进制程对废水处理的挑战和对策[J].资源节约与环保，2018（11）：63-64.

【2】半导体设备巨头以钴代铜 行业需求即将爆发[J].新疆有色金属，2017，40（03）：98.