這幾年，環(huán)保一直是熱門話題。隨著半導(dǎo)體廠的發(fā)展越來(lái)越迅猛，其廢氣污染也越來(lái)越嚴(yán)重，那么，半導(dǎo)體工廠的廢氣處理設(shè)備是怎么處理的呢？
半導(dǎo)體廠的廢氣在處理上采用水洗、氧化／燃燒、吸附、解離、冷凝等方法。按照廢氣的排放，可分為一般排氣(GEX)、酸性排氣 (SEX)、堿性排氣 (AEX)和有機(jī)排氣 (VEX)。針對(duì)不同污染 物，采用不同的處理方法。
1．1 一般排氣系統(tǒng)
半導(dǎo)體廠一般排氣 (GEX)系統(tǒng)在運(yùn)行中也稱為熱排氣系統(tǒng) ，生產(chǎn)過程中一些設(shè)備局部會(huì)產(chǎn)生大量的熱或產(chǎn)生會(huì)對(duì)高潔凈度生產(chǎn)環(huán)境造成影響的含塵無(wú)害氣體。為了滿足半導(dǎo)體制程對(duì)環(huán)境溫濕度((22±1)℃，(45±5)％)和潔凈度的極高要求 ，可將此種廢氣通過風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行收集，然后以風(fēng)機(jī)抽取并排放。 通過對(duì)部分設(shè)備熱排氣的潔凈度抽樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，雖然一般排氣用于抽取設(shè)備的含塵排放 ，但由于一般排氣系統(tǒng)抽取的氣體直接來(lái)自潔凈室內(nèi)，且設(shè)備含塵排放濃度很低，因此在總風(fēng)管處檢測(cè)的結(jié)果仍為潔凈級(jí)別。對(duì)設(shè)備排放點(diǎn)的溫度測(cè)量顯示，不同設(shè)備和排放點(diǎn) 熱排氣溫度差異較大最高超過 42℃，最低至22℃，但總排放口的溫度測(cè)量卻并不超過26℃，只略高于潔凈室溫度，仍屬于室溫范圍。因此 GEX可以直接排放至大氣環(huán)境 ，不需做任何處理 ，為無(wú)害排放。
1．2 酸性、堿性廢氣處理系統(tǒng)
對(duì)半導(dǎo)體制造中產(chǎn)生的酸性和堿性廢氣采用分別收集、分別處理的方法，但處理設(shè)備和處理原理基本相同。對(duì)于含有 酸性／堿性物質(zhì)的廢氣 ，半導(dǎo)體廠大都采用大型洗滌式中央廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。由于半導(dǎo)體制造工作區(qū)域離中央廢氣處理系統(tǒng)距離較遠(yuǎn) ，因此部分酸性／堿性廢氣在輸送至中央廢氣處理系統(tǒng)前，常因氣體特性導(dǎo)致在管路中結(jié)晶或粉塵堆積，造成管路堵塞后導(dǎo)致氣體外泄，嚴(yán)重者甚至引發(fā)爆炸，危害現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作安全。因此在工作區(qū)域需配置適合制程氣體特性的就地廢氣處理設(shè)備進(jìn)行就地處理 ，之后再排入中央處理系統(tǒng)，而一些特殊的廢氣，包括劇毒、自燃、易爆等廢氣則需要先通過干式洗滌塔等設(shè)備通過吸附或氧化／燃燒等方法就地處理 ，之后再排人中央廢氣處理系統(tǒng) 。
中央廢氣處理系統(tǒng)的核心設(shè)備是一種采用水洗式的洗滌塔 ，它的主要功能是通過控制洗滌塔中水的酸堿度、電導(dǎo)度等參數(shù)，在廢氣與水交叉流過時(shí)使廢氣在洗滌塔中與水進(jìn)行充分接觸，吸收其中的酸性或堿性物質(zhì)。洗滌塔內(nèi)安裝有填料床，用于增大廢氣與水的接觸面積，延長(zhǎng)接觸時(shí)間。填料床下面是循環(huán)水池，通過循環(huán)水泵使液體不停的循環(huán)。還設(shè)有加藥泵、pH計(jì)用于控制 pH值；液位計(jì)、電導(dǎo)度計(jì)用于排水和補(bǔ)水控制 ；壓差開關(guān)、壓力傳感器用于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
通過調(diào)整酸性排氣洗滌塔循環(huán)水的 pH值發(fā)現(xiàn) ，淋洗塔內(nèi)的物理吸收是一個(gè)不穩(wěn)定的可逆，吸收水中的酸，并在淋洗過程中很容易再被脫附出來(lái)。當(dāng)pH低于7．6時(shí) ，即使將循環(huán)水的電導(dǎo)度調(diào)至低于5 ms/cm系統(tǒng)的處理效率仍然不超過60％；而當(dāng)pH值高于8時(shí)，系統(tǒng)處理效率通常高于90％；當(dāng)pH值達(dá)到10時(shí)，系統(tǒng)處理效率甚至超過 99％。因此控制 pH值是保證系統(tǒng)處理效率的關(guān)鍵參數(shù)。雖然酸性排氣洗滌塔，pH值越高處理效率越好，但實(shí)際運(yùn)行中pH過高會(huì)增加運(yùn)行成本，并會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶等問題，危及生產(chǎn)安全，因此pH值通常控制在8～l0。同樣，對(duì)于堿性排氣洗滌塔 ，pH值通常控制在 3～6之間。
在系統(tǒng)實(shí)際操作運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，影響系統(tǒng)處理效率的另一個(gè)主要因素是循環(huán)水量的問題。洗滌塔在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)期后 (一般為 6個(gè)月)開始出現(xiàn)處理效率下降，即使調(diào)高 pH值也收效甚微 ，原因在于洗滌塔循環(huán)水中的鹽類很容易在噴嘴處形成結(jié)晶，造成堵塞，使循環(huán)水量下降，而水量不足使得廢氣和水不能充分接觸，因而影響系統(tǒng)的處理效率。因此運(yùn)行中要把洗滌塔循環(huán)水的電導(dǎo)度嚴(yán)格控制在20ms/cm 以下，減少鹽類堵塞噴嘴的情況，定期對(duì)噴嘴進(jìn)行清理，對(duì)循環(huán)水泵和淋洗塔進(jìn)行保養(yǎng)，將循環(huán)水壓力控制在1.5×l05 Pa以下，保證充足的循環(huán)水量。
1．3 有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)
半導(dǎo)體制造過程中排放的含有有機(jī)成分的廢氣(voc)通常采用直接焚燒、活性炭吸附、生物氧化等方法進(jìn)行處理，但低濃度大風(fēng)量的有機(jī)廢氣直接焚燒會(huì)造成大量的燃料消耗和不必要的污染，只有較高濃度的有機(jī)廢氣才建議直接焚燒；活性碳吸附的方法，由于其材料特性，存在易燃燒、水分敏感度高、脫附后殘留負(fù)荷高等缺點(diǎn)，在半導(dǎo)體制造界基本不再使用；而生物氧化技術(shù)作為一種較新的處理技術(shù)還有待在處理大風(fēng)量方面做進(jìn)一步的研究和發(fā)展。半導(dǎo)體制造的有機(jī)廢氣排放特點(diǎn)是濃度較低，但排風(fēng)量較大，因此必須考慮將有機(jī)廢氣濃縮后再進(jìn)行焚燒處理。沸石濃縮轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和焚化爐焚化系統(tǒng)的組合可以很好地解決這一問題。
沸石濃縮轉(zhuǎn)輪加焚化處理的系統(tǒng)處理原理，是將大風(fēng)量低濃度有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量高濃度氣流，再將濃縮后的高濃度有機(jī)廢氣進(jìn)行焚化處理，其主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)處理效率高 (95％)、操作簡(jiǎn)單并且易清洗保養(yǎng)。所選用的沸石為新型的疏水性沸石，從而避免水分對(duì)吸附材料的侵占，保證良好的吸附效果，而高品質(zhì)的沸石必須符合嚴(yán)格的硅鋁比、純度、結(jié)晶度、孔徑常數(shù)等要求。沸石轉(zhuǎn)輪對(duì)低濃度的VOC有很好的吸附能力，吸附后的干凈空氣就可自然排放。
處理流程：含有VOC的廢氣通過系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)排放至VOC處理系統(tǒng)，90％的廢氣通過沸石轉(zhuǎn)輪的吸附成為清潔空氣排放至大氣，10％的廢氣被加熱后進(jìn)人脫附區(qū)，用于對(duì)已經(jīng)吸附有VOC成分的轉(zhuǎn)輪部分進(jìn)行脫附，由于轉(zhuǎn)輪在不停地旋轉(zhuǎn)，使得吸附和脫附的過程在同時(shí)不間斷地進(jìn)行。脫附后的高濃度VOC廢氣通過焚化爐風(fēng)機(jī)被送入焚化爐進(jìn)行焚燒處理。主要控制和運(yùn)行參數(shù)包括轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、脫附風(fēng)量、脫附溫度、轉(zhuǎn)輪冷卻溫度、焚化爐溫度等。
VOC處理系統(tǒng)的主要運(yùn)行成來(lái)自于焚化爐的燃料消耗 ，處理風(fēng)量為50 000m3/h的系統(tǒng)每年的天然氣費(fèi)用超過百萬(wàn)人民幣，因此如何在保證系統(tǒng)處理效率的前提下降低能源消耗是系統(tǒng)管理人員必須要考慮的問題。在 VOC處理系統(tǒng)所有的運(yùn)行參數(shù)中，對(duì)處理效率和燃?xì)庀挠绊懽畲蟮氖敲摳斤L(fēng)量和焚化爐溫度。因此針對(duì)某VOC處理系統(tǒng)的脫附風(fēng)量和焚化爐溫度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性調(diào)整和效率測(cè)試。
數(shù)據(jù)證明，脫附風(fēng)量和焚化爐的運(yùn)行溫度確實(shí)是影響系統(tǒng)處理效率和能耗的最主要的因素，焚化溫度越高，脫附風(fēng)量越大，則處理效率越高，但能耗也同時(shí)升高。通過測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，可以確認(rèn)焚化爐溫度的合理控制范圍為700~730℃，如果溫度繼續(xù)下降，焚化爐出口的測(cè)值就開始有明顯上升，如果溫度繼續(xù)升高則燃料消耗增加。由于系統(tǒng)排氣風(fēng)量的變化和壓力的變化等因素，比較難確定精確的最佳脫附風(fēng)量值，但通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)，脫附風(fēng)量控制在系統(tǒng)排氣總量的9.5％～10％這樣一個(gè)合理的范圍內(nèi)，就能夠做到既節(jié)省能耗又保證系統(tǒng)處理效率，既經(jīng)濟(jì)又安全地運(yùn)行VOC處理系統(tǒng)。
2 結(jié)語(yǔ)
廢氣處理在半導(dǎo)體制造企業(yè)中是一個(gè)不可或缺的環(huán)保環(huán)節(jié)，作為大規(guī)模、代表先進(jìn)制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體制造企業(yè)必須注意到廢氣排放將對(duì)環(huán)境造成的污染、對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體制程所造成的影響，即AMC問題，并且要積極做好廢氣排放的處理和控制工作。 通過環(huán)境管理體系的國(guó)際認(rèn)證(ISOl40o1)和職業(yè)安全衛(wèi)生管理體系的國(guó)際認(rèn)證(OHSAS18001)是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)通往國(guó)際市場(chǎng)的通行證。國(guó)家環(huán)保部門對(duì)半導(dǎo)體制造廢氣排放的管理也經(jīng)過了一個(gè)從無(wú)到有，并逐步完善的過程。
目前上海市已經(jīng)于2006年 10月 頒布了新的地方性半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ，于2007年2月開始執(zhí)行，并不再執(zhí)行GB16297~1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)束了沒有半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的歷史。上海地方性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相較于原 《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)格了許多，尤其新增加了對(duì) VOC廢氣處理系統(tǒng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，即 VOC排放速率大于0.6 kg/h，處理設(shè)施的最低處理效率為88％；現(xiàn)有污染源自2008年1月13起執(zhí)行該限值；新污染源自2007年2月1日起執(zhí)行該限值 。
目前國(guó)家環(huán)保總局正在進(jìn)行調(diào)查研究，相信不久將出臺(tái)國(guó)家性的半導(dǎo)體污染物排放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)半導(dǎo)體企業(yè)提出更高的環(huán)保要求，促進(jìn)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廢氣處理技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。
