這幾年，環(huán)保一直是熱門話題。隨著半導體廠的發(fā)展越來越迅猛，其廢氣污染也越來越嚴重，那么，半導體工廠的廢氣處理設備是怎么處理的呢？
半導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)和有機排氣 (VEX)。針對不同污染 物，采用不同的處理方法。
1．1 一般排氣系統(tǒng)
半導體廠一般排氣 (GEX)系統(tǒng)在運行中也稱為熱排氣系統(tǒng) ，生產(chǎn)過程中一些設備局部會產(chǎn)生大量的熱或產(chǎn)生會對高潔凈度生產(chǎn)環(huán)境造成影響的含塵無害氣體。為了滿足半導體制程對環(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管系統(tǒng)進行收集，然后以風機抽取并排放。 通過對部分設備熱排氣的潔凈度抽樣檢測發(fā)現(xiàn)，雖然一般排氣用于抽取設備的含塵排放 ，但由于一般排氣系統(tǒng)抽取的氣體直接來自潔凈室內(nèi)，且設備含塵排放濃度很低，因此在總風管處檢測的結果仍為潔凈級別。對設備排放點的溫度測量顯示，不同設備和排放點 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 ，為無害排放。
1．2 酸性、堿性廢氣處理系統(tǒng)
對半導體制造中產(chǎn)生的酸性和堿性廢氣采用分別收集、分別處理的方法，但處理設備和處理原理基本相同。對于含有 酸性／堿性物質(zhì)的廢氣 ，半導體廠大都采用大型洗滌式中央廢氣處理系統(tǒng)進行處理。由于半導體制造工作區(qū)域離中央廢氣處理系統(tǒng)距離較遠 ，因此部分酸性／堿性廢氣在輸送至中央廢氣處理系統(tǒng)前，常因氣體特性導致在管路中結晶或粉塵堆積，造成管路堵塞后導致氣體外泄，嚴重者甚至引發(fā)爆炸，危害現(xiàn)場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備進行就地處理 ，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、電導度等參數(shù)，在廢氣與水交叉流過時使廢氣在洗滌塔中與水進行充分接觸，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，延長接觸時間。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)。還設有加藥泵、pH計用于控制 pH值；液位計、電導度計用于排水和補水控制 ；壓差開關、壓力傳感器用于監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況。
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。當pH低于7．6時 ，即使將循環(huán)水的電導度調(diào)至低于5 ms/cm系統(tǒng)的處理效率仍然不超過60％；而當pH值高于8時，系統(tǒng)處理效率通常高于90％；當pH值達到10時，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，但實際運行中pH過高會增加運行成本，并會產(chǎn)生結晶等問題，危及生產(chǎn)安全，因此pH值通常控制在8～l0。同樣，對于堿性排氣洗滌塔 ，pH值通常控制在 3～6之間。
在系統(tǒng)實際操作運行中發(fā)現(xiàn)，影響系統(tǒng)處理效率的另一個主要因素是循環(huán)水量的問題。洗滌塔在連續(xù)運轉一定時期后 (一般為 6個月)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。因此運行中要把洗滌塔循環(huán)水的電導度嚴格控制在20ms/cm 以下，減少鹽類堵塞噴嘴的情況，定期對噴嘴進行清理，對循環(huán)水泵和淋洗塔進行保養(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 有機廢氣處理系統(tǒng)
半導體制造過程中排放的含有有機成分的廢氣(voc)通常采用直接焚燒、活性炭吸附、生物氧化等方法進行處理，但低濃度大風量的有機廢氣直接焚燒會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、脫附后殘留負荷高等缺點，在半導體制造界基本不再使用；而生物氧化技術作為一種較新的處理技術還有待在處理大風量方面做進一步的研究和發(fā)展。半導體制造的有機廢氣排放特點是濃度較低，但排風量較大，因此必須考慮將有機廢氣濃縮后再進行焚燒處理。沸石濃縮轉輪系統(tǒng)和焚化爐焚化系統(tǒng)的組合可以很好地解決這一問題。
沸石濃縮轉輪加焚化處理的系統(tǒng)處理原理，是將大風量低濃度有機廢氣轉換成小風量高濃度氣流，再將濃縮后的高濃度有機廢氣進行焚化處理，其主要優(yōu)點是系統(tǒng)處理效率高 (95％)、操作簡單并且易清洗保養(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)的沸石必須符合嚴格的硅鋁比、純度、結晶度、孔徑常數(shù)等要求。沸石轉輪對低濃度的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)排風機排放至VOC處理系統(tǒng)，90％的廢氣通過沸石轉輪的吸附成為清潔空氣排放至大氣，10％的廢氣被加熱后進人脫附區(qū)，用于對已經(jīng)吸附有VOC成分的轉輪部分進行脫附，由于轉輪在不停地旋轉，使得吸附和脫附的過程在同時不間斷地進行。脫附后的高濃度VOC廢氣通過焚化爐風機被送入焚化爐進行焚燒處理。主要控制和運行參數(shù)包括轉輪轉速、脫附風量、脫附溫度、轉輪冷卻溫度、焚化爐溫度等。
VOC處理系統(tǒng)的主要運行成來自于焚化爐的燃料消耗 ，處理風量為50 000m3/h的系統(tǒng)每年的天然氣費用超過百萬人民幣，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)所有的運行參數(shù)中，對處理效率和燃氣消耗影響最大的是脫附風量和焚化爐溫度。因此針對某VOC處理系統(tǒng)的脫附風量和焚化爐溫度進行了實驗性調(diào)整和效率測試。
數(shù)據(jù)證明，脫附風量和焚化爐的運行溫度確實是影響系統(tǒng)處理效率和能耗的最主要的因素，焚化溫度越高，脫附風量越大，則處理效率越高，但能耗也同時升高。通過測試數(shù)據(jù)對比，可以確認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量值，但通過實驗數(shù)據(jù)總結，脫附風量控制在系統(tǒng)排氣總量的9.5％～10％這樣一個合理的范圍內(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)濟又安全地運行VOC處理系統(tǒng)。
2 結語
廢氣處理在半導體制造企業(yè)中是一個不可或缺的環(huán)保環(huán)節(jié)，作為大規(guī)模、代表先進制造技術的產(chǎn)業(yè)，半導體制造企業(yè)必須注意到廢氣排放將對環(huán)境造成的污染、對先進半導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)境管理體系的國際認證(ISOl40o1)和職業(yè)安全衛(wèi)生管理體系的國際認證(OHSAS18001)是國內(nèi)半導體企業(yè)通往國際市場的通行證。國家環(huán)保部門對半導體制造廢氣排放的管理也經(jīng)過了一個從無到有，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體行業(yè)標準 ，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準》，結束了沒有半導體行業(yè)標準的歷史。上海地方性行業(yè)標準相較于原 《大氣污染物綜合排放標準》嚴格了許多，尤其新增加了對 VOC廢氣處理系統(tǒng)的控制標準，即 VOC排放速率大于0.6 kg/h，處理設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 。
目前國家環(huán)保總局正在進行調(diào)查研究，相信不久將出臺國家性的半導體污染物排放行業(yè)標準。新標準將對半導體企業(yè)提出更高的環(huán)保要求，促進國內(nèi)半導體廢氣處理技術的進步和發(fā)展。
