半導體行業作為高新技術產業往往被人誤解為 “清潔”產業,但事實上,半導體生產過 程中使用了大量有機和無機物,包括許多有毒有害物質,對環境危害較為嚴重,如不加以控制,將會產生較大的環境污染。
一些半導體產業發達的國家和地區,如美國、德國和臺灣等,都針對半導體行業制訂了相應的排放標準。
上海早于2006年就頒 布了《半導體行業污染物排放標準》(DB31/ 374-2006),對于督促企業采用國際先進生產 技術和治理措施,推行清潔生產技術,提高污染控制水平,起到了積極作用。 旁邊的江蘇省環境保護廳于 2015 年正式下達了《江蘇省半導體行業污染物排放標準》制定任務,目前正在征求意見中。
半導體行業中使用的清洗劑、顯影劑、光刻膠、蝕刻液等溶劑中含有大量有機物成分。 在工藝過程中,這些有機溶劑大部分通過揮發成為廢氣排放。目前,針對這種氣體排放,一 般采用吸附、焚燒或兩者相結合的處理方法。 吸附是利用多孔性固體吸附劑處理混合氣體,使其中所含的一種或多種組分吸附于固體 表面上,達到分離的目的。吸附劑選擇性高,能分開其他過程難以分開的混合物,有效地清 除(或回收)濃度很低的有害物質,凈化效率高,設備簡單,操作方便,且能實現自動控制。?
但固體吸附劑的吸附容量小,需要大量的吸附劑,設備龐大,且吸附后吸附劑需要再生處理,是吸附處理的主要缺點。半導體生產場所揮發出來的有機廢氣通過局部排風罩收集,經管道送至吸附凈化系統。一般采用活性炭作為吸附劑。因為活性炭是非極性吸附劑,對廢氣中水蒸氣的靈敏度不高,且價格便宜。 焚燒的方法也廣泛用于半導體行業處理各種有機廢氣,通過熱氧化將有機物轉化為 CO2 和水。同時,焚燒對處理穩定流量和濃度的廢氣也是一種很好的方法。在熱氧化中,有機廢氣流經過加熱,氣相中的有機物被氧化。為節省燃料使用,通常還使用熱交換器,回收焚燒產生的熱量對進口氣體進行預熱。對于處理大流量、低濃度的氣體,通常都要采用這種方法。 由于半導體行業廢氣焚燒會產生SiO2,且SiO2會使催化劑鈍化,因此半導體行業中很少采用接觸氧化的方法。
一些半導體生產廠也使用旋轉濃縮系統富集有機廢氣,如沸石濃縮轉輪。因為半導體工藝過程中有機廢氣具有排放流量大(通常大于 11039 m3 /小時)和濃度低(通常小于 25ppmv) 的特點,使用其它的處理技術難以達到令人滿意的處理效率。沸石濃縮轉輪使用內帶吸收物質的旋轉輪,其中的吸收物質部分曝露于廢氣流中。轉輪吸收廢氣中的揮發性污染物,并使用蒸汽或熱將其脫附。脫附的氣流中富集了較高濃度的揮發物,這種低流量、高濃度的氣流能很好地被氧化。旋轉濃縮系統用于半導體行業的一個缺點是它對甲醇親和力較差,去除率僅為 40-60%。
總而言之,廢氣治理方面,半導體行業酸、堿廢氣一般采用相應的堿液吸收和酸液吸收進行處理,工藝方法已非常成熟,只要適當優化相關工藝參數,能夠滿足本標準的要求,需要關注的有機廢氣的處理。目前處理有機廢氣的工藝有吸附法、吸收法、直接燃燒法、催化燃燒法、冷凝法等,吸附法采用活性炭直接吸附,凈化效果好,但是運營成本會很高;吸收法適合于溫度低、中高濃度的廢氣;直接燃燒法適合于高濃度、小風量廢氣治理;冷凝法適用于成分相對單一、濃度高、且有一定回收價值的有機廢氣。對于半導體行業低濃度、大風量、成分復雜的有機廢氣,吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法均不適用,比較適用的是吸附——催化燃燒法。目前省內一些大型半導體企業已采用沸石轉輪濃縮后燃燒,該方法適用于大風量、低濃度、常溫的有機廢氣處理,凈化效率達到90%以上,濃縮比達20﹕1,運行費用較低,設備處理風量大,占地面積小,不產生二次污染,可持續脫附并處理污染物。根據企業實際運行情況,有機廢氣進氣濃度在200mg/m3以上時,處理效率達到95%;200mg/m3以下時處理 后濃度控制在20mg/m3,可保證廢氣達標排放。
內容參考江蘇省生態環境廳相關文件