这(zhe)几年，環保一直是熱門話題。随着半导體廠的发展越來越迅猛，其废氣污染也越(yue)來越嚴重，那(na)麼(me)，半导體(ti)工廠的废氣處理設備是怎麼處理的呢？
半导體廠的废氣在處理上采(cai)用水洗、氧化／燃烧(shao)、吸附、解离、冷凝等方法。按照废氣的排放，可分為一般排氣(GEX)、酸性排氣 (SEX)、碱(jian)性排氣 (AEX)和有(you)機排氣(qi) (VEX)。针(zhen)對(dui)不同污染 物，采用不同的(de)處理方法。
1．1 一般排氣系統
半导體(ti)廠一般排氣(qi) (GEX)系統(tong)在運(yun)行中也称為熱排氣系統 ，生產過程中一些設備局部會產生大量的(de)熱或產生會對高洁净度生產環境造成(cheng)影響的含尘无害氣體。為了满足半导體(ti)製程對環境温湿度((22±1)℃，(45±5)％)和(he)洁净度的極高要求 ，可(ke)將此種废氣通過風管系統進行(xing)收集，然后以風機抽取並排放。 通過對部分設備熱排氣(qi)的洁净度(du)抽樣檢測发現，虽然一(yi)般排氣用於(yu)抽取設備的含尘排放 ，但由於一般排氣系統抽取的氣體直接(jie)來自(zi)洁净室内，且設備含(han)尘排放(fang)浓度很低，因此在总風管處檢測的結果仍為洁净級別。對設備(bei)排放點的温度測量顯示，不同設(she)備和排放(fang)點 熱排氣温度(du)差异(yi)较大最高超過 42℃，最低至22℃，但总排放口的温度(du)測量卻並不超過26℃，只略高於洁净室温度，仍屬於室温範围。因此 GEX可(ke)以直接排放至大氣環境(jing) ，不(bu)需做任何處(chu)理 ，為无害排放。
1．2 酸性、碱(jian)性废氣處理系統
對半导體製(zhi)造中產生的酸性和碱性废氣采用分別收集(ji)、分別(bie)處理的(de)方法，但處理設備和處理原理基(ji)本相同。對於含有(you) 酸性／碱性物質的废氣 ，半导體廠大都采用大型洗涤式中央废氣處理系統進行(xing)處理(li)。由(you)於半导體製(zhi)造工作區域离中央废氣處理系統距离较远 ，因此部分酸性／碱性废氣在輸送至中央废氣(qi)處理系(xi)統前，常因氣體特性导致在管路中結晶或粉(fen)尘堆积(ji)，造成管路(lu)堵塞后导致氣體外泄，嚴重(zhong)者(zhe)甚至引发爆炸，危(wei)害現場工作人員的工(gong)作安全。因此在工作區域需配置適合製程氣體(ti)特性的就地废氣處理設備進行就地處理(li) ，之后再排入中央處(chu)理(li)系統，而一些(xie)特殊的废氣，包(bao)括劇毒(du)、自燃、易爆等废氣則需要先通過干式洗涤塔等設備通過(guo)吸附或氧化／燃烧等方法就地處理 ，之后(hou)再排人中央废氣處理系統 。
中央废氣處理系統的(de)核心設備是一(yi)種采用水洗式的洗涤塔 ，它的主要功(gong)能是通過控製洗涤塔中水的酸碱(jian)度、電导度(du)等參数，在废氣與水交叉流過時(shi)使废氣在洗涤塔中與水進行充分接触，吸(xi)收其中的酸性或碱性物質。洗涤塔内安裝有填料床，用於增大(da)废氣(qi)與水的接触面积，延长接触時間。填料床(chuang)下面是循環水池，通過循環水泵(beng)使(shi)液體不停的循環。還設有(you)加药泵、pH計用於控(kong)製(zhi) pH值；液位計、電导度(du)計用(yong)於排水和补水控製 ；壓差開關、壓力傳(chuan)感器用於监控系統的運行情(qing)况。
通過調整酸性排(pai)氣洗涤塔循(xun)環水的 pH值(zhi)发現 ，淋洗塔内的物理吸收(shou)是一個不稳定(ding)的可逆，吸收水(shui)中(zhong)的酸，並在淋(lin)洗過(guo)程中很容易再被脱附出來。当pH低於7．6時 ，即使將循環(huan)水的電导度調(diao)至低於5 ms/cm系統的處理效率(lv)仍(reng)然不超過60％；而当pH值高於(yu)8時，系統(tong)處(chu)理效率通常高於90％；当pH值達到10時，系(xi)統處理效率甚至超過(guo) 99％。因(yin)此控製 pH值是保證系統處理效率的關键(jian)參数(shu)。虽然酸性(xing)排氣洗涤塔，pH值越高處理(li)效率越好，但實际運行中pH過高(gao)會增(zeng)加運行成本，並會產(chan)生結晶等(deng)問題，危及生產安全，因此pH值通常控製在8～l0。同(tong)樣，對於碱性排氣洗涤塔 ，pH值通常控製在 3～6之間。
在系統實际操(cao)作(zuo)運行中发現，影響系統處理效率的另一個主(zhu)要因素是循環水量的問題。洗涤塔在连續運轉一定時期(qi)后 (一般為(wei) 6個月(yue))開始出現處(chu)理效率下降(jiang)，即(ji)使調高(gao) pH值也收效甚微 ，原因在於洗涤塔循環(huan)水中的盐類(lei)很容易在喷嘴處形成結晶，造成堵塞，使循環(huan)水量下降，而水量不足使(shi)得废氣和水不能充分接(jie)触，因而影響系統(tong)的處理效(xiao)率。因此運行中要(yao)把洗(xi)涤塔循環水的電导度嚴格控製在20ms/cm 以下，减少盐類堵塞喷嘴(zui)的(de)情况，定期對喷嘴進行清(qing)理(li)，對循環水泵和淋洗塔(ta)進行保养，將循環(huan)水壓力(li)控製在1.5×l05 Pa以下，保證充足的循環(huan)水量。
1．3 有機废氣處理系統
半导體製(zhi)造過程中排放的含有有機成分的废(fei)氣(voc)通常采用直接(jie)焚(fen)烧、活性炭吸附、生物氧(yang)化等方(fang)法進行處理，但低浓度大風量的(de)有機废氣直接焚烧會造成大量的(de)燃料消耗和不必要的污染，只有较高浓(nong)度的有機废氣才建(jian)議直接焚烧；活性碳吸(xi)附的方法，由(you)於其材料特性(xing)，存在易燃(ran)烧、水分敏感度高、脱附后残留负荷高(gao)等缺點(dian)，在半导體製造界基(ji)本不再使(shi)用；而生物氧化技術作為一種较新的處理技術還有待在處理大風(feng)量方面做(zuo)進一步的研究和发展。半导體製造的有機废氣排放特點(dian)是(shi)浓度较低，但排(pai)風量(liang)较大，因此(ci)必须考虑將(jiang)有機废氣浓縮后再進行焚烧處理。沸石浓縮轉轮系統(tong)和(he)焚化炉焚化系統的組合可以很好地解決这一問題。
沸石(shi)浓縮轉轮加焚化處理的系統處理(li)原理，是將大風(feng)量低浓度有機废氣轉换成小風量高浓度氣流，再將浓縮后的高浓度有機废氣進行焚(fen)化處理，其主要優點是系統處理(li)效(xiao)率高 (95％)、操作(zuo)簡單並且易清洗保养(yang)。所選用的沸(fei)石為新型的疏(shu)水性沸石，从而避免水(shui)分對吸附材料(liao)的侵占，保證良好的吸附(fu)效果(guo)，而高品質的沸石必须符合嚴格的硅铝比、純度、結晶度、孔径常数等要求。沸石轉轮對(dui)低浓度的(de)VOC有很好(hao)的吸附能力，吸附后的干净空氣就可自然排(pai)放(fang)。
處理流程：含有(you)VOC的废氣通過(guo)系統排風機排放(fang)至VOC處理系統，90％的废(fei)氣通過沸石轉轮的吸附成為清洁(jie)空氣排放至大氣，10％的废(fei)氣被加熱(re)后進人脱附區，用於對已經吸附有VOC成分(fen)的轉轮部分進行(xing)脱附，由於轉(zhuan)轮在不停地旋(xuan)轉，使得吸附和脱(tuo)附的過程在同時不間断地進行。脱附后的高浓(nong)度VOC废氣通過焚(fen)化炉風機被送入焚化炉進行焚烧處理。主要(yao)控製和運行參数包括轉(zhuan)轮轉速、脱附風量、脱附温度、轉轮冷卻温度、焚(fen)化炉温度等。
VOC處理系統的(de)主要運行成來自於焚化炉的燃料消耗 ，處(chu)理(li)風量為50 000m3/h的系統每年的天然氣費用超過百萬人(ren)民(min)幣，因此如何在保證系統處理效率的前提下降低能源(yuan)消耗是系統管理人員必须要考(kao)虑的問題。在 VOC處理系統所有的運行參(can)数(shu)中，對處理效率和燃氣消耗影響最大的是脱附(fu)風量和焚化炉(lu)温度。因(yin)此针對(dui)某VOC處理系(xi)統的脱附風量和焚化炉温度(du)進行了實驗性調整和效率測試。
数(shu)據證(zheng)明，脱附風量和焚化炉的運行(xing)温度確實是影響系統處理效率和能耗的最主(zhu)要的因素，焚化温(wen)度越(yue)高，脱附(fu)風(feng)量越大，則處理效率越高，但能耗也同時升(sheng)高。通過測試数據對比，可以(yi)確認焚化炉温度(du)的合理控製範围為700~730℃，如(ru)果温度(du)繼續下降，焚化炉出(chu)口的測值就開(kai)始有明顯上升，如果温(wen)度繼續升高則燃料消耗增加。由於系統排氣風量的變化和(he)壓力的變化等因素(su)，比较(jiao)难確定精確的(de)最佳脱附風量值，但通過實驗(yan)数(shu)據总結，脱附風量控製在系統排(pai)氣(qi)总量的9.5％～10％这樣一個合理的範围(wei)内(nei)，就能够做到既節省能耗又保證系統處理(li)效(xiao)率，既經濟(ji)又安全地運行VOC處理系統。
2 結语
废氣處理在半(ban)导體製造企業中是一個不可或缺的環保環(huan)節，作為大(da)規模、代(dai)表先進製造技術的產業，半导體(ti)製造企業必须注意到废氣排放將對環境造成的污染、對先進半导體製程所造成(cheng)的影響，即AMC問題，並且要积極做好废氣排放(fang)的處理和控製工作(zuo)。 通(tong)過環境管理體系的國际認證(ISOl40o1)和職業(ye)安全(quan)衛生管理體系的國际認證(OHSAS18001)是國内半导體企業通往(wang)國际(ji)市場的通行證。國(guo)家環保部門對半导體製造废(fei)氣排放的管理也經過了一個从无到有，並逐步完善的過程。
目前上海(hai)市已經於2006年 10月 颁布了新的地方性半(ban)导體行業標準 ，於2007年2月開始執行，並(bing)不再執行(xing)GB16297~1996《大氣(qi)污染物綜合排放標準(zhun)》，結(jie)束了没有半导體行業(ye)標準的历史。上(shang)海地方性行業標準(zhun)相较於原 《大氣(qi)污染物綜合排放標準(zhun)》嚴(yan)格了許多(duo)，尤其新增加了對 VOC废氣處理系統的控(kong)製(zhi)標準，即 VOC排放速率(lv)大(da)於0.6 kg/h，處理設(she)施的最低處(chu)理效率為88％；現(xian)有污染源(yuan)自2008年1月13起(qi)執行该限值；新(xin)污染源(yuan)自2007年2月1日起執(zhi)行该限值 。
目前國家環保总局正在進行(xing)調查研究，相信不久將出(chu)臺國家性的半导體污染物排放行(xing)業標準。新標準將對半导體企業提出更高的(de)環(huan)保要求，促進國内半(ban)导體废氣處(chu)理技術的進步和发展。
