在推动“中国智造”的浪潮中,半导体产业是当之无愧的核心引擎。然而,精密芯片制造过程中产生的酸性废气(如HF、HCl、HNO2、H2SO2等),因其强腐蚀性、成分复杂多变,对处理系统提出了严苛的材料兼容性与安全性要求,成为行业绿色发展的关键课题。
强腐蚀环境下的材料抉择:兼容性是生命线
半导体工艺废气温度波动大、浓度瞬时变化剧烈,且常含有微量但极具破坏性的氟化物。传统材料难以招架:
腐蚀穿透风险: 普通金属(如碳钢)在酸性湿气环境中会快速腐蚀穿孔,导致设备失效和危险泄漏。
高分子材料老化: 常见塑料(如PP、PVC)在特定高温、高浓度酸或有机溶剂混合作用下,可能出现溶胀、脆化甚至开裂。
密封失效隐患: 不恰当的垫片、阀门密封材料在长期酸蚀下失效,引发无组织排放。
应对之道:
高性能工程塑料: 采用增强聚丙烯(PPH)、氟塑料(如PVDF、PTFE) 作为主体设备及管道材料,具备卓越的耐酸(尤其是氢氟酸)、耐温性能。
特种复合材料: 选用玻璃钢(FRP)内衬特殊树脂(如乙烯基酯树脂),兼顾强度与耐蚀性,适用于大型塔器。
关键部件升级: 泵、阀、喷嘴等核心部件选用哈氏合金、锆材或全氟密封材料,确保长期可靠运行。
安全无小事:构建酸性废气处理的坚固防线
处理强酸废气,稍有不慎即可能引发严重安全事故,威胁人员健康与生产环境:
泄漏风险: 设备腐蚀穿孔、密封失效或人为操作失误导致酸气泄漏。
反应风险: 废气中可能混入不相容物质(如还原性气体),在处理单元内发生不可控反应。
应急能力不足: 缺乏快速有效的泄漏检测、报警和应急处置措施。
安全体系构建:
本质安全设计: 从源头优化,选择耐蚀材料(兼容性保障),系统设计预留足够安全余量,关键区域设置双重密封/围堰。
智能监控预警: 部署高灵敏度酸性气体泄漏检测传感器(如电化学、激光原理),实时监测关键节点(处理设备、管道接口、车间环境)。数据接入中央控制室,实现超标即时声光报警。
高效应急响应: 配备自动喷淋吸收系统(如碱性溶液喷淋塔),泄漏发生时迅速启动,中和泄漏酸气。确保应急物资(防酸服、面罩、中和剂)就近可及,人员定期演练。
严格运维管理: 制定预防性维护计划,定期检查设备壁厚、密封件状态,及时更换老化部件。强化操作人员安全培训,规范作业流程。
成功实践:华东某头部芯片制造厂的解决方案
面对复杂蚀刻与清洗工艺产生的高浓度混合酸性废气(含HF、HCl),该厂采用了“预处理+两级高效湿式洗涤”的核心工艺,并严控材料与安全:
材料选择: 一级洗涤塔(处理高浓度段)主体采用内衬PVDF的FRP;二级精密洗涤塔及关键管路阀门选用PVDF材质;泵采用磁力驱动衬氟泵。
安全设计: 整个废气处理区域设置密闭负压集气,处理单元安装多点HF泄漏检测仪,联锁启动车间级和塔体级碱性应急喷淋系统。实施严格的在线pH/浓度监测与设备壁厚定期超声检测。
成效: 系统已连续稳定运行三年,酸性废气去除效率稳定>99%,未发生一起因腐蚀或泄漏导致的安全事故或环保违规,有力保障了世界级晶圆厂的安全环保生产。
以可靠性与安全性铸就半导体产业绿色基石 半导体酸性废气处理绝非简单的净化达标,其背后是材料科学与安全工程的深度结合。攻克材料兼容性难题,构建多重安全保障防线,是确保处理设施长期稳定运行、保护人员健康与生态环境、最终支撑半导体产业可持续创新的关键所在。随着新材料、新监测技术的不断涌现,半导体行业必将实现更高效、更安全的酸性废气治理,为“芯”动力的绿色发展保驾护航。