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- 67 - 电子工厂化学品供应与回收系统概述 吴秀娟 (上海华虹 NEC 电子有限公司，上海 201206) 【摘 要】本文主要介绍了生产新型显示器件、集成电路芯片等电子工厂中的化学品供应及回收系统的类型、基本构成、 主要安全技术措施等，可供系统优化时参考。 【关键词】化学品供应系统；回收处理系统；系统类型；排放控制；安全措施 【中图分类号】X78 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2013)04-0067-04 The Overview of Chemical Supply and Recovery System in Electronics Factory Abstract: Abstract: This paper introduced the type, basic structure and main safety technical measures of chemical supply and recovery systems in the electronics factory which produce new display devices, IC chips. This paper can be referenced available for system optimization. Key Words:Key Words: chemical supply system; recovery system; system type; emissions control; safety measure 正当形形色色的电子产品席卷全球的时候，我们却不得 不关注这些“利器”在生产过程中造成的问题。作为时尚便捷 的电子信息产品，“苹果”对年轻人和精英人士的诱惑是极 大的。然而，在供应链环节，“苹果”却是有毒的，因为其零 部件使用一种叫做正己烷的有毒化学品来清洁，光鲜的“苹 果”也和传统的污染型企业一样，会导致让人头疼的职业病。 1 由于电子产业的生产需要使用大量的化学品， 而这些化学 品都具有一定危险性，稍有疏忽，就会造成重大的人员伤亡 和设备的损失，因此，如何将这些化学品在保证品质的前提 下安全输送到使用点，如何将这些使用过的化学品合理地回 收处理，将是电子工厂生产安全的重要问题。由此看来，电 子工厂中化学品的供应与回收系统之改进、优化仍是值得探 究的。文献 2就介绍了在芯片工厂中，应用于化学品供给、 回收系统的 PFA 管道安装工艺。原来国内大规模集成电路生 产线所需的化学品供给、回收系统管道完全由海外公司承揽 施工，随着国内 IC 制造业的发展，国内一流的 IC 工厂建设 公司已经开始打破这一局面，涉足该系统的施工，为我国电 子行业的自主发展添加了助推剂。 本文就新型显示器件厂（简称 LCD）和集成电路芯片厂 （简称芯片厂）的化学品供应和回收系统进行在系统类型、 基本构成、主要安全技术措施等方面进行了较全面的总结， 可供系统优化时参考。 1 化学品供应系统 1.1 化学品供应系统的分类 化学品供应系统的分类 化学品供应系统在国外一些企业称为 CDS(Chemical Dispense System) 或 简 写 为BCD (Bulk chemical distribution)，它是为生产线 24 小时不间断供应化学品的 系统。供应系统供应的化学品一般使用量较大或有多台设备 使用，属于远距离输送，不适用使用量少或是使用前存放时 间有限制的化学品（通常需用特殊的包装输送到使用点） 3。 这些化学品一般输送到黄光、湿法刻蚀、清洗等区域。 化学 品供应系统按照化学品的种类可以分成三类 ： （1）无机酸碱化学品供应系统：这是最主要、化学品种 类最多的系统，负责供应蚀刻和清洗用的酸碱性溶液。无论 是 LCD 还是芯片厂，对于酸碱类的化学品需求量都比较大， 由于酸碱溶液大多具有较强的腐蚀性和毒性，在使用和输送 过程中，除了要保证品质外，还要确保存储、输送和使用安 全。 （2）有机溶剂供应系统：主要供应易燃性液体，如异丙 醇（IPA） 、PGMEA(或简称 PM Thinner，乙酸丙二醇甲醚)、 剥离液包括 N-甲基-吡咯烷酮 （N-methyl-pyrrolidone 简称 NMP） 、二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide 简称 DMSO）或是乙 醇胺、 羟胺乙醇的化合物等， 在 LCD 和芯片厂都是用于清洗、 光阻的稀释和剥离。 （3）化学研磨液供应系统：是供应将研磨液到 CMP(Chemical mechanical Planarization)设备。在芯片厂， 该化学研磨液供应系统是必不可少的，但由于研磨液的特殊 性，有些芯片厂未将此系统归到厂务的化学品供应系统中， 而是直接在 CMP 设备群邻近的厂房一层设立供应系统。 由于 LCD 厂与芯片厂的某些生产工序例如清洗、薄膜、 总第 15 卷 164 期 大 众 科 技 Vol.15 No.4 2013 年 4 月 Popular Science & Technology April 2013 【收稿日期】2013-03-10 【作者简介】吴秀娟，女，上海华虹 NEC 电子有限公司工程师，从事集成电路气体化学的运行、技术管理工作。 - 68 - 光阻涂布、曝光、显影、蚀刻等比较相似，它们所使用到化 学品种类有部分相同，在危险化学品的管理和人员防护上基 本一致，常用的化学品种类有硫酸、氢氟酸、双氧水、氨水、 盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸硝酸混合液、氢氟酸缓冲溶液、 研磨液 （抛光液） 、 显影液、 醋酸、 铬刻蚀液、 铝刻蚀液、 ITO(王 水)、ACN、Thinner、OAP（HMDS） 、异丙醇、剥离液，其中除 双氧水、Thinner、异丙醇外都有腐蚀性，与氢氟酸相关的化 学品、氨水、Thinner、剥离液具有毒害性，醋酸、Thinner、 OAP（HMDS） 、异丙醇、剥离液具有易燃性，双氧水和硝酸具 有氧化性。 1.2 供应系统的基本构成 供应系统的基本构成 LCD 厂与芯片厂的化学品供应系统基本相似，供应输送 系统由化学品供应柜、化学品供应输送模块（计算机网络化 实时控制，简称 PLC）和阀门管道系统组成 1（见图 1） 。供 应系统为了确保生产工艺设备所需求化学品的使用量和使用 点压力，通常使用氮气或泵作为输送动力源，供应柜部分包 括了储罐、阀门、过滤器等，而管道阀门部分则包括了阀门 分配箱等。 图图 1 化学品供应系统的基本模式 化学品供应系统的基本模式 （1）小型供应系统，根据化学品的使用量设计成 200L 桶槽供应的方式，供应柜通过泵将化学品输送至日用罐。此 类系统的特点是初期投资小，占有空间小；在一些芯片厂， 小型系统的日用供给储罐采用内置于供应柜内的 60L 桶罐， 可更有效地节省空间；万一出现化学品原料的品质问题，较 易对容器内的污染源进行控制，降低运行的风险。 （2） 大型供应系统， 根据化学品的使用量设计成化学品 由槽罐车输送到接收储罐的方式，其特点是减少容器更换的 次数，提高操作的安全性，降低污染的可能性；减少容器更 换操作的人力成本；降低因容器更换所产生的质量变动的可 能性。 （3） 混合或稀释系统， 其特点是降低原料的采购单位成 本；采用称重或浓度测定等方式进行混合或稀释化学品原料 的供给设备；但混合或稀释等化学品精度不能保证。图 4 为 该混合系统的示意图。 化学品供应系统选用何种系统桶槽，是依据化学品使用 量、大型槽罐车、小型 200L 原料桶以及供应系统的成本、供 应室的空间占地等因素综合考虑。若设置大型供应系统时应 根据化学品供应商提供的槽罐车容积来确定接收储罐的容 量。在芯片厂，由于现场化学品稀释的浓度无法达到精确浓 度，除了氢氟酸缓冲溶液、显影液等，混合或稀释的供应系 统基本不使用；而 LCD 厂则使用了较多的金属蚀刻液的混合 系统，对于运行管理提出了较严格的要求。 1.3 化学品品质的控制 化学品品质的控制 在 LCD 和芯片制造中使用的化学品在不同的生产工艺中 会被重复使用，这些化学品可能会残留在玻璃基板或硅片表 面，导致污染。因此对使用的化学品纯度要求极高，应严格 控制微粒、金属离子和不想要的化学物质对产品的玷污。减 少化学物质玷污的最好方法是彻底消除液态化学品的使用， 但在目前的制造过程中，还无法实现，只能通过不断地提高 这些化学品的纯度来达到制造工艺的要求。因此在化学品供 应系统的运行管理中，品质的要求是极其重要的。除混酸或 稀释系统外，一般化学品供应系统并没有在线的品质监控仪 器，应在日常运行中，根据化学品原料供应商提供的品质保 证书等确保使用的化学品是符合要求的；也可以现场取样， 在工厂的实验室或委托专门的检测机构对输送至使用点的化 学品进行检测分析。当检测出的数据超出控制指标时，就应 启动专门的应急预案进行处理。 为了保证输送到使用点的化学品品质良好，化学品供应 系统在设计时应合理选择管路和阀门及过滤器，除了流量， 压损等因素，材质必须正确选择，一般输送无机酸碱的化学 品选用PFA材质的管路， 泵、 阀门主体及槽体内部则采用PFA、 PVDF 或 PTFE 等氟塑料材质。 输送有机溶剂应采用 SUS316LEP 的管材和阀门。 1.4 安全技术措施 安全技术措施 无论是 LCD 还是芯片厂使用的化学品种类繁多且具有腐 蚀性、毒性、氧化性、易燃易爆性，为此化学品供应系统除 本身安全措施外， 还应充分考虑供应系统放置场所安全措施， 例如： 酸碱和有机化学品供应系统的分隔、 化学品的相容性、 防火防爆区域的划分和泄漏检测、各种防灾仪器连动装置、 排气、逃生和防爆电器用品等的设置等。 （1）设置场所的分隔和防护 LCD 和芯片厂的化学品供应系统配送室一般分为无机 室、有机防爆室和电器室，根据实际情况，无机室还可以分 成碱房和酸房。易燃易爆的供应系统设置在有机防爆室，为 防止火灾或爆炸所引起的危害，防爆室应设置泻爆墙，在入 口处设置防火门，安装紧急喷淋装置、气体泄漏检测装置、 温度传感装置、紧急排放或围堵装置、紧急排风装置等，在 供应柜内安装 CO2灭火装置。无机酸碱室需设置紧急排放和 围堵装置等，确保在非正常情况下，将危害控制在很小的范 围内，使设备及人员的损伤降到最低。 为了确保化学品的稳定性，供应系统配送室对温度、湿 度也有较严格的控制，一般湿度控制在 60%以下，温度控制 在 23 1，并配备了全新风和紧急排风。 （2）供应系统的主要安全措施 - 69 - 化学品供应系统的主要组成部分就是管路、 阀门、 泵、 过滤器。在材质的选用应充分考虑化学品的性质，例如腐蚀 性、挥发性、氧化性、毒性等等，在第 1.3 品质控制中已经 提到无机化学品供应系统的管件使用氟塑料、有机化学品系 统使用不锈钢管材。在长距离的无机化学品供应系统的配管 中宜采用双层管形式，即内层采用 PFA 材质的管材、外层使 用透明的 PVC。在更长距离的配管中，需设置管路接头箱 （Union-Box） 等，并安装泄漏检测装置。对于无腐蚀性的 有机溶剂，一般可选用 SUS316L，而有腐蚀性的有机溶剂， 应选用内层是 PFA，外层是 SUS304 不锈钢的双层管路。管路 阀门、过滤器也都需要考虑化学品的性质，选用相应的型号 材质。 供应系统宜采用泵或氮气作为输送的动力源，为了保 证化学品的品质和流量的稳定，通常使用氮气作为输送到使 用点的动力源。化学品管路架设时，一般设置在其他管路的 最下层，防止泄漏时影响其他系统。管路应有一定的坡度， 在接点处及阀箱中安装检漏装置。 在供应系统中，使用的槽罐，通常都用 N2 进行充填， 并应设有安全阀、防爆膜和防爆膜指示片，当槽罐内压力超 过设定工作压力时，防爆膜会被顶破、防爆膜指示片连动发 出警报，系统停止并泻压，确保了槽罐和整体系统的安全。 此外为了方便计量槽罐内液体液位， 防止液体被排空或溢出， 槽罐上设计安装两种液位计，压力式液位计、U 型液位计及 光电感应电子液位传感器或磁感应式液位计等，除有“HH” “LL”，还设置了“HHH”“LLL”，双重保护。有机系统的槽罐 必须进行接地，每年进行接地电阻的测试，防止因静电火花 而引起的燃爆。 条形码确认、验证，化学品系统日常维护及换桶、槽 罐填充的工作都是重复性的， 而 200L 原料桶的颜色、 大小都 十分相似，易在进行桶交换时，换错桶。在化学品供应系统 中为了防范人为的换桶错误，机柜上都设置了条形码扫描确 认步骤，而特定的化学品（有机系统和无机系统等）都有不 同的气、液接头，这样在操作人员确认化学品名称之后，由 供应系统再确认一遍。对于大型供应系统的化学品补充，槽 罐车在放料时也需要进行条形码的验证，通过之后，整个接 收过程才会开始进行。 2 化学品回收处理系统 2.1 化学品回收处理系统的定义和分类 化学品回收处理系统的定义和分类 24 小时不间断收集和处理生产线上排下化学品的回收 处理系统，可大致分为有机回收系统和排水处理系统。无论 是储罐收集外运处理还是排入排水系统处理，都是为了使回 收的化学品能有效地处理，达到循环使用或排放标准，不污 染环境。 化学品回收处理系统按照化学品的种类可以分成以下四 类： （1） 不含氟的有机废液回收系统： 芯片制作生产线上使 用过的异丙醇、 剥离液、 光刻胶 24 小时不间断地分别从连接 设备的废液管路下排到有机废液回收储罐，达到一定回收量 后通过泵输送到外运的槽车中，委外处理；或在 LCD 厂，通 过设置蒸馏装置对浓度较高的异丙醇和剥离液进行回收再利 用。国内一些 LCD 厂的异丙醇和剥离液也是委托其他单位对 废液进行蒸馏去杂质，达到要求后通过槽车加料方式进入到 供应系统中，通过比例调配达到原液要求后继续使用 4。 （2）酸碱处理系统：生产设备使用的盐酸、化学品供应 室排放的低浓度硫酸废液、氨水废液等排放到酸碱排水中继 槽，通过 PH 调整等中和处理，达到标准后排放。 （3） 含氟废水处理系统： 含氟废水是芯片厂产生的主要 废水，直接排放会污染水源，危害人体。芯片制造过程中， 湿法设备在清洗和刻蚀硅片时，常使用到的氢氟酸、氢氟酸 缓冲溶液、硝酸、磷酸、硫酸等废液必须输送至 F 系排水槽， 然后经过后续处理达到国家排放标准（10ppm）后再进行排 放。 （4）含重金属的废水处理系统：LCD 厂在生产液晶面板 时，使用到刻蚀铝（Al）和铬（Cr）的混酸溶液，其处理方 式不同于芯片厂，属于重金属的废液处理系统，由于铝刻蚀 废液的排放量大，一些 LCD 厂也会收集之后委托处理。而相 对于铬酸混合液系强酸性物质，故要把它稀释到约 1的浓 度之后进行还原，并且要待全部溶液被还原变成绿色时，分 析检测废液不含六价铬后，再经过后续处理达到排放标准后 排放。 2.2 回收处理系统的基本构成 回收处理系统的基本构成 LCD 厂与芯片厂的化学品回收处理系统存在一定差异， 按照处理方式可分为收集委托处理、回收利用、回收处理排 放三类，它们基本构成如下： （1） 收集委托处理芯片厂的有机回收系统一般都设 有回收储罐、化学品回收处理模块和阀门管道系统组成，有 机废液回收系统原理见图 2。从设备侧排放的异丙醇、剥离 液和光刻胶通过重力流收集到相应的储罐，然后通过泵输送 到外运的槽车中，委托有资质的厂家进行处理。由于芯片厂 排下的剥离液、光刻胶成分复杂，异丙醇浓度不高，回收再 利用的经济效益不高，委外处理比较合理。 图图 2 有机废液回收系统流程 有机废液回收系统流程 （2） 回收处理排放设备侧排放的无机废液一般都需 要特别处理，回收系统包括排水中继槽，反应槽、PH 调整槽 等储罐、药剂添加系统、阀门管道系统、和排水处理模块。 （3） 回收再利用LCD 厂的无机废液处理系统的构成 与芯片厂类似，而有机回收系统增加了异丙醇和剥离液的回 收再利用装置， 从设备侧收集的异丙醇或剥离液至中继储罐。 - 70 - 回收的异丙醇中， 除去大量的水， 主要成分仍然是异丙醇， 通 过回收系统的过滤及蒸馏双重处理，回收的异丙醇浓度将提 高至 99.9%以上；同样回收的剥离废液中除剥离液（主要成 份是乙醇胺、DMSO、NMP 等） 、水、光阻，可能还含有其他高 温加热产生的化合物，通过回收系统蒸馏剥离废液去除其他 杂质，然后加入到比例调配系统中，使其达到剥离液原液的 浓度，剥离液蒸馏回收系统流程见图 3 4。 图图 3 剥离废液蒸馏回收系统流程 剥离废液蒸馏回收系统流程 2.3 回收处理系统的排放控制 回收处理系统的排放控制 在 LCD 和芯片厂排放的废液，由于所含的化学品成分和 比例不同，需要进行针对性的回收和处理。有机废液回收系 统回收的废液如果是委外处理，则不要对其成分和浓度进行 监测，如果需要回收利用，通过回收系统的过滤及蒸馏双重 处理，达到需要循环使用的标准，其浓度和成分需要在线或 现场取样分析。无机废液包括无机酸碱处理、重金属废液处 理、含氟废液的排水处理，通过添加氢氧化钙（Ca(OH)2）、 三氯化铁（FeCl3）或其他氢氧化物、絮凝剂，调节 PH 值， 搅拌沉淀形成污泥，达到去除氟离子或重金属离子的目的； 在处理系统的每一个关键步骤处，都有 PH、氟离子或重金属 离子的监控。每日还应提取水样，对沉淀后的上清液进行含 氟或含金属离子的检测，确认废水监测设备是否正常工作， 废水处理是否有效；而排水处理系统的最终排放口，应对最 终排放的水样进行监测，例如氟化物、BOD5、CODCr、PH 值、 悬浮物、TOC 等，均应严格控制在国家污水综合排放标准之 内。 2.4 安全技术措施 安全技术措施 无论是 LCD 还是芯片厂，都使用了大量种类繁多的化学 品，这也就决定了回收处理系统的多样性。这些需要回收处 理的废液具有腐蚀性大、毒性强，有机废液还具有燃爆等性 质，所以化学品回收处理系统即要考虑其系统本身的安全， 也应考虑回收处理系统放置场所的安全。 （1）放置场所得分隔及防护 易燃易爆的有机废液储罐应设置在有机防爆室内，其储 存和环境及应急设备的设置与有机化学品供应系统相同。无 机废液回收处理系统占地面积较大，一般单独设置处理场所 放置储罐、泵、反应槽、沉淀槽等，储罐和泵的周围都有地 漏、潜水泵和围堰堤，将不同属性的废液隔离，防止有大量 液体泄漏时发生二次事故，并能及时处置。其他排气、消防 设施都必须安装到位，确保非正常情况下，将危害控制在很 小的范围内。 （2）回收处理系统相关主要安全措施 回收系统的储罐有机废液的储罐通常选用不锈钢 304 材质，无机废液的储罐大多选用玻璃钢、水泥加防腐层 或不锈钢 304 内衬防腐涂层。储罐的液位计设置两种：压力 式液位计和 U 型液位计。U 型液位计便于日常观察和点检， 压力式液位计通过 PLC 控制，设定低液位、近空液位、预