Řešení čištění odpadních vod z výroby polovodičových waferů

1. Zdroje odpadních vod, typické kontaminanty a charakteristiky kvality vody

Odpadní vody vznikající při výrobě polovodičových waferů (Wafer Fab) jsou vysoce komplexní a skládají se z několika technologických proudů. Vznikají především při leptání waferů, nanášení tenkých vrstev, implantaci iontů, fotolitografii, chemicko-mechanické planarizaci (CMP), kyselém a alkalickém čištění a odsíření výfukových plynů. Tyto proudy odpadních vod se obvykle dělí do pěti kategorií: odpadní vody obsahující fluoridy, kyselé a alkalické odpadní vody, organické odpadní vody, odpadní vody obsahující těžké kovy a koncentrát s vysokým obsahem solí.

Mezi typické kontaminanty patří fluoridy, silikáty, sloučeniny boru a fosforu, stopové množství těžkých kovů (např. měď, nikl a zinek), zbytky fotoodporu, organická rozpouštědla, povrchově aktivní látky, ultrajemné suspendované částice a koloidní nečistoty.

Odpadní voda z výroby polovodičových waferů se vyznačuje výraznými kolísáními průtoku, střídáním kyselých a alkalických podmínek, vysoce stabilními koloidními částicemi, špatnou biologickou rozložitelností a vysokým potenciálem tvorby usazenin a koroze. Některé těžké kovy se vyskytují ve formě stabilních kovových komplexů, které je obtížné odstranit pomocí běžných metod úpravy.

Kromě toho jsou výrobní zařízení pro výrobu polovodičů podrobeny extrémně přísným environmentálním normám pro vypouštění a opakované použití vody, což činí odpadní vodu z výroby waferů jedním z nejnáročnějších průmyslových odpadních proudů z hlediska technické úpravy.

2. Běžné výzvy zákazníků

Úprava odpadní vody v polovodičových výrobních zařízeních představuje několik vysoce specializovaných technických výzev.

Komplexované těžké kovy a stabilní fluorid-silikátové sloučeniny je obtížné odstranit pomocí běžných procesů úpravy, což ztěžuje dodržení stále přísnějších norem pro vypouštění při kolísajících charakteristikách odpadní vody.

Ultrajemné koloidní částice a zbytky fotoodolného laků často způsobují hromadění štěrku, ucpaní potrubí a závažné zanesení membrán, což vede k častým výpadkům zařízení a narušuje nepřetržitou výrobu polovodičových destiček.

Protože výroba polovodičů zahrnuje mnoho výrobních procesů, které produkují různé proudy odpadních vod, jejich kombinovaná úprava často vyžaduje nadměrné dávkování chemikálií a vytváří velké objemy štěrku, což vede ke vysokým provozním a likvidačním nákladům.

Standardní zařízení pro úpravu odpadních vod obecně postrádá odolnost proti korozi, schopnost odolávat zanesení a požadovanou čistotu pro výrobu polovodičů, čímž se zvyšuje riziko sekundární kontaminace.

Navíc polovodičové výrobní závody neustále rozšiřují výrobní kapacity, aniž by zvětšovaly kompaktní plochy čistých prostor. Tradiční civilní zařízení pro čištění odpadních vod vyžadují velkou plochu a nabízejí omezenou flexibilitu pro budoucí rozšíření, což vytváří poptávku po plně integrovaných a přizpůsobených řešeních pro čištění odpadních vod.

3. Technologický proces a konfigurace základního zařízení

Abychom splnili různorodé a technicky náročné požadavky na odpadní vody z polovodičových výrobních závodů, používáme plně integrovaný proces čištění, který se skládá z následujících kroků:

Oddělený sběr → Rozklad komplexních sloučenin a úprava vody → Odstranění fluoridů a křemičitanů → Koagulace a usazování → Biologické čištění → Pokročilé membránové čištění → Zmenšení objemu koncentrátu

Jednotlivé proudy odpadních vod jsou sbírány a vyrovnávány odděleně, aby se minimalizovaly hydraulické výkyvy a kolísání kvality vody.

Specializovaný proces dekomplexace rozkládá stabilní komplexy těžkých kovů ještě před tím, než přesný systém odstraňování fluoridů a křemíku selektivně odstraňuje charakteristické kontaminanty.

Odpadní voda poté prochází koagulací a usazováním, následovanými pokročilými oxidačními procesy k rozkladu odolných organických sloučenin.

Biologický čistící systém dále odstraňuje zbytkové množství CHSK, než voda projde systémem ultrafiltrace (UF) a systémem reverzní osmózy (RO) s ochranou proti zanesení za účelem pokročilé úpravy.

Vysoce kvalitní regenerovaná voda se znovu používá v čisticích procesech polovodičové výroby, zatímco koncentrovaná odpadní voda podléhá dalšímu snížení objemu za účelem efektivního odstraňování a obnovy zdrojů.

Základní zařízení zahrnuje:

• Korozivzdorné oddělené systémy pro sběr a vyrovnání průtoku
• Reaktory pro rozklad komplexů těžkých kovů
• Reaktory pro odstranění fluoridů s vysokou účinností
• Inteligentní systémy dávkování chemikálií
• Membránové filtrační systémy odolné proti zanesení
• Online přístroje pro monitorování kvality vody
• Zcela automatizované elektrické řídicí systémy

4. Výhody řešení

Toto řešení je speciálně navrženo pro řešení složitých podmínek odpadních vod v zařízeních pro výrobu polovodičových waferů.

Vlastní proces úpravy účinně odstraňuje těžké kovy, fluorid-silikátové sloučeniny a odolné organické kontaminanty a současně konzistentně produkuje upravenou vodu, která splňuje jak předpisy pro vypouštění do životního prostředí, tak požadavky závodu na opětovné využití vody.

Poskytujeme plně přizpůsobená zařízení na základě uspořádání čistých místností, charakteristik odpadních vod, výrobní kapacity a dostupného montážního prostoru. Přizpůsobené korozivzdorné skříně zařízení, materiály odolné proti opotřebení, průtokové kanály odolné proti ucpaní a kompaktní modulární zařízení zajišťují optimální výkon za náročných provozních podmínek v polovodičovém průmyslu.

Veškeré základní zařízení, elektrické řídicí komponenty a systémy úpravy vody jsou certifikovány podle norem CE, UL a ISO, čímž splňují přísné požadavky na bezpečnost a soulad s mezinárodními pokročilými výrobními zařízeními pro polovodiče.

Oddělený proces úpravy vody poskytuje vynikající odolnost vůči kolísání hydraulického výkonu a kvality vody, což výrazně snižuje frekvenci údržby, zanesení membrán a tvorbu kalu.

Míra recirkulace vody přesahuje 95 %, čímž se výrazně snižuje spotřeba pitné vody a provozní náklady a zároveň se zvyšuje celková výrobní účinnost.

Modulární integrovaný design minimalizuje požadovaný montážní prostor, umožňuje flexibilní budoucí rozšíření a podporuje plně automatický provoz pro nepřetržitou výrobu polovodičů vysokého objemu.

5. Reference projektů a podporující dokumentace

Úspěšně jsme dokončili projekty čištění odpadních vod pro více výrobních zařízení pro výrobu polovodičových waferů o průměru 12 palců a 8 palců.

Typickým projektem je komplexní systém čištění odpadních vod a jejich opětovného využití pro pokročilé zařízení na výrobu polovodičových destiček (wafer) s kapacitou čištění 1 200 m³/den.

Systém prokázal dlouhodobě stabilní provoz a úspěšně vyřešil problémy spojené s nadměrnou koncentrací fluoridů a křemíku, zbytkovými těžkými kovy a zanesením membrán. Projekt splnil jak inspekce životního prostředí, tak přísné tovární kontroly kvality vody, čímž zaručil stabilní výrobu polovodičových destiček a nepřerušovaný průběh výrobních operací.

Podporující dokumentace zahrnuje:

• Vlastní patentované procesy čištění odpadních vod z výroby polovodičů
• Certifikáty CE, UL a ISO
• Zprávy o testování kvality vody akreditovanými nezávislými subjekty
• Dokumentace dokončení a přijetí projektu
• Referenční projekty pro přední výrobce polovodičů

6. Rozsah služeb a proces spolupráce

Poskytujeme komplexní EPC kompletní řešení pro čištění odpadních vod pro zařízení vyrábějící polovodičové destičky, včetně průzkumu místa, odběru a analýzy odpadních vod, přizpůsobeného procesního inženýrství, návrhu nestandardního zařízení, výroby, instalace, uvedení do provozu, provozních a údržbářských služeb, modernizací systémů a dodávek spotřebních materiálů po celou dobu životnosti.

Standardní postup spolupráce

• Průzkum místa a analýza odpadních vod – Provádíme terénní průzkum, odebíráme vzorky odpadních vod a připravujeme komplexní zprávu o kvalitě vody.
• Přizpůsobený inženýrský návrh – Vyvíjíme specializovaný proces čištění, přizpůsobené řešení zařízení a obchodní nabídku na základě požadavků výrobního procesu polovodičových destiček.
• Výroba zařízení a stavba – Po potvrzení smlouvy zahajujeme výrobu přizpůsobeného zařízení a montáž na místě.
• Instalace a uvedení do provozu – Kompletní instalace, integrované uvedení do provozu a nepřetržitý zkušební provoz, dokud nebudou trvale dosaženy všechny cíle výkonnosti čištění.
• Přijetí projektu a technické školení – Podpora při postupech přijetí projektu orgány životního prostředí a poskytnutí komplexního školení provozních pracovníků.
• Dlouhodobá technická podpora – Poskytování pravidelných kontrol, preventivní údržby, optimalizace systému, modernizace zařízení a 24/7 technické podpory.