Aufbereitungslösung für Abwasser aus der SiC- und GaN-Halbleiterfertigung

1. Abwasserquellen, typische Schadstoffe und Wassereigenschaften

Abwasser aus der Herstellung von Siliziumkarbid- (SiC-) und Galliumnitrid-(GaN-)Halbleitern stammt hauptsächlich aus den Prozessen der epitaktischen Abscheidung, des Ätzens, der Ionenimplantation, der Dünnfilmabscheidung, des Wafer-Schleifens und -Reinigens sowie des Spülens von Reinräumen. Im Vergleich zu Abwasser aus der konventionellen Silizium-Halbleiterfertigung weist Abwasser aus der Fertigung von Halbleitern der dritten Generation eine deutlich komplexere Zusammensetzung auf und ist erheblich schwieriger aufzubereiten.

Typische Verunreinigungen umfassen Fluorid, hohe Konzentrationen an Säuren und Laugen, ultrafeine Siliziumkarbid-Partikel, Galliumverbindungen, Nitride, Spuren schwermetallischer Ionen sowie geringe Mengen organischer Verunreinigungen wie Fotolack-Rückstände und Abbeizchemikalien, was zu schwankenden COD-Werten führt.

Das Abwasser zeichnet sich durch wechselnde stark saure und alkalische Ströme, hohe Fluoridkonzentrationen, ultrafeine suspendierte Feststoffe sowie hochkorrosive Eigenschaften aus. Stabile kolloidale Partikel setzen sich sehr langsam ab, was das Risiko einer Rohrleitungsverkrustung und einer Membranverstopfung erhöht. Zudem erfordert die Herstellung von Halbleitern mit breitem Bandabstand (Wide-Bandgap) wiederaufbereitetes Wasser von ultra-hoher Reinheit; die Wasserqualitätsstandards sind deutlich strenger als bei herkömmlichen industriellen Abwasserbehandlungsverfahren.

2. Häufige Kundenherausforderungen

Hersteller von SiC- und GaN-Halbleitern stehen regelmäßig vor mehreren Herausforderungen bei der Abwasserbehandlung.

Ultrafeine SiC- und GaN-Partikel lassen sich durch herkömmliche Sedimentation nur schwer entfernen, was zu Schlammansammlung, Geräteverstopfung, häufiger Membranverschmutzung und kostspieligen Produktionsausfällen führt. Das bei Ätzprozessen entstehende hochfluoridhaltige Abwasser ist schwierig konsistent aufzubereiten, wodurch die Einhaltung immer strenger werdender Umwelt-Abgabestandards erschwert wird.

Der Produktionsprozess erzeugt zudem wechselnde saure und alkalische Abwasserströme mit hoher Korrosivität, weshalb spezielle korrosionsbeständige Ausrüstung statt standardmäßiger Industriesysteme erforderlich ist. Gleichzeitig verlangen Halbleiterhersteller extrem hohe Rückgewinnungsraten für ultrareines Wasser, doch herkömmliche Aufbereitungstechnologien erreichen oft nicht die geforderte Wasserqualität – dies führt zu übermäßigem Frischwasserverbrauch und höheren Betriebskosten.

Darüber hinaus verfügen moderne Halbleiter-Fabriken typischerweise über begrenzten Installationsraum und sich rasch weiterentwickelnde Produktionslinien, wodurch herkömmliche großskalige Aufbereitungseinrichtungen schwer zu erweitern oder zu modernisieren sind. Daher steigt die Nachfrage nach kompakten, modularen und vollständig maßgeschneiderten Abwasseraufbereitungssystemen, die speziell für die hochpräzise Halbleiterfertigung konzipiert sind.

3. Behandlungsprozess und Konfiguration der Kernanlagen

Um den hohen Fluoridgehalt, die ultrafeinen Partikel sowie die korrosiven Eigenschaften des SiC- und GaN-Abwassers zu bewältigen, setzen wir ein spezielles Aufbereitungsverfahren ein, das folgende Schritte umfasst:

Getrennte Sammlung → Präzise pH-Anpassung und Kolloidstabilisierung → Fällung und Fluoridentfernung → Feinfiltration → Fortgeschrittene Membranreinigung → Wiederverwendung von Ultrapure Water

Saure, alkalische, fluoridhaltige und Prozessabwasserströme werden getrennt gesammelt und ausgeglichen, um hydraulische und wasserqualitätsbedingte Schwankungen zu minimieren. Eine präzise pH-Regelung destabilisiert kolloidale Partikel, während ein optimiertes Koagulations- und Sedimentationssystem Schwebstoffe sowie den Großteil des Fluorids effizient entfernt.

Die Aktivkohle-Adsorption und die Präzisionsfiltration eliminieren Spuren organischer Verbindungen und Restmetallkontaminanten. Das behandelte Wasser durchläuft anschließend ein Ultrafiltrations-(UF-)System, gefolgt von einem antifouling Reverse-Osmose-(RO-)System zur tiefen Entsalzung und erzeugt so hochreines Wasser, das für die Waferreinigung und andere Halbleiterfertigungsprozesse geeignet ist.

Kernausstattung umfasst:

• Korrosionsbeständige Ausgleichsbehälter und pH-Regelsysteme
• Hochleistungsfähige Fluoridentfernungs- und Kolloidaufbrechungsreaktoren
• Vollautomatische Wasseraufbereitungssysteme zur Enthärtung
• Systeme zur Membranfiltration mit Antifouling-Funktion
• Intelligente Chemikalien-Dosiersysteme
• Hochpräzise Online-Wasserqualitäts-Messgeräte

4. Vorteile der Lösung

Diese Lösung wurde speziell für die Herstellung von Halbleitern der dritten Generation aus SiC und GaN entwickelt und löst effektiv drei entscheidende Branchenherausforderungen: die Entfernung ultrafeiner Partikel, die Fluoridkontrolle sowie die Korrosionsbeständigkeit.

Das aufbereitete Wasser erfüllt stets sowohl die Anforderungen an die Produktionswiederverwendung als auch die Umweltauslassstandards. Kundenspezifische Sonderanlagen können für kompakte Anlagenlayouts und stark korrosive Betriebsumgebungen konzipiert werden; sie zeichnen sich durch verstärkte korrosionsgeschützte Konstruktionen, verstopfungssichere Strömungskanäle sowie modulare, kompakte Designs aus, die speziell auf Halbleiterfertigungsstätten zugeschnitten sind.

Alle zentralen elektrischen Steuerungssysteme, mechanischen Geräte und Wasseraufbereitungskomponenten werden gemäß international anerkannten CE-, UL- und ISO-Normen hergestellt, wodurch höchste Sicherheit, Zuverlässigkeit und regulatorische Konformität für anspruchsvolle Halbleiteranwendungen gewährleistet sind.

Das System bietet eine ausgezeichnete Resistenz gegenüber Schwankungen der Wasserqualität und reduziert dadurch Ablagerungen auf den Membranen, die Wartungshäufigkeit sowie Ausfallzeiten im Betrieb deutlich. Die Wasserrückgewinnungsrate kann 95 % überschreiten und senkt somit den Frischwasserverbrauch sowie die gesamten Betriebskosten erheblich.

Dank seines modularen, platzsparenden Designs ist eine flexible Kapazitätserweiterung möglich, während eine vollautomatische intelligente Steuerung einen stabilen Betrieb für eine kontinuierliche, hochpräzise Halbleiterfertigung gewährleistet.

5. Projektbeispiele und unterstützende Dokumentation

Wir haben bereits Abwasserreinigungsanlagen für Herstellungseinrichtungen von SiC- und GaN-Halbleiterwafern erfolgreich geliefert, darunter eine Referenzanlage für die Produktion von Breitbandlückenhohalbleitern mit einer Behandlungskapazität von 900 m³/Tag.

Das System hat zuverlässig funktioniert und wirksam die Ansammlung von Partikeln verhindert, die Fluoridentfernung stabilisiert sowie kontinuierlich aufbereitetes Wasser erzeugt, das die Anforderungen an ultrareines Wasser für Wiederverwendungsanwendungen in der Halbleiterindustrie erfüllt. Das Projekt hat sowohl die Abnahmeprüfung im Werk als auch die Umweltkonformitätsinspektionen erfolgreich bestanden.

Zu den unterstützenden Unterlagen zählen:

• Eigene Verfahrenspatente
• CE-, UL- und ISO-Zertifizierungen
• Prüfberichte zu Wasserqualität durch unabhängige Dritte
• Dokumentation zur Projektabnahme
• Referenzprojekte führender Halbleiterhersteller

6. Leistungsumfang und Kooperationsprozess

Wir bieten umfassende EPC-Schlüsselfertig-Lösungen für die Abwasserreinigung an, speziell für Hersteller von Halbleitern der dritten Generation; dazu gehören Standortuntersuchungen, Wasserqualitätsanalysen, maßgeschneiderte Verfahrenstechnik, Fertigung von Sondergeräten, Installation, Inbetriebnahme, Betriebs- und Wartungsdienstleistungen, Systemaktualisierungen sowie die lebenslange Lieferung von Verbrauchsmaterialien.

Standard-Kooperationsprozess

• Standortbegehung und Abwasserprobenahme mit umfassender Wasserqualitätsanalyse
• Maßgeschneiderte Prozess- und Anlagenauslegung basierend auf den Produktionsbedingungen
• Geräteherstellung und Bau vor Ort nach Vertragsbestätigung
• Installation, Inbetriebnahme und integrierter Probelauf bis zur stabilen Einhaltung der Vorgaben
• Unterstützung bei der Projektabnahme und Schulung der Betreiber
• Langfristige präventive Wartung, technische Unterstützung, Systemoptimierung und Upgrade-Dienstleistungen