Fabrication de semi-conducteurs et systèmes d'eau : des procédés de production à la gestion des eaux usées
Fabrication de semi-conducteurs et systèmes d'eau : des procédés de production à la gestion des eaux usées
La fabrication de semi-conducteurs est l'un des procédés industriels les plus gourmands en eau et les plus sensibles à la qualité. Cependant, la compréhension du traitement de l'eau dans ce secteur nécessite plus qu'une simple analyse de… Traitement des eaux usées usine en bout de chaîne de production.
Une stratégie de gestion de l'eau fiable doit commencer dès le processus de fabrication. Les différentes usines de semi-conducteurs utilisent des produits chimiques différents, génèrent des flux d'eaux usées différents et nécessitent des niveaux de pureté et de réutilisation de l'eau différents.
Pour les professionnels du traitement de l'eau, l'enjeu principal est de passer d'une approche de « traitement en bout de chaîne » à une approche plus globale.Mais à une approche de « coordination du système de production et d'eau »Mais.
La fabrication de semi-conducteurs ne se limite pas à la production de plaquettes.
La chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs comprend la production de matériaux en amont, la fabrication de plaquettes en aval et la production en aval. PACbagage et tests.
Matériaux semi-conducteurs en amont
Les installations en amont fabriquent des matériaux utilisés dans la fabrication des plaquettes, notamment :
- Lingots de silicium
- plaquettes de semi-conducteurs
- plaquettes polies
- plaquettes épitaxiales
- Produits chimiques électroniques
- Gaz spéciaux
- Résines photosensibles et matériaux de support
La production de plaquettes de silicium comprend les étapes de découpe, de meulage, de polissage, de gravure et de nettoyage. Ces procédés consomment de grandes quantités d'eau purifiée et peuvent générer des eaux usées contenant des matières en suspension, des particules de silice, des acides, des bases et des résidus de polissage.
Fabrication de plaquettes en milieu de chaîne
Les installations intermédiaires comprennent :
- usines de fabrication de plaquettes de puces logiques
- usines de puces mémoire
- usines de semi-conducteurs de puissance
- installations de fonderie
- fabricants de dispositifs intégrés
La fabrication des plaquettes comprend des centaines, voire des milliers, d'étapes de traitement individuelles. Le nettoyage est effectué de manière répétée entre les procédés d'oxydation, de photolithographie, de gravure, d'implantation ionique, de dépôt et de planarisation chimico-mécanique.
De ce fait, les usines de fabrication de plaquettes de silicium présentent généralement la consommation d'eau la plus élevée, la classification des eaux usées la plus détaillée et les exigences de réutilisation de l'eau les plus strictes de l'industrie des semi-conducteurs.
Conditionnement et tests en aval
Les installations en aval comprennent :
- Semi-conducteurs avancés PACPlantes de congélation
- usines de test de circuits intégrés
- fabricants de substrats de circuits intégrés
- Circuit imprimé et PACinstallations de substrat de kaging
Bien que ces usines puissent consommer moins d'eau ultrapure que les usines de fabrication de plaquettes de semi-conducteurs, elles peuvent tout de même générer des eaux usées complexes contenant du cuivre, du nickel, des matières organiques, des acides, des alcalis et de fines particules en suspension.
Quelles installations de production de semi-conducteurs nécessitent le plus d'attention ?
Du point de vue du traitement de l'eau, les installations suivantes sont particulièrement importantes :
- usines de fabrication de plaquettes de silicium
- Usines de fabrication de plaquettes en amont
- usines de puces mémoire
- usines de puces logiques avancées
- usines de semi-conducteurs de puissance
- Avancé PACinstallations de congélation
- fabricants de substrats de circuits intégrés
Ces usines intègrent des opérations intensives de nettoyage, rinçage, polissage, gravure, plaquage et traitement de surface. Leurs systèmes d'eau comprennent généralement de l'eau purifiée, de l'eau ultrapure et de l'eau de refroidissement. Traitement des eaux usées, les systèmes de récupération des eaux usées et de déshydratation des boues.
Principaux usages de l'eau dans les usines de semi-conducteurs
Eau ultrapure
L'eau ultrapure est utilisée pour le rinçage et le nettoyage directs des plaquettes. Même des concentrations infimes de particules, d'ions, de micro-organismes ou de contaminants organiques peuvent affecter la qualité et le rendement du produit.
Un système typique de production d'eau ultrapure peut comprendre :
- Prétraitement
- filtration au charbon actif
- Ultrafiltration
- osmose inverse
- Échange d'ions
- électrodésionisation
- Oxydation UV
- Dégazage membranaire
- Polissage final et filtration
Un prétraitement stable est important car les fluctuations de la qualité de l'eau brute peuvent accroître l'encrassement des membranes, la fréquence du nettoyage chimique et les coûts d'exploitation.
Eau de refroidissement
L'eau de refroidissement est nécessaire pour les équipements de production, les refroidisseurs, les systèmes de climatisation, les compresseurs et autres installations auxiliaires.
Le traitement de l'eau de refroidissement se concentre généralement sur :
- Contrôle de l'échelle
- Contrôle de la corrosion
- Contrôle de la croissance microbienne
- Élimination des matières en suspension
- Gestion des eaux de purge
Eau de traitement et de nettoyage
Le nettoyage des plaquettes, le rinçage chimique, le polissage, le plaquage et le nettoyage des équipements consomment d'importantes quantités d'eau. Les caractéristiques des eaux usées ainsi produites dépendent directement des produits chimiques utilisés et des étapes du procédé.
Principaux flux d'eaux usées dans la fabrication de semi-conducteurs
Eaux usées contenant du fluorure
Les eaux usées fluorées sont principalement générées par les procédés de gravure et de nettoyage utilisant de l'acide fluorhydrique ou des produits chimiques contenant du fluorure.
On ajoute généralement des sels de calcium pour former des précipités de fluorure de calcium. La coagulation et la floculation peuvent ensuite être utilisées pour améliorer l'agrégation des particules, la clarification et la séparation des boues.
Eaux usées acides et alcalines
Les eaux usées acides et alcalines peuvent provenir des systèmes de nettoyage, de gravure, de régénération et de distribution de produits chimiques.
Ces effluents sont généralement collectés séparément et traités par neutralisation contrôlée. Il convient d'éviter les fluctuations rapides du pH, car elles peuvent affecter la précipitation, la coagulation et le traitement biologique en aval.
Eaux usées ammoniacales-azotées
Les eaux usées contenant de l'ammoniac peuvent être générées par le nettoyage, le décapage et certains procédés chimiques.
En fonction de la concentration et des exigences de rejet, les méthodes de traitement peuvent comprendre :
- Décapage à l'ammoniac
- Nitrification et dénitrification biologiques
- chloration au point de rupture
- Séparation par membrane
- Traitement physico-chimique et biologique combiné
eaux usées organiques
Les eaux usées organiques peuvent contenir des résidus de photorésine, des solvants, des agents de nettoyage, des révélateurs, des tensioactifs et d'autres produits chimiques organiques.
Le traitement associe généralement un prétraitement physico-chimique à un traitement biologique. Les eaux usées contenant de fortes concentrations de solvants ou de composés peu biodégradables peuvent nécessiter une collecte séparée et un prétraitement spécifique.
Eaux usées CMP
Le polissage chimico-mécanique, ou CMP, produit des eaux usées contenant des particules abrasives très fines, des produits chimiques de polissage, des dispersants et des contaminants métalliques.
Les particules de CMP sont souvent difficiles à laisser se déposer naturellement en raison de leur petite taille et de leur dispersion stable. Coagulants et les floculants peuvent déstabiliser la suspension, former des flocs plus gros et améliorer la séparation solide-liquide.
Eaux usées contenant des métaux lourds
On peut trouver du cuivre, du nickel et d'autres métaux lourds dans les eaux usées issues de la galvanoplastie, de l'interconnexion, de l'emballage et de la fabrication de substrats.
Les méthodes de traitement courantes comprennent :
- précipitation chimique
- Coagulation et floculation
- agents de capture des métaux lourds
- Échange d'ions
- Traitement par membrane
- Technologies de récupération sélective
La collecte séparée est particulièrement importante car le mélange d'eaux usées contenant des métaux lourds avec des agents complexants peut rendre la précipitation plus difficile.
Pourquoi la collecte séparée est importante
Les eaux usées issues de l'industrie des semi-conducteurs ne doivent pas être traitées comme un flux mixte unique.
Si le fluorure, les métaux lourds, les acides, les alcalis, l'ammoniac, les composés organiques et les agents complexants sont mélangés trop tôt, l'efficacité du traitement peut diminuer considérablement. La consommation de produits chimiques et la production de boues peuvent également augmenter.
La collecte sélective permet à chaque flux d'eaux usées de bénéficier du traitement le plus adapté. Elle facilite également la récupération des matières valorisables et la réutilisation de l'eau.
Réutilisation de l'eau dans les usines de semi-conducteurs
Les eaux usées relativement propres peuvent être traitées par :
- Coagulation et clarification
- Filtration multimédia
- Ultrafiltration
- charbon actif
- osmose inverse
- Échange d'ions
- Oxydation avancée
L'eau récupérée peut être réutilisée pour :
- Composition de la tour de refroidissement
- Eau de lavage
- Lavage général du matériel
- Irrigation paysagère
- Eau courante
- Alimentation du système d'eau ultrapure
La voie de réutilisation finale doit être déterminée en fonction du profil de contamination et de la qualité d'eau requise.
Comment Bluwat contribue au traitement de l'eau dans l'industrie des semi-conducteurs
Bluwat Chemicals fournit une gamme de produits chimiques pour le traitement de l'eau qui peuvent être évalués pour différentes étapes du traitement des eaux usées de l'industrie des semi-conducteurs, notamment :
- Chlorure de polyaluminium pour la coagulation et la clarification
- PolyDADMAC pour la neutralisation des charges et la déstabilisation des particules fines
- Polyamine pour la coagulation et l'élimination des contaminants organiques
- Floculants polyacrylamides pour la décantation et la déshydratation des boues
- Agents de capture des métaux lourds pour les eaux usées contenant des métaux
- Agents antimousse pour le contrôle de la mousse
- Coagulants spécialisés pour les eaux usées industrielles difficiles
Le choix des produits chimiques doit être basé sur la composition des eaux usées, le pH, les matières en suspension, la conductivité, la concentration en métaux, l'équipement de traitement et les exigences de rejet.
Il est recommandé de réaliser des essais en laboratoire avant toute utilisation à grande échelle.
Conclusion
Le traitement de l'eau pour les semi-conducteurs commence par la compréhension du processus de production des semi-conducteurs.
Chaque étape de fabrication influe sur la consommation d'eau, la composition des contaminants, la complexité du traitement et le potentiel de réutilisation. Les usines de fabrication de plaquettes en amont sont particulièrement importantes en raison de leurs fortes demandes en eau, du classement précis des eaux usées et des exigences strictes en matière de réutilisation.
En combinant connaissances en matière de production, collecte séparée, traitement ciblé et dosage chimique optimisé, les fabricants de semi-conducteurs peuvent améliorer la stabilité du traitement, réduire la consommation de produits chimiques et accroître la réutilisation de l'eau.