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電子工廠化學品供應與回收系統(tǒng)概述

由于電子產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)需要使用大量的化學品，而這些化學 品都具有一定危險性，稍有疏忽，就會造成重大的人員傷亡 和設(shè)備的損失，因此，如何將這些化學品在保證品質(zhì)的前提下安全輸送到使用點，如何將這些使用過的化學品合理地回 收處理，將是電子工廠生產(chǎn)安全的重要問題。由此看來，電 子工廠中化學品的供應與回收系統(tǒng)之改進、優(yōu)化仍是值得探 究的。 原來國內(nèi)大規(guī)模集成電路生 產(chǎn)線所需的化學品供給、回收系統(tǒng)管道完全由海外公司承攬施工，隨著國內(nèi) IC 制造業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)一流的 IC 工廠建設(shè)公司已經(jīng)開始打破這一局面，涉足該系統(tǒng)的施工，為我國電 子行業(yè)的自主發(fā)展添加了助推劑。 本文就新型顯示器件廠（簡稱 LCD）和集成電路芯片廠 （簡稱芯片廠）的化學品供應和回收系統(tǒng)進行在系統(tǒng)類型、 基本構(gòu)成、主要安全技術(shù)措施等方面做了些總結(jié)， 可供系統(tǒng)優(yōu)化時參考。

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1 化學品供應系統(tǒng) 1.1 化學品供應系統(tǒng)的分類

化學品供應系統(tǒng)在國外一些企業(yè)稱為 CDS(Chemical Dispense System) 或 簡 寫 為 BCD (Bulk chemical distribution)，它是為生產(chǎn)線 24 小時不間斷供應化學品的 系統(tǒng)。

供應系統(tǒng)供應的化學品一般使用量較大或有多臺設(shè)備 使用，屬于遠距離輸送，不適用使用量少或是使用前存放時間有限制的化學品（通常需用特殊的包裝輸送到使用點）。

這些化學品一般輸送到黃光、濕法刻蝕、清洗等區(qū)域。 化學 品供應系統(tǒng)按照化學品的種類可以分成三類 ：

（1）無機酸堿化學品供應系統(tǒng)：這是主要、化學品種 類多的系統(tǒng)，負責供應蝕刻和清洗用的酸堿性溶液。無論 是 LCD 還是芯片廠，對于酸堿類的化學品需求量都比較大， 由于酸堿溶液大多具有較強的腐蝕性和毒性，在使用和輸送 過程中，除了要保證品質(zhì)外，還要確保存儲、輸送和使用安全。

（2）有機溶劑供應系統(tǒng)：主要供應易燃性液體，如異丙 醇（IPA）、PGMEA(或簡稱 PM Thinner，乙酸丙二醇甲醚)、 剝離液包括 N-甲基-吡咯烷酮（N-methyl-pyrrolidone 簡稱 NMP）、二甲基亞砜（Dimethyl sulfoxide 簡稱 DMSO）或是乙 醇胺、羥胺乙醇的化合物等，在 LCD 和芯片廠都是用于清洗、光阻的稀釋和剝離。

（3）化學研磨液供應系統(tǒng)：是供應將研磨液到 CMP(Chemical mechanical Planarization)設(shè)備。在芯片廠， 該化學研磨液供應系統(tǒng)是必不可少的，但由于研磨液的特殊 性，有些芯片廠未將此系統(tǒng)歸到廠務的化學品供應系統(tǒng)中， 而是直接在 CMP 設(shè)備群鄰近的廠房一層設(shè)立供應系統(tǒng)。

由于 LCD 廠與芯片廠的某些生產(chǎn)工序例如清洗、薄膜、光阻涂布、曝光、顯影、蝕刻等比較相似，它們所使用到化 學品種類有部分相同，在危險化學品的管理和人員防護上基 本一致，常用的化學品種類有硫酸、氫氟酸、雙氧水、氨水、 鹽酸、硝酸、磷酸、氫氟酸硝酸混合液、氫氟酸緩沖溶液、 研磨液（拋光液）、顯影液、醋酸、鉻刻蝕液、鋁刻蝕液、ITO(王 水)、ACN、Thinner、OAP（HMDS）、異丙醇、剝離液，其中除 雙氧水、Thinner、異丙醇外都有腐蝕性，與氫氟酸相關(guān)的化 學品、氨水、Thinner、剝離液具有毒害性，醋酸、Thinner、 OAP（HMDS）、異丙醇、剝離液具有易燃性，雙氧水和硝酸具 有氧化性。

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1.2 供應系統(tǒng)的基本構(gòu)成

LCD 廠與芯片廠的化學品供應系統(tǒng)基本相似，供應輸送 系統(tǒng)由化學品供應柜、化學品供應輸送模塊（計算機網(wǎng)絡(luò)化 實時控制，簡稱 PLC）和閥門管道系統(tǒng)組成[1]（見圖 1）。供 應系統(tǒng)為了確保生產(chǎn)工藝設(shè)備所需求化學品的使用量和使用 點壓力，通常使用氮氣或泵作為輸送動力源，供應柜部分包 括了儲罐、閥門、過濾器等，而管道閥門部分則包括了閥門 分配箱等。

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（1）小型供應系統(tǒng)，根據(jù)化學品的使用量設(shè)計成 200L 桶槽供應的方式，供應柜通過泵將化學品輸送至日用罐。此 類系統(tǒng)的特點是初期投資小，占有空間?。辉谝恍┬酒瑥S， 小型系統(tǒng)的日用供給儲罐采用內(nèi)置于供應柜內(nèi)的 60L 桶罐， 可更有效地節(jié)省空間；萬一出現(xiàn)化學品原料的品質(zhì)問題，較 易對容器內(nèi)的污染源進行控制，降低運行的風險。

（2）大型供應系統(tǒng)，根據(jù)化學品的使用量設(shè)計成化學品 由槽罐車輸送到接收儲罐的方式，其特點是減少容器更換的 次數(shù)，提高操作的安全性，降低污染的可能性；減少容器更 換操作的人力成本；降低因容器更換所產(chǎn)生的質(zhì)量變動的可 能性。

（3）混合或稀釋系統(tǒng)，其特點是降低原料的采購單位成 本；采用稱重或濃度測定等方式進行混合或稀釋化學品原料 的供給設(shè)備；但混合或稀釋等化學品精度不能保證。圖 4 為 該混合系統(tǒng)的示意圖。 化學品供應系統(tǒng)選用何種系統(tǒng)桶槽，是依據(jù)化學品使用 量、大型槽罐車、小型 200L 原料桶以及供應系統(tǒng)的成本、供 應室的空間占地等因素綜合考慮。若設(shè)置大型供應系統(tǒng)時應根據(jù)化學品供應商提供的槽罐車容積來確定接收儲罐的容 量。在芯片廠，由于現(xiàn)場化學品稀釋的濃度無法達到精確濃 度，除了氫氟酸緩沖溶液、顯影液等，混合或稀釋的供應系 統(tǒng)基本不使用；而 LCD 廠則使用了較多的金屬蝕刻液的混合 系統(tǒng)，對于運行管理提出了較嚴格的要求。?

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1.3 化學品品質(zhì)的控制

在 LCD 和芯片制造中使用的化學品在不同的生產(chǎn)工藝中 會被重復使用，這些化學品可能會殘留在玻璃基板或硅片表 面，導致污染。因此對使用的化學品純度要求極高，應嚴格 控制微粒、金屬離子和不想要的化學物質(zhì)對產(chǎn)品的玷污。減 少化學物質(zhì)玷污的好方法是徹底消除液態(tài)化學品的使用， 但在目前的制造過程中，還無法實現(xiàn)，只能通過不斷地提高 這些化學品的純度來達到制造工藝的要求。因此在化學品供 應系統(tǒng)的運行管理中，品質(zhì)的要求是極其重要的。除混酸或 稀釋系統(tǒng)外，一般化學品供應系統(tǒng)并沒有在線的品質(zhì)監(jiān)控儀 器，應在日常運行中，根據(jù)化學品原料供應商提供的品質(zhì)保 證書等確保使用的化學品是符合要求的；也可以現(xiàn)場取樣， 在工廠的實驗室或委托專門的檢測機構(gòu)對輸送至使用點的化 學品進行檢測分析。當檢測出的數(shù)據(jù)超出控制指標時，就應 啟動專門的應急預案進行處理。

為了保證輸送到使用點的化學品品質(zhì)良好，化學品供應 系統(tǒng)在設(shè)計時應合理選擇管路和閥門及過濾器，除了流量， 壓損等因素，材質(zhì)必須正確選擇，一般輸送無機酸堿的化學 品選用PFA材質(zhì)的管路，泵、閥門主體及槽體內(nèi)部則采用PFA、 PVDF 或 PTFE 等氟塑料材質(zhì)。輸送有機溶劑應采用 SUS316LEP 的管材和閥門。

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1.4 安全技術(shù)措施

無論是 LCD 還是芯片廠使用的化學品種類繁多且具有腐 蝕性、毒性、氧化性、易燃易爆性，為此化學品供應系統(tǒng)除 本身安全措施外，還應充分考慮供應系統(tǒng)放置場所安全措施， 例如：酸堿和有機化學品供應系統(tǒng)的分隔、化學品的相容性、 防火防爆區(qū)域的劃分和泄漏檢測、各種防災儀器連動裝置、 排氣、逃生和防爆電器用品等的設(shè)置等。

（1）??設(shè)置場所的分隔和防護?

LCD 和芯片廠的化學品供應系統(tǒng)配送室一般分為無機 室、有機防爆室和電器室，根據(jù)實際情況，無機室還可以分 成堿房和酸房。易燃易爆的供應系統(tǒng)設(shè)置在有機防爆室，為 防止火災或爆炸所引起的危害，防爆室應設(shè)置瀉爆墻，在入 口處設(shè)置防火門，安裝緊急噴淋裝置、氣體泄漏檢測裝置、 溫度傳感裝置、緊急排放或圍堵裝置、緊急排風裝置等，在 供應柜內(nèi)安裝 CO2 滅火裝置。無機酸堿室需設(shè)置緊急排放和 圍堵裝置等，確保在非正常情況下，將危害控制在很小的范 圍內(nèi)，使設(shè)備及人員的損傷降到低。

為了確?；瘜W品的穩(wěn)定性，供應系統(tǒng)配送室對溫度、濕 度也有較嚴格的控制，一般濕度控制在 60%以下，溫度控制 在 23℃ ±1℃，并配備了全新風和緊急排風。

（2）供應系統(tǒng)的主要安全措施

①化學品供應系統(tǒng)的主要組成部分就是管路、閥門、泵、 過濾器。在材質(zhì)的選用應充分考慮化學品的性質(zhì)，例如腐蝕 性、揮發(fā)性、氧化性、毒性等等，在第 1.3 品質(zhì)控制中已經(jīng) 提到無機化學品供應系統(tǒng)的管件使用氟塑料、有機化學品系 統(tǒng)使用不銹鋼管材。在長距離的無機化學品供應系統(tǒng)的配管 中宜采用雙層管形式，即內(nèi)層采用 PFA 材質(zhì)的管材、外層使 用透明的 PVC。在更長距離的配管中，需設(shè)置管路接頭箱 （Union-Box） 等，并安裝泄漏檢測裝置。對于無腐蝕性的 有機溶劑，一般可選用 SUS316L，而有腐蝕性的有機溶劑， 應選用內(nèi)層是 PFA，外層是 SUS304 不銹鋼的雙層管路。管路 閥門、過濾器也都需要考慮化學品的性質(zhì)，選用相應的型號 材質(zhì)。

?②供應系統(tǒng)宜采用泵或氮氣作為輸送的動力源，為了保 證化學品的品質(zhì)和流量的穩(wěn)定，通常使用氮氣作為輸送到使 用點的動力源。化學品管路架設(shè)時，一般設(shè)置在其他管路的 下層，防止泄漏時影響其他系統(tǒng)。管路應有一定的坡度， 在接點處及閥箱中安裝檢漏裝置。

③在供應系統(tǒng)中，使用的槽罐，通常都用 N2 進行充填， 并應設(shè)有安全閥、防爆膜和防爆膜指示片，當槽罐內(nèi)壓力超 過設(shè)定工作壓力時，防爆膜會被頂破、防爆膜指示片連動發(fā) 出警報，系統(tǒng)停止并瀉壓，確保了槽罐和整體系統(tǒng)的安全。 此外為了方便計量槽罐內(nèi)液體液位，防止液體被排空或溢出， 槽罐上設(shè)計安裝兩種液位計，壓力式液位計、U 型液位計及 光電感應電子液位傳感器或磁感應式液位計等，除有“HH” “LL”，還設(shè)置了“HHH”“LLL”，雙重保護。有機系統(tǒng)的槽罐 必須進行接地，每年進行接地電阻的測試，防止因靜電火花 而引起的燃爆。

④條形碼確認、驗證，化學品系統(tǒng)日常維護及換桶、槽 罐填充的工作都是重復性的，而 200L 原料桶的顏色、大小都 十分相似，易在進行桶交換時，換錯桶。在化學品供應系統(tǒng) 中為了防范人為的換桶錯誤，機柜上都設(shè)置了條形碼掃描確 認步驟，而特定的化學品（有機系統(tǒng)和無機系統(tǒng)等）都有不 同的氣、液接頭，這樣在操作人員確認化學品名稱之后，由 供應系統(tǒng)再確認一遍。對于大型供應系統(tǒng)的化學品補充，槽 罐車在放料時也需要進行條形碼的驗證，通過之后，整個接 收過程才會開始進行。

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2 化學品回收處理系統(tǒng)

2.1 化學品回收處理系統(tǒng)的定義和分類

24 小時不間斷收集和處理生產(chǎn)線上排下化學品的回收 處理系統(tǒng)，可大致分為有機回收系統(tǒng)和排水處理系統(tǒng)。無論 是儲罐收集外運處理還是排入排水系統(tǒng)處理，都是為了使回 收的化學品能有效地處理，達到循環(huán)使用或排放標準，不污 染環(huán)境。

化學品回收處理系統(tǒng)按照化學品的種類可以分成以下四 類：

（1）不含氟的有機廢液回收系統(tǒng)：芯片制作生產(chǎn)線上使 用過的異丙醇、剝離液、光刻膠 24 小時不間斷地分別從連接 設(shè)備的廢液管路下排到有機廢液回收儲罐，達到一定回收量后通過泵輸送到外運的槽車中，委外處理；或在 LCD 廠，通 過設(shè)置蒸餾裝置對濃度較高的異丙醇和剝離液進行回收再利 用。國內(nèi)一些 LCD 廠的異丙醇和剝離液也是委托其他單位對 廢液進行蒸餾去雜質(zhì)，達到要求后通過槽車加料方式進入到 供應系統(tǒng)中，通過比例調(diào)配達到原液要求后繼續(xù)使用[4]。

（2）酸堿處理系統(tǒng)：生產(chǎn)設(shè)備使用的鹽酸、化學品供應 室排放的低濃度硫酸廢液、氨水廢液等排放到酸堿排水中繼 槽，通過 PH 調(diào)整等中和處理，達到標準后排放。

（3）含氟廢水處理系統(tǒng)：含氟廢水是芯片廠產(chǎn)生的主要 廢水，直接排放會污染水源，危害人體。芯片制造過程中， 濕法設(shè)備在清洗和刻蝕硅片時，常使用到的氫氟酸、氫氟酸 緩沖溶液、硝酸、磷酸、硫酸等廢液必須輸送至 F 系排水槽， 然后經(jīng)過后續(xù)處理達到國家排放標準（<10ppm）后再進行排 放。

（4）含重金屬的廢水處理系統(tǒng)：LCD 廠在生產(chǎn)液晶面板 時，使用到刻蝕鋁（Al）和鉻（Cr）的混酸溶液，其處理方 式不同于芯片廠，屬于重金屬的廢液處理系統(tǒng)，由于鋁刻蝕 廢液的排放量大，一些 LCD 廠也會收集之后委托處理。而相 對于鉻酸混合液系強酸性物質(zhì)，故要把它稀釋到約 1％的濃 度之后進行還原，并且要待全部溶液被還原變成綠色時，分 析檢測廢液不含六價鉻后，再經(jīng)過后續(xù)處理達到排放標準后 排放。

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2.2 回收處理系統(tǒng)的基本構(gòu)成

LCD 廠與芯片廠的化學品回收處理系統(tǒng)存在一定差異， 按照處理方式可分為收集委托處理、回收利用、回收處理排 放三類，它們基本構(gòu)成如下：

（1）收集委托處理——芯片廠的有機回收系統(tǒng)一般都設(shè) 有回收儲罐、化學品回收處理模塊和閥門管道系統(tǒng)組成，有 機廢液回收系統(tǒng)原理見圖 2。從設(shè)備側(cè)排放的異丙醇、剝離 液和光刻膠通過重力流收集到相應的儲罐，然后通過泵輸送 到外運的槽車中，委托有資質(zhì)的廠家進行處理。由于芯片廠 排下的剝離液、光刻膠成分復雜，異丙醇濃度不高，回收再 利用的經(jīng)濟效益不高，委外處理比較合理

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（2）回收處理排放——設(shè)備側(cè)排放的無機廢液一般都需 要特別處理，回收系統(tǒng)包括排水中繼槽，反應槽、PH 調(diào)整槽 等儲罐、藥劑添加系統(tǒng)、閥門管道系統(tǒng)、和排水處理模塊。

（3）回收再利用——LCD 廠的無機廢液處理系統(tǒng)的構(gòu)成 與芯片廠類似，而有機回收系統(tǒng)增加了異丙醇和剝離液的回 收再利用裝置，從設(shè)備側(cè)收集的異丙醇或剝離液至中繼儲罐。

回收的異丙醇中，除去大量的水，主要成分仍然是異丙醇， 通 過回收系統(tǒng)的過濾及蒸餾雙重處理，回收的異丙醇濃度將提 高至 99.9%以上；同樣回收的剝離廢液中除剝離液（主要成 份是乙醇胺、DMSO、NMP 等）、水、光阻，可能還含有其他高 溫加熱產(chǎn)生的化合物，通過回收系統(tǒng)蒸餾剝離廢液去除其他 雜質(zhì)，然后加入到比例調(diào)配系統(tǒng)中，使其達到剝離液原液的 濃度，剝離液蒸餾回收系統(tǒng)流程見圖 3[4]。

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2.3 回收處理系統(tǒng)的排放控制

在 LCD 和芯片廠排放的廢液，由于所含的化學品成分和 比例不同，需要進行針對性的回收和處理。有機廢液回收系 統(tǒng)回收的廢液如果是委外處理，則不要對其成分和濃度進行 監(jiān)測，如果需要回收利用，通過回收系統(tǒng)的過濾及蒸餾雙重 處理，達到需要循環(huán)使用的標準，其濃度和成分需要在線或 現(xiàn)場取樣分析。無機廢液包括無機酸堿處理、重金屬廢液處 理、含氟廢液的排水處理，通過添加氫氧化鈣（Ca(OH)2）、 三氯化鐵（FeCl3）或其他氫氧化物、絮凝劑，調(diào)節(jié) PH 值， 攪拌沉淀形成污泥，達到去除氟離子或重金屬離子的目的； 在處理系統(tǒng)的每一個關(guān)鍵步驟處，都有 PH、氟離子或重金屬 離子的監(jiān)控。每日還應提取水樣，對沉淀后的上清液進行含 氟或含金屬離子的檢測，確認廢水監(jiān)測設(shè)備是否正常工作， 廢水處理是否有效；而排水處理系統(tǒng)的終排放口，應對 終排放的水樣進行監(jiān)測，例如氟化物、BOD5、CODCr、PH 值、 懸浮物、TOC 等，均應嚴格控制在國家污水綜合排放標準之 內(nèi)。

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2.4 安全技術(shù)措施

無論是 LCD 還是芯片廠，都使用了大量種類繁多的化學 品，這也就決定了回收處理系統(tǒng)的多樣性。這些需要回收處 理的廢液具有腐蝕性大、毒性強，有機廢液還具有燃爆等性 質(zhì)，所以化學品回收處理系統(tǒng)即要考慮其系統(tǒng)本身的安全， 也應考慮回收處理系統(tǒng)放置場所的安全。

（1）放置場所得分隔及防護?易燃易爆的有機廢液儲罐應設(shè)置在有機防爆室內(nèi)，其儲 存和環(huán)境及應急設(shè)備的設(shè)置與有機化學品供應系統(tǒng)相同。無 機廢液回收處理系統(tǒng)占地面積較大，一般單獨設(shè)置處理場所 放置儲罐、泵、反應槽、沉淀槽等，儲罐和泵的周圍都有地

漏、潛水泵和圍堰堤，將不同屬性的廢液隔離，防止有大量 液體泄漏時發(fā)生二次事故，并能及時處置。其他排氣、消防 設(shè)施都必須安裝到位，確保非正常情況下，將危害控制在很 小的范圍內(nèi)。

（2）回收處理系統(tǒng)相關(guān)主要安全措施

①回收系統(tǒng)的儲罐——有機廢液的儲罐通常選用不銹鋼 304 材質(zhì)，無機廢液的儲罐大多選用玻璃鋼、水泥加防腐層 或不銹鋼 304 內(nèi)襯防腐涂層。儲罐的液位計設(shè)置兩種：壓力 式液位計和 U 型液位計。U 型液位計便于日常觀察和點檢， 壓力式液位計通過 PLC 控制，設(shè)定低液位、近空液位、預定 外運液位、高液位等，通過雙重的液位計設(shè)置，確?；厥障?/span> 統(tǒng)的運轉(zhuǎn)安全。此外有機回收系統(tǒng)的儲罐應裝設(shè)接地裝置， 并充填一定的氮氣，防止有機廢液揮發(fā)。

②有機廢液回收系統(tǒng)處于防爆區(qū)域，為確保安全應選用 防爆型泵以保持工作環(huán)境安全，屏蔽泵是比較合適的選擇， 具有無軸伸出密封、耐真空、耐高壓、使用期長無須保養(yǎng)等 優(yōu)點，并具有主次兩層防泄漏套和軸承監(jiān)測裝置，便于管理。 而無機廢液排放和處理量大，儲罐和反應槽存在高落差等， 通常選用揚程大，輸送量大的離心泵，藥劑添加宜選用量程 較小的計量泵。由于離心泵耐腐蝕性較差、所處工作環(huán)境不 佳，需要對離心泵進行定期的維護保養(yǎng)，確保它的正常工作。 有機廢液回收系統(tǒng)的管道閥門通常選用不銹鋼 304 材質(zhì)，無 機廢液處理系統(tǒng)的管路閥門則多采用 PVC 塑料材質(zhì)。

③在日常維護中，有機廢液的回收系統(tǒng)如沒有蒸餾系統(tǒng)， 則單純委外處理，除了根據(jù)預定液位來進行有機廢液的外運 處理，泵和儲罐不需要較為復雜的日常維護；無機廢液回收 處理系統(tǒng)需要進行較為繁雜的日常維護，例如離心泵的壓力、 軸承油位的確認和維護、處理水質(zhì)的取樣分析、化學藥劑的 預定和添加、設(shè)備異常的處理等等，無論是有機回收系統(tǒng)還 是無機廢液回收處理系統(tǒng)都設(shè)有 PLC 監(jiān)控，監(jiān)視畫面上能顯 示儲罐的液位值、泵的運轉(zhuǎn)、其他相關(guān)設(shè)備的運轉(zhuǎn)、在線儀 器的讀數(shù)等等，對于異常情況應及時警報、及時有效處理， 確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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