Darryl W赫兹和理查德M荷兰Ebasco环境服务

1.0介绍

许多电子公司在加州创建大量的废物通过加工或生产砷化镓砷(砷化镓)微芯片。因为砷在污水或污泥的浓度通常超过限制污水处理和城市垃圾填埋场,经常这些废物处理和处置类有害垃圾填埋。这种做法是不可取的环境和经济上为废物处理长效机制。

惠普公司(HP)目前砷化镓(砷化镓)微电子芯片制造工厂在圣何塞,加利福尼亚。生产过程中产生氢氟酸溶液中含有大量的砷以及无害成分。氢氟酸的解决方案是目前与石灰中和收益率氟化钙污泥含有高含量的砷。其他电子公司利用很少或没有治疗和拖整个废卷处理存储和处置设施(tsdf)。1985年,惠普887500加仑的氢氟酸生产废水和25219加仑的氟化钙污泥。

这个项目的第一阶段审核各种流程减少,回收和/或治疗含砷废物的方式,土地成本和处理都显著降低。评估的方法包括在不同的生产阶段,但不限于,分离、沉淀/固定、离子交换、胂的一代。信息从第一阶段适合试点规模处理设施的设计。

目前二期的发现表明,目前的过滤微粒从废水流之前进入惠普的氢氟酸的(高频)污水处理设施将导致以下好处:

o出售约100000美元的潜在收入的处理设施固体(氟化钙- CaF2)

害怕o 35000每年处理成本节约o在砷化镓增加所带来的收入每年5000美元回收o惠普的维护和健康和安全管理成本应该每年减少了15000美元

2.0生产过程和废物流描述

2.1砷化镓芯片制造过程的描述

简要描述所需的主要步骤生产砷化镓芯片在惠普的圣何塞设施。

锭生长

元素镓和砷的形式,加上少量的掺杂剂材料,硅,碲或铬-反应在升高的温度下形成的掺杂单晶砷化镓锭。

大部分多晶砷化镓化合物的反应通常是由与Ga金属在高温蒸汽密封的石英安瓿瓶如图2.1 - 1所示。一个进程获得有利的商业生产批量单晶砷化镓如图2.1 - 2所示。这里,大部分砷化镓融化和单晶正在慢慢退出。单晶砷化镓锭必须喷砂清洗去除表面氧化物和污染物。

晶片处理

锭裁剪

单晶锭的结束或尾巴被使用水润滑刮刀金刚石锯,各种冷却剂添加到水。

晶圆切片

砷化镓锭蜡安装到石墨梁和锯成单个晶圆通过使用自动操作的内径(ID)金刚石刀片锯。这个操作完成湿使用润滑剂和生成砷化镓泥浆。

研磨

晶圆是蜡使用热板安装在研磨机,并轻拍一组机器施加转速和压力。研磨的解决方案是美联储在研磨表面氧化铝构成泥浆,甘油和水。经过短暂的研磨时间,晶片热板下马,在肥皂溶液清洗并擦干。

图2.1 - 1系统密封的石英安瓿砷化镓的增长

1390年。

1160年。

790 -

距离

图2.1 - 2液封装CZOCHRALSKI (LEC Cz)系统174锭的增长

抛光

晶片的物理安装机械抛光机,使用碳酸氢钠,5%氯,水和硅溶胶泥浆。

外延生长

单晶砷化镓晶片是用作非常薄层的生长基质相同的或其他III-V化合物所需的电子或光学性质。这样的晶体生长,底物的结晶度和方向决定了生长层,叫做外延,多种外延生长技术用于III-V显示器和设备生产。

反应堆的加载和卸载

脱脂和抛光晶片最初收到PRE-EPI腐蚀和清洁步骤。这涉及到一个连续的湿化学浸渍操作利用硫酸、过氧化氢和水;德-离子水冲洗;最后,一个异丙醇清洗/干燥。

腐蚀周期执行在生长周期的结束和新的石英反应堆清洁的室内表面杂质。

反应堆清洁

每一个生长周期后,反应堆必须打开,晶片移除,降低反应堆物理清洗的一部分。较低的石英反应器和底部板(底板)是使用金属工具刮干净,和微粒物质(砷化镓、GaAsP、砷氧化物、磷氧化物)被收集在一个金属容器定位低于垂直反应堆。

设备制造

砷化镓晶片的上表面外延生长层GaAsP收益到设备工艺处理序列。

湿式蚀刻

各种湿化学酸混合解决方案用于塑料浴本地疲惫的腐蚀。使用的主要酸硫氢氟酸的,盐酸和磷酸。在硅处理,使用过氧化氢硫酸和氢氧化铵(摘要)提供了一种腐蚀性的腐蚀。

Backlapplng

Backlapping做是为了去除沉积材料背后的晶片。晶圆是蜡安装研磨机板和湿法研磨硅溶胶泥浆。

2.2废水的化学特性

为了开始努力减少废物,必须完成一个完整的化学过程的评价。这个评估需要的总合作机构的管理、业务主管、操作人员和维护人员。惠普的圣何塞设施管理和员工为总合作评估,使砷浪费修订一个可以实现的目标。

识别所需的所有可能的来源的砷教育研究者通过书面文学,由惠普的员工讲座,示范和解释通过惠普的过程操作主管和员工。这种教育是最主要的领域之一惠普touchpad的合作和知识的工具和过程的化学特征对砷,而全面。

图2.2 - 1说明了砷废水流经设施。前三个砷的来源被认为是轻微和可溶性砷组成。这些废水直接流到高频preholding坦克和不参与泥浆的恢复过程。样本采集这些来源要求操作员进行清洗过程与毕业典礼在一个容器体积测量。采集标本后,流程完成。砷分析在这一分析的清洗解决方案和测量和锭的数量或晶圆清洗或蚀刻,计算总砷的贡献。

测量流16日和17日为同一原因流11和12。也就是说,评价粒度分布和泥浆恢复过程评估。发现入口流体成分是高度依赖晶圆制造业务被执行。这个障碍,在一定程度上,决定使用砷化镓减肥数据等文件,而不是评估基于非均衡状态采样数据。

化学分析的高频处理系统污泥饼(# 18)表明,这种材料被认为是极危险仅仅因为砷的含量。废料提取测试(湿)表明,该砷是极惰性形式及其浓度升高,即使在它产生湿试验结果无危险的渗滤液。我们的结论是,砷的含量减少了50%的污泥饼会产生的固体材料分为无害加州除了氟含量。

砷的其他废物流分析惠普设备完成了化学表征。所示结果列入表2.2 - 1和图2.2 - 2、2.2 - 3和2.2 - 4。图2.2 - 2表明平均砷的来源和数量重量生产惠普的圣何塞设施(表2.2 - 1数据列2)。最重要的一点是,几乎所有的砷(大约94%)流浆的高频处理系统是恢复过程,本质上是所有固砷化镓颗粒。其余部分完全是可溶性砷的清洁和腐蚀过程。

图2.2,表2.2 - 1中3展示信息列表(数据列三)和说明了砷从每个源产生的相对量对砷化镓砷固体目前回收站点,作为危险废物的处置污泥饼的高频处理系统。每日液体流量表示在图2.2 - 4和表2.2 - 1。在这里,最重要的结论是,一个废物流的流量每天大约八(8)加仑GaAs-laden液体溢出的高频处理系统负责大约94%的污泥饼的砷固体。

总之,砷固体(砷化镓)代表至少94%的砷污染中发现心衰治疗过程中产生的污泥饼。这些固体产生物理锯,研磨和抛光操作和溢出液体从泥浆中恢复过程。删除这些固体从这水流过滤高频处理过程的技术似乎是最直接和简单的过程从化学工程的角度来看。虽然过滤是可能的,其他的评论

图2.2 - 1

目前芯片制造砷废水流程图

图2.2 - 1

目前芯片制造砷废水流程图

表2.2 - 1砷处理废水数据总结

砷的百分比

砷心力衰竭治疗总砷可溶性砷

流液体流量率系统和浓度百分比浓度

流源(加仑日)(磅/ MO)回收固体(毫克/升)固体(毫克/升)

1。	锭清洁	0.6	0.03	0.04		< 0.1
2。	湿式蚀刻		0.66	0.93		< 0.1
3所示。	炉清洗	< 0.1	0.02	0.03		< 0.1
4所示。	锭磨	166.0	51.43	72.76
5。	锭裁剪	10.2	1.43	2.02
6。	晶圆他们c		11.81	16.71
7所示。	晶片分析		0.60	0.84
8。	Lappi ng		0.77	1.09
9。	施波尔我吴		0.23	0.32
10。	Backlapping		3.70	5.23
11。	冷却液侧循环液体					1。0	18
12。	Non-Coolant侧循环液体
13。	溢出惠普系统	7.8	11.09	15.69		1。1	15
14。	Preholding坦克输出	5000年	11.80	16.69
15。	贮槽输出	5000年	11.80	16.69		1。0	20.
16。	冷却液侧入口流体					1。3	20.
17所示。	Non-Coolant侧入口流体					6。9	210年
18岁。	高频系统污泥饼		10.85	16.69
19所示。	酸Wastestream	155000年	1.18	0.0
20.	泥浆回收固体	0	58.88	83.31
21。	污水下水道系统	170000年	2.13	- - - - - -	0.05	< 0.1	0
22。	建筑90高频和废水			0.0	< 0.05	< 0.1	< 0
23。	建筑91高频和废水			0.0	< 0.5	< 0.1	图2.2 - 2 目前芯片制造砷过程浪费流程图砷生产速度 M有限公司 高频&洗舱水23 锭清洁 0.03磅/莫 湿式蚀刻 0.66磅/莫 炉清洗3 0.02磅/莫 0.71磅/莫 回收 锭磨 51.43磅/莫 锭裁剪 1.43磅/莫 晶圆切片 11.81磅/莫 晶片分析7 0.60磅/莫 冷却剂 边浆复苏 回收 研磨 0.77磅/莫 研磨 化学/ 0.23磅/ mo _ 物理抛光” 3.70磅/莫 研磨十 3.70磅/莫 NON-COOLANT边浆复苏 11.09磅/ mo溢出高频系统 11.80磅/莫 58.88磅/ mo .wDRIED砷化镓”“固体 0.0磅/莫 高频 ——► 污泥饼 治疗 从 系统 压滤机 0.95磅/莫 0.95磅/莫 酸性废物流 1.18磅/莫 中和系统 建筑90 & 91 2.13磅/莫 下水道系统 3我们 图2.2 - 3 目前芯片制造砷浪费水流程图百分比砷高频处理系统和回收的固体 0.0% _ 高频和洗舱水 图2.2 - 3 目前芯片制造砷废水流程图百分比砷高频处理系统和回收的固体 90年建筑 高频和洗舱水 下水道系统21 建筑90 & 91 18 从压滤机 中和系统 中和系统 建筑90 & 91 下水道系统21 公司U1 00 图2.2 - 4 目前芯片制造砷废水流程图每日液体流量 图2.2 - 4 目前芯片制造砷废水流程图每日液体流量 砷的去除过程是很重要的。为了选择最好的系统砷复苏,砷化学的工作知识是必需的。这些知识和信息关于潜在的除砷过程,应考虑在正确的工程设计的污水处理系统可以启动。详细的讨论这两个领域。 2.3识别潜在的治疗过程 减少危险废物的主要目标在一个化学过程设备是完成任务而不影响过程本身和,如果可能的话,生成一个畅销产品,减少废物产生的“治疗”。 表2.3 - 1列出了每个潜在的除砷过程评估在本研究主要评估标准对惠普的砷化镓处理设施。因为需要有效的固液分离,过滤被选为选择的过程。 过滤可以极其有效的方法从液体中分离固体颗粒流。这个过程已经使用了多年在几乎所有类型的化学和物理环境。图2.3 - 1列出了一些的类型的过滤器和他们的主要选择标准。对于大多数液体流流,过滤效率可以设计任何级别的需要。对惠普来说,需要设计的效率只有60%或更好的消除固体危险浪费问题对砷。因为环境温度和压力条件下的废水流,设计成为依赖粒度分布固体的礼物。在这种情况下,大部分亚微米粒子被证实。虽然成功安装有效的过滤设备应该是一个常规的工程实践,对重要wastestream变化不容忽视。 操作特征所需的过滤设备,像其他固相平衡分离进程年代,应该相对简单和全自动化操作,并提供出色的可靠性。这种不干涉操作将减少健康和安全隐患降到最低。 过滤设备的潜在成本惠普应该是最低的治疗过程,因为:l)效率高;2)操作和维护成本(即最小。,没有化学添加或者居留时间限制);3)全面自动化能力;和4)有利环境条件过滤(低温度和压力)。 3.0减少废物系统的试验测试的结果 试点测试程序可用的过滤设备主要集中在最重要的应用程序的参数砷化镓污水清理(即惠普的设施。、过滤效率、长期回流能力,和周期时间)。四个过滤设备供应商选择为飞行员提供设备测试。这些厂商有长期的声誉提供不仅质量设备,还包括服务专业知识需要评估系统问题发生在初始和长期操作。 测试程序为每个选定的供应商建立了过滤设备的现场演示。这些程序是基于测试数据需要正确地完成最后的设备规格和购买的理由。 表2.3 - 1 比较潜在的砷治疗过程 除砷过程 形式的可能 砷的适用性 最 有效地休利特 对待帕卡德 潜在的 减少废物惠普的效率 惠普的操作特征 潜在的健康和 安全问题 惠普潜在成本相对于其他上市程序 整体的潜在有效性减少危险废物 1。液体-固体分离 - Fi 1 tration索尔id -离心分离固体 ——Settl ing索尔id 是的是的是的 优秀的优秀的好 优秀的出色的优秀 较低的低 低较低的低 Excel提供优秀的好 Preciπ大地上 - - - - - -石灰 - - - - - -硫化钠 ——氢氧化铁 可溶性可溶性可溶性 不不不 低较低的低 不适用不适用不适用 温和低 温和适度温和的 最小最小最小的 Coagulati上 - - - - - -硫酸铁 - - - - - -氯化铁 可溶性可溶性 不不 较低的低 不适用不适用 较低的低 适度温和的 最小的最少的 凝固 固体 没有 低 昂贵的 低 高 - - - - - -离子交换树脂 - - - - - -活性炭 ——活性氧化铝 ——Bauxi te 可溶性可溶性可溶性可溶性 不不不不 较低的低较低的低 不适用不适用不适用不适用 较低的低较低的低 高的高的高 最小最小最小最小的 胂代 可溶性 没有 低 不适用 极端的 高 选择分离过程的粒度和污染水平 过滤过程 颗粒大小在微米0.0001 0.01 0.1 1 100 * %固体污染物水平的饲料 0.01 0.1 1.0 100 包类型(液体) 墨盒 中空的纸 膜 打褶的媒体 烧结金属 纱的伤口 模制 编织线 离心机 强热带风暴 压滤机 平床 离子交换 叶 反渗透过滤器真空磁盘真空鼓(预涂) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 o 1-1-1 油1 1 1 1 1 1 ——h 1 - 1 1 1 - 1 - -J-1-1-1 - - m 1 1 1 -J-1-1 1 o 1 1 H-1-1 1阿 1小时, - t - 过滤范围 、 超 微滤 O污染物水平应该最小化粗滤和更经济的方法 * 0.1% = 1000 ppm 演示的目的这个过滤设备的半工业规模的操作提供明确的回答以下设计标准,都会影响最终的设计: 砷化镓的去除效率粒子在废水设备整体性能o兼容废水耐腐蚀o采购、操作和维护成本啊,健康,安全和环境问题 此外,以下参数所需的数据为最终的规格。 过滤设备o过滤介质类型和孔隙大小设备大小o材料施工o回流效率和频率 压滤机最优压差o固体装载能力最佳操作压力o需要自动化系统效用需求o滤饼能力总体施工设备大小o材料o关闭机制设计最大操作压力o o蛋糕蛋糕脱水周期清除过程自动化系统的必要性o实用需求 为了充分评估过滤器制造商的滤芯是否执行试点试验装置,过滤器的元素比较性能数据是由公布的数据。 这个过滤设备的评估可以从这四个供应商已经导致了一个更实际的工程设计对砷化镓固体去除设备。最终的设备将允许未来的制造过程变化发生在不严重影响系统和代表一个经济和环保的方法大幅降低砷废物产生的颗粒形式。 这种短期半工业规模的评估是通过测试各种过滤设备在相同的工艺条件。这项工作不仅导致最终的设备规格,但显示晶片制造过程变化很大。下面列出了这一过程的结论设计项目: 1。砷在惠普的废物产生设备可以减少每年几乎30000公斤(33吨)由安装过滤设备。 2。惠普的潜在的成本节约安装过滤设备移除水中的砷化镓固体废水进入高频前处理系统是: o每年100000美元的潜在收入从销售高频处理固体如果没有重要的砷化镓污染。 从砷化镓o增加收入至少5000美元的直接回收。 o的潜在储蓄至少每年j35,000高频处理固体处置成本。 o降低维护和健康和安全管理成本每年约15000美元的改进处理危险的砷化镓固体。 3所示。过滤设备,压滤机是一种有效的过程分离砷化镓固体从惠普砷废水。 4所示。大量submlcron砷化镓晶圆废物流的固体被证实,在最初的研究中并不明显。 5。成功删除砷化镓submlcron粒子使用过滤可能需要使用化学预处理。 6。显著增加的总液体流量要求过滤被显示,在最初的研究中并不明显。 7所示。砷的技术减少废物通过过滤去除颗粒的砷废水流应该很容易转移到其他半导体公司以及其他行业重金属固体产生的地方。 申请的技术去除砷固体被认为是最先进的。安装系统的流程图如图3 - 1所示。除砷系统将位于惠普的泥浆房间如图3 - 2所示。这是相同的位置进行了试点研究。 4.0参考资料 1。Envirosphere公司,减少砷电子工业废物,最终报告。加州卫生服务部门准备的有毒物质控制部门,替代技术部分,批准号86 - t0178, 1987年6月。 2。Envirosphere公司,流程设计减少砷电子工业废物,最终报告。加州卫生服务部门准备的有毒物质控制部门,替代技术部分,批准号86 - t0113, 1988年6月。 3所示。佩里,相对湿度奇尔顿,G.H.第五版,化学工程师的麦格劳-希尔图书公司手册,19日,纽约,1973年。 4所示。韦德,r .等,半导体行业的研究。加州工业关系、职业安全与健康部门,1981年。 5。Sax, N.I.第六版——危险的工业原料的性质 - Van Nostrand莱因霍尔德Ginhold公司,纽约,1984年。 6。Treybal,右眼书,传质操作,第三版,麦格劳-希尔公司,纽约。 7所示。Schweitzer P.A.分离化学工程师的技术手册,麦格劳-希尔图书公司,纽约,1979年。 目前过滤年代 流程图? g 图3 - 2 继续阅读:保罗罗丹尼尔N Silverman三世和安吉拉·M Porretta Chemfix技术公司 这篇文章有用吗? 0 0 推荐项目 后院炼油厂 相关的帖子 Demetallation和恢复石油燃料油的危险废物 一个安全的和伦理的重要性垃圾清除 回收电弧炉粉尘 通用动力波莫纳部门 铸造材料的平衡 在回收业务赚钱 质量控制工程师学院 生存的全球水资源短缺 使自己的燃料 DIY修理电池指南