在半导体制造领域，酸碱废气塔作为核心治理设备，其应用贯穿于光刻、蚀刻、薄膜沉积等关键工序。本文结合半导体工艺特性，从废气来源、针对性治理方案、组合处理技术及工程案例四个维度展开，旨在为行业提供兼具创新性与实用性的解决方案。

 一、废气来源与成分解析

半导体废气的复杂性源于多工序协同作业的特性。光刻环节使用的光刻胶溶剂（如PGMEA、IPA）挥发形成有机废气，而蚀刻工序中氟化物（CF₄、NF₃）与氯气（Cl₂）的使用则产生强腐蚀性酸性气体。扩散工艺中的磷烷（PH₃）、硼烷（B₂H₆）等特种气体，不仅毒性高，还可能引发爆炸风险。此外，清洗工序中硫酸（H₂SO₄）、氢氟酸（HF）的挥发，以及光刻显影过程释放的氨气（NH₃），进一步加剧了废气成分的多样性。

 二、分工序治理方案设计

 1. 光刻与显影工序

光刻工艺中使用的光刻胶和显影液是碱性废气的主要来源。显影过程中，四甲基氢氧化铵(TMAH)等碱性溶液与光刻胶反应，释放氨气(NH₃)等挥发性碱性物质，浓度可达50-200ppm。这些废气具有强刺激性，会腐蚀设备并危害操作人员呼吸道健康。同时，光刻胶剥离环节使用的丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂还会产生VOCs废气，与碱性气体形成复杂混合污染物。

废气特征：以VOCs（异丙醇、丙酮）为主，含微量NH₃。  

治理方案：  

- 预处理：采用HEPA过滤器去除光刻胶颗粒，防止堵塞后续设备。  

- 核心处理：沸石转轮吸附浓缩+RTO蓄热焚烧。沸石转轮通过疏水性分子筛吸附VOCs，脱附后形成高浓度废气进入RTO燃烧室，在850℃下彻底氧化为CO₂和H₂O。  

- 协同优化：NH₃通过酸液喷淋塔（H₂SO₄溶液）中和，避免与有机废气混合引发副反应。

 2. 蚀刻与刻蚀工序

湿法刻蚀使用氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)等混合酸液，产生含氟化氢、氮氧化物的酸性废气，其中HF浓度可达100-500ppm，具有强腐蚀性和剧毒性。干法刻蚀则使用CF₄、Cl₂等等离子体，生成氟化物、氯化物等二次污染物。某8英寸晶圆厂数据显示，刻蚀工序废气占全厂酸性废气排放量的35%以上，是腐蚀性最强的废气源。

废气特征：含HF、HCl、Cl₂等强酸性气体，部分工序释放PFCs（全氟化合物）。  

治理方案：  

- 分层处理：  

  - 一级处理：石灰乳喷淋塔（Ca(OH)₂溶液）中和HF，生成CaF₂沉淀。  

  - 二级处理：碱液喷淋塔（NaOH溶液）去除残留HCl、Cl₂，同时设置除雾器拦截液滴。  

  - 深度净化：干式吸附床（活性氧化铝）吸附痕量氟化物，确保排放浓度＜0.1mg/m³。  

- PFCs专项处理：采用高温热解炉（＞1200℃）分解NF₃等温室气体，产物经碱液吸收生成NaNO₂。

 3. 薄膜沉积（CVD/PVD）工序

CVD工艺使用硅烷(SiH₄)、TEOS等前驱体，产生含未反应硅烷及SiO₂颗粒的混合废气。硅烷爆炸极限极宽(1.3%-98%)，且自燃温度仅54℃，安全风险突出。PVD工艺则产生含金属粉尘(如Al、Cu)的废气，颗粒物浓度可达200mg/m³，易在管道沉积。

废气特征：硅烷（SiH₄）、磷化氢（PH₃）等自燃性气体，伴随NH₃和酸性副产物。  

治理方案：  

- 安全优先：  

  - Local Scrubber预处理：等离子体火炬将SiH₄分解为SiO₂和H₂O，PH₃通过催化燃烧转化为P₂O₅。  

  - 中央系统深度处理：NH₃经酸液喷淋塔中和，酸性气体进入多级碱洗塔，最终通过活性炭吸附箱应对浓度波动。  

- 防爆设计：管道安装阻火器与泄爆片，设备接地防止静电积聚。

 4. 离子注入与扩散工序

离子注入和扩散工艺使用磷烷(PH₃)、砷烷(AsH₃)等剧毒气体，虽然用量少(通常<1%浓度)，但半数致死浓度LC50仅为5-50ppm，需特殊处理。某12英寸晶圆厂实测数据显示，掺杂工序废气中PH₃浓度虽仅0.8ppm，但因毒性极高，需单独收集并采用专用破坏性处理技术。

废气特征：砷烷（AsH₃）、磷烷（PH₃）等高毒气体，伴随NOx和金属蒸汽。  

治理方案：  

- 分级处理：  

  - 初级分解：专用燃烧炉（850℃以上）将AsH₃氧化为As₂O₃，PH₃分解为P₂O₅。  

  - 酸碱中和：燃烧产物通过碱液喷淋塔吸收，金属颗粒经布袋除尘器拦截。  

- 智能监控：在线监测系统（CEMS）实时追踪AsH₃浓度，超标时触发氮气保护装置。

5.清洗工序

废气特征：RCA标准清洗流程使用硫酸-过氧化氢混合液(SPM)、氨水-过氧化氢混合液(APM)等，产生含硫酸雾(H₂SO₄)、氨气(NH₃)的复杂废气。其中硫酸雾粒径多在0.1-1μm范围，易形成气溶胶，传统除尘设备难以捕捉。清洗槽废气还具有间歇性排放特点，浓度波动幅度可达±30%，对处理系统稳定性提出挑战。

治理方案：组合"化学洗涤+冷凝回收"工艺：碱性废气通过稀H₂SO₄喷淋塔(pH控制在2-3)，酸性废气采用NaOH喷淋(pH10-11)，均使用专利型双向流填料塔，气液比优化至1.5L/m³。后续安装管壳式冷凝器，将废气冷却至5℃回收异丙醇等溶剂，回收率达75%。上海某晶圆厂实施后，年回收IPA溶剂320吨，创造经济效益256万元。

 三、组合处理技术体系

 1. 酸碱废气塔的协同应用

- 多级串联模式：酸性废气依次通过碱液喷淋塔（处理HCl）、酸液喷淋塔（处理NH₃），最终经除雾器排出。喷淋液循环使用，通过pH传感器自动补加药剂，实现动态平衡。  

- 材料创新：采用PP（聚丙烯）或PTFE（聚四氟乙烯）材质填料，耐受HF、H₂SO₄的长期腐蚀。

 2. 混合废气处理集成方案

- 高风险场景：含硅烷（SiH₄）和氟化物的废气，采用“Local Scrubber（等离子分解）+ 碱液喷淋塔+活性炭吸附”组合。SiH₄在等离子体中分解为SiO₂颗粒，经喷淋塔去除后，残留氟化物被活性炭吸附。  

- 大风量低浓度场景：沸石转轮吸附浓缩（20-30倍）+ RTO焚烧，适用于光刻废气治理。RTO热回收效率＞95%，能耗较传统工艺降低60%。

3.废气塔-RTO联合工艺‌

针对含有机物的酸碱废气，先经洗涤塔去除酸性组分，再进入RTO处理VOCs。关键控制参数：①洗涤塔出口废气温度需冷却至<40℃，避免影响RTO蓄热体；②设置pH反馈控制系统，确保中和完全，防止盐结晶堵塞RTO阀门；③RTO前加装粉尘过滤器，截留洗涤塔可能带出的盐颗粒。合肥某晶圆厂案例显示，组合工艺使HCl和VOCs排放浓度分别降至0.5mg/m³和10mg/m³以下。

4.废气塔-沸石转轮集成系统‌

高风量低浓度废气先经洗涤塔预处理，再通过沸石转轮吸附浓缩。技术创新点包括：①在洗涤塔与转轮间设置气-气换热器，将废气温度调节至40-45℃最佳吸附温度；②转轮脱附区采用180℃热空气脱附，浓缩气体返回洗涤塔循环处理；③配置在线TOC监测仪，动态调节转轮转速(1-6rph)。南京某半导体项目运行数据显示，该系统能耗比传统工艺降低35%。

 四、九丰环境工程案例实证

 无锡滨湖区12英寸晶圆厂酸碱废气治理

项目背景：该厂蚀刻车间日均排放HCl 500kg、HF 80kg，原有单级碱洗塔处理效率仅85%，氟化物排放超标。  

改造方案：  

- 工艺升级：  

  1. 新增石灰乳喷淋塔预处理HF，Ca(OH)₂投加量自动调节至pH=10。  

  2. 原碱洗塔改造为二级处理，NaOH浓度提升至25%，填料层高度增加50%。  

  3. 末端增设活性炭吸附床，填充量5m³。  

- 治理成效：  

  - HF排放浓度从30mg/m³降至0.08mg/m³，HCl去除率达99.2%。  

  - 年节约药剂成本32万元，废水中氟化物含量下降90%，减少危废处置量150吨。

上海奉贤区化合物半导体厂混合废气治理

项目背景：该厂CVD工序产生SiH₄（500ppm）、PH₃（200ppm）及NH₃（150ppm），传统水洗塔无法满足安全要求。  

创新方案：  

- 核心工艺：  

  1. 前端配置Local Scrubber（等离子型），SiH₄在等离子体中分解为SiO₂和H₂O，PH₃氧化为P₂O₅。  

  2. 废气进入三级喷淋系统：一级碱洗（NaOH）去除P₂O₅，二级酸洗（H₂SO₄）中和NH₃，三级水洗去除残留颗粒。  

  3. 末端设置活性炭吸附箱作为安全屏障。  

- 技术突破：  

  - SiH₄分解效率＞99.9%，PH₃浓度降至0.1ppm以下。  

  - 系统响应时间＜10秒，可在SiH₄泄漏时自动触发紧急切断阀。

半导体厂酸碱废气塔的设计需紧密贴合工艺特性，通过“分类收集、分级处理、深度净化”的技术路径，结合智能监控与材料创新，实现环保合规与经济效益的双赢，将来构建“设备-工艺-管理”一体化解决方案，为半导体产业绿色高质量发展赋能。