李祯
中国电子系统工程第二建设有限公司
摘 要：本文从薄膜液晶面板制造工艺入手，列举了该类工艺常见的废气种类，重点介绍了PECVD机台的运作原理及其废气的排放处理，最后通过归纳整理，给出了一种可靠的PECVD废气处理方案。
关键词：液晶面板、PECVD、废气处理
1.引言
薄膜晶体管液晶显示器件（TFT-LCD）生产工艺，主要分为阵列（ARRAY）、彩膜（CF）、成盒（CELL）、模组（MODULE）四大制程，在此过程中，会产生大量废气，主要包括一般热废气、酸性废气、碱性废气、有机废气、氮氧化物废气、剥离液废气及PECVD废气。其中，PECVD废气是由气相沉积过程中产生的，包含大量的有毒有害物质，此种废气的治理，在整个液晶面板生产过程的显得尤为重要。
2.PECVD机台
PECVD为化学气相沉积过程，属于阵列（ARRAY）制程的重要组成部分，其主要设备为PECVD（Plasma Enhanced Chemica Vapor Deposition），即等离子增强化学气相沉积设备，在此过程中借由气体混合物发生的化学反应，利用等离子体，在玻璃基层上沉积一层固态化合物的过程。
PECVD的反应主要分为薄膜沉积及清洗两个过程，在上述两个过程中，主要用到N2、He、Ar、H2、NH3、SiH4、PH3/H2、NF3等气体。
材料源（反应气体）以气体形式进入工艺腔体内，利用强电场或磁场使材料源电离产生等离子体，等离子体中含有高活性的化学基团，这些基团经过化学和等离子体反应在样品表面气相沉积形成固态薄膜。
在生产过程中介电质沉积在基板表面的同时也沉积在反应腔体内任何地方，需要通过清洗将介电质薄膜从制程设备零件和反应腔体内壁移除。部分项目采用三氟化氮（NF3）作为PECVD制程设备零件和反应腔体内壁清洗气体。清理原理为：使用氟碳/氮化合物作为氟的原材料气体，在Plasma（等离子场）作用下，氟碳/氮化合物会被分解释放出氟自由基，氟可移除氧化硅及氮化硅。
3.PECVD废气种类
通过上述对PECVD机台生产过程的简述及反应物质的分析，PECVD废气的处理主要包含如下三类：
第一类：PECVD反应气体，主要为SiH4/NH3/NF3/N2/PH3/H2等。
第二类：在PECVD机台生产过程中的生成气体，主要为SiF4/NO/NO2等。
第三类：在PECVD废气处理过程中，附带产生的相关气体及物质，主要为SiO2/NO/NO2。
4.PECVD废气处理
PECVD废气的处理，其本质上是将其生产过程中的副产物及剩余反应气体，处理为无毒气体直接排放或以废水、固态粉末的形式进一步处理后排放。通过对其原料气体及反应生成物的分析，可以得出如下的处理流程。
4.1第一阶段废气的处理
在PECVD废气所含的众多废气成分中，SiH4、PH3、H2、NF3属于剧毒或易燃易爆气体，需先行处理。该类废气的处理设备通常称作POU，一般都是PECVD机台自带，放置于该机台附近的回风夹道或下技术夹层，属于Local Scrubber。
该类设备常见的有吸附式、燃烧式、燃烧水洗式、氧化式等，根据PECVD所使用原料气体的不同，采用不同的处理方式。目前在大型薄膜液晶面板制造厂，催化氧化式及燃烧水洗式较为常见，下面将重点讲述催化氧化式Local Scrubber。
催化氧化式Local Scrubber，是利用高温（火焰燃烧或热电偶加热），使气体达到氧化所需的温度，转变为没有危害的气体，应用范围较广，主要用来处理SiH4、PH3、H2、NF3等。
POU的设置，应和PECVD机台一一对应关系，且布置距离越短越好，通常情况下，POU都布置在洁净室内PECVD机台正下方的技术夹层内，且两者之间链接的排气管道为竖向直接连接，减少管路中的弯头、变径等情况，以避免有毒有害气体从风管接头处泄露，同时亦可防止冷凝液和颗粒物的积聚。
在POU内高温热氧化反应后的废气，为高温排气，直接排入后续管路，在安全性等各方面都是不容许的，因此其反应后的废气必须经过降温处理后，方可进入后续管路。通常情况下，热氧化POU装置可采用冷空气直接冷却的方式，冷却空气可直接从洁净室下技术夹层抽取即可，但从节能的角度考虑，POU所用的冷却空气可抽取洁净室尚未经过干盘管冷却处理的洁净室循环空气即可。
4.2第二阶段废气处理
在第一阶段废气处理中，SiH4通过充分燃烧，其生成物为白色粉末SiO2，SiO2粉末很容易在管道内沉积，造成管路堵塞，也很容易造成后续洗涤塔填料的堵塞，因此在进入洗涤塔之前，除尘是必不可少的措施之一。
常用的除尘方式主要为干式除尘（弹匣式除尘器、布袋式除尘器）及湿式除尘器（文邱里除尘器、湿式电除尘器），通过该类项目的不断探索及实践， 弹匣式除尘器具有过滤效率高、安装占地面积小、滤材清洁效果好等特点，广泛用于薄膜液晶面板制造行业。
弹匣式除尘器主要有高效弹匣滤材、滤材固定箱、下料斗、逆冲空气阀、粉尘收集桶、压缩空气缓冲罐等部件构成。
弹匣式除尘器的布置，通常在FAB厂房支持区或者屋面，在布置时，除了考虑管路的连接和设备的维修之外，还要考虑收集后粉尘的临时存储及外用，设置在屋面时，通常需要考虑就近设置直通屋面的货梯。
从POU排向弹匣式集尘机的废气中，含有大量SiO2粉尘，为避免粉尘堵塞管路，该段管路设置备用管，即所谓的AB管，管道内气流速度宜选用较大的风速，以避免粉尘在管道内的沉积，同时为方便清理管路内已沉积的粉尘，管路应均匀设置检修口。
4.3第三阶段废气处理
通过上述前两个阶段的处理，PECVD尾气中，所含的成分主要是NH3、NF3、SiF4、NO、NO2等，可以需要通过洗涤方式处理，主要添加药剂为H2SO4、NaClO2、NaHS、NaOH等。
常用的洗涤塔有立式和卧式两种，具体的选用，可根据项目现场的实际情况来确定，洗涤塔系统主要包括洗涤塔塔体及贮液槽、填充层、除雾器、溶液循环系统、系统仪表与 PLC 控制、系统电气和控制盘、补水、排水及消防喷淋系统、排气排气筒及采样平台（含后续检测用电）等。
（1）第一级去除氨气,添加药剂为H2SO4。
（2）第二级加还原剂和碱液去除NO2，添加药剂为NaOH+NaHS。
（3）第三级主要是去除所有酸性气体，添加药剂为NaOH。
通过上述三个阶段的处理，已经完成对PECVD废气的处理，可以达到相应排放标准，可直接排放。
5.结论
薄膜液晶面板制造业是典型的高污染、高耗能企业，环保及节能是其面临的重点问题。在其产生的各类废气中，有毒有害的PECVD废气是非常需要引起重视的，随着薄膜液晶面板制造业及废气治理行业的迅速发展，这类废气的治理方案已经相对成熟，但在设计阶段及运维阶段，还需对生产所用原料气体及相应浓度进行全面分析，这样才能在设备选型、化学品添加等方面更加合理，使得废气处理取的更好的效果。
6.参考文献
[1].秦学礼.集尘电路生产厂房废气的污染及治理[M].第五届中国国际集成电路产业展览暨研讨会论文集.2007年.P194~P201
[2].张俊、袁玉梅.薄膜液晶面板制造业生产工艺废气污染及治理.北方环境.2011年第7期.P172~P173
[3].沈祖宏、刘书俊.集成电路制造中化学气相沉积工艺废气的处理.洁净与空调技术.2011年第1期.P4~P7