TSUGA:從碩士論文到成功的除氮氧化物(DeNOx)解決方案
在半導體產業生產中,有效去除氮氧化物 (NOx) 至關重要。這些有害化合物是在生產過程中產生的,對環境和健康構成重大風險。DAS Environmental Experts 以創新的解決方案支援客戶有效處理這些有害廢氣。

在 Subfab 中有效減少氮氧化物(NOx)
DeNOx 是一種用於去除半導體生產過程中產生的氮氧化物(NOx)的方案,以及其後在 Subfab 中製程氣體的處理。氮氧化物(NOx)是 危害環境和人類健康的有害化合物,DeNOx製程包括使用催化劑和還原劑,在氣體排放至大氣前吸收或化學轉化其中的氮氧化物(NOx),從而降低環境污染。
DAS Environmental Experts (DAS EE) 早在 2017 年便著手解決半導體生產中的高效氮氣處理問題,並迅速開發出 TSUGA-這是一款用於二次廢氣處理的獨立運行解決方案。這項最初源於內部開發專案的碩士論文研究,迅速獲得廣泛關注。DAS EE研發團隊憑藉薩克森州卓越的研究生態系統,特別是在德勒斯登工業大學與弗萊貝格礦業大學的支援下,專注於開發更高效的廢氣處理方案—透過可串接於廢氣處理系統(如 燃燒/水洗式系統) 後端的二次處理系統。

實驗裝置
第一步,我們建立了一個帶有上游除塵過濾器的簡化實驗室系統。該系統基於使用氨(NH3)的選擇性催化還原 (SCR)技術。半導體生產過程中產生的廢氣首先在燃燒式Scrubber系統中使用整合式燃燒製程進行處理,然後進行洗滌。在下一步中,處理後的廢氣會通過下游 DeNOx 系統中的高效膜過濾器進入 SCR 反應器,與作為還原劑的氨(NH3)混合,並加熱到 180 °C - 300 °C 的溫度範圍內。之後,廢氣流經蜂巢式催化轉換器,在轉換器中氨(NH3)被還原為氮氣和水蒸氣。
圖表顯示 TSUGA 的工作原理

高還原效率
該系統實現了高達95%的氮氧化物(NOx)極高減排效率,以及總粉塵含量高達99.9%的卓越處理效能。經處理後的氣體可安全排放至環境中。多項因素共同造就了這些優異數值,首要關鍵在於專為整合型設計且高效運轉的選擇性催化還原(SCR)反應器。透過精密調控各項參數——包括氨(NH3)摻混比例、精準溫度設定及製程熱能最佳化利用——TSUGA系統在維持較低能耗與氨(NH3)逸剩率的前提下,實現上述高效能表現。同時,整合式微粒分離器-集塵系統確保對催化轉換器的最大程度保護。
其他多篇學術論文探討了製程優化的進一步可能性,特別是通過開發一種基於線上測量去除效率和氨逸剩量的高效控制方案。此外,還進行了全面的測試,以便能夠在盡可能接近現實的條件下評估系統中各組件之間的相互作用。除了系統在分離和熱能回收方面的效率外,重點還在於敏感壓力要求下的運行穩定性。

從實驗室計畫到工廠試驗
2021年,此技術方案引起某知名半導體製造商的高度關注,該公司正尋求創新解決方案以大幅降低氮氧化物(NOx)排放量。DAS EE作為長期可靠的環保技術解決方案供應商,早已獲得該企業認可。透過與客戶的緊密合作,實驗室專案在短短六個月內升級為工廠試驗,並於2022年在製造商的晶圓廠內進行首次耐久性測試。透過快速調整技術以符合客戶特定需求,DAS Environmental Experts成功驗證了當時尚未命名的測試系統性能。
意外挑戰在於:這套後來命名為TSUGA*的SCR系統,並非如最初假設般接入DAS EE燃燒/水洗式系統的下游,而是接入另一供應商的系統下游。透過對測試裝置進行必要調整,以適應上游製程的氣體流量及其他特性,DAS的環境專家們累積了寶貴經驗,使TSUGA得以靈活適應不同製程應用。

技術規格
DeNOx:使用氨(NH3)的選擇性催化還原(SCR)技術
高還原效率,不受氮氧化物(NOx)來源限制:高達 95%**
低氨(NH3)逸剩率:精確控制還原劑用量,氨逸剩量低至 10 ppm**
適用於 NO 和 NO2 的彈性解決方案,濃度範圍寬廣,最高可達 4000 ppm,總流量最高可達 5000 slm
低能量需求:低溫製程及熱交換器回收能量
DeDust:薄膜過濾器 (表面過濾)
催化劑必要的前處理
PM2.5、PM10和總粉塵的去除效率高(高達 99.9%)
適用於典型的燃燒後 PM 污染物
** NOx 去除效率(DRE) 和 氨(NH3)滑移之間的權衡:增加 DRE 會導致氨(NH3)洩漏量增加,反之亦然。
透過跨部門協作邁向成功
DAS 的廢氣 (BUG) 和水資源 (BUW) 兩大業務部門之間的良好合作,使得系統的快速發展成為可能。水處理業務向來屬於專案型業務,需在限定時限內於指定地點精準實現客戶需求。此種特殊專案管理模式成功應用於實驗室設備的快速升級,使其蛻變為成熟的客戶產品。此聯合行動獲得豐碩成果:在試點專案尚未完成之際,DAS EE已接獲針對高量產製造(HVM)優化的TSUGA系統追加訂單。
DAS EE 對於客戶的高度信任感到非常自豪,這充分證明了我們在智慧環境解決方案開發領域所取得的卓越成就!

與所有 DAS 產品名稱一樣,TSUGA 這個名稱來自植物學,指的是鐵杉樹的屬名,其主要特徵是耐久性和防潮性。