工業界的氮氧化物
保護環境與氣候變遷已經成為越來越受重視的議題。過去幾年，各界的焦點大多集中在二氧化碳 – 其被蒙上 “氣候殺手”的惡名 – 以及懸浮微粒。
氮氧化物的定義
氮氧化物包含一整群由氮與氧構成的化合物。其中主要焦點包括一氧化氮(NO)與二氧化氮 (NO2)，兩者被分類為NOx。一氧化氮(NO)是一種具生物活性的無色物質，在人體中有傳遞生物訊息的作用，由於會使血管擴張，因此廣泛用於心臟診療、心臟手術、以及治療新生兒的肺循環高血壓上。一氧化氮在大氣中很容易氧化成為二氧化氮。二氧化氮(NO2)是一種紅棕色、高毒性、具刺鼻味的氣體，在超過攝氏200度時會分解成一氧化氮與氧。另外，它在接觸水氣後還會產生酸，進而形成酸雨，而且這兩種氮氧化物都是形成夏季霧霾的來源成分。這些物質會損害人類與動物的健康，尤其是二氧化氮會刺激與損害氣道與眼睛的黏膜，以及導致肺功能下降。倘若吸入大量這些有毒氣體將會導致呼吸困難以及肺水腫。
氮氧化物的形成
NOx主要是氮透過各種燃燒過程進行氧化所生成，這些生成機制之間具有顯著的差別。
熱力型氮氧化物(Thermal NOx)是在相對高溫(超過攝氏1300度)下經由燃燒空氣中的氮與氧所構成。燃料氮氧化物(Fuel NOx)則是燃料在攝氏800度下透過化學鍵結合氮元素生成。這些複雜的化物程序會受到反應條件影響。此外，氮在焰面燃料原子團(CHx) 的影響下還會轉變成瞬時生成氮氧化物(Prompt NOx)。在正常的燃燒過程中，NOx 有95%的成分為NO，而NO2則主要是燃燒時和大氣中的氧結合而生成。在不利的製程條件下則會生成一氧化二氮(N2O)，也就是笑氣。笑氣在醫藥領域用主要作為麻醉劑，在食品業則用作為燃氣。笑氣本身也是一種溫室效應氣體，其暖化效應比二氧化碳高298倍。
NOx的生成機制和半導體產業受影響減量與製程之間的關聯
環境政策的焦點:氮氧化物
為此，全球許多國家已針對NOx規範嚴格的限制。許多政府當局努力限制這些空污的排放。燃燒碳油這類石化燃料產生的廢氣，是大氣中氮氧化物的主要來源。交通工具排放這類污染的比重並不高(約佔所有排污的40%)。固定污染來源所佔比重約30%，主要包括電廠、焚化廠、玻璃與水泥廠、以及煉油廠。生成氮氧化物的過程除了燃燒外，還包括與硝酸的反應，因此，使用化學肥料的農業也逐漸成為排放NOx的其中一種來源(約10%)。
產業界的反應
根據美國環保署的報告，整體來看大氣中NOx的含量多年來呈逐漸下滑的走勢，在德國NOx排放量從1990年的28.92億噸下降到2016年的12.17億噸，減少了58%。然而各國當局仍在考慮進一步緊縮上限以減少氮氧化物的排放量。例如歐盟針對氮氧化物排放所頒布的最佳可行技術參考文件(BREF)對採用天然氣作為燃料的焚化廠實施了更嚴格的規範，其要求在2021年將排污降至30 mg/Nm3 以下(每日平均3% 的O2)。目前的上限(德國聯邦排污控制法[BlmSchV]實行細則第13條) 為100 mg/Nm3。業界對此產生激烈的爭議並著手進行調適，因為若降低上限，未來不僅會影響發電廠的規劃，也會影響諸如半導體產業之高科技行業。畢竟即使所謂”環保”的產業也會排放氮氧化物。
晶圓無塵室產生的氮氧化物
保護環境與健康一向是高科技產業關心的課題。所有企業在面對有必要的情況下都會盡可能持續改進其製程。舉例而言，在現代廢棄物處理技術的支援下，科技業最近已經停止將有害物質排放到大氣。達思DAS Environmental Expert的環境專家正研發各種解決方案來致力降低工廠未來排放氣體所含的氮氧化物。一般用作為保護氣體的氮氧化物，在正常條件下具有極高的惰性，不過在溫度升高時則會形成熱式氮氧化物(thermal NOx)。如圖1所示，這方面主要會影響負責處理蝕刻製程產生的全氟化合物的焚化廠。反應爐中分解全氟化合物所需的高溫，會因替代效應促使生成氮氧化物。此外，半導體產業需要用到氮來分離氮化物層，如化學氣相沉積製程中通常會運用一氧化氮來生成氮氧化層。三氟化氮(NF3) 不只用於微電子製造，還會用在薄膜螢幕與薄膜太陽能電池製程中以清洗化學氣相沉積的反應室，此外還有生產晶態矽太陽能電池中所用到的阿摩尼亞(NH3)。這些殘留的氮化合物若沒有進行化學反應，就會藉由其他製程氣體的熱量進行分解，以致成為排放廢氣中氮氧化物的來源，而這也構成了燃料氮氧化物(fuel NOx)生成機制的基礎。
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