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半导体制造中局部洗涤器（LSCs）排放的 NOx 是突出污染问题。本研究开发臭氧预氧化单元结合湿法洗涤技术，实验室与现场实验显示，O?/NO 摩尔比 > 1.0 时 NO 转化率近 100%，NO?湿法去除率超 80%，长期运行 NOx 去除率接近 100%，为半导体行业 NOx 达标排放及可持续制造提供可靠技术支撑。
随着人工智能、物联网和 5G 等现代技术的飞速发展，半导体芯片需求激增，半导体制造工厂（fabs）在全球范围内快速扩张。然而，芯片制造过程中需使用多种化学物质，由此产生的污染物排放带来了严峻的环境挑战，其中氮氧化物（NOx）排放尤为突出。在半导体制造的燃烧 - 湿法和等离子体 - 湿法局部洗涤器（LSCs）中，高温过程会引发氮与氧、羟基自由基等反应，生成 NOx，成为行业亟待解决的污染控制难题。现有低氮燃烧器技术虽能减少部分 NOx，但进一步减排受限，且选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）等技术因需高温运行，无法适配温度低于 60℃且高湿度的 LSCs 废气处理。因此，开发适用于低温、高湿度工况的高效 NOx 控制技术成为半导体行业实现净零排放目标的关键。
本研究由中国台湾地区的研究人员开展，得到了台湾地区 “国家科学及技术委员会”、教育部门以及阳明交通大学高等教育深耕计划的支持。研究团队聚焦半导体制造中 LSCs 排放的 NOx 治理，设计并系统评估了臭氧（O?）预氧化单元结合后续湿法洗涤系统的性能，旨在优化不同 LSCs 废气的臭氧预氧化工艺，为行业提供切实可行的 NOx 控制方案。
研究采用的主要关键技术方法包括：一是设计并构建臭氧预氧化单元，该单元由离心式水分离器、臭氧发生器、氧化室和臭氧破坏器组成，用于实现 NO 的高效氧化；二是开展实验室测试，通过控制不同 O?/NO 摩尔比，评估 NO 向 NO?的转化效率，并利用填充床湿法洗涤器测试 NO?的去除效果；三是进行现场实验，针对等离子体 - 湿法和燃烧 - 湿法 LSCs 的实际废气，在连续 24 小时运行条件下验证臭氧预氧化单元与湿法洗涤协同处理的长期稳定性和 NOx 去除效率。实验样本来源于半导体工厂 LSCs 排放的实际废气。
臭氧预氧化单元的设计与核心作用
研究团队开发的臭氧预氧化单元是整个 NOx 控制技术的核心。该单元首先通过离心式水分离器去除废气中的大液滴，避免对后续设备造成影响；随后，臭氧发生器产生臭氧，进入氧化室与废气中的 NO 发生反应；最后，未反应的残留臭氧通过臭氧破坏器处理，防止对后续工艺产生不利影响。这一设计充分考虑了半导体制造废气的复杂性，具备良好的适用性和安全性，为 NO 的高效氧化奠定了设备基础。
臭氧预氧化对 NO 的转化效率
实验室和现场实验均证实了臭氧预氧化单元对 NO 的高效转化作用。当 O?/NO 摩尔比高于 1.0 时，NO 被氧化为 NO?的转化率接近 100%。实验数据与理论预测高度吻合，表明氧化过程遵循 O?与 NO 之间已明确的反应路径。进一步研究发现，虽然过量 O?可引发 NO?的进一步氧化，但会显著增加运行成本，因此不建议进行该步骤。这一结果明确了臭氧使用的最佳比例，在保证氧化效率的同时兼顾了经济性。
湿法洗涤对 NO?的去除效果
湿法洗涤作为臭氧预氧化后的关键步骤，有效实现了 NO?的去除。实验室测试显示，湿法洗涤对 NO?的去除效率超过 80%，验证了该方法在 NO?减排中的可靠性。在实际废气环境中，NO?与废气中的水蒸气及其他污染物发生反应，生成亚硝酸（HNO?）、硝酸（HNO?）等酸性气体以及颗粒相中的硝酸根（NO??）物种，这些产物易被湿法洗涤过程捕获，从而实现 NO?的高效去除。
长期运行下的 NOx 整体去除性能
长期现场测试进一步证明了该协同技术的稳定性和高效性。在 O?/NO 摩尔比约为 1.0 的氧化阶段，针对实际废气条件连续运行 24 小时，NOx 去除效率接近 100%。这一结果表明，臭氧预氧化结合湿法洗涤技术在半导体制造实际工况下能够持续稳定地发挥作用，完全满足行业对 NOx 排放控制的严格要求。同时，经臭氧破坏器处理后，出口臭氧浓度约为 0.01 ppm，符合半导体制造的安全和环境标准，避免了残留臭氧带来的二次问题。
本研究通过系统的实验室和现场实验，充分验证了臭氧预氧化结合湿法洗涤技术在半导体制造 NOx 控制中的有效性和实用性。研究明确了 O?/NO 摩尔比高于 1.0 时，NO 可实现近 100% 转化为 NO?，而湿法洗涤对 NO?的去除效率超 80%，两者协同作用下长期运行的 NOx 去除效率接近 100%。这一技术成功解决了低温、高湿度半导体 LSCs 废气的 NOx 治理难题，克服了传统高温技术的应用限制。
从实际应用价值来看，该技术具有显著优势：一是运行条件温和，适用于低温高湿废气，无需额外加热，降低能耗；二是成本可控，通过优化 O?/NO 比例避免过量臭氧使用，减少运行成本；三是安全性高，配备臭氧破坏器有效处理残留臭氧，保障后续工艺安全。此外，技术的稳定性和高效性使其能够满足日益严格的环保法规要求，为半导体制造企业实现可持续生产、达成净零排放目标提供了有力支撑。
未来，该技术有望在半导体行业得到广泛应用，并为其他行业的低温废气 NOx 治理提供借鉴。研究团队表示，将继续优化设备结构和工艺参数，进一步提升技术的经济性和适用性，推动半导体制造业的绿色转型升级。
