主題:半導體製程用水回收率研究計劃

1. 說明:近幾年來由於科技業的發達，台灣成為世界上重要的半導體生產重地，同時也是世界上12吋晶圓廠最密集重地，政府除了在新竹建立科學園區外，後續增加台南、及台中，而這些半導體的設立基本要求不外乎，土地、電力、水及交通，這四項是廠商投資設廠最基本要求，今天我只對水部份做說明，台灣地形地峽人稠，水源主要來源是由水庫收集而台灣天氣雨量集中4~8月渴水期長，再加上近年來溫室效應與聖嬰現象，幾忽是每年都有缺水狀況，如此一來首先農地休耕，接下來自來水減壓供應，分區限水等措施紛紛出竉，人人搶水時耳所聞，而科技產業唯有藉由適當回收設備和水車載水來因應，政府單位更是強制性要求各廠做到製程回收水回收率達到80%，但多年下來始終無法達成，歸咎原因是水源複雜、技術不足、花費成本等都是造成各廠無法配合政府政策，因此出身工程的我藉由多年的經驗以及目前我公司實際運轉狀況來進行研究，進而讓有準備進行回收或進行中的人員有所貢獻。
2. 製程水源分析:以半導體廠製程排放水源包含1.有機廢水2.無機廢水3.一般酸鹼廢水4.CMP化學金屬研磨廢水5.DHF低濃度氟酸廢水6MHF中濃度氟酸廢水等六大項，以下我將一一分析各項水源特性及回收難易度做說明。 1.首先是介紹無機廢水，這股水源本身TOC值低約1PPM以下、導電度400us/cm以下、PH4~6、雙氧水5PPM以下是所有水源中最好處理，而這股水源約佔總用水量30%。 2.有機廢水顧名思義本身含有高農度有機溶劑及IPA(異丙醇)其TOC濃度3~10PPM、導電度600us/cm以下、PH3~6、雙氧水10PPM以下其主要還是將TOC降低即可回收，水量約佔整體30%。 3.CMP因為是研磨清洗費液其主要成分包還二氧化矽及分散劑和矽粉顆粒，水質如下SS200~600mg/l、Ph6~8、導電度300 us/cm以下、二氧化矽80ppm以上，處理起來較為困難，水量約佔10%。 4.DHF 水質為TOC濃度1~2PPM、導電度1000us/cm以下、PH1~5、氟離子濃度100PPM以下、雙氧水20PPM以下濁度5NTU以下，這股水也相當難處理約佔水量15%。 5.MHF水質為TOC濃度1~2PPM、導電度1000~5000us/cm、PH1~3、氟離子濃度100PPM以上、雙氧水20PPM以上濁度5NTU以下，這股水目前無法回收處理約佔水量5%。 6.最後是一般酸鹼廢水這股水源是前幾項水源前置清洗動作所排放下來因此水質極差，水質為TOC濃度10~20PPM、導電度1000~2000us/cm、PH2~10、雙氧水20PPM以上，這股水目前亦無法回收處理，約佔總水量20%。
3. 回收設備處理方法: 1.無機廢水主要只要經過活性碳過濾桶稍微處理，雙氧水可完全去除，另外活性碳也可去除部份TOC根據經驗可去除20%左右，回收率扣除逆洗水量，回收率約97%，活性碳出口部份需注意加裝TOC分析儀，回收之水量可全數回收至自來水儲桶再利用。
2. 有機廢水主要只要經過活性碳過濾桶稍微處理，雙氧水可完全去除，另外活性碳也可去除部份TOC再經過UV殺菌處理及5um過濾濾芯，最後是由RO逆透薄膜處理，過程中因有機廢水容易長菌故加裝UV，除此之外尚需2個月定期清洗桶槽，最後RO是主要去除機制，其TOC去除效率約70%，RO亦需每月藥洗一次，總回收率扣除活性碳逆洗及藥洗水量，回收率約97%，回收之水量85%至自來水儲桶再利用，另10%為RO濃縮水其TOC值高可回收至RCW次級設備用水使用。
3.CMP廢水主要藉由UF超過濾系統去除SS，並將SDI降至1以下，其過濾
孔徑約0.1~0.01um，接下來RO去除二氧化矽及分散劑，此時為避免RO結垢需將PH調整至10避免二氧化矽產生結垢，過程中RO主要去除矽離子濃度60PPM可降至0.5PPM， UF反洗水量約5%排放，RO產水75%將回收至自來水儲桶再利用，另25%RO濃縮水供給RCW使用。
4.DHF廢水主要藉由活性碳過濾桶稍微處理，雙氧水可完全去除，另外在經過陰陽離子塔(離子交換樹脂)處理，陰陽離子塔再過程中主要去除氟離子濃度100PPM可降至0.1PPM，導電度1000us/cm可降至10us/cm以下，活性碳反洗水量約佔3%，陰陽離子塔再生廢水佔5%，整體DHF回收水量92%，可回收 至自來水儲桶再利用或RCW使用。
4. 回收水量計算:
1.無機回收水30%*97%=29.1%
2.有機回收水30%*97%=29.1%
3.CMP回收水10%*95%=9.5%
4.DHF回收水15%*92%=13.8%
5.製程總回收率81.5%
根據以上算法是理想值計算，大部分無塵室機台常未按程序進行分流排水，造成回收水量不足，另外不正常系統設計與操作都無法達成回收率80%以上。
5. 研究方法:藉由各廠家提供意見與流程，進行評比與成本分析和回收效益、再透過國內外廠商提供新技術與設備，提升人為誤操作造成之水量損失。
5.1儀篩篩選研究:各種水源不同作分流及藉由儀器篩選，例如有機及無機廢水都須有線上TOC分析儀作篩選控制，這一點大部份公司為節省成本常常忽略此重要性，造成系統處理效能降低，或產水水質不良情形，因此不同廢水選擇適當儀器，具有極重要研究指標。
5.2處理設備研究:目前市面上處理設備部外乎RO、UF、UV、臭氧等高級處理，但廠牌眾多，材質極特性均不同，價格差異性也差很大，透過各種設備處理效果比較，如何選擇適用處理設備，是回收系統成敗關鍵。

5.3回收成本研究：計算各回收系統每立方米水量成本，是否符合經濟效益，包含樹脂再生藥劑、清洗藥劑、耗材更換、電力耗費以及成本回收，都是各廠關心的重點，畢竟賺錢工作才有人做。
6.結論:目前許多中小型電子廠也是因為資金及技術問題所以遲遲未做回收系統，若能深入了解及研究後，必然有信心作回收系統，畢竟外面有太多失敗例子，而藉由這份研究讓大家了解水回收必要性，不再遙不可及，有水當思無水之苦，哪天真的全台大限水，再懊悔就來不及了。