化學機械研磨廢水處理技術

半導體晶圓製造廠目前發展最快速且最受矚目的化學機械研磨技術在製程 中會產生大量的 CMP 廢水，而此廢水性質會隨著研磨對象、研磨液、清洗技術 的不同而有所不同，例：Oxide-CMP、W-CMP、Al-CMP、Cu-CMP 等廢水。

就國內半導體廠而言，目前廠家一般多以化學混凝法處理此股CMP廢水，但 普遍有過量加藥與混凝成效不彰的情況，對於回收水再利用上存在著莫大的瓶 頸；亦有部分的廠家以薄膜過濾程序來處理CMP廢水，藉此可減少化學藥劑加藥 量、改善處理效率，更能提高回收水再利用的機會，因此利用薄膜過濾程序處理 CMP廢水儼然已成為趨勢^(蔡，2001)。

目前國內有關 CMP 製程廢水的處理方法，除了傳統的化學混凝沈澱法外，

亦有薄膜過濾處理程序(例：MF 微過濾法、UF 超過濾法、陶瓷膜過濾法、動態 膜過濾法)，還有利用溶解空氣浮除法(Dissolved Air Flotation)系統探討對 CMP 研 磨廢液的水回收處理，及利用電混凝/電透析法等較有效率的方法。

(1) 化學混凝沉澱法

劉氏 (2000)等 以不同混凝劑(氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、多元氯化鋁、

多元硫酸鐵及幾丁聚醣)及搭配藥劑(活性白土、聚丙烯醯胺等)進行對濁度去除效 果的探討。結果顯示，在適當的 pH 範圍下，可節省大量混凝劑，且濁度可達到 80~90％的去除效果。且若在進行混凝前先進行酸洗的步驟，可去除介電層研磨 廢水顆粒的穩定度，而後再加以混凝處理，則可擴大 pH 最適處理範圍，且濁度 去除率可提升至98.5%以上，有助於實廠的操作。

Golden et al. (2000) 利用添加過量的石灰、硫酸鋁、氯化鐵及高分子助凝劑，

Lin and Yang (2004) 利用化學混凝配合 RO 程序處理 CMP 廢水，對其廢水中 之濁度及COD 問題進行研究。研究結果顯示，經處理後之可移除廢水中將近 99%

的氧化固體物及降低廢水COD 至 100 mg/L 以下，可達到相當好的出流水直並可 以再回收利用。利用臭氧為 RO 濃縮液之前處理，每小時可將 COD 移除超過 80%

即可直接排放。

(2) 薄膜過濾技術

李氏 (2000)等 以微過濾法(MF)處理實廠 CMP 廢水，利用動態膜(Dynamic Layer)原理，可將出流水懸浮顆粒濃度降至 1.0 mg/L 以下，導電度可低於 125 µS/cm，並進行回收再利用評估。

Browne et al. (1999) 利用孔徑小於CMP 廢水中的顆粒的 UF 薄膜處理 CMP 廢水，藉此有效阻隔廢水中懸浮的微細粒子。研究結果顯示，利用 UF 處理可獲 得含有極低離子濃度及低 TOC 濃度的澄清濾液，因此可將濾液回收至逆滲透系 統或離子交換處理系統中進行更進一步的處理。

(3) 外加電場掃流微過濾 (Crossflow Electro-membrane Filtration)

由於廢水中的懸浮微粒常帶有電荷，且可能會與薄膜表面產生電化學效應，

若於掃流薄膜過濾操作中施加一電場，使帶電微粒產生電泳現象而遠離濾膜表 面，便可減少微粒在濾膜表面沉積附著的機會，進而有效改善處理成效，並提高 濾液品質，此即為外加電場掃流微過濾的優點所在^(蔡，2001)。

楊氏 (2002)等 利用掃流薄膜電過濾及電透析的原理，自行設計製作一套模 組處理CMP 廢水。結果顯示此模組可將 CMP 廢水之濁度與 TOC 濃度降至 1 NTU 及1.1 mg/L 以下。處理後之濾液分兩股收集，檢測水質後發現其水質與電解還原 水性質近似，可供回收再利用。

(4) 溶解空氣浮除法

浮除乃是將懸浮物質、膠體、乳化物及溶解物質等轉變成能浮起之物質並將 之去除，其中包括劇烈的攪拌與泡沫浮起。藉由無數細小的空氣氣泡將微小且難 以沈降之懸浮微粒凝聚並漂浮於水面，再以浮渣清除器(Skimmer)自液面移除之。

林氏 (1999)等 利用柱槽溶氣浮除法回收 CMP 廢水中之二氧化矽，發現單以 調整廢水本身 pH 值至廢水等電位點的方式來進行柱槽溶氣浮選，並無法有效地 將污染物質浮除分離，需另添加銅、鋁離子作為二氧化矽之活化劑，並以油酸鈉 作為捕集劑、戊醇作為起泡劑，如此方可得到較佳的分離效果，而固體含量可減 少至0.02%以下，濁度降低至 8 NTU 以下的處理效果。

連氏 (2001)等 利用分散式空氣浮除法，發現添加陽離子界面活性劑及配合 調整廢水 pH 值可以得到良好的浮除效果，其殘餘濁度可達 10 NTU 以下。另外 利用溶解空氣浮除法中，除添加界面活性劑外，還加入了混凝劑(鋁鹽及鐵鹽)作 為活化劑，結果顯示能得到良好的浮除效果，但添加混凝劑僅能改變水中微粒的 表面性質，對浮除效果的貢獻有限。當提高飽和壓力及迴流比率等操作條件，可 促進浮除的反應動力，但並不影響最終的浮除效果。

(5) 電混凝/電透析（Electrocoagulation / Electrodecantation, EC/ED）方法

Raghavan et al. (1999) 利用電混凝/電透析技術來處理半導體業 CMP 廢水，

結果顯示此法不僅可以有效去除廢水中極微小的懸浮顆粒外，亦可一併去除廢水 中的溶解銅離子，且處理後的出流水若是再經過薄膜過濾程序，即可再次供給製 程使用，對水資源回收再利用問題可以有效的解決，此技術的應用不但能夠延長 薄膜的使用壽命，而且原本溶解的銅離子亦可收集成有用資源再加以利用。

Den and Huang (2005) 利用電混凝技術來處理連續進流的人工合成 CMP 廢 水，其結果顯示其電場強度與所施加的電流密度及水溶液中的導電度有關，並非 依據極板的間距；且處理後的殘餘濁度隨著水力停留時間及電流密度的增加而減 少，且濁度移除率可以達到 95%以上，此法較傳統加入 PACl 的混凝要產生更少 的污泥，且可回收其處理槽體底部的研磨液，且處理過程中不需經過 pH 的監控 調整。