半導體製程廢水回收技術

根據「新竹科學工業園區節約用水輔導計畫執行要點」對於製程用水回收率 說明為：舉凡與工廠生產製程有直接相關知水資源回收皆列入製成回收率計算，

所謂直接與生產製程有關者，包含超純水之製程以及使用超純水之工廠生產製程。

半導體廠回收的模式為「回收利用（Reuse）」，也就是不論經過處理或未經處理，

將排放水回用至前製程用水單元所使用之方式［18］。其做法會訂定出回收水進流 水質限值及用途，將廢水以導電度進行選別回收利用，或以回收技術進行處理回

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（Pretreatment system 或 Primary Treatment system），前處理系統的單元流程主要可 分為兩大類，（1）RO + IX 型式：逆滲透單元（reverse osmosis unit，RO）置於離 子交換單元（ion-exchange unit，IX）的上游；（2）IX + RO 型式：逆滲透單元置 於離子交換單元的下游，兩種類別的進水水質可參考表2［19］。一般來說，RO +

Process Flow

Silica (mg/L)

Residual chlorine

(RO brine)

0 or

＜1.0

4.5-7.5 (for scale

control)

-

IX + RO ＜2.0 - ＜0.3 - ＜0.2 - ＜500

砂濾及活性碳反洗廢水、離子交換樹脂再生廢水方面。由於廢水特性不像製 程生產所排放的製程廢水般含有許多未知的化學物質以及其反應生成物；只有系 統在去除自來水中的不純物後，利用反沖洗以及離子交換系統再生的鹽酸、液鹼

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置換反應出來的懸浮固體以及鹽類等。以某半導體廠為例，依超純水單元再生特 性將其區分為不需加藥與需加藥再生兩大類型，其中不需加藥再生的單元有凝集 沉澱槽、活性碳塔、回收水活性碳塔等；需加藥再生的單元有兩床三塔、混床離 子交換樹脂塔與回收水陰離子交換樹脂塔。將各單元反洗及再生時的程序步驟，

分別分析排放廢水的特性，直接回收或以簡單過濾或調勻處理回收，並配合實廠 測試，藉由樹脂交換能力理論公式計算，執行單元再生週期的延長；達成計劃目 標為超純水系統再生廢水回收水質能達到酸鹼度pH 介於 6~9 之間，電導度≦200 μS/cm，每日平均回收水量 200 噸以上（約佔該廠總用水的 6%）供給冰水機冷卻 水塔使用［21］。至於儀表量測廢水，通常可以直接過濾後回收再利用，但須考慮 儀表量測時是否有加入化學藥劑等因素。

2. 製程廢水回收技術

半導體晶圓製造程序是十分複雜與精密，需經過數百道步驟，而製程中會使 用大量且種類複雜的化學藥品，故若要將製程設備機台排放之廢水進行再利用，

其排水必須經過回收處理。廢排水經處理後，水質較佳可回收再利用至各使用點，

水質較差部分則排放至廢水處理廠進行放流處理。

以新竹科學工業園區某半導體十二吋晶圓製造工廠為例，該廠於建廠初期即 制訂製程機台排水分類標準，並依據此標準進行排水分流之回收處理設備規劃，

將排水依據總有機碳、導電度、氟離子、雙氧水、異丙醇等條件進行水質分流，

再依據各類排水水質情形建立排水水質標準，其回收處理系統名稱及單元、水質 分類條件及回收使用點，詳見表3 所示。其中純水回收（PWR）、排水回收（WWR）

及酸鹼系排水回收（AWR）排水屬於水質較佳者，可經回收處理後回用至純水製 造系統再利用；低濃度酸鹼排水回收（AWL）、低濃度氫氟酸廢水回收（FWL）、

氧化層化學機械研磨廢水（O-CMP）與金屬層化學機械研磨廢水（M-CMP）排水 屬水質較差者，經回收處理後回用至公共系統再利用，其餘廢排水則導入廢水處 理廠處理後放流［22］。

另外，對於半導體廠濕式蝕刻及清洗製程排放的低濃度氫氟酸廢水及製程中 使用的含氟氣體，經 Local/Central 洗滌塔洗滌後之含氟廢水，可使用前處理加上 逆滲透方式處理，在pH 10~11 時，對 F^-的去除率甚至可高達98~99%［23，24］。

12 採Crossflow Filtration 搭配 Dead-End Filtration 全方位薄膜處理程序（Total solution for water treatment），將產出物僅剩濾液回收及污泥清運，往廢水零污染排放之目 標邁進［27］。

表3 某十二吋晶圓製造工廠製程排水回收處理設備單元［22］

回收處理系統名稱 水質分類條件 處理單元 回收使用點

PWR Cond.＜10 μS/cm

TOC＜0.5 ppm Micro Filter

Make-up tank DI water tank WWR reclaim sys.

AWR reclaim sys.

WWR Cond.＜1000 μS/cm

TOC＜1 ppm ACF/WA/SB

Make-up tank DI water tank Filtered. W tank

Bio feed tank AWR Cond.＜2000 μS/cm

TOC＜5 ppm ACF/WA/SB Make-up tank Filtered. W tank AWL Cond.＜2000 μS/cm

TOC＞5 ppm ACF/RO/EVP Make-up tank Filtered. W tank FWL Cond.＜2000 μS/cm

F^-＜2000 ppm ACF/SB/EVP Make-up tank Filtered. W tank O-CMP O-CMP

Waste water

Ceramic Filter/MB

Make-up tank Filtered. W tank M-CMP M-CMP

Waste water

Ceramic Filter/MB

Make-up tank Filtered. W tank

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以新竹科學園區來說，純水製造系統通常是以自來水作為原水的來源，若以 回收基準來說，原水水質標準可詳表4 ［28］。若回收至冷卻水塔之水質標準，可 參照表5［29］。另外，製程廢氣處理系統（Scrubber）洗滌水導電度一般建議可控 制在5 mS/cm 以下［30，31］。

表4 新竹科學園區原水水質［28］

成分名稱/組成 單位 原水水值

酸鹼度 pH 值 7.0~7.6

電導度（Conductivity） μS/cm 240~370 鈣離子（Calcium ion, Ca²⁺） ppm as CaCO3 80~90 鎂離子（Magnesium ion, Mg²⁺） ppm as CaCO3 30~35 鈉離子（sodium ion, Na⁺） ppm as CaCO3 20~60 鉀離子（Potassium ion, K⁺） ppm as CaCO3 2.4~3.6 碳酸根（Carbonate, CO32-） ppm as CaCO3 70~90 硫酸根（Sulfate, SO42-） ppm as CaCO3 45~64 氯離子（Chloride, Cl^-） ppm as CaCO3 16~33 硝酸根（Nitrate, NO3-） ppm as CaCO3 ＜2.0

鐵離子（Iron ion, Fe^x+） ppm 0.05~0.5 錳離子（Manganese ion, Mn^x+） ppm ＜0.02

總矽量（Total Silica, SiO2） ppm 5.0~10.0 溶解二氧化碳（Dissolved CO2） ppm 9.8~12.6 氯氣，臭氧（Cl2，O3 etc.） ppm 0.2~1.2 總有機碳含量（Total Organic Carbon, TOC） ppm 1.1~2.5 污泥指數（Slit Density Index, SDI） 6.0~6.7 溫度（Temperature） ℃ 15~27

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表5 冷卻水塔補充水質建議值［29］

項 目 水質限值

pH 7.0~10.0 M-alkalinity（as CaCO3），mg/l 7.0~10.0

Mn，mg/l 7.0~10.0

SiO2，mg/l ＜50

T-Fe，mg/l ＜0.5

TDS，mg/l ＜500

Bacteria，organism/l ＜100 SO42-，mg/l ＜200 PO43-，mg/l ＜1

COD，mg/l ＜10

SS，mg/l ＜3

Turbidity，NTU ＜10 ＊林園廠參酌台鈉及美國 EPA 與 WPCF 標準，訂定之建議值