降而導致捕集效能的折減，已有 Tsai et al. (2004)的相關研究，以經驗公式(empirical approach)描述污染物進口濃度與去除效率的關係。其研究基於統計迴歸，利用實
並發展「螯合冷凝捕集」相關技術(Kuo et al., 2012; Chuang and Kuo, 2014; Chuang and Kuo, 2015; Chuang et al., 2016)，針對低濃度污染物，提出冷凝衝擊瓶採樣器 (chilling impinger)的應用，將採樣原理由傳統濃度梯度驅力的擴散，改變成以非均 勻相冷凝成核的捕集方式。不同於 Tsai et al. (2004)與 Vizhemehr et al. (2013)的經
驗公式，本研究利用 Fick 第二定律(Fick's Second Law)的動態擴散原理，來建立空 氣中低濃度污染物洗滌過濾的數學模型，並進一步以尤拉法(Euler’s method)與分離 變數積分法，取代繁複的迭代計算過程，推導模型的近似解與真解，用以進行污 染物去除效率的預測。藉由本理論模型的演算，推論在質傳模數不變的條件下，
傳統空氣污染物洗滌技術於結構上存在著捕集效率的極限，故接續 Chuang and Chang (2012)超純氣系統後處理技術之研究，延伸發展螯合冷凝法，用以改善低濃 度污染物的捕集效率。
1.2 研究範疇與限制
本研究的範疇包含推演低濃度污染物去除效率折減現象的理論模型，與提出 改善低濃度污染物捕集效率的方法。就去除效率的理論模型數值驗證部分，主要 援用 Chen (2005)
與
Vizhemehr et al. (2013)文獻中，以不同進口濃度空氣洗滌與過 濾的實驗結果，直接進行模型的驗證，本論文不另安排去除效率量測實驗。同時 染物可以利用衝擊瓶(Impinger)設備採樣，其水樣送離子層析儀1(IC, Ion-exchange Chromatography)分析。而硼、磷污染物，則藉由晶片被動沉積採樣法，再將水樣 以感應耦合離子質譜儀2(ICPMS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)分 析。本研究所提出之低濃度污染物捕集效率的改善方法，是以 12 吋半導體晶圓廠 潔淨室環境空氣當中的酸鹼氣體與無機硼(boron)、磷(phosphorus)做為採集標的，其中包含晶圓傳送盒(FOUP, Front Opening Unified Pod)內環境的釋氣(outgassing) 污染物採集。所提出的「螯合冷凝法」乃藉由冷凝衝擊瓶採樣器，將潔淨環境中
於本論文中做進一步的探究與討論。僅就低濃度污染物去除效率折減的現象，提 出「螯合冷凝捕集」方法，針對低濃度污染物，將採樣原理由傳統濃度梯度驅力 的擴散，改變成以非均勻相冷凝成核的捕集方式。
1.3 研究途徑
針對低濃度污染物所產生的去除效率折減問題，本文循數學方法建立模型，
探討就同一空氣洗滌或過濾系統，在所有操作條件皆相同的情況下，僅因進口濃 度的下降，即產生去除效率折減的結構性問題，研究路徑(roadmap)如圖 1 所示。
本研究利用有限元素法與微積分方法，進行去除效率的定量描述和推導，以 俾對去除效率折減問題提出新的觀點，並提供簡明的計算工具方程式，來描述進 口濃度與去除效率的特徵關係。藉由理論模型的建構，以數據形式反映客觀現象，
來探究問題發生背後的原理。在取得由演算結果與 Chen (2005)及 Vizhemehr et al.
(2013)研究中實驗印證相符的結論之後，再進一步來探索解決問題的可能方案，提 出以創新的冷凝衝擊瓶採樣器應用，改變傳統污染物捕集的質傳方式並改善去除 效率折減的問題。
圖 1.研究路徑圖
1.4 研究方法
本論文所使用的研究方法，乃以問題解析(problem solving)的方式，逐步發掘 問題與分析現況，將複雜的效率問題加以解析，俾以尋求解決方案。研究步驟流 程如圖 2 所示。
圖 2. 研究步驟流程圖
本研究首先依據低濃度空氣污染物去除效率偏低的現象，進行文獻討論，在 確認問題之後，便試圖建立數學模型，以推導該現象之本質問題。接著透過與實 際量測之去除效率做比較，再以修正假設之數學模型。
在確認數學模型之後，經求解邊界條件微分方程式，得知延長洗滌時間與增 加洗滌路徑，對低濃度污染物捕集效率的增益有限，推論質傳能力才是影響低濃
度污染物去除效率的關鍵因素。因此便以質傳效率設計實驗，用以驗證數學公式 推論的可靠性。最後發現，改變傳統介質質傳途徑的螯合冷凝法，確實可以有效 提高低濃度污染物的捕集效率。
1.5 論文架構
本論文內容共分為六章，第一章緒論旨在說明論文研究之目的，並簡述因此 所發展的新方法。第二章為文獻回顧，針對潔淨室技術的演進與低濃度污染物的 行為特徵做背景說明，並就傳統採樣技術進行探討，作為論述依據。第三章推導 低濃度污染物的數理模型，分別就空氣洗滌與活性碳濾網做專章探討，建立除污 設備之效率預測速算方程式，並彙整 Chen (2005)與 Vizhemehr et al. (2013)研究數 據，進行驗證；第四章提出創新的冷凝衝擊瓶採樣法及螯合冷凝技術，應用於潔 淨室環境與 FOUP 內部的酸鹼氣體採樣。另在第四章後半段，亦將上述方法延伸 應用至無機類的硼、磷等污染物的採樣，並設計實驗，與傳統控片法進行彙整比 較。第五章就理論方法與實驗進行討論，探討理論公式應用的限制條件與改變質 傳路徑提昇質傳模數，進而增進低濃度污染物捕集效率的可行性。最後一章總結 本論文的貢獻，並為此研究做結論與建議。