半導體業產生有害空氣污染物之分流及與處理技術整合的研究

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行政院環保署空污費專案計劃成果報告

半導體業產生有害空氣污染物之分流及與處理技術整合的研究 Integr ation of Air Pollution Contr ol Technologies for Semiconductor

Industr y

計劃編號：NSC 89-EPA-Z-011-001 執行期間：88 年 7 月 1 日至 89 年 12 月 31 日 計劃主持人：李嘉平國立台灣科技大學化工系教授

一.中文摘耍 (半導體工業、有害空氣污染物、

污染防治技術。)

半導體工業的興起，雖僅有三十幾年，可是發展之速，卻是非常之快。而且電子產品已成為人們生活中不可缺少的必需品，各個先進國家，無不努力於研究發展，以期在工業能力及市場佔有方面能取得優勢。而近來，

由於電腦產業的突飛猛進，市場價格大幅下降，造成了 PC 升級之風潮，因此更可看出電子工業之潛力。

和其他主要工業比較，半導體工業由於本身使用之天然資源原料量較少，而原料量佔總物料量之比例甚低，且通常污染性甚低；完成後之產品縱使使用週期完畢成為廢棄物，亦多能予以回收再利用，整體而言電子業污染之可能性亦較低。但其中部分特定製造流程則因使用之原料及多種化學藥劑具環境危害性，其污染防治工作仍須格外重視。因此，現今環保署僅對半導體廠的酸鹼廢氣及有機溶劑廢氣之處理設備去除率及排放總量作管制是不夠的。

常見之污染防治技術包括吸附法、吸收法、焚化法及冷凝法，但是一種技術不可能處理所有的有害氣體污染物，因此，為了有效處理不同的有害氣體污染物，必須依污染物的處理技術加以分流後，再利用不同的污染防治設備加以處理後排放。因此蒐集相關文獻，將污染物依處理技術正確地分流，並整合所需要的處理技術，將是一重要課題。

因此本計畫首先建立製程機台與各式污染防治設備的資料庫，而後依據現有相關文獻，將各種污染防治方法能有效處理之有害氣

體污染物加以分析，建立有害空氣污染物與應配合之污染防治設備之分流的整合模式，同時配合實際檢測來驗證此污染防治控制技術之可行性。

Abstr act (Keywords:Semiconductor industry 、 Air pollution、pollution control technology) Though the rise of semiconductor industry is only about forty years, the speed of rise is very fast. The electronic products have becoming the necessity of human daily life. Every developed country have put lots of efforts to do the research and development in order to take the advance position in industrial capability and market share.

The yearly production value will be N.T 105.3 billion which declares the potential of the semiconductor industry.

Due to very small amount of raw materials used in the semiconductor fabrication and highly recycle rate of the used products. Compared with other industries, the total pollution of semiconductor industry may be lower. However, certain processing technologies may use many hazardous chemicals which cause environmental problems. Therefore, the pollution control is still an important task of the semiconductor industry.

The whole semiconductor fabrication process can be viewed as many batch reactors (process equipments) connected in a series. It is very easy to replace a particular process

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equipment with a new one or even made by different manufacturers. The process parameters will also be different for each equipment.

Therefore, in this study, will use the concepts of material balance to set up the model for each equipment then the material balance for the whole process is established by integrating each equipment model into a picked process. At the same time, the optimal exhaust strategy will be obtained.

二. 計畫緣由與目的

半導體工業的興起，雖僅有三十幾年，

可是發展之速，卻是非常之快。而且電子產品己成為人們生活中不可缺少的必需品，各個先進國家，無不努力於研究發展，以期在工業能力及市場佔有方面能取得優勢。由圖 1 可看出到了西元兩千年全球半導市場的規模可到 250 億美金之多，而國內的 IC 產值則可達到五千億之譜(圖 2)，不但如此表 1 更顯示出未來十年之間將有一兆五千億及二十幾座晶圓廠的投資計畫。

和其他主要工業比較，半導體工業由於本身使用之天然資源原料量較少，而原料量佔總物料量之比例甚低，且通常污染性較低；完成後之產品縱使使用週期完畢而成為廢棄物，

亦多能予以回收再利用，整體而言電子業污染之可能性亦較低。但其中部分特定製造流程則因使用之原料及多種化學藥劑具環境危害性，

其污染防治工作仍須格外重視。積體電路製造時使用之氣體種類及數量非常多，而且所使用之氣體大部分均具毒性及可燃性，其產生之空氣污染量少但種類繁多，大部分由有機溶劑、

酸鹼溶劑揮發產生。

三. 研究方法

本計劃之主要目的是將半導體廠所排出有害空氣污染物加以分類分流，並搭配適當之污染防治設備，所以首先以蒐集製程機台所用之化學品的資料，並建立模組產生之污染物

資料，再蒐集文獻建立分流原則，使污染物之分類分流有所依據。

待製程模組之分類分流確立後，搭配適當之污染防治設備，使染物得到適當之處理，以符合環保法規之規定。另由實廠實廠平日監測報告之分析及實際檢測方式驗證分流及污染防治設備選用之正確性。若能達到法規規定，則得以結案，若否則提出適當之建議。但是若無適當之污染防治設備時，則蒐集相關之文獻加以探討其可行之處理技術。

執行程序區分為1.製程機台資料收集、2.

建立模組產生之污染物資料、3.確立分類分流原則、4.收集污染防治設備資料、5.以實廠檢測確定分流及處理設備選用之正確性、6.未能處理之污染物，收集文獻探討其可行之處理技術。

四、結果與討論

(一)分類分流錯誤之實廠案例：

由於過去五年之中，因分流與污染防治設備整合錯誤所造成的工安事件層出不窮，但因屬小事故大多廠商均自行處理或委託顧問公司加以改善，常見的事件如表1。

(二)實廠案例A：

以某工廠製程為例其整段製程共有87個步驟。整段製程可區分為數個模組，分別為薄膜、蝕刻、氧化、植入、微影、平坦化等等。

製程如表 2 所示，初步地分流描述如下：

，非常容易發生危險故建議變更工廠製程機台或變更使用氣體。

(2)nitride etch 步驟中使用之 NF

3

氣體不能與氫氣相混，須與 oxidation 的管線分開。

(3)CVD oxide ，使用 SiH

4

不宜與 CVD nitride 的氣體相混須分開處理。

(4)Metal etch 及 via etch 步驟，排放 CF

₄

、 C

₂

F

₆

、BCl

₃

、Cl

₂

均屬氯化物不宜與 SiH

₄

(3)

相混。

依上述此分類原則將污染物分流成四段，並針對污染物特性搭配所須之污染物防治設備，結果如圖1所示。但由於此實廠未能提供其污染防治設備資料，故我們將以各大半導體廠污染防治設備之選用加以整合。

半導體製造的生產設備皆在嚴格控制的無塵室中操作，主要有氧化爐、擴散爐、清洗槽、顯影機，離子植入機及金屬濺鍍機(CVD) 等。而各類製程可能產生污染物，依據其處理特性區分，可區分為酸鹹性氣體、有機溶劑及特殊毒性氣體三類，針對此三類廢氣處理，依目前國內外業界處理經驗，其處理原則如下：

1.各類污染源所排放之污染物，可能包含多項不同特性廢氣，因此各股廢氣需先依其特性經一次處理後，再入中央廢氣處理系統處理。中央廢氣處理系統以洗滌塔為主。

2.擴散、化學蒸鍍製程中產生之毒性氣體，主要為 Cl

₂

、PH

₃

、AsH

₃

、SiH

₄

、B

₂

H

₄

等。其中離子植入機，化學蒸鍍沉積所產生廢氣為常溫，因此需先經燃燒管燃燒可燃毒性氣體，再以乾式吸附塔吸附未完全燃燒之毒性氣體。至於氧化/擴散爐所產生之可燃毒性氣體，大部份已在爐內氧化，因此廢氣經收集後，備以乾式吸附塔吸附之。

綜合上述半導體製造業常用之空氣污染控制設備，包含可燃毒性氣體燃燒管、乾式吸附塔、活性碳吸附塔、填充式洗滌塔等，

其中氣體燃燒管及乾式吸附塔(local scrubber) 均緊跟在製程設備後面就地處理排放之廢氣，因此這些處理設設均安置於廠房內；由於考量廢氣之劇毒性，之後再將其收集至廠

房外之中央廢氣處理系統(填充式洗滌塔)實施二次處理，以確保安全。

為了確認各半導體廠對於有空氣污染物的分流方式及配合之污染防治設備的正確性，我們以電話或親自拜訪訪查各裝設機台之設備廠商的工程師及各污染防治設備公司，所得之結果以污染防治方法區分，則討論如下：

（一）吸收法

半導體廠使用許多高燃燒性，高毒性及高污染性氣體。早期只利用廠務之水洗塔及一般過濾器來處理所有氣體，其效率及安全性堪慮。尤其在各支管匯流處，集合了各氣體，易生反應及 powder 阻塞。Local Scrubber 之產生便是要處理這些問題，甚至處理環保問題。使用廠務系統有以下缺點：

1.Exhaust 管中易累積 powder，如 metal etch、

CVD process… 等等，造成排氣不良，增加 pump 負擔，引起 back stream 問題。

2.大部分未處理廢氣皆排入同種 Exhaust，增加火警危機。

3.Powder 包覆高燃性氣體，於清理時易生爆炸危險。

化亞鐵吸附劑之吸附法處理。

(3)含硼族廢氣處理

硼族氣體如硼化氣(B

2

H

6

)、硼丁烷(B

)、二氯矽化氫 (SiH

2

Cl

2

)之廢氣在其後段廢液回收處理時較為複雜，故在處理此類廢氣時，較不常使用濕式洗滌法處理，而改以燃燒法等進行廢氣處理，

以達處理效果。

目前濕式洗滌法在半導體廠中，最適用的乃為在氨氣的回收處理之例子。然而，在過去使用此系統的例子中發現，氨氣的處理系統常使用酸類(如鹽酸)為洗滌液加以中和吸收再排放時，因化學反應的結果常造成白色煙霧狀的固態粒子(NH4Cl)而堵塞了排放管道，因此目前半導體廠的處理方法為利用大量的水經由填充式洗滌塔內之填充物來增加其液氣相接觸面積並可使氣液接觸時間加長，而加大氨氣之溶量及吸收效率，以達更大之去除效果。而後段之氨氣廢液處理，大都為加入酸性物質加以中和再予以排放。而廢氣在洗滌後之廢液並不會造成二次污染，且其化學性質穩定亦不具腐蝕性及毒性，因此目前在半導體製程中所產生的氨氣幾乎為以濕式洗滌法加以去除處理，故濕式洗滌法(填充式洗滌塔)是現今處理半導體氨氣之最佳方法。應用情況如表 3。

（二）吸附法

目前商業化的吸附設備處理方式包括

1.固定床活性碳(圓柱狀)吸附塔(Fixed Carbon Bed Concentrator)

2. 流動床活性碳 ( 球狀 ) 吸附塔 + 冷凝系統 (Fluidized Carbon Bed Concentrator)

3.活性碳纖維過濾器(Activated Carbon Filter)

4.固定床沸石濃縮系統 + Oxidizer(Fixed Zeolite Bed Concentrator)

5. 沸石轉輪系統 + Oxidizer(Zeolite Rotary Concentrator)

（三）燃燒法

目前商業化的直燃式設備，如表 4：

助燃性氣體中，能被處理的有 NF

3

、 NH

3

、BCl

3

、Cl

2

等，其它如 CF

4

、C

2

F

6

… 等屬於 PFCs 氣體是不易處理的。實際應用包括應用燃燒之高溫分解廢氣並提供反應氣體以反應出無害廢氣，如 Ecosys G4。通常此法與水洗合用以洗除 powder。如 Centrotherm H300，

DAS 等。燃燒式之燃料最好使用 H2，因其燃燒效率及溫度最高；但也最危險。天然氣因其單價較低且氫原子含量較氫氣多一倍，較具經濟效益。^【

^6~10

^】

另一例子 Burn box^【

^11~16

^】為旺宏電子股份有限公司 T/F 最早使用之 L/S，其作用在處理 SiH

4

及 powder。是一簡單又方便對產品。優點：製作成本低，可處理 SiH

4

及部分 powder。缺點：Maintain 頻率高(以 passivation 來說，每兩週需清一次。)，SiH

₄

易被 powder 包裹，清理時常有 powder 爆開飛散。另外，

應用於 VOCs 的處理設備如下所列：

1.VOC ABATEMENT SYSTEM:華懋科技股份有限公司，其適用範圍：

電子廠、半導體廠、LCD 廠、化工廠等之 VOC 廢氣排放處理。 VOC 含量

<150PPM ，處理風量 30,000CMH 、 55,000CMH 等。其系統之後段燃燒焚化之 VOC Destruction 效率約 99%。VOC 中，高沸點者，如 DMSO、MEA，濃度過高易影響效率及性能，以 1~2ppm 為佳。其實際應用如台灣積體電路製造股份有限公司二廠 (VOC 處理量 55,000m

³

/Hr)及五廠(VOC 處理量 56,000m3/Hr)

2.CATALYTIC FUME INCINETATOR ：良記造機工廠有限公司，其觸媒式燃燒法(酸化) 是將臭氣溶劑(臭物質)利用風車將臭氣溶劑 (惡臭物質)排送到燃燒室(觸媒反應室之溫度在 300℃)經觸媒就可很有效處理完成而將熱

(5)

氣回收再利用。

3.有機廢氣焚化設備^【

^16~22

^】：此設備之特點特點為：(1)具有 Back-mixing 區，只需使用較小燃燒器，即可獲得穩定火焰且破壞去除率又符所需；(2)使用甲烷為輔助燃料，且將輔助由多點注入前述 Back-mixing 區域內；(3) 爐內燃燒溫度係利用爐溫測或燃燒氣體之氧氣含量來回饋控制輔助燃料添加量。此設備之優點為 Turndown 可大為增加，原來需 85%額定容量可獲得穩定火焰，可降到 10%

以下仍能達穩定火焰與焚化狀況。

另外，以法規上之污染物分類污染物則可討論如下：

（一）VOCs 的廢氣處理：

如表 5 所示，目前園區內 VOCs 排放以沸石吸收配合直接燃燒為主要處理方式。

（二）廢酸

並根據調查，去除率均可達 90%以上，表示半導體廠中 VOCs 的處理方式以趨成熟，設備處理效率及成本亦能符合環保及經濟發展的要求（如表 6）。而如表 7 所示，製程產生的廢酸氣主要以洗倆去除率亦能達到 95%以上，

也表示廢酸氣的處理亦趨成熟。

（三）特殊毒性氣體

如表 4 所示，製程產生的特殊毒性氣體可概分為自燃性及助燃性兩種，自燃性有毒氣體通常來自 CVD 模組，多以強迫燃料燃燒方式，將 CVD 尾氣燃燒去除，但是屬於 PFCs 的氣體，卻未有有效的處理方式商業化。所以，目前各半導體廠為了符合環保法規之要求，廢酸及 VOCs 之污染物多以濕式洗滌塔及沸石轉輪濃縮的方式，而且已達到一定之成效。故此案例之分流與污染防治設備整合列於圖 2 中。

(三)實廠案例 B：

此半導體廠為製造動態記憶體(DRAM)之工廠，其製程模組可依前例區分為化學清洗區、擴散區、黃光區、離子植入區、蝕刻區、

薄膜區、化學研磨區、冶具清洗區及化學實驗室(A001~A009)。

每一製程模組所使用之物料如表 8 所示，

若將表中物料以模組為單位，則可分類如下：

(一) 化學清洗區(Cleaning, A001)

本區所使用之物料，以酸、鹼為主，所以排放之污染物以廢酸、鹼為主。

(二) 擴散區(Diffusion, A002)

O 等等，多在反應爐管中燃燒，所以排放之污染物以特殊毒性廢氣為主。

(三) 黃光區(Photolithography, A003)

以光阻劑即有機溶劑為主，所以排放仍以 VOCs 為主。

(四) 離子植入(Implanting, A004)

本區物料以摻質為主，故排放以特殊毒性氣體為主

(五) 蝕刻區(Etching, A005)

因針對不同材質之蝕刻物料不同，所以本區所用之物料既多且雜，例如排放廢酸、鹼之硫酸、磷酸及氨水，排放之特殊毒性氣體之六氟化硫、一氟化甲烷、一二氟化甲烷、三氟化甲烷、四氟化碳與環丁氟烷等等。

(六) 薄膜區(Thin Film, A006)

由於成長之薄膜種類不同，所須之原物料亦不同。所以本區之原物料也是既多且雜，而且大多為分類分流表上易發生管爆之原物料。

(七) 化學研磨區(Chemical polishing, A007) 本區主要使用研漿(slurry)來作表面平坦化工作，而研漿主要成分為膠體狀的矽土或分散狀的鋁土，和鹼性的 KOH 或 NH

4

OH 等溶液混合，故以鹼性廢液為主。

(八) 冶具清洗區

本區主要是使用各類溶劑與大量純水清洗冶具，因此主要以 VOCs 為主要排放廢氣。

(九) 化學實驗室

實驗室所使用之藥品種類可說是相當繁

(6)

複，可說是包含了各類廢氣。

綜合上述，整合如下表所示，再一次地確認不同模組所排放之污染物並不相同。

另外，針對此半導體廠所搭配之污染防治設備說明如下：

(一) 有機性廢氣

由製程模組之化學清洗區、離子植入區、

蝕刻區、薄膜區、及冶具清洗區所排放之 VOCs，均匯流至沸石轉輪濃縮之污染防治設備加以處理(如圖 3 )。

(二) 鹼性廢氣

由製程模組中，化學清洗區、黃光區、蝕刻區、薄膜區、化學研磨區、及冶具清洗區所排放之鹼性廢氣匯流，經濕式洗滌塔(B005 及 B006)後，由排放口 C005 排出。(示意圖如圖 4)。

(三) 酸性廢氣及特殊毒性氣體

全部製程模組均排放此類之廢氣，所以匯流後，經濕式洗滌塔(B001~B004)處理後，由排放口(C001~C004)排出。另外，化學實驗室為品管及研發部門排放之廢氣，則單獨經濕式洗滌塔(B008)處理，並由排放口(C007)排放。

綜合上述，彙整如表 9，其中酸性廢氣及 VOCs 是選用濕式洗滌塔及沸石轉輪濃縮方式處理，所以我們也蒐集實例 B 中之半導體廠自行檢測上繳至環保署環境檢驗所之監測報表，彙整列表於表 10、11，其中，表 10 為 88 年 9 月份，而表 11 是 89 年 9 月份之實廠 B 的空氣污染物檢驗結果，表中列出檢驗總氟量、氯化氫、醋酸、及 VOCs 各項，而檢驗結果亦能符合規定。但是，為了更進一步地確認準確性，我們另行委託環境檢測公司對該廠進行檢測，確定此數據之正確性，以符合品管規定。所得檢測報告如附錄二，而數據如表 12 所示，由此數據及實廠 B 之監測月報告，可再一次確認表 10 中，酸性廢氣及 VOCs 的排放經過濕式洗滌塔及沸石轉輪濃縮方式處理，

是能合乎環保法規要求的污染防治設備。

另由圖 2 中可知，該廠將酸性及特殊毒性

廢氣混流後，經濕式洗滌塔處理，酸性廢氣部分可達環保法規之排放標準，但是特殊毒性氣體就可能因種類眾多，使得以濕式洗滌塔方式加以處理時，便產生了疑慮，所以，回歸至製程模組排放的特殊毒性污染物，彙整如表 13，其中，擴散區之污染物來自於爐管；離子植入區污染物來自於植入機台；蝕刻區之 NF

₃

是由蝕刻機台排出，所以該區之污染物均來自該區所使用之同類型製程機台，可將該製程模組視為同一區。但是薄膜區排放之污染物種類眾多，且依據分類分流原則，這些特殊毒性污染物並不適宜混流排出。

若更進一步地深入分析，可分類如表 14，清楚地列出不同的污染物是來自不同的製程機台，例如 WF

₃

及 NF

₃

是排自 CVD-W 機台共 3 台，如此，我們可將薄膜區分成四區加以討論。

等。表 32 中可看出使用 PFCs 氣體的製程及管理上的問題。

(7)

由於 PFCs 是非常穩定的氣體，具有非常長的生命週期及很高的 GWP 值(如圖 6)使得這些氣體所造成的全球溫室效應，可長達數百年甚至數千之久，另外，這些氣體會對環境造成何種衝擊即對人體健康的危害卻，仍是個未知數。使得人類不得不對 PFCs 氣體做出一些管制措施。

(五)PFCs 的減量可由幾個方向來討論：

(1)CVD 上的 PFCs 減量：

1.用於清潔腔體的所有氣體中，最適合減量的氣體可能是 C

₂

F

₆

。

用來清潔腔體。目前 Novellus 有此技術可應用，

而 Applied Materials 則已久此方式的專利。

(2)dry etch 上 PFCs 的減量：

1.改善製程變數，減少 PFCs 的用量

2.利用中央集氣系統使 PFCs 能集中處理，

如 C2F

6

、CHF

3

、 SF

6

(η>95%)、CF

4

(η

>75%)

(3)處理技術方面：

1.熱氧化

2.Plasma or Microwave 3.觸媒氧化

目前商業化機台包括：

1.Edwards GRC(Gas Reactor Column)以乾式加熱吸附反應原理可處理 Etch、CVD 的氣體。配合 Temperature Management System 管狀加熱處理維持管路最佳可達 120℃以避免凝結於管路。但並不是專為 PFC 設計產品。

2.Edwards Thermal Process Unit (TPU)特別為 GWP 氣體設計，號稱可達 90%以上破壞率，以徑向流燃燒方式處理。屬 Porous Wall 處理無明火設計可大幅減少 NOx 生成。

3.Ecosys Guardian Active Oxidation Scrubber：

向下火燄與氣流垂直燃燒。國內外半導體廠有接用。

4.Ecosys Phoenix Active Flame Oxidizer，號稱 GWP 氣體可達 99%以上破壞率。使用 NG、

H2 當燃料，NOx 產生量很低。

5.Delatech CDO (Controlled Decomposition/

Oxidation)熱裂解破壞，需有特殊配備方能有效處理 PFC 產品。

6.Kanken KT-1000 以熱裂解處理。

NF

3

+ H

2

O → N

2

，HF；

^28~29

^】在溫度 700℃

時可達 100%破壞效率。

(六)結論

1. 首先針對國內半導體業現況，產業特性及污染源進行調查，並歸納出固定的製程機台排放的固定污染物。

2. 建立了分類分流的原則，使得廠商在配管時有所依循。

3. 廢酸及 VOCs 排放時，可選擇溼式洗滌塔及沸石轉輪濃縮方式處理，是能合乎法規要求的有效污染防治設備。

4. 建立了一套成功而有效的實廠分類分流模式，可快速而有效地解決廠商工安問題。

5.

針對未來即將加以管制之 PFCs 氣體，提出了先期的文獻探討採樣經驗，供產官學界參考。

五、參考文獻：

(8)

1. 工研院電子所，”1998 半導體工業年鑑” ，民國 87 年 6 月。

2. ”積體電路製程及設備技術手冊”，中華民國電子材料與元件協會/中華民國產業科技發展協進會，民國 86 年 7 月。

3. ”電子半導體業最佳控制技術研究及背景評估、研擬操作標準及規劃執行程序委託計劃”，行政院環境保護署，民國 80 年 6 月。

4. ”VLSI 製造技術”，莊達人編著，高立圖書，民國 87 年 36 月。

5. S.M.SZE, ”Semiconductor Devices Physics and Technology”, JOHN WILEY and SONS, (1985).

6. S.M.SZE, ”ULSI TECHNOLOGY”, McGRAW-HILL.

7. 彭振國、王白雲，”半導體晶圓廠之廢水廢氣處理系統介紹”，電子月刊，第三卷第九期，pp.100-111，民國 86 年 9 月。

8. 陳希寬，”深次微米半導體製程用特殊氣體簡介 ”，電子月刊，第二卷第十二期， pp.64-83，民國 85 年 12 月。

9. 黃覃君，”半導體工業空氣中揮發性有機化合物之分析”，科儀新知，第二十卷第二期，pp.30-38，民國 87 年 10 月。。

10.陳文輝，”半導體製造業製程與污染防治及相關法規概述”，經濟部工業局課程講義，

民國 86 年 3 月.

11. ”半導體製造業污染防治技術”，經濟部工業局，民國 84 年 6 月.

12.”局部排氣系統設計”，工業污染防治技術手冊，經濟部工業局工業污染防治技術服務團，民國 76 年 4 月.

13.皖之譯，”半導體用特殊氣體的除害處理對策”，電子月刊，第三卷第三期，pp.130- 137，民國 86 年 3 月。

14.”電子工業人才培訓計畫-製程設備發展的驅動力及製程環境”，經濟部工業局，民國 88 年 1 月.

15.M. T. Mocella,

Mat. Res. Soc. Symp. Proc.,

Vol.344, 1994, pp.255-258

16.旺宏公司課程講義

17.楊志超，”以生物濾床處理含苯廢氣之研究”，國立台灣大學環境工程研究所(1995).

18.”1998 工業污染防治技術-工程實務技術研

討會 ”，經濟部工業局，民國 87 年 12 月.

19.S. P. Sun, D. Bennett, L. Zazzera, and W.

Reagen,

Semiconductor International, Feb.,

1998.

20.B. A. Wofford, M. W. Jackson, C. Hartz, and J.

W. Bevan,

Environ. Sci. Technol., Vol.33,

1999, 1892-1897

21.J. A. B. Van Hoeymissen, M. Daniel, N.

Anderson, W. Fyen, and M. Heyns, Mat. Res.

Soc. Symp. Proc., Vol.447, 1997, 55-60

22.C. L. Hartz, J. W. Bevan, M. W. Jackson and

B. A. Wofford, Environ. Sci. Technol., Vol.32, 1998, 682-687

23.A. M. Pierce, J. Van Gompel,

Mat. Res. Soc.

Symp. Proc., Vol.447, 1997, 49-54

24.J. Van Gompel, T. Walling,

Semiconductor International, Sep., 1997.

25.L. Zazzera, and W. Reagen, J. Electrochem.

Soc., Vol.144, No.10, 1997, 3597~3601

26.”SDK Presents New Model of Flourine Gas

Scrubber”, news from SDK, Oct. 28, 1999 27.余榮彬、王守，”化工廠有害氣體監控技

術”, 化工技術第七卷第一期, 1999, 168-178.

28.G. M. Tom, J. Mcmanus, W. Knolle, and I.

Stoll,

Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol.344,

1994, 267-272

29.李茂松，”半導體工業中含氟廢水處理技術發展 ”, 化工技術第七卷第十二期 , 1999, 230-238

半導體廠實例說明備註

Fab.A 酸鹼廢氣未分流，排放管道內產生白煙，以半乾式靜電集塵機處理，產生管線爆炸。

Fab.B 以沸石轉輪+熱氧化處理 VOCs，因排放設計失當，導致設備著火。

Fab.C CDO 處理設備效率不佳，風管產生SiO

2

粉末，嚴重阻塞。

Fab.D CDO 處理設備效率不佳，風管產生SiO

2

粉末，嚴重阻塞，加上SiH

4

殘留，導致管線爆炸。

Fab.E 以沸石轉輪+熱氧化處理 VOCs，因處理設備設計失當，導致設備著火。

Fab.F 以固定床活性碳+蒸氣再生處理 VOCs，因處理設備設計失當，導致設備著火。

表 1 分類分流錯誤之實廠

案例

(9)

表 3 商業化吸收式設備

廠牌型號處理方

式

可有效處理

之污染物備註

Ecosys ES-50 濕式洗滌

粉末

（powder）

1.無法處理廢氣 2.需酸鹼中和才可排放

EDWARD GRC 乾式吸

收一般廢氣

無法處理粉末易阻塞，有爆炸危險，多用於無粉末之製程尾端

不詳生物濾

床 VOCs 效率可達 99%以上

表 4 燃燒法處理機台

種類氣體製程處理機台

自燃性

SiH2Cl2 SiH4

PH3 TEOS

Ecosys G4 DAS BRUN BOX 特

殊毒助

燃性

NF3 BCl3 Cl2 NH3 CHF3

CF4 C2F6

離子植入 CVD

擴散 Edwards GRC Kanken KT-1000

揮發性有機物

NMP (14%) Iso_Propanol(14%)

Acetone(10%) Ethyl Acetate(10%) Ethyl Lactate(10%) n-Propanel(10%)

HMDS(<1%) Methnol(<1%)

光阻液清洗顯像液清除蝕刻液清除晶圓清洗

VOC ABATEMENT SYSTEM 華懋、力技、倍昕

(M&W)

S T E P 製程污染物量

2 , 1 8 , 2 9 N i t r i d a t i o n N H3

S i H₂C l₂

1 8 . 5 4 6 × 1 0 - 3 m o l e / m i n 1 . 8 0 6 × 1 0 - 3 m o l e / m i n 1 , 7 , 1 5 , 1 7 ,

2 4 , 2 5 , 2 8 , 3 5 O x i d a t i o n

N2 O₂ H2

4 , 2 0 , 3 1 , 4 1 N i t r i d e e t c h N F₃ 2 8 0 s c c m f o r 1 5 . 4 m i n 6 , 2 2 ( w e t ) ,

4 2 ( d r y ) O x i d e e t c h N F₃

C H F₃

4 0 s c c m f o r 3 . 2 m i n 7 5 s c c m f o r 3 . 2 m i n 2 3 S i l i c o n e t c h H₂S O₄： H₂O₂= 4 ： 1

( a c i d v a p o r ) 6 7 , 7 5 V i a e t c h ( S i O₂)

C2F6 C F₃ O₂

1 1 2 s c c m 1 2 0 s c c m 1 4 7 s c c m 5 8 , 6 8

7 8

M e t a l e t c h ( d r y )

( w e t )

C F₄ B C l3 C l₂ 1 6 H3O ： 1 C H3C O O H ：

1 H N O₃ ( a c i d v a p o r ) 7 0 , 7 8 P o l y i m i d e e t c h O_{2 ,} V O C 6 1 , 7 3 I n v e r s i o n p r o t e c t

d e p o s i t i o n C F4, O2( c l e a n )

I o n i m p l a n t A s H3

P H₃

表 2 製程排放之污染物

污染物污染防治設備

備註酸性廢氣濕式洗滌塔

特殊毒性廢氣

濕式洗滌塔鹼性廢氣濕式洗滌塔 VOCs 沸石濃縮轉

輪

表 9 污染物及其搭配之污染防治設備

製程模組污染物種類

化學清洗區(Cleaning)-A001 VOCs、廢酸、廢鹼及特殊毒性氣體擴散區(Diffusion)-A002

性氣體

廢酸及特殊毒性氣體

黃光區(Lithography)-A003 VOCs、廢酸、廢鹼及特殊毒性氣體植入區(Implantation)-A004

廢酸及特殊毒性氣體

蝕刻區(Etching)-A005 VOCs、廢酸、廢鹼及特殊毒性氣體薄膜區(Thin Films)-A006 VOCs、廢酸、廢鹼及特殊毒性氣體

殊毒性氣體

化學研磨區(CMP)-A007 廢酸及特殊毒性氣體

治具清洗區(Cleaning-2)-A008 VOCs、廢酸、廢鹼及特殊毒性氣體

殊毒性氣體

表 8 製程模組排放之特性

鎢沉積機 C V D -W

(×3 )

W F

6

, N F

3

複晶沉積機 C V D -E p i

(×4 ) 硼磷玻璃

沉積機 (×5 )

蝕刻區 N F₃

濕式洗滌塔

濕式洗滌塔濕式洗滌塔離子植入區

A sH₃、 PH₃

擴散區

N H

3

, S iH

4

,

P H

3

, N

2

O

圖 5 正確之分流示意圖

(10)

表 6 各處理設備的初設成本及操作成本調查

處理設備處理風量(cmm) 初設成本年操作成本

活性碳吸附 508 350 18

活性碳吸附 420 250 440

活性碳吸附 177 200 400

活性碳吸附 148 80 15

生物濾床 200 500 100

轉輪濃縮焚化 950 3000 200

轉輪濃縮焚化 950 3000 360

表 5 園區處理 VOC 系統現況

半導體廠商承包商使用系統燃燒方式前處理處理量

TSMC 2 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器+ Specitial Active cat.

Bed 120000CMH

TSMC 3/4 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 68000 CMH

TSMC 5 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器+ Specitial Active cat.

Bed 112000 CMH TSMC 6 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器+ Specitial Active cat.

Bed 186000 CMH

UMC 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 84000 CMH

UMC 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 63000 CMH

PSC 力技沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 51000 CMH

WINBON 2 倍昕(M&W) 沸石雙桶吸附劑直燃式冷凝器+ Specitial Active

catalyst Bed 45000 CMH

WINBON 3 力技沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 70000 CMH

WINBON 4 華懋沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器+ Specitial Active

catalys Bed 45000 CMH

WINBON 5 力技沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器

MOSEL 茂德倍昕(M&W) 沸石雙桶吸附劑直燃式冷凝器+ Specitial Active

catalys Bed 70000 CMH

HITEL II 力技沸石轉輪吸附式直燃式冷凝器 42000 CMH

PSMC(翔準) 倍昕(M&W) 沸石雙桶吸附劑直燃式冷凝器+ Specitial Active

catalys Bed 7000 CMH

表 7 半導體製造業無機酸之防制技術調查酸鹼處理方式

排放濃度排放總量(kg/hr)

工廠

代號處理

方式去除率

HF ppm

HCl ppm

H 2 SO 4

mg/m ³

HNO 3

ppm

H 3 PO 4

ppm HF HCl H 2 SO 4 HNO 3 H 3 PO 4

SC-02 洗滌

塔 99% 5.3 5.5 SC-03 洗滌

塔 99% 5.3 5.5 16 16 0.15 0.29 0.56 1.2

SC-16 洗滌

塔 >95% 6.2 5.2 0.02 0.37

SC-12 洗滌

塔 >95% 0.16 0.87 0.29 0.4

表 13 製程模組排放的特殊毒性污染物

製程模組酸性及特殊有毒性廢氣備註

擴散 NH3, SiH4, PH3, N2O 均用於爐管離子植入 AsH3, PH3 用於植入機台

蝕刻 NF3 用於蝕刻機台

薄膜 W F6, NF3, NH3, N2O, PH3, SiH2Cl2, H2

*

製程模組

酸性及特殊有毒性廢

氣

說明

W F6, NF3 鎢沉積機，共 3 台

PH3, H2 磷、硼玻璃沉積機，共 5 台 SiH2Cl2 複晶沉積機，共 4 台薄膜

NH3, N2O 電漿輔助氣相沉積機，共 6 台

表 14 薄膜區排放廢氣種類及機台數目

(11)

SC-17 洗滌

塔 >95% 4 0.19

SC-04 洗滌

塔 95% 6.6 1.25 1 10

SC-07 洗滌

塔 95% 0.81 0.28 0.15 3.9

表 12 自行委託之檢驗結果

排放口污染物種類污染物濃度排放標準濃度單位

C06 總有機氣體

NIEA A412.70A(1hr) 8.08 － ppm

苯 N.D<0.

1

1659 ppm 丙酮 N.D<0.

2

44024 ppm C08

異丙酮 N.D<0.

2

23464 ppm 苯 N.D<0.

1

1466 ppm 丙酮 1.1 39021 ppm C09

異丙酮 12.8 21501 ppm

N i t r i d a t i o n ( N H₃, S i H_{2 ,}C l₂)

N i t r i d e e t c h ( N F 3 )

洗滌塔 (水 )

O x i d e e t c h ( N F3, C H F3)

低溫熱分解 N i t r i d e e t c h

( N F3)

V i a e t c h ( S i O₂)

M e t a l e t c h ( C F₄, B C l₃, C l₂,

a c i d v a p o r )

I n v e r s i o n p r o t e c t d e p o s i t i o n

( C F₄, O₂)

9

低溫熱分解

O x i d a t i o n ( V O C )

P o l y i m i d e e t c h

( V O C ) 沸石吸附

轉輪濃縮

焚化焚化

圖 1 污染物分類分流及搭配之控制設備流程

製程 Process modules

污染防治

設備排放口

^{擴散區} _A002

化學清洗區 A001 製程 Process modules

濕式洗滌塔 B001

濕式洗滌塔 B002

排放口 C002 排放口

C001

污染防治

設備排放口

表 11 八十九年空氣污染物檢驗結果

排放口

污染物種類

污染物濃度

排放標準

濃度單位總氟

量

6.3 3

10 mg/N m

3

氯化氫

6.8 6

80 pp

m C0

1 硝

酸

4.72*

10

-3

5.1

8

g/s 總氟

量

2.1 2

10 mg/N m

3

氯化氫

8.9 8

80 pp

m C02

硝酸

2.11*

10

-3

5.1

8

g/s 總氟

量

2.1 0

10 mg/N m

3

氯化氫

8.7 5

80 pp

m C03

硝酸

0.01 5

5.5 3

g/s 總氟

量

2.4 4

10 mg/N m

3

氯化氫

21 80 pp

m C04

硝酸

N.D<1.64

*10

-4

5.1

8

g/s

C05 氨

氣

0.03 3

39.

0

g/s(M 總有機氣 A)

NIEA體

A433.71(1hr)

N.D<5.

02

pp C06 m

總有機氣 NIEA體 A433.71(1hr

) N.D<5.

02

pp m

化學研磨區 A 0 07 薄膜區

A 0 06 蝕刻區

A 0 05 離子植入區

A 0 04 黃光區

A 0 03 擴散區

A 0 02 化學清洗區

A 0 01

化學實驗室 A 0 09 冶具清洗區

A 0 08 製程 P ro ce ss m o d u le s

濕式洗滌塔 B 0 0 1

排放口 C 0 06

沸石濃縮轉輪 B 0 07 濕式洗滌塔

B 0 0 3 濕式洗滌塔

B 0 0 2

濕式洗滌塔 B 0 05

排放口 C 0 05 排放口

C 0 04 排放口

C 0 03 排放口

C 0 02 排放口

C 0 01

排放口 C 0 07

污染防治

設備排放口

酸性及特殊毒性廢氣

濕式洗滌塔

B 0 0 4

濕式洗滌塔 B 0 06

濕式洗滌塔 B 0 0 8

圖 2 酸性廢氣及特殊毒性氣體之分流示意圖

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