半导体制造业化学机械研磨废水特性及其处理 - 经济部工业局产业资讯网.pdf

工業污染防治 第 79 期(Jul.2001) 125 半導體製造業化學機械研磨廢水特 性及其處理 黃志彬 * 摘 要 半導體製造業為我國最重要產業之一，由於精密度要求的提升，製程所需用 水量及其排放廢水量與日俱增，其中化學機械研磨廢水的處理問題在未來也會逐 漸浮上檯面。目前絕大部分的半導體廠皆以傳統化學混凝沉澱方式來去除研磨廢 水中的懸浮固體。但廢水中顆粒特殊，具有粒徑微小 、粒徑分佈範圍狹窄及擁有 極強的界達電位特性，易造成混凝沉澱操作的效能不彰，及大量加藥的現象。因 此，本文先對化學機械研磨廢水 中不同的化學添加劑以及對其極細微砥粒 (Abrasive)在水中的特性做一介紹。此外，分別再以傳統化學混凝、薄膜技術、化 學浮除法以及電混凝程序四種不同機制的處理技術，針對化學機械研磨廢水進行 評估比較，以提供半導體廠在處理研磨廢水時之參考 【關鍵字】 1.化學混凝（Chemical Coagulation ） 2.薄膜分離（Membrane Separation ） 3.電混凝（Electro-coagulation ） *國立交通大學環境工程研究所教授 126 半導體製造業化學機械研磨廢水特性及其處理 一、前 言 半導體製造業為我國目前最重要的產業之一，其中晶圓在製造過程需要消耗 大量的超純水，隨著製程技術的進步，晶圓面積增大 ，線寬縮小，元件積集度不 斷地提升，可預期的是製程所需要的用水量將會以倍數激增，其中 60~70%的超純 水是用於洗滌程序(據經濟部技術處估計，六吋晶圓製造之超純水總用水量為 1 噸 /片，而八吋晶圓為 2.5~3 噸/片，若提升至十二吋晶圓則總用水量將遽增至 10~15 噸/片) 。此外，製程中所須的化學藥劑用量亦將大幅提高，清洗後所排放的廢水量 也會相對而大增，加重對環境的負荷。 半導體製程主要產生蝕刻廢水、光刻廢水、爐管清洗廢水、逆滲透廢水、離 子交換樹脂廢水及化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)廢水。一般 半導體工廠在廢水處理流程方面將廢水粗分為氟系廢水及酸鹼廢水兩大類，至於 重金屬廢水及研磨廢水則視需要而將其獨立出來，其 中研磨廢水的處理方式現階 段各廠家仍不同，有的是採用化學混凝沉澱方法，部份與氟系廢水合併處理，其 餘則未處理直接排放。 隨著製造技術的進步，在幾年內即將跨入 0.1 μm 世代，相對在研磨廢水中的 懸浮顆粒也會變得比現今的更小且更難去除。此外， 由於對晶圓表面潔淨度的要 求增加，未來耗費在清洗程序的用水比例必定數倍於今日，綜合上述趨勢可知， 在未來的半導體廢水處理問題中，化學機械研磨廢水的處理問題將逐漸浮現出 來，不僅是量的增加，質的改變也令人擔憂，如當製程的線寬達到 0.13 µm 以下， 銅製程的導入將是未來的趨勢，而銅之化學機械研磨技術也勢必加入，可預期的 廢水中多了一項危害物質需要處理。目前美國已明文指出將嚴加管理半導體產業 的研磨廢水，相信在不久的將來台灣也會採取相關的管制措施。 工業污染防治 第 79 期(Jul.2001) 127 二、化學機械研磨廢水 2.1 CMP 廢液及廢水 2.1.1 廢水來源 CMP製程所產生的廢水主要分為兩部分，一為研磨後漿液(Spent Slurry) ，一 為CMP後清洗廢液(Post-CMP Cleaning Wastewater) 。其中研磨後漿液又包含介電層 研磨廢液與金屬層廢液，介電層廢液一般包含SiO2 研磨粉末，去離子水及一些分 散劑，而金屬層廢液的組成則包含各種不同金屬導線的溶出金屬、Al O 及增加研 2 3 磨速度之氧化劑。在後