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技術專文

反應機制如下反應式C與D：
圖1、半導體砷化物的流向 圖3、廠區歷年（2010-2016年）煙道砷的檢測結果
2AsH 3 +3MO→M 3 As 2 +3H 2 O ........ (C)
2PH 3 +3MO→M 3 P 2 +3H 2 O ............(D)
廢棄物 IMP 製程區
廢噴砂 800
730 經反應後的金屬砷化物或磷化物副
廢水 & 廢棄物 700 產物，再與氧氣產生反應，如下反
廢水
PM 作業 廢水處理系統 & 污泥 600 600
Parts 清洗後的廢水 600 應式E與F：
(scrubber 清理) 500
500
離子植入機 廢棄物 M 3 As 2 +3O 2 →3MO+As 2 O 3 .............(E)
(AsH 3) 廢氣 400 398 400
真空清潔後的廢棄物
煙囪排放 300 M 3 P 2 +4O 2 →M 3 (PO 4 ) 2 .....................(F)
300
非 IMP 製程區
氣體由機台排出至尾氣處理設備的
200
100 100 100 吸附桶內，內部吸附材料會被消
100 70 85
37 43 耗。毒性氣體捕獲至化學吸附床之
0 該區域稱為Mass transfer zone，
SEX01 SEX01 SEX02 SEX03 SEX04 SEX04 SEX05 SEX07 SEX07 SEX07 SEX08 SEX08 SEX08 SEX12
真空泵浦 現址式尾氣處理設施 主風管 連通風管 簡稱MTZ。MTZ的大小，是由化學
(Dry pump) (Local Scrubber) (main) 吸附材料的效率及氣體通過吸附床
廢棄物 的總氣體量決定，且與化學傳遞和
廢吸附材 中央廢氣處理系統 煙道
(Central Scrubber) 圖4、吸附桶於毒性氣體進入後，MTZ, Mass transfer zone 變化 反應速率直接相關。
而化學吸附材料在與氣體反應時被
Inlet Outlet Sensor Tube Breakthrough 消耗，故MTZ的位置隨時間在吸附
Detection
床內改變。(如 圖4所示)
2AsH 3 →3H 2 +2As .......................... (A)
圖2、廠區SEX防制設備與現場製程區配置圖
2AsH 3 +3O 2 →As 2 O 3 +3H 2 O ..........(B) 為避免吸附材料因吸收氣體過量至
Mass Fully 飽和破出，吸附桶設有偵測毒性氣
綜觀砷化氫於離子植入製程反應成 Transfer Reacted
Zone Zone 體的取樣口與偵測器安裝點，該取
固態砷化物的分佈共分為廢氣、廢
樣口的位置延伸到吸附材總深度
水、廢棄物三類，其一、製程過
90-95%的區域，目的是在偵測到
程中或機台維修保養時，須將腔
Increasing Time 飽和破出時，吸附桶仍有5-10%的
體內殘留的氣體導引出去的廢氣；
其二、因維修保養，利用去離子水 吸附能力，以便人員進行吸附桶的
清潔零組件時所產生少量廢水；其 檢修確認與更換。
三、用於機台內穩定離子電子束的 圖5、砷化氫廢氣處理流程 另J. Amo等人指出 ，離子植入的
[4]
石墨、吸附式尾氣處理設備內的飽 製程排入至尾氣處理設施的氣體量
和吸附材、機台零件利用噴砂技術 與流速是不盡相同的，故針對偵測
進行維新處理後的廢噴砂、微量含 毒性氣體的方式，建議採連續型的
砷廢水經過混凝沉降後所產生的廢 AsHB
方式確認。
污泥製程廢棄物(如 圖1)。
過去吸附型尾氣處理設施多探討砷
Dry Local Central
大部分的含砷化物皆流布於廢棄物 製程氣體 製程機台 製程尾氣 Scrubber Scrubber 大氣 化氫(AsH 3 )去除，無針對固態砷化
中，其製程廢棄物皆由廢棄物資源
物(氧化砷，As 2 O 3 )進行探討，且固
管理單位委由合格廢棄物清運與處
態砷化物(氧化砷，As 2 O 3 )對人體
理廠商進行管控與處理，且處理的 的健康危害高，攝入無機固態砷化
方式受嚴謹的法規約束；在廢水的 文獻探討 [3] ，針對去除原理與反應的機轉， 物可能使罹患皮膚癌、肝癌、膀胱
部分，檢測的頻率為每季檢測一 明確指出製程端排出的殘餘有毒氣
同，為未雨綢繆，本次研究主要著 檢出檢出微量固態砷化物，而非氣 癌和肺癌的風險增加。美國衛生及
次，且取樣的彈性相對好，如有異 體，進入吸附桶後，會被吸附至化
重在選定及早預測煙道固態砷化物 態污染物，高排放的煙道為廠區防 社會福利部(Department of Health
常排放，也易於從上游回溯找出異 擴散離子植入是用來控制半導體中 學介質上，利用氣體與介質的化學
的排放源方法，並依結果進行改 制設備編號A、B、C，再與製程區 and Human Services, DHHS)和美
常排放點；反之，在廢氣的部分， 雜質量的關鍵程序，最常使用的 特性進行交互反應。毒性氣體與介
善，以降低固態砷化物的排放量。 的主風管(Main)及機台配置圖進行 國環境保護署(U.S. EPA)已證實無
若依據環保署公告煙道砷檢測， 製程氣體為砷化氫(AsH 3 )、磷化氫 質完成反應後，形成非揮發的固體 [5]
比對，固態砷化物的來源確實為離 [1] 機砷是已知的人類致癌物 。
採樣時間長，採樣點較無彈性且單 一般而言，以氣體監測器連續監 (PH 3 )等 ，其中砷化氫對人體的危 物質，而這些非揮發性固體物質會
子植入製程。(如 圖2、圖3所示) [2]
價高，受限許可申請或煙道定期檢 測氣態砷化氫, 監控吸附型尾氣處 害較大 ，屬急毒性且致癌。為有 被捕獲在吸收材料的孔洞內。 南科管理局考量砷化物的健康與危
測的時效性，往往只能被動等檢測 理設施的處理效能，偵測下限約 因此砷化氫進入吸附桶後，確實反 效去除毒性氣體，及提高中央廢氣 害特性，故以固態砷化物作為管控
化學機轉說明如下：
結果，要往上游回溯或複驗確認， 為30ppb，六廠從2010年至2016 應成固態砷化物。因此由連續性氣 處理設備的效能，半導體業常選用 標準，有鑑於此，如何及早確認固
需花大量的時間與經費，又與製程 年，砷化氫(AsH 3 )尾氣監控均正 態砷化氫偵測結果，判定吸附桶飽 吸附式的尾氣處理設備做為前處理 首先磷化氫或砷化氫會先與金屬氧 態砷化物的排放濃度與量(如 圖5)值
尾氣處理設施以氣態砷驗證效率不 常。但每年例行性煙道檢測時，仍 和及更新，值得探討恰當性。 設備，參考Clean system 技術手冊 化層(metal oxide, MO)進行轉化， 得去探討。

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