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技術專文

Implantation)、 蝕 刻 (Etching)、 氣的水溶性及溶入水中後的解離程
圖1、科技廠房煙囪排放流程圖 表 1、化學物質的亨利常數
微 影 (Photolithography)、 清 洗 度、液氣比、洗滌水品質、洗滌水
(Clean) 與 擴 散 (Diffuse) 等 程 序， pH值及停留時間成正比。
污染物物種 HF HCI HNO 2 HNO 3 NH 3 IPA
而在製程中，蝕刻階段會使用硫 設備及廢氣排放區 前端廢氣處理系統 終端廢氣處理系統
故由亨利定律可知，亨利常數越
酸、硝酸、氫氟酸、氨液等而清潔 廢氣
C.H. 亨利常數 1.85 727 50 21000 62 6.49 低，水溶性越差，愈不適合化學
過程則會使用到異丙醇 (Isopropyl B 洗滌處理。液氣比(L/G)與亨利常
Alcohol, IPA)、丙醇等有機溶劑。 C.H. A C C.H. 註：溫度為298K
Bu er 數(m)之關係，其計算式如下式所
而排放管道中的污染物是因化學 [6]
示：依據 其各參數關係如下：
物質本身的揮發性被排氣系統收
L.L
集，目前其尾氣流向 (Exhaust) 先 製程端 製程機台 Dry pump 現址處理設備
經過現址式空氣處理設備 (Local (Local Scrubber, LSC) 速度相對於介面是靜止，A藉著分 充物料的比表面積，單位為 ；k G L：洗滌液循環水量(m /min)
3
Scrubber)，再集中至中央處理設備 廠務端 廢氣 子擴散與本身的移動所造成的傳輸 G：進氣廢氣量(m /min)
3
中央廢氣處理設備 為氣相質傳係數，單位為 ；
(Central Scrubber) 進行此兩階段的 (Central Scrubber) 速率可以用公式[1]表示： M：亨利常數(M/atm)
處理後，才排放至大氣 圖 1 。但隨 廢液 廢液 G mol 為單位面積氣流之莫耳流率， R：常數=0.08205
著半導體製程不斷演進，生產過程 收集桶 收集桶 ............[1] 單位為 。
EXH. 收集管路 T：絕對溫度(K)
不斷精進以達積體電路線寬縮小之
桶槽 現址處理設備 式子中的 代表A傳輸速率， 為 為了使操作人員結合洗滌塔的去除 由上式可知，液氣比(L/G)與亨利
目的，導致尾氣中帶有之化學品亦
(Wet Scrubber) 莫耳擴散係數，y為A之莫耳分率， [4] 常數(M)成正比之關係，為了要得
越趨複雜，更有甚者包含酸鹼有機 效率與理論公式， 針對半導體與
b為擴散方向(X方向)之距離，Area 到大的液氣比(L/G)亨利常數越大
混排問題，以往單純經由 Central 光電產業洗滌塔去除氣體污染物效
為垂直擴散方向之擴散面積。 越好，溫度越低去除效率越好，故
Scrubber 處理後再進行排放的作法 率推估提出公式[6]，僅考量了滯留
圖2、雙膜理論示意圖 [11] 若欲使用濕式洗滌塔對污染物產生
儼然已不適用。 由於A物種之濃度在氣體B中極小， 時間、填充物料比表面積與氣相質 有效去除則亨利常數越高越好，於
故A之莫耳分率y趨近於0，將公式 傳係數對去除效率的影響，如下所
有關高科技廠區之空污混排相關資 Y 此處列舉一些化學物質在25℃水中
[1]簡化整理後對dy由yt到y積分， 示：
料較少，且鮮少有人針對酸、鹼、 x方向 db由0到Br積分，公式如下所示： 之亨利常數值如 表1所列。
有機混排提出有效的對應處理方 y 截流液體 ................................[6]
案。本研究主要針對這方面的不足 y i .................[2] 公式中之 t 代表停留時間，單位
進行深入研究，由煙道檢測開始先 質傳通量 sec，a c 代表填充物料比表面積， 有機排氣處理
確定造成空污問題的污染物種類， 氣相或液相中之莫耳分率 (mol/mol) 公式式中Br代表氣膜之厚度，單位 半導體廠揮發性有機排氣(VEX)與
進而朝向製程端機台尋找污染源； x i x 為m，積分後可得公式如下： 單位為 ，k G 為氣相質傳常數單 酸鹼排氣一樣具有低濃度大風量的
再依據文獻探討對應之處理方式， 截流氣體 b 位為 ，-0.0234則是將單位 特性，適合使用沸石濃縮轉輪處理
並經由各式防制設備的特性進行全 . .[3] 技術 ，目前科學園區常用之VOCs
[7]
面性的重新規劃。 氣相 氣膜 液膜 液相 公式[3]中kG即為氣相質傳係數， 面積氣流之莫耳流率與塔高合併 去除方式如 表2 ，而依據廠區的
[8]
X 簡化而成，單位為， 為洗滌塔進
距離(m) 單位為 。 特性目前高科技廠中多選用沸石轉
口端污染物濃度，單位為ppmv；
輪吸附加焚化法進行VOCs去除。
在液相中也可以用類似公式[1]的方 為洗滌塔出口端濃度，單位為 根據 [9] 高沸點之VOCs可使用冷凝
文獻探討 式來表示A在液相中的擴散情形， ppmv。 法去除，此法有效去除尾氣中的高
在液相膜中亦可以得到下式 為了考慮更多洗滌塔參數對去除效 沸點VOCs，且可維持沸石轉輪的
氨氣的排放量最大，有104.58ton/ 理，對於HCl、HNO 3 、HF等酸所造
為了能深入探討空污混排問題，需 率所造成的影響，公式[7]中利用 吸附與再生能力。而相對於IPA與
year，HF次之排放量為18.45ton/ 成的酸氣與酸霧，多採用鹼液，如 ..........................[4]
針對污染物種類進行採樣，以確立 雙膜理論推估填充物料高度之理論 Acetone等中低沸點的VOCs使用
[2]
year。然而工研院環安中心 針對 氫氧化鈉或氫氧化鈣水溶液進行吸 [5]
污染物來源。其次為解決污染物所 為液相質傳係數，單位為 公式 ，配合其他參數的經驗公式 冷凝法則去除效率不甚理想，但若
數家新竹縣半導體廠之廢氣進行研 收; NH 3 之吸收液則採用鹽酸或硫酸 k x
造成的空污問題，進一步探討填充 與洗滌塔的操作參數，推估得到下 將其導入末端沸石吸附焚化系統處
究，其Isopropyl alcohol與Acetone 進行去除削減。 利用上述之雙膜理論(Cooper and
式洗滌塔對於各式污染物的去除機 式： 理可長時間保持95%以上之去除效
為常見污染物。但以本廠區實際排 Alley, 1998)發展出下列各種去除效
制與處理效率等研究，最後經由分 濕式洗滌塔去除氣體污染物的理 率。經由文獻探討以及目前廠區之
放風量為例，酸性排氣占全廠排放 率之理論推導公式，主要以塔填充
析後確認可行之配置模式進行驗證 論基礎在於氣體吸收的物質傳輸 防制設備建置方式，有機尾氣的處
總量57%，其次為有機排氣與一般 物料之高度與進出口濃度之間的關
空氣污染物的定義為危害人體健康 作用，藉著填充塔內之填充物的 ............................................................[7] 理方式實以沸石吸附焚化較佳，但
排氣約各佔18%，而鹼性排氣僅占 係，推導出下式：
及周邊環境有破壞性的物質，而高 潤濕表面，而達到由氣相傳輸到液 公式中m為各污染物種之亨利常數 需注意酸性氣體與悶燃等現象對於
7%，因此酸性排氣中的污染物削 [10]
科技廠區已經針對污染物建置防制 相的反應，此吸收作用以雙膜理論 沸石轉輪的危害 。
減顯得格外重要。 ......................................[5] 所換算出來之常數，單位為 ；
[3]
設備進行處理，但其煙道的排放特 (two-film theory) 為基礎，發展出
C、D、E分別為各種洗滌塔操作參
性為低濃度高風量，使得整體的污 一套設計理論。其示意圖如 圖2 ， 公式中 為洗滌塔進口端污染物濃
染物廢氣排放總量相對提升。依據 濕式洗滌塔 圖中已假設氣液相已經達到平衡狀 度，單位為ppmv； 為洗滌塔出 數與經驗參數所計算出來的參數。 園區周界污染物
[1]
針對新竹科學園區內的20間工廠 現行工廠中針對酸鹼氣體多以濕 態。假設A為污染物物種、B為載 口端濃度，單位為ppmv；h r 為填 由理論公式中顯示洗滌塔之去除效 在周界污染物檢測上，清華大學
無機酸鹼排放量進行推估，發現以 式洗滌塔(Central Scrubber)進行處 流氣體，且假設載流氣體B之擴散 充物料的高度，單位為m；a c 為填 率與洗滌塔進口端酸氣的濃度、酸 使用GC/FID、GC/ECD及FTIR於
16 FACILITY JOURNAL SEPTEMBER 2019 17