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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
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