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技術專文

表 1、半導體製造業空氣污染管制及排放標準 表 2、硫酸排放來源調查 圖2、洗滌塔填充層中之污染物吸收操作曲線及氣液平衡曲線 圖3、微粒收集機制 [5]

空氣污染物 排放標準 項目 內容
慣性衝擊
操作曲線 微粒
揮發性有機物 排放削減率應大於90％或工廠總排放量應小於0.6kg/hr（以甲 製程一 高溫硫酸製程 (反應溫度>80°C，硫酸濃度60~ 平衡曲線
烷為計算基準） 85%)

三氯乙烯 排放削減率應大於90％或工廠總排放量應小於0.02kg/hr 儲槽一 硫酸原液儲槽 (貯存溫度接近室溫，硫酸濃度 氣相中污染物濃度 y (mg/m 3 ) y 1 y 1 圓形障礙物 擴散
>90%，氮封設計) 靜電吸引
硝酸、鹽酸、 各污染物排放削減率應大於95％或各污染物工廠總排放量應
磷酸及氫氟酸 小於0.6kg/hr 儲槽二 廢硫酸儲槽 (貯存溫度接近室溫，硫酸濃度<60%) y y *
硫酸 排放削減率應大於95％或工廠總排放量應小於0.1kg/hr 儲槽三 廢水調理槽 (反應溫度<80°C，硫酸濃度<60%) 1
y 2 y* 流線
直接截留
y *
2
x 2 x x 1
(Central scrubber)的削減率，受到 液相中污染物濃度x(mg/m ) 3 重力沈降

圖1、雙膜理論
前端現址式洗滌塔進行大部分的處
理後使得central scrubber入口濃度
已經低於設計條件，其削減率可能 Gross-sectional Gas-liquid
低於法規。所以有必要持續做排放 area=S interface interface 圖4、廠區檢測污染物排放粒狀物－粒徑分佈
量的改善到小於0.1kg/hr，而長遠 G my y+dy gas lm liquid lm
5000 5000
目標是與環境背景值相同。 y liquid phase
y i 1060718 1060718
dZ y* 4000 4000
在12吋晶圓廠中隨著產能不斷提 x i P101 P102
升，排氣風量與硫酸使用量增加， gas phase x 3000 3000
又機台使用Single wafer製程取代傳 G my y dM/dlog(Dpa), µg/m 3 dM/dlog(Dpa), µg/m 3
統Wet bench使得整體排放量較以 2000 2000
往都來的高，以新式12吋廠為例，
1000 1000
使用硫酸的最大來源是高溫硫酸製
程機台及廠務桶槽，若依類型分類 0 0
0.01 0.1 1 10 100 0.01 0.1 1 10 100
如 表2硫酸排放來源調查。 下，全廠排放量推估為19.54公斤/ (滯留時間)可提高洗滌塔的去除效 Dpa, µm Dpa, µm
SEX101-煙道微粒質量分布曲線圖 SEX102-煙道微粒質量分布曲線圖
硫酸排放計算說明依液體蒸發量計 小時，所以本文將提供理論以及不 率。首先接觸面積取決於拉西環
算公式計算如下： 斷的採樣、驗證由源頭端到末端做 的比表面積以及填充層的高度，
最有效的削減方法。 一般填充高度 為根據
packing的性能曲線(求得 )及所
其中： 需求的去除效率(求得 )而定；再 設若廢氣及循環液中污染物濃度極 x 2 =進入吸收頂底部液體中污染物 大於3µm微粒的主要機制。擴散則
來停滯時間則是取決於操作時的處 <1,000-5,000mg/m )， 濃度(mg/m ) 是次微米微粒污染物因布朗運動移
3
3
Gz：液體的蒸發量，kg/h 低(例如y 1
理風量及填充段的體積，但是氣流 動而被障礙物吸收，靜電力是發生
M： 液體的分子量，g/mol (硫酸分 文獻探討 則吸收塔氣、液中之污染物物質平 G=氣體通過吸收塔之流量(m /s)
3
子量：98g/mol) 是否全部有效通過填充層則需進一 衡曲線為一直線： 在微粒與障礙物電性相反的情況下
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步檢視，如有短流的情況出現必然 L=液體通過吸收塔之流量(m /s) [2]
V： 蒸發液體表面上的空氣流速， 而吸收的過程。參考黃俊超 對洗
影響理論所設計推估的去除率。另 ......................(1)
m/s 濕式洗滌塔處理污染物原理 m=亨利常數=y*/x=平衡氣相中污 滌塔去除粒狀物效率分析指出，目
外潤濕因子是由循環水量、比表面
P： 液體在空氣中的分壓，mmHg 另外，污染物在氣液界面之平衡可 染物濃度(mg/m 氣體)/液相中污染 前高科技產業常用的填充塔並不適
3
污染物依型態可分為氣態與微粒， 積、塔體截面積計算所得，理論上
F：液體蒸發面表面積，m 2 以「亨利定律」表示： 物濃度(mg/m 液體) 合用來處理粒徑僅有次微米(粒徑
3
濕式洗滌塔對上述兩種型態的去除 增加循環水量以提升潤濕因子也可
製程一排放推估量為4.20公斤/小 原理分述如下。 增加氣、液質傳效率。 ..............................................(2) 小於1µm)的粒狀污染物，小粒徑
時(21.5%) 洗滌塔去除微粒污染物 硫酸液滴(1µm以下)或氯化銨微粒
氣液平衡：洗滌塔的效率取決於 式(1)及(2)中： (0.1~2µm)則須使用對次微米微粒
儲槽一排放推估量為0.013公斤/小 洗滌塔去除氣狀污染物 氣、液質傳的擴散速率，透過洗滌 3 微粒態污染物在洗滌塔中去除的應 有更高效率的設備加以去除。
時(0.07%) 雙膜理論：洗滌塔去除氣體污染 塔內部質量平衡檢視洗滌塔水洗過 y=氣相中污染物濃度(mg/m ) 用機制則包括：慣性衝擊、直接截
物的理論基礎在於氣、液間物質 程中循環水的影響，參考 圖2 ，在 y*=與吸收液中污染物濃度成平衡 流、擴散、重力沉降、靜電吸引等 研究廠區高濃度硫酸煙囪排放粒狀
儲槽二排放推估量為6.13公斤/小 3
時(31.37%) 的傳輸作用，即為雙膜理論 圖1 ， 洗滌塔填充層中，流量G、內含污 之氣相中污染物濃度(mg/m ) 圖3，其中慣性衝擊與直接截流是因 物粒徑分佈資料 圖4 ，可發現大部
藉由洗滌塔內填充層的潤濕表面而 染物濃度y 1 的廢氣，流量L、洗滌液 污染物隨著氣流作流線運動時，遇 分排出的微粒是落在0.1-1µm之間
儲槽三排放推估量為9.2公斤/小時 y 2 =由吸收塔頂部排出氣體中污染
達到污染物由氣相傳輸到液相的反 污染物濃度x 2 。經循環液吸收後， 3 到障礙物因慣性作用使微粒被附著 的範圍，如果能將微粒凝結聚合成
(47.06%) 物濃度(mg/m )
應。因此增加氣體與液體的接觸面 廢氣由塔頂流出，其濃度降為y 2 ， 及停留，直接截流是微粒經過液滴 更大粒徑則可能透過上述提及的衝
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未經空氣污染防制設備處理狀況 積或延長氣體質傳到洗滌液的時間 循環液中污染物濃度則增為x 1 。假 x=吸收液中污染物濃度(mg/m ) 旁邊進而被吸收，主要是收集粒徑 擊、截流甚至是重力沉降的方式進
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