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2.  文獻探討                                           2.2.1  真空蒸餾法  [01]

                2.1  廢硫酸來源與成因                                          真空蒸餾法流程如 圖1所示，利用常壓蒸餾方式，將廢硫
                                                                   酸溶液加熱至340℃(硫酸之沸點)，以去除水分與雜質，回收硫
                    晶圓清洗製程廢水及處理方法簡介晶圓清洗的目的，是
                                                                   酸溶液經冷凝收集與成分調整後，可回送至製程使用。廢硫酸
                以整個批次(batch type)或單晶片式(single wafer type)系統，藉
                                                                   之回收率可達95%以上，回收液之硫酸濃度可高達97%以上。
                由化學品的浸泡或噴灑來去除髒污，並用超純水來洗濯雜質，
                                                                       由於此方法需將硫酸加熱至340℃，是非常耗費能源，不
                主要是清除晶片表面所有的污染物，以濕式清洗製程為例早期
                                                                   管是使用電產熱或是燃燒產熱，都必須使用大量能源才能分
                以如 表1的批式為主(每批25片)，主要配合：
                                                                   離廢硫酸中的雙氧水。
                ①  APM(NH 3 /H 2 O 2 /UPW)：主要進行晶片上顆粒去除(particle
                   removal)
                ②  HPM(HCL/H 2 O 2 /UPW)：主要進行晶片上金屬離子及金屬
                   氧化物去除(metal ion/oxide removal)
                ③  SPM(H 2 SO 4 /H 2 O 2 /UPW)：主要進行晶片上有機物去除
                   (organics removal)
                ④  HF Clean：主要進行晶片上二氧化矽去除(SiO 2  removal)
                                                                                 圖1、真空蒸餾法流程圖
                ⑤  IPA Dry：主要進行晶片上水份去除(water removal)

                                                                   2.2.2  活性碳催化法   [02]
                          表1、批式濕式清洗製程機台示意圖
                                                                       以活性碳進行H 2 O 2 催化的機制包含直接催化(direct
                 Wafer  APM  QDR  HPM  QDR  SPM  QDR  HF  QDR  IPA  Wafer
                 Loading  (NH3/  (quick  (HCl/  (quick   (H2SO4/  (quick  Clean (quick  dry  unloading  catalysis)及間接催化(indirectcatalysis)分別說明如下 :
                      H2O2/  Drum   H2O2/  Drum   H2O2/  Drum   Drum
                      UPW)  Rinse)  UPW)  Rinse)  UPW)  Rinse)  Rinse)  ①  直接催化(direct catalysis) : 活性碳表面的氫氧根離子會
                                                                      與離子態的雙氧水(HO 2- )進行交換進而產生過氧化自由
                    半導體業晶圓代工廠在晶圓製程中以高純度之硫酸清洗                          基，此自由基會再與雙氧水反應進而產生氧氣並進一步
                矽晶圓表面，主要用於光阻去除後之矽晶圓清洗，使用的硫                            再生活性碳表面活性位置。
                酸添加了過氧化氫(H 2 O 2 )，使其成為一強氧化劑，而將晶片中
                                                                               [M-O]OH+H 2 O 2  → [M-O]OH H 2 O 2
                的有機物氧化分解為CO 2 和H 2 O，因此產生了廢硫酸。主成份
                                                                              [M-O]OH H 2 O 2  → [M-O]+HO 2    -  +H 2 O
                廢硫酸的濃度大於70%；過氧化氫約4∼5%左右；其他主要為
                                                                   ②  間接催化(indirect catalysis) : H 2 O 2 在活性碳間接催化下
                水份。
                                                                      產生OH‧及HO 2 ‧自由基，進行後續反應。
                2.2  廢硫酸去除雙氧水方法探討與機制
                                                                                              +
                                                                                                  -
                                                                                 AC+H 2 O 2  → AC +OH +OH -
                    傳統廢硫酸處理包括以下三種方法：①真空蒸餾法；②                                        +            +
                                                                                  AC +H 2 O 2  → AC+H +HO 2-
                活性碳催化法；③加HCl催化法，各方法說明及優缺點比較彙
                                                                   2.2.3  鹽酸催化法
                整如 表2。
                                                                       以HCl為催化劑，與廢硫酸中的雙氧水反應生成氯氣、氧
                           表2、廢硫酸去除雙氧水處理方法                         氣、水。
                                                                                   H 2 O 2 +HCl → H 2 O+HOCl
                 項次  處理方法   方法說明           特色說明
                 1  真空蒸餾法 [03]  利用常壓蒸餾方式，將廢硫酸溶 優點 : 常壓操作，無操作上之安全顧慮，廢硫               HOCl+HCl ↔ H 2 O+Cl 2
                            液加熱至沸點以上，以去除水分 酸回收率可達95%以上
                                                                                 HOCl+H 2 O 2  → H 2 O+HCl+O 2
                            與雜質            缺點 : 耗能
                 2  活性碳催化法 [04]  粒狀活性碳作為雙氧水催化劑， 優點 : 安全性高，不需添加HCl等化學品，亦             H 2 O 2 +Cl 2  → 2HCl+O 2
                            以催化機制將其分解為水及氧  不會有氯氣等副產品
                                           缺點 : 處理成本較高
                                                                       總反應：2H 2 O 2  → O 2 +2H 2 O(HCl為催化劑)
                 3  加HCl催化法  加入HCl作為催化劑，將雙氧水分 優點 : 處理成本低
                            解為氧氣及氯氣        缺點 : 反應過程產生有毒氯氣，有工安問題       鹽酸催化法雖不必耗用大量能源，但因反應過程會釋出
                                                                   大量有毒氯氣，考量環境工安問題，使其在推廣應用上受到
                                                                   一些限制。




                                                                                             FACILITY JOURNAL        12  2021  55
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