臺灣博碩士論文加值系統

高科技時代的來臨，隨其製程技術的變革，伴隨而來的特殊性污染物質，對於工業區內污水處理之操作維護會造成重大影響，進而增加污水處理場營運管理成本。此時，污水處理的收費方式是否合理且公平，更顯其重要性。
本研究，針對CMP廢水對污水處理中化學處理單元之操作影響進行評估，藉此了解CMP廢水之高濁度、低懸浮固體及微小粒徑等特性，對混凝膠羽的影響，結果顯示CMP廢水之pH符合進廠限值時，其化學處理單元之混凝膠羽影響最大，必須先行調整其pH值至10左右，所需硫酸鋁之加藥量為350 ppm，方有較佳之混凝效益，而不含CMP之原廢水，加藥量則為50 ppm。模擬污水處理現況之未處理前混合廢水，加藥量為100 ppm；經由不同孔徑濾膜過濾後之混合廢水，則以0.45 μm及0.2 μm孔徑濾膜過濾後之混合廢水所需硫酸鋁加藥量50 ppm與不含CMP之原廢水相同，依不同來源之廢水分析其所需加藥量，結果發現工業區處理CMP廢水時，必須增加一倍之硫酸鋁用量，始能與工業區處理不含CMP廢水相同之混凝效益。
CMP廢水之現行污水處理收費標準，SS濃度乃依行政院環境保護署公告之W210.57A檢測方法（玻璃纖維，濾紙孔徑1μm）檢測，因其微小粒徑皆可通過1 μm孔徑濾紙而使得CMP廢水並無法合理反應SS濃度。參斟成本分析結果，建議改採孔徑0.45 μm濾膜過濾較能反應CMP廢水之實際SS濃度；同時，可考慮增加污水處理費之SS水質收費費額約40％，以減輕污水處理營運管理成本之負荷。

Abstract
Since the technology of product process continuously is improved some of the specific pollutants potentially cause serious problems on operation and treatment of the wastewater treatment plant in the industrial parks. Further, these pollutants could increase the cost of operation and maintainance for the wastewater treatment plant. Thus, it is important to set up reasonable fee criteria for these specific wastewaters. The purpose of this study is to evaluate the effects of chemical mechanical planarization (CMP) wastewater on the removal efficiency of chemical treatment process in a wastewater treatment plant. Moreover, characteristics of the wastewater including high turbidity, low suspended solid (SS) and micro-size particles, which result in interference on the floc formation in the coagulation process, are also investigated.
The results indicated pH value of the wastewater reaches limit level that generated the highest effect on the floc formation. It is suggested that the optimum coagulant (aluminum sulfate, Al2(SO4)3) dose is 350 ppm when the pH level is adjusted to 10. However, without the CMP wastewater, the optimum coagulant dose for the general wastewater decreases to 50 ppm. The optimum dose for the simulated synthetic water is 100 ppm. When the raw wastewater mixed with the CMP wastewater was filtrated using the 0.45μm and 0.2μm filters, the optimum dose of the mixed wastewater is 50 ppm that is equal to general wastewater. Moreover, if the wastewaters were classified based on the pollution sources, the added amount of aluminum sulfate in CMP wastewater is two times than that of in general water with the similar coagulation efficiency.
The fee criteria about wastewater discharged into wastewater treatment system in the industrial park is performed based on the concentration of SS through 1μm filter. In this case, the measured SS concentration cannot reflect on the pollution level for the CMP wastewater because some of the SS in the CMP wastewater can penetrate the 1μm filter. We suggested that the 0.45μm filter is used to measure SS concentration of the CMP wastewater which is a proper way for the cost assessment. Moreover, the increase in the fee according to the SS concentration is approximate 40%, which reduce the loading of operation cost.

　　　目 錄
目次 頁次
目錄………………………………………………………………… I
圖目錄……………………………………………………………… IV
表目錄……………………………………………………………… VII

第一章　前言……………………………………………………… 1

　　　　1-1　研究緣起………………………………………… 1
　　　　1-2　研究目的………………………………………… 3

第二章　文獻回顧………………………………………………… 4

　　　　2-1　化學機械研磨技術與原理……………………… 4
　　　　　　　2-1-1　化學機械研磨(CMP)技術……………… 5
　 　2-1-2　化學機械研磨原理…………………… 7
　　　　　　　2-1-3　CMP製程研磨液種類…………………… 12
　　　　2-2　化學機械研磨廢水來源及特性………………… 14
　　　　　　　2-2-1　CMP廢水水質…………………………… 15
　　　　2-3　化學研磨廢水處理技術………………………… 17
　　　　　　　2-3-1　CMP廢水處理技術介紹………………… 22
　　　　　　　2-3-2　國內半導體工廠化學CMP廢水處理現況…27
　　　　2-4　新竹工業區背景及產業特性…………………… 29
　　　　　　　2-4-1　新竹工業區背景……………………… 29
　　　　　　　2-4-2　新竹工業區產業特性………………… 30
　　　　2-5　新竹工業區污水處理廠背景說明……………… 32
　　　　　　　2-5-1　新竹工業區污水處理廠組織及管理……34
　　　　　　　2-5-2　新竹工業區污水處理廠廢水處理現況…35
　　　　2-6　水污染防治費課徵理論與工業區污水處理費用相關規
　　　　　　　定……………………………………………………46
　　　　　　　2-6-1　水污染防治費課徵緣由、理論及制度……46
　　　　　　　2-6-2　水污染防治費用徵收規定及運用…………48
　　　　　　　2-6-3　工業區污水處理使用費緣由………………59
　　　　　　　2-6-4　工業區污水處理使用費計算基準及其相關規
　　　　　　　　　　　定…………………………………………60
　　　　　　　2-6-5　水污染防治費與污水處理使用費之比較…65

第三章　研究範圍及方法………………………………………… 67

　　　　3-1　研究範圍………………………………………… 67
　　　　3-2　研究方法………………………………………… 69
　　　　　　　3-2-1　資料蒐集分析………………………… 69
　　　　　　　3-2-2　瓶杯試驗……………………………… 70
　　　　3-3　研究內容………………………………………… 72

第四章　結果與討論……………………………………………… 74

　　　　4-1　研究標的背景分析……………………………… 74
　　　　　　　4-1-1　新竹工業區西區之原廢(污)水處理概況…74
　　　　　　　4-1-2　西區污水處理廢（污）水質現況分析……75
　　　　　　　4-1-3　西區CMP廢（污）水來源與特性…………79
　　　　4-2　CMP與不含CMP廢水之水質分析………………………82
　　　　　　　4-2-1　未處理之原廢水水質分析…………………82
　　　　　　　4-2-2　不同孔徑濾膜SS檢測之差異分析…………88
　　　　4-3　不同來源廢水之混凝效益評估………………………89
　　　　4-4　污水處理使用費之推算……………………………118
　　　　　　　4-4-1　新竹工業區污水處理場處理成本與收費現況
　　　　　　　　　　　……………………………………………119
　　　　　　　4-4-2　P廠污水處理費之推算……………………123
　　　　　　　4-4-3　CMP廢水以不同孔徑濾膜污水處理使用費之
　　　　　　　　　　推算…………………………………………124
　　　　4-5　混凝藥劑量及污泥處理之成本推算………………127
　　　　　　　4-5-1　新竹工業區污水處理廠混凝藥劑量及污泥處
　　　　　　　　　　　理之成本現況………………………… 127
　　　　　　　4-5-2　CMP及不含CMP廢水混凝藥劑量污泥處理成本
　　　　　　　　　　　之推算……………………………………129

第五章　結論與建議……………………………………………… 132

　　　　5-1　結論……………………………………………… 132
　　　　5-2　建議……………………………………………… 134

參考文獻…………………………………………………………… 135

圖 目 錄
目次 頁次

圖2-1　半導體積體電路概念圖………………………………… 4
圖2-2　CMP平坦化製程的設備示意圖…………………………… 6
圖2-3　獲致全面性平坦化介電層之示意圖…………………… 6
圖2-4　化學機械研磨平坦化前、後差異示意圖……………… 7
圖2-5　CMP 製程示意圖………………………………………… 8
圖2-6　平坦化技術的選擇……………………………………… 12
圖2-7　CMP製程之流程…………………………………………… 14
圖2-8　典型半導體廠廢水處理流程…………………………… 29
圖2-9　新竹工業區設廠情形…………………………………… 31
圖2-10　產業類別統計圖………………………………………… 31
圖2-11　97年1~9月產業類別廢水量比重……………………… 32
圖2-12　新竹工業區平面圖及污水處理廠位置圖……………… 33
圖2-13　新竹工業區西區污水處理廠處理流程圖……………… 38
圖2-14　新竹工業區東區污水處理廠處理流程圖……………… 42
圖2-15　排放水質計算方式流程圖……………………………… 53
圖2-16　排放水量計算方式流程圖……………………………… 54
圖2-17　工業區污水處理使用費計算流程……………………… 61
圖3-1　本研究架構與流程圖…………………………………… 68
圖3-2　瓶杯試驗示意…………………………………………… 70
圖4-1　產業類別分佈與各類別污水量關係圖………………… 76
圖4-2　西區污水處理廠BOD進、放流水質變化圖……………… 76
圖4-3　西區污水處理廠COD進、放流水質變化圖……………… 77
圖4-4　西區污水處理廠SS進、放流水質變化圖……………… 77
圖4-5　東區污水處理廠BOD進、放流水質變化圖……………… 77
圖4-6　東區污水處理廠COD進、放流水質變化圖……………… 78
圖4-7　東區污水處理廠SS進、放流水質變化圖……………… 78
圖4-8　新竹工業區污水處理廠BOD進、放流水質變化圖……… 78
圖4-9　新竹工業區污水處理廠COD進、放流水質變化圖……… 79
圖4-10　新竹工業區污水處理廠SS進、放流水質變化圖…………79
圖4-11　P廠廢(污)水組成……………………………………… 80
圖4-12　P廠廢(污)水排放量…………………………………… 81
圖4-13　P廠排放之廢(污)水pH水質分析……………………… 81
圖4-14　P廠排放之廢(污)水COD水質分析……………………… 81
圖4-15　P廠排放之廢(污)水SS水質分析……………………… 82
圖4-16　各操作條件之廢(污)水之水質項目分析比較圖……… 84
圖4-17　P廠之CMP粒徑圖………………………………………… 85
圖4-18　原廢(污)水加入不同濃度Al2(SO4)3混凝沉澱情形… 90
圖4-19　原廢(污)水加入不同濃度Al2(SO4)3後水質分析圖… 91
圖4-20　CMP廢水原液與失敗之混凝照片……………………… 93
圖4-21　CMP廢水，pH 7~8時之混凝效果……………………… 94
圖4-22　CMP廢水，pH 9~11時之混凝效果…………………………97
圖4-23　不同pH值下，CMP廢水COD值………………………………98
圖4-24　不同pH值下，CMP廢水SS值…………………………… 98
圖4-25　不同pH值下，CMP廢水濁度…………………………… 99
圖4-26　CMP廢水與原廢水以1：9比例混合後，加藥混凝之情形……
　　　　…………………………………………………………… 101
圖4-27　CMP廢水與原廢水以比例混合後，加藥混凝之水質分析圖
……………………………………………………………102
圖4-28　真空過濾設備及過濾後CMP廢水……………………… 103
圖4-29　CMP廢水過濾後水質之混凝情形.……………………… 107
圖4-30　CMP廢水過濾前後水質比較分析圖…………………… 108
圖4-31　CMP廢水過濾後與原廢水1：9混合廢水之混凝情形… 113
圖4-32　CMP廢水經不同孔徑過濾後與原廢水混合之水質比較圖……
　　　　…………………………………………………………… 114
圖4-33　新竹工業區廢水處理量及收費水量比較圖…………… 122
圖4-34　西區廢水處理量及收費水量比較圖………………………122
圖4-35　污水處理單元水量收入與成本分析圖……………………123
圖4-36　污水處理單元廢水加藥量分析圖……………………… 129
圖4-37　污水處理廠污泥產生量分析圖………………………… 129





表 目 錄
目次 頁次

表2-1　氧化膜用研磨液之物理特性與化學成分……………… 9
表2-2　研磨不同物質所採用的研磨劑種類與性質表………… 11
表2-3　CMP 所用之研磨液分類………………………………… 13
表2-4　CMP廢液可能含有的成分………………………………… 16
表2-5　CMP廢水處理解決方法…………………………………… 18
表2-6　國內在CMP廢水處理技術相關文獻整理………………… 19
表2-7　薄膜的分類其功能……………………………………… 24
表2-8　半導體廠常見之化學品及清洗步驟…………………… 28
表2-9　新竹工業區污水處理廠規模設計值…………………… 35
表2-10　進廠水質限值…………………………………………… 36
表2-11　污水處理廠單元設備設計參數………………………… 39
表2-12　東區污水處理廠單元設備設計參數…………………… 43
表2-13　水污染防治費徵收期程、對象及項目表……………… 49
表2-14　污水處理使用費水量分級費率表……………………… 62
表2-15　污水處理使用費水質分級費率表……………………… 63
表2-16　排放水質各項重金屬收費標準………………………… 64
表2-17　水污染防治費與污水處理使用費之比較……………… 65
表4-1　工業區內廢（污）水進場水質限值…………………… 75
表4-2　P廠廢（污）水水質項目及濃度………………………… 80
表4-3　各操作水質分析結果ㄧ覽表…………………………… 83
表4-4　CMP廢水經不同孔徑濾膜之SS檢測結果………………… 88
表4-5　原廢(污)水加入不同濃度Al2(SO4)3之水質分析表…… 91
表4-6　加入NaOH後，CMP廢(污)水加藥前後之水質檢測值…… 95
表4-7　CMP廢水與原廢水以比例混合後，加藥混凝之水質分析表…
　　　　……………………………………………………………102
表4-8　濾前後之CMP廢（污）水之水質分析…………………… 107
表4-9　過濾後CMP廢水與原廢水混合前後水質分析表………… 114
表4-10　CMP廢水經不同孔徑過濾後與原廢水混合加藥之水質檢測表
　　　　……………………………………………………………115
表4-11　水量分級費率表………………………………………… 119
表4-12　水質分級費率表………………………………………… 120
表4-13　重金屬收費標準………………………………………… 121
表4-14　P廠水質分析…………………………………………… 123
表4-15　採用不同孔徑濾膜過濾P廠之污水處理費差異分析表…127
表4-16　CMP及不含CMP廢水最佳加藥量及污泥成本差異分析....131

參考文獻
1.菊地正典著、王政友譯、羅煥金校訂，圖解半導體－科技業的黑色煉金術，2004。
2.樓基中，電子業污染與導論，中山大學環境工程研究所。http://www2.nsysu.edu.tw/IEE/lou/elec/web/process/semi.htm，2004
3.施敏、Gary S.May合著，林鴻志譯，半導體製程概論，2005。
4.楊叢印著，結合電過濾/電透析技術處理CMP廢水同步產製電解水之研究，中山大學環境工程研究所博士論文，2003。
5.莊達人，VLSI製造技術，2003。
6.戴寶通，化學機械研磨技術積體電路製造關鍵技術，工業材料，Vol 37，1996。
7. Dejule, R., CMP Grows in Sophistication, Semiconductor International, http://www.semiconductor.net， 1998。
8.張俊彥，積體電路製程及設備技術手冊，1997。
9.陳嘉平，CMP技術及其在半導體製程上的應用，化工技術，第七卷，第十二期，1997。
10.江建志，氧化鈰粉體之合成及其在化學機械研磨漿料之特性探討，逢甲大學化學工程學系碩士論文，2003。
11.陳麗梅， CMP氧化膜用研磨液，化工技術，第五卷第十期，1997。
12.王建榮、林必窕、林慶福等編譯，半導體平坦化CMP技術，2000。
13.蔡明蒔，化學機械研磨後清洗技術簡介，奈米通訊，第六卷，第一期，1999。
14.鄭建南，化學機械研磨廢水相關處理技術，環保技術e報，第十九期，2004。
15.楊金鐘、楊叢印，利用電過濾/電透析同步處理及回收晶圓廠化學機械研磨廢水，環保月刊，八月號，第十四期，2002。
16.Andrew Black, Philip Wright, John E. Bachman and John Davies,，「SHV at war mergers and acquisitions」，In Search of Shareholder Value，Great Britain，Price Waterhouse，1998。
17. Kailiang Zhang,Fang Wang,Yunpeng Han，Study on the cleaning of silicon after CMP in ULSI，Microelectronic Engineering，2003。
18. Wang,Y. L., Liu,C., Feng, M. S., and Tseng, W. T.，Exothermic reaction and temperature measurement for tungsten CMP technology and its application on endpoint detection，Materials Chemistry and Physics，Vol. 52，1998。
19. B. T. Dai, C. W. Liu, B. T. Dai, W. T. Tseng, and C. F. Yeh,，Modeling of the Wear Mechanism during Chemical Mechanical Polishing， Journal of Electrochemical Society，1996。
20.Hsiao CW, Yeh CF, Lee WS.，Novel post CMP cleaning using buffered HF solution and ozone water，Applied Surface Science 216，2003。
21.Golden, J. H.; Small, R.; Pagan, L.; Shang, C.; and Ragavan, S. Evaluating and Treating CMP Wastewater，Semiconductor Intemational ，2000。
22.鄧宗禹、黃志彬、邱顯盛，化學機械研磨廢液之處理與回收，奈米通訊，第九卷，第一期，2002。
23.Shin-Shou Lin,Tsun-Teng Liang，Return Sludge Employed In Enhancement Of Color Removel In The Integrally Industrial Wastewater Treatment Plant，Water Reaerch 38，2004。
24. Brain Huang, C.P. Alex Chen, Wilson Lee, W.J. Chung, T.K. Hou,，Chemical Mechanical Planarization Process Induced Within Lot Overlay Variation in 0.2um DRAM：Solution and Simulation Model，SPIE Vol. 4344，2004。
25. Yang CR, Lin SH，Chemical and physical treatments of chemical mechanical polishing wastewater from semiconductor fabrication，Journal of Hazardous Materials B108，2004。
26.劉訓瑜，化學機械研磨廢水混凝沈澱效能之評估，交通大學環境工程研究所碩士論文，1999。
27.張之樺，粒狀活性碳結合薄膜系統應用於自來水處理之研究，台北科技大學土木與防災技術研究所碩士論文，2000。
28.楊宗儒，半導體化學機械研磨廢水之處理與回收，元智大學化工程研究所碩士論文，2000。
29.巫信東，高效率化學機械研磨廢水處理與製程回收率之研究，中興大學機械工程學系所碩士論文，2005。
30.陳珮紋，利用Fe3O4 磁性顆粒處理化學機械研磨廢水，中央大學環境工程研究所碩士論文，2004。
31.黃志彬，「科學園區半導體積體電路製造業廢水處理及回收用水調查研究」，國立交通大學環境工程研究所，2000。
32.段定夫，半導體製程用高純度酸鹼溶劑，化工技術，第五卷，第十期，1997。
33.徐嘉立，半導體工廠安全管理理念，化工技術，第四十五卷，第四期，1998。
34.經濟部水利署水利規劃試驗所，新竹工業區廢水回收再利用規劃延續計畫，2004。
35.新竹工業區服務中心網站，http://www.moeaidb.gov.tw/iphw/hsinchu/home/Main.jsp，2008。
36.歐妙玲，水污費徵收及行政管制對河川污染改善之研究－以南崁溪為例，中央大學環境工程研究所碩士論文，2007。
37.康成工程顧問股份有限公司，北部地區水污染防治費徵收對象清查作業與宣導說明計畫，2006。
38.經濟部工業局網站， http://www.moeaidb.gov.tw/，2008。