臺灣博碩士論文加值系統

半導體產業於晶圓製作過程中，其平坦化製程會衍生出大量CMP（Chemical mechanical Polishing）化學機械研磨混合污泥（以下簡稱CMP污泥），因該團聚狀污泥含有奈米級之SiO2、Al2O3等微粒，若未妥善處理，恐對生態環境與人體健康造成危害，基於環保與資源化再利用等需求，本文將CMP污泥當環保水泥使用，以取代部分水泥應用於混凝土而進行研究。
本研究先以取代0、10及20 wt.%水泥之方式，製作水泥漿試體，並於各齡期施作熱差／熱重分析（DTA/TG DSC Thermoanalyzer）與MIP壓汞孔隙度分析(Mercury Intrusion Porosimetry, MIP)，比較此三種試體之水化合物成長變化。實驗結果顯示：熱差／熱重分析結果呈現CMP(20%)水泥漿試樣之Ca(OH)2數量會隨齡期增加而緩慢成長，或為減少之現象，與純水泥漿試樣不同。且其試樣之MIP壓汞孔隙度分析所得結果，亦隨齡期增加其孔隙D(50)孔徑隨之減小之趨勢，似呈現CMP污泥卜作嵐反應之佐證。
其次本文再將CMP污泥粉末取代0、5、10、15與20 wt.%水泥，並選取0.45、0.55與0.65三種水膠比，灌鑄成10-cm Φ × 20-cm H 之混凝土試體，進行新拌與硬固之混凝土工程性質試驗，實驗結果顯示：新拌混凝土之工作度皆隨CMP污泥取代量之增多而變差，而CMP污泥新拌混凝土之其他工程性質則皆與純水泥混凝土相近。硬固混凝土之工程性質，CMP污泥混凝土試體其28天齡期之抗壓強度，依水膠比0.45、0.55與0.65之不同，依序為純水泥混凝土之108%、130%與121%，成果頗優。上述試驗結果顯現事業廢棄物CMP污泥取代部分水泥，用於混凝土之可行性。既可免於污染環境，亦可資源再利用而減少水泥之生產，一舉數得，殊值得進一步研究探討，俾落實於實務應用，並有益地球之永續發展。

Sludge, a byproduct of chemical mechanical polishing (CMP) of integrated-circuit (IC) industries, is composed of hazardous materials such as nano-particles of SiO2, Al2O3, and unknown organics. These nano-particles are potentially dangerous if released into the environment. This study reuse the CMP sludge as an eco-cement to replace partial cement, and then molded cylindrical concrete specimens for studing.
We carried out preliminary studies on sludge-blended cement paste with 0, 10, and 20 wt.% cement replaced by CMP sludge powder. The thermogravimetry and differential thermal analysis (TG/DTA) and mercury intrusion porosimetry (MIP) analysis were conducted for specimens curing age of 1, 3, 7, 14, 28, 60, and 90 days. The test results revealed Ca(OH)2 content of sludge-blended cement paste were decreased with increasing curing age, and the porosity of median size diameter were decreased with increasing curing age, revealing the presence of a pozzolanic reaction.
Several 10-cm in diameter and 20-cm height of Sludge-blended cement concrete (SBCC) specimens were molded using 5, 10, 15, 20wt.% cement replancement with CMP sludge powder. Then three water/cementitious (W/C) ratios, namely 0.45, 0.55, and 0.65, were selected to test the specimens for engineering property. The test result revealed that the workability of fresh concrete were decrease with increase of CMP sludge replacement ratio. The other engineering properties of SBCC specimens were comparable to the plain cement concrete. The compressive strength of SBCC specimens at an age of 28 days are 108, 130, and 121% those of the OPCC specimens with W/C retios 0.45, 0.55, and 0.65, respectively. Our test results show that CMP Sludge-blended cement concrete should be usable for practical applications, thus can avoid the environmental pollution and reduce the CO2 emission by cement production. Reuse of CMP sludge in concrete will good for sustainable development of Earth.

誌謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 前言 1
1-1　研究動機 1
1-2　研究範圍及目的 1
1-3　研究方法 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 水泥之特性 5
2-1-1 波特蘭水泥之組成 6
2-1-2 水泥之水化作用及機制 6
2-1-3 水泥漿體之微觀結構 10
2-2 卜作嵐材料之特性 13
2-2-1 卜作嵐反應之特性 13
2-2-2 卜作嵐材料取代部分水泥之相關研究 14
2-3 化學機械研磨製程簡介 15
2-3-1 化學機械研磨(CMP)技術 15
2-3-2 CMP製程研磨液之種類 17
2-3-3 CMP後清洗作業 18
2-3-4 CMP製程廢水與處理現況 21
2-4 CMP污泥之有害物質分析 23
2-5 CMP混合污泥取代部分水泥之研究 24
2-5-1 CMP污泥之化學成份分析 25
2-5-2 CMP污泥雷射粒徑分析 25
2-5-3水泥漿體孔隙結構與工程性質之關係 26
第三章 實驗計畫 28
3-1實驗設計 28
3-2實驗流程 29
3-2-1 實驗材料之各項性質測試實驗 29
3-2-2 CMP污泥取代水泥製成試體 30
3-3 實驗材料及實驗設備 32
3-3-1實驗材料 32
3-3-2實驗設備 33
3-4 實驗方法 39
3-5 實驗配比 41
3-6 特性分析與性質測試 45
3-6-1 新拌混凝土坍度實驗 45
3-6-2 新拌混凝土單位重量及空氣含量實驗 45
3-6-3 新拌混凝土氯離子含量實驗 46
3-6-4 新拌混凝土凝結時間實驗 46
3-6-5 硬固混凝土試體之質量量測 47
3-6-6 硬固混凝土超音波波速力學原理與量測 47
3-6-7 硬固混凝土單軸抗壓強度實驗 49
3-6-8 硬固混凝土應力應變量測與彈性係數計算 49
3-6-9 硬固混凝土耐酸鹼試驗 50
3-6-10 硬固混凝土長度變化實驗 50
3-6-11 掃描式電子顯微鏡觀察（Scanning Electron Microscope, SEM） 51
3-6-12 熱重分析／熱差分析（TG/DTA DSC Thermoanalyzer, TG/DTA） 51
3-6-13 MIP壓汞孔隙度分析 (Mercury Intrusion Porosimetry, MIP) 52
第四章 CMP水泥漿體試驗結果與討論 53
4-1 CMP污泥水泥漿體質量成長 53
4-2 掃描式電子顯微鏡觀察（Scanning Electron Microscope, SEM） 56
4-3 熱重/熱差分析 (Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis, TG/DTA) 60
4-4 MIP壓汞孔隙儀分析 (Mercury Intrusion Porosimetry, MIP) 73
第五章 CMP混凝土實驗結果與討論 76
5-1 新拌混凝土各項實驗結果 76
5-1-1 新拌混凝土單位重 76
5-1-2 新拌混凝土空氣含量實驗 76
5-1-3 新拌混凝土氯離子含量實驗 77
5-1-4 新拌混凝土坍度實驗 77
5-1-5 新拌混凝土凝結時間實驗 78
5-2 硬固混凝土抗壓強度 80
5-3 硬固混凝土質量成長 86
5-4 硬固混凝土應力應變與彈性係數 95
5-5 硬固混凝土超音波波速之變化 99
5-6硬固混凝土耐酸鹼(健度五循環)之試驗結果 108
5-7 硬固混凝土長度變化之試驗結果 110
第六章　結論與建議 112
6-1結論 112
6-2建議 115
參考文獻 116
附錄一 混凝土試體配比表 120
附錄二 水泥砂漿試體質量於齡期1－90天之面乾內飽和質量值 135
作者簡歷 136

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