晶圓廠用過的水去哪裡?
晶圓廠用過的水,不會全部倒在一起排掉。它在機台旁邊就照「裡面多了什麼」分開收:比較乾淨的沖洗水回收,處理過再送回去做超純水;含酸鹼、氟、研磨顆粒、金屬、有機物的水,各走各的管子,到廢水站用不同的方法處理,量過合格才放流,也就是放出廠外。這就是常說的半導體廢水處理與水回收。另外,機台還有一套不碰晶圓的冷卻水,在封閉的管子裡一直繞圈,把機台的熱帶走。
用過的水,裡面多了什麼?
晶圓每泡完一次藥液,就要用超純水沖乾淨(超純水怎麼做,見「超純水有多純?」)。沖下來的水帶走了晶圓上的東西,所以同樣是用過的水,差很多:
- 最後幾道沖洗的水:只多了一點點東西,幾乎還是乾淨的。
- 泡完藥液、前幾道沖下來的水:帶著酸或鹼(見「晶圓清洗是什麼?」)。
- 用過氫氟酸的步驟:水裡有氟。氫氟酸會溶掉二氧化矽,見「蝕刻是什麼?」。
- CMP 磨完沖下來的水:混著很細的研磨顆粒(見「CMP 是什麼?」)。
- 顯影、用溶劑的步驟:水裡有有機物。
- 做金屬導線的步驟:水裡可能有銅這類金屬。
有點像家裡的垃圾分類:資源回收、廚餘、一般垃圾各有去處,全倒進同一包,能回收的也髒了。
用過的水,一步一步去哪裡?
第 1 步:在機台旁邊就分開
每台機台的排水,照種類接到不同的管子。這樣每一種才能用對的方法處理,比較乾淨的那一股也才保得住。混在一起,乾淨的水被弄髒、不能回收,要處理的量變大;有些東西被沖淡了,反而更難除,例如氟。
第 2 步:回收的那一條,一直量導電度
回收的管子上裝著儀器,一直量水的導電度:水裡溶的離子(帶電的小粒子)越多,越導電(超純水看的電阻率,就是它倒過來)。數字往上還照收,髒東西會一路送進純水系統,前段的逆滲透越來越吃力;所以一超過範圍,就改送去廢水站,乾淨了再收回來。
第 3 步:回收的水,送回純水系統的前段
回收的水先過濾、處理,再跟外面抽進來的原水一起,從純水系統的前段開始,一關一關做成超純水。它多半比一般的原水乾淨,處理起來省力,也少抽一點外面的水。它不能直接拿去沖晶圓:回收的水只是「比較乾淨」,還不是超純水。
第 4 步:其他的水,先進廢水站的大槽混勻
各處排來的廢水,先流進一個大槽(調勻槽),混勻了再一點一點送去處理。廢水一下多、一下少,濃度也忽高忽低,先攤平,後面加藥才跟得上。一次來太多,例如清洗機換槽液、把舊藥液一口氣排掉,槽會滿、藥來不及反應,出口的水就可能不合格;所以大量排放前要先跟廢水站說好,分批排。
第 5 步:照種類,用不同的方法處理
沒有一種方法能一次處理全部,所以前面才要分開收。做法各廠不一樣,常見的原理是:
- 酸和鹼:加鹼或加酸,中和到接近中性。
- 氟:加鈣。鈣和氟結合成氟化鈣,一種不溶於水的固體,沉下來就能分出去。
- 研磨顆粒:顆粒很小,表面又帶電,彼此推開,一直浮在水裡;加藥讓它們黏成大團,才沉得下去。
- 銅這類金屬:讓它變成沉澱,或用樹脂把它抓出來。
- 有機物:很多交給微生物慢慢吃掉;不好分解的,有的會先用氧化的方法打碎。
沉下來的東西變成一攤泥(污泥),擠掉水分,再運出去處理。
第 6 步:量過,合格才放流
處理好的水,放出去之前要量,例如酸鹼值、氟有多少,在範圍裡才放。不在範圍裡,就先關上出口,把水送回前面再處理一次。放到哪裡、要合格到什麼程度,看當地的規定。
用過的水,能全部回收嗎?
不能。冷卻水塔會蒸發掉一些水;逆滲透擋下來的東西,留在一股比較濃的水裡排掉;有些東西很難除乾淨,混進回收的水就不能收(見「超純水有多純?」)。能回收多少,各廠差很多,算法也不一樣,這篇不寫數字。
機台的冷卻水,跟超純水是同一套嗎?
不是。冷卻水不碰晶圓,是另一套封閉的水:從冷卻水站送出去,沿著主管路分成一支一支,進到每台機台,流過泵浦、電源、腔體旁邊把熱帶走,再流回冷卻水站。在那裡,它隔著熱交換器(兩股水不混、只交換冷熱)把熱交給更冰的冰水,冷下來再送出去。冰水由冰水機做,空調也要用(見「晶圓廠為什麼那麼耗電?」、「無塵室的空氣從哪裡來?」)。
冷卻水也要處理過:不必像超純水那麼純,但太髒會結垢、長東西,熱帶不走,機台裡細細的水路也可能堵住。
供應這一端,廠務看的是送水的壓力、溫度和每一支的流量。很多機台自己也盯著冷卻水的流量,少到一個程度就發警報、停下來,免得過熱燒壞。
主管路正常、只有一支少水,問題多半在那一支:閥沒開好、過濾網堵了、接頭有狀況。這時把整圈的送水壓力調高,不一定補得到它,同一圈的別台反而先多了水。就像大樓裡一戶的水龍頭出水小,要先看那一戶的水管,不是把整棟的水壓調高。
在 fab24hr 裡
按「進廠」、選「打工人的一天」,在「今天你是」卡片上點「量產廠」,左右滑到廠務工程師,在名字下面點「廠務・水」那一區,就是水課工程師(目前標著 Beta):超純水、冷卻水、廢水都歸你們這一組。四個班照你打開的時間:
- 深夜班「兩組輪流」:你在家 on-call。凌晨四點,純水系統例行切換到 B 組,電阻率沒動,TOC(總有機碳,水裡有機物的多少)卻一點一點往上:B 組打碎有機物的紫外線燈用久了。你可以請中控室切回 A 組,或讓 B 組照送、天亮換燈。五點中控室來電(可以不接):CVD-02 那一支冷卻水少,設備問能不能把整圈的送水壓力調高。
- 早班「換酸的那一缸」:清洗機 WET-05 換槽液,舊的槽液要排到廢水站,那裡的調勻槽已經偏高:你決定一次排完,還是分兩次。
- 午班「新管子的水」:新機台的純水接點接好了,旁邊有一段預留、一直沒用的短管,水停在裡面不流,叫死角:停著的水會長細菌、積顆粒。你決定現在剪掉還是先蓋著;設備商還想先接機台試水,你可以拒絕。
- 晚班「回收那一條」:WET-05 新換的槽液洗晚上第一批,沖洗水回收那一條的導電度往上。中控室用對講機問你(可以不回):先切去廢水,還是照常回收、看著。
遊戲裡的廠、人物、機台編號和時間都是虛構的,也沒有寫這座廠用多少水、回收多少、放流標準是多少;水怎麼分、怎麼處理、怎麼回收,照公開的一般資料寫,不代表任何一家公司的做法。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話,白話解釋」查。
在遊戲裡你會在哪裡遇到它當廠務的水課工程師(量產廠),早班清洗機 WET-05 換酸,舊的槽液要排到廢水站;晚班沖洗水回收的那一條導電度往上,回收還是不回收,由你決定。
在 fab24hr 裡,舊槽液一次排還是分兩次、回收的水收還是不收,問的是水課工程師。
當水課工程師玩,顧好用過的水給老師:這一篇可以搭配「在課堂上玩 fab24hr」用在課堂上。
引用這篇〈晶圓廠用過的水去哪裡?〉,fab24hr,更新。https://fab24hr.com/blog/fab-wastewater/
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