黃馨儀 / 工研院材化所
廢液資源循環技術在半導體蝕刻製程中的創新應用，著重於磷酸的純化與再利用。蝕刻製程廣泛應用於電子、半導體及金屬加工等領域，所使用的酸性藥劑在蝕刻後會產生含有金屬離子的廢液。傳統處理方法需使用大量藥劑，且產出的固體廢物處置費用高昂，不具再利用價值。經過研究發現，以樹脂吸附和電析離子酸回收技術，可有效去除廢液中的金屬雜質，使磷酸得以回收再利用。樹脂吸附具有不影響磷酸濃度且回收率高的優點，適用於高濃度(~75 wt%)蝕刻液處理；電析離子酸回收技術則適用於低濃度(~2 wt%)蝕刻廢液處理，能同時將磷酸純化與提濃，供後續再製為工業級產品。這些技術不僅能減少廢水排放和化學藥劑成本，還能將金屬雜質轉化為高價產品，實現環保與經濟雙贏，推動產業邁向綠色永續發展。
【內文精選】
資源化應用趨勢及效益
蝕刻廢液(Etching Wastewater)是半導體和電子製造過程中必定會產生的廢液，主要含有高濃度蝕刻液和金屬雜質。藉由有效處理和資源化利用蝕刻液，不僅可以友善環境，還能在經濟和資源管理方面獲得效益。透過開發高效及創新的回收技術，可有效回收廢酸中的有價金屬，並使蝕刻液循環再利用。這不僅有助於減少新資源的開採，也避免廢水中的金屬污染環境，減少製程使用藥劑，從而節省原料成本並降低廢水處置費用。
蝕刻液純化相關技術
溶液中物質的純化技術包括吸附、膜分離、電透析、結晶、蒸餾和萃取等。例如：離子交換樹脂可吸附和分離特定金屬離子或無機酸根；膜分離則根據金屬與化合物分子量差異進行篩分純化；電透析利用電場遷移陰、陽離子，並透過離子交換膜達到金屬與蝕刻液的分離與回收；結晶法通過調控溫度和溶液濃度，在固液界面形成層狀晶體，有效分離酸性成分；蒸餾法利用液體的沸點差異和壓力控制，從廢水中蒸發和收集溶液，達到純化與濃縮效果；萃取法則利用溶劑提取特定金屬離子或蝕刻液，並進行後續分離和純化。其次，金屬回收(Metal Recovery)技術還包含電鍍、化學沉澱和熱裂解等。電鍍利用氧化還原的原理，於電極表面將金屬離子還原為金屬，實現有價金屬的回收與轉化；化學沉澱法則通過加入適當的沉澱劑使金屬離子錯合析出，並以固液分離方式回收後，再藉由熱裂解合成更具有應用價值的奈米材料。綜合來看，蝕刻液純化和金屬回收技術不僅能夠有效提高廢液處置效益，還能實現蝕刻液和金屬的再利用，為推動經濟循環的重要技術和策略。
磷酸蝕刻廢液資源化應用與可行性試驗
磷酸是農業肥料與工業生產的重要化學品，通常通過硫酸與磷礦石反應的濕法程序生產。在此過程中，磷礦石被磨碎並與硫酸溶液反應生成磷酸和二水硫酸鈣。反應後的混合溶液經過濾去除硫酸鈣，並通過多效蒸發系統蒸除水分，使磷酸濃度提高到52~55 wt%。
1. 低濃度磷酸蝕刻廢液回收提濃試驗
蝕刻廢液的離子含量經由組成分析，大部分為PO43–(濃度約2 wt%)，僅含有少量之Cu2+(濃度300 mg/L)，將磷酸根純化並移除銅(純化與提濃技術，R2A)，再進行濃縮(減壓蒸餾技術)，不僅能將磷酸資源化再利用，亦可降低廠內廢水處理(化學混凝程序)及污泥清運費用，達到經濟環保雙贏的目的。本研究藉由電析離子酸回收技術(R2A)純化與提濃磷酸至10 wt% H3PO4、Cu <1.0 mg/L，如圖二所示，藉由雙極膜(B)與陰離子交換膜(A)堆疊組合，可從廢液中回收磷酸根，純化並提濃10 wt%為磷酸。
圖二、磷酸純化與提濃機制(2 Units)
2. 高濃度蝕刻廢液純化再利用試驗
半導體蝕刻製程使用高濃度(~75 wt%)磷酸來清洗晶圓，產生的酸液主要含有蝕刻下來的金屬(Co~70 mg/L)，為了使這些磷酸回收再利用，如圖四所示，可使用樹脂吸附或擴散滲析技術來去除金屬雜質。比較這兩種技術的優劣：樹脂吸附不會影響磷酸的濃度，且酸液回收率高，但需要進行脫附再生，會產生額外的再生廢液；擴散滲析則利用濃度差進行分離，即用純水來回收廢酸中的磷酸，因此當回收濃度與廢酸濃度相近時，驅動力較弱，回收濃度受限，且廢液無法減量 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、工研院材化所開發高濃度磷酸純化構想
★本文節錄自《工業材料雜誌》452期，更多資料請見下方附檔。