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3奈米製程廢棄物激增近5倍 台積電動起來 半導體靜脈革命  
  2025/05/13
孫蓉萍
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關鍵字:3奈米;半導體;廢棄物;台積電;高階晶片;回收;靜脈產業革命

  3月31日台積電在楠梓科學園區舉行高雄晶圓22廠2奈米製程擴產典禮,將斥資1.5兆元打造5座廠,其中2奈米預計今年下半年即開始量產。台積電執行副總經理秦永沛指出,2奈米是目前全球最先進半導體技術,比3奈米的速度提升10%到15%,功耗降低25%到30%。

  AI和5G等高效能運算蓬勃發展,高階晶片需求快速成長,使半導體需求成長,台灣IC製造業的產值大致逐年升高,2024年比前1年增加28.4%為3.41兆元,預估2025年就會突破4兆元。

  不過同一時間,先進製程需要更多原材料;愈精密的製程,要清洗和蝕刻次數愈多,化學品用量增加,導致廢棄物也大幅成長。工研院產科國際所經理廖鎔榆指出,根據估計,28奈米製程時,每片晶圓會產生40公斤廢棄物,而3奈米則讓每片晶圓產生220公斤廢棄物,是28奈米的5.6倍;未來到2奈米的下世代製程,則會達到13倍。2019年製造1片12吋晶圓,每一層平均產生1.58公斤廢棄物,預計到2030年將增加到3.09公斤廢棄物。

▍現況 有價值才回收 沒價值就廢棄

  半導體產業無疑是台灣當前最重要的產業,工研院產科國際所經理張致吉指出,半導體製程耗材物料比重是75%非有機液體、20%有機液體,另有5%是氣體和固體。而廢棄化學品中,以硫酸和硫酸銨為最大宗,廢液即占了50%,另有氫氟酸、異丙醇、化學機械研磨汙泥等,不但量不斷增加,也處理不易。這些廢棄物由於回收需要成本,且若無法再利用就無利可圖,以至於目前呈現「有價回收、無價廢棄」的半循環現象。

  另一個角度來看,目前半導體製程用的材料大多仰賴進口,隨著高精度化,材料使用量,也就是進口量會大增。但地緣政治風險日漸升高,材料供應不無斷鏈可能,讓使用的企業繃緊神經,如何分散風險是所有企業的當務之急,而資源再利用即是解方之一。

  隨氣候變遷、資源枯竭等問題愈趨嚴重,相較於天然原料,循環的電子材料耗能較少,可以協助半導體產業鏈降低範疇三(不是由企業直接產生,而是外購企業等間接的溫室氣體排放)的碳足跡。如何兼顧永續和經濟,成為當今重要課題。

  反映到經濟活動上,就像人的動脈和靜脈各司其職而成就生命一樣,使用天然資源加工後產製新產品,稱為動脈產業;動脈產業生產的產品,被消費後成為廢棄物,而將這些廢棄物回收再利用的產業,則稱為靜脈產業。基於前述各項因素,靜脈產業的關注度正與日俱增,不過建構不易。歐盟2015年就發布循環經濟行動計畫,之後多次更新,定位為2030年前的成長戰略。

▍改變 台積電帶頭做 零廢中心商轉

  身為護國神山的台積電,基於減少廢棄物、提高環境效益和降低管理風險的綜合考量,在中部科學園區興建了「台中零廢製造中心」,2024年11月開始商轉。台積電指出,建築占地總面積4.5萬平方公尺,相當於6座標準足球場,長春石化、成信實業和立盈環保科技公司進駐,建設回收處理廠區。

  異丙醇是晶圓清洗和溼式蝕刻製程的乾燥用溶劑,長春石化負責將廢異丙醇經過蒸餾、精餾等程序製成電子級異丙醇,回收廠每月收受量為2300公噸,可產出再生異丙醇量為300公噸。

  另外半導體研磨製程的研磨液,會產生研磨廢水,經混凝處理沉降後產生氧化矽汙泥。成信將這些汙泥製成礦石粉和硫酸銅,回收廠每月收受量為800公噸,可產出填料量為480公噸。

  使用於半導體蝕刻和清洗製程的氫氟酸,產生氫氟酸廢水經氟酸化混程序後產生氟化鈣汙泥,立盈製成人造螢石。目前回收廠每月收受量為1500公噸,可產出人造螢石量為750公噸。中心內另設有機溶劑熱回收廠,每月收受量1300公噸,可產出每小時15公噸蒸氣,未來將評估導入煙道氣碳捕捉技術。

  以全廠區滿載計,每年台積電委外處理的廢棄物量可減少13萬公噸,占公司中科廢棄物總量的85%以上,回收減廢效益達12億元。同時減碳效益1年達40000公噸,相當於110座大安森林公園的碳吸附量。

▍成效 汙泥變螢石 助中鋼節能減碳

  另一晶圓大廠聯電也參與打造靜脈產業,將投入18億元在南科廠區成立「循環經濟資源創生中心」,預計2025下半年啟用。聯電風險管理暨安環處指出,預估每年可將1.5萬公噸廢棄物轉換成資源化產品,減廢比率達1/3,並創造約1億元的綠色經濟效益;1年還可減少5000公噸碳排,相當於13座大安森林公園的碳吸附量。

  即使成功將廢棄物製成產品,也要熟悉使用企業的需求,並不斷優化。例如中聯資源公司將氟化鈣汙泥製成人造螢石提供中鋼,達到資源循環的目的。中聯資源總經理吳一民解釋說:「煉鋼過程中加入螢石,可以降低爐渣的熔點,達到助熔的效果,並脫出鋼液中的一些雜質;它還兼具脫硫的功能,可提高鋼液的純淨度。」

  中聯資源了解中鋼的需求,可控制人造螢石的強度,並將氟化鈣調整到最適合的濃度。因為氟化鈣濃度愈高,效果愈好;但濃度高,也會使成本拉高,中聯資源會評估管控,使效益和成本之間取得平衡。而且對中鋼來說,比起使用天然螢石,人造螢石不但可分散料源、減少進貨成本,也有助於降低範疇三的碳排。

  不過靜脈產業仍有成長空間。成功大學資源工程系副教授陳偉聖認為,台灣半導體廢棄物產業有相當的競爭力,主要大型廢棄物循環大致都有解方。不過,成分和濃度較低、比較沒有回收效益的廢棄物,還有待努力。

▍契機 資源日漸減少 靜脈產業受關注

  要把廢棄物製成高值化產品,甚至回到原製程而不降階,並找到願意使用的業者,本就不易;尤其循環經濟不只要循環,還要談「經濟」,不能不計成本。陳偉聖說:「半導體業對台灣那麼重要,我們做資源循環的人,本來就應該加把勁,盡力把所有東西從原先一次性拋棄式的使用,改為重複使用,提高資源效率。」

  中國過去不太重視回收再利用,畢竟自己有很多礦源,但現在也把廢棄物中的資源當作戰備物資來源,去年9月成立了中國資源循環集團,把資源循環的地位提升到國家等級。美國總統川普對中國商品課徵高關稅,中國即採取管制重要稀土出口的反制行動。全球貿易緊張情勢升高的情況下,預料靜脈產業會收到更多關愛的目光。


作者:孫蓉萍(本文獲授權轉載自財訊雙週刊)

     
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